色譜柱是氣相色譜法的核心部分,許多組成復雜的樣品,其分離過程都是在色譜柱內(nèi)進行的。色譜柱分為兩類,填充柱和毛細管柱,后者又分為空心毛細管柱和填充毛細管柱兩種。目前在工業(yè)分析中應用最廣的還是填充柱。
通常把色譜柱內(nèi)填充的固體物質(zhì)叫做固定相,其作用是能把樣品中的混合組分分離成單一組分。根據(jù)色譜柱內(nèi)填充固定相的不同,可把氣相色語法分為兩類——氣固色譜法和氣液色譜法。
若色譜柱內(nèi)填充的是具有活性的固體吸附劑,如分子篩、氧化鋁、活性炭等,則此時進行的分析就叫做氣固色譜法。
若色譜柱內(nèi)填充的是一種惰性固體(通常叫做擔體,其無吸附性、催化性,但有較大的比表面(1平方米/克)和一定的機械強度,如紅色的6201擔體等)其表面涂上一層高沸點有機化合物的液膜(通常叫固定液,如鄰苯二甲酸二壬酯、β,β'-氧二丙腈、聚乙二醇-400等),則此時進行的分析叫做氣液色譜法。
色柱的分離效能主要是由柱中填充的固定相所決定的。但柱溫也是影響分離效果的因素之一。
(1)色譜柱的材料、形狀及連接方法 色譜柱可用玻璃管、不銹鋼管、銅管、尼龍管、鋁管等制成。最常用的是不銹鋼管、玻璃管、尼龍管。
色譜柱的形狀,常用的是U形和螺旋形兩種,如圖15-14所示。
柱的內(nèi)徑一般為2~6毫米,常用的是4毫米。柱長一般為0.5~10米??裳b顆粒度為40~60目(對長柱管)、或60~80目(對短柱管)的固定相。分離組成復雜的樣品,常需使用長柱管,當然使用短柱管,其分析速度就比較快。
毛細管柱內(nèi)徑只有0.1~0.5毫升,長度達幾十米,甚至達百米以上(多用玻璃制),因而能獲得高效率,可解決復雜的、填充柱難于解決的分析問題。
色譜柱是可以裝卸和更換的,為了保證柱和氣路系統(tǒng)連接時的氣密性,柱的連接方式很重要,常用的有兩種方法。一種是用于不銹鋼柱管,把柱管口用專門的擴口器,擴大成喇叭口形,配合紫銅墊圈用專用的螺帽連接,優(yōu)點是耐高溫,缺點是不易密封。另一種是用于玻璃柱管的,用聚四氟乙烯墊圈密封,再用金屬螺帽連接,裝卸時應小心,以兔損壞玻璃柱管。兩種連接方式如圖15-15所示。
(2)柱溫控制 為了適應在不同溫度下使用色譜柱的要求,通常把色譜柱放在一個恒溫箱中(也叫柱爐或色譜爐),以提供可以改變的,均勻的恒定溫度。恒溫箱使用溫度為0~300℃或0~500℃,要求箱內(nèi)上下溫度差在3℃以內(nèi),控制點的控溫精度在±0.1~0.5℃。
恒溫箱的構(gòu)造如圖15-16所示。為保證箱內(nèi)溫度均勻,一般采用空氣恒溫,由于空氣的比熱甚小,為使箱內(nèi)部上下溫度均勻,用鼓風馬達強制空氣對流。這種恒溫箱的優(yōu)點是升溫快,易于變溫和自動控制,也易于獲得高溫(400~500℃)。若恒溫箱容積小,也可采用主、副加熱絲的方法,進行加熱。
恒溫箱的溫度控制線路有兩種方式,一種是間歇式,采用接觸點溫度計(水銀導表)為熱敏元件,一個相敏放大器作為溫度控制單元,以繼電器開關(guān)作執(zhí)行元件,控制電熱絲的加熱或降溫,以實現(xiàn)恒溫的要求。
這種控溫方式,優(yōu)點是簡單,造價低,缺點是溫度波動大,振動大,不夠安全,現(xiàn)已逐漸被淘汰。
另一種是連續(xù)式,采用鉑絲電阻作為熱敏元件,通過測溫交流(或直流)電橋、電壓放大、相敏檢波作為溫度控制單元,以可控硅作為執(zhí)行元件控制加熱絲的加熱或降溫,以實現(xiàn)恒溫的要求。
這種控溫方式克服了間歇式的缺點,使用安全可靠,控溫連續(xù)、精度高,操作簡便?,F(xiàn)已廣泛用于多種型號的色譜儀中。
恒溫箱的溫度測量可使用水銀溫度計或熱電偶測量,通過測溫毫伏計指示出色譜柱溫(注意測溫毫伏計上指示的溫度應加上室溫,才是色譜柱的真實溫度)。
當分析沸點范圍很寬的混合物時,用等溫分析的方法就難以完成分離的任務,此時就要采用程序升溫的方法來完成分析任務。所謂程序升溫是指在一個分析周期里,色譜柱的溫度連續(xù)的隨分析時間的增加從低溫升到高溫,升溫速度可為2、4、8、16、32℃/分。這樣可改善寬沸程樣品的分離度并縮短分析時間。
程序升溫的溫度控制比較復雜,可采用機械式程序升溫裝置或電子程序升溫裝置。當前我國化工生產(chǎn)中程序升溫氣相色譜分析應用較少,廣泛應用的是等溫氣相色譜分析。