用气相色谱分析永久性气体时,常用固体吸附剂做固定相,因为气体在一般固定液里的溶解度甚小,目前还没有一种满意的固定液能用于它们的分离。然而在固体吸附剂上,它们的吸附热差别较大,故可得到满意的分离。
固体固定相所采用的固体吸附剂,主要有强极性硅胶、中等极性氧化铝、非极性活性炭及有特殊吸附作用的分子筛。它们在色谱过程中的分离机制,主要是利用吸附表面对混合物中不同组分物理吸附性能的差异而使之分离的。固体吸附剂的优点是吸附容量大、热稳定性好、无流失现象,主要应用于永久性气体(O2、N2、CO、CH4等)和一些低沸点物质,特别对烃类异构体的分离具有很好的选择性和较高的分离效率。
(1)常用固体吸附剂的种类
①活性炭。它属于非极性物质,有较大的比表面积,吸附性较强。适用于分离永久性气体及低沸点烃类,不适用于分离极性化合物。使用前要先用苯(甲苯、二甲苯)浸泡,在350 ℃用水蒸气洗至无浑浊,最后在180 ℃烘干备用。
②活性氧化铝。它属于弱极性物质,适用于常温下O2、N2、CO、CH4、C2H6、C2H4等气体及有机异构体的分离。在低温情况下,可分离氢同位素。CO2能被活性氧化铝强烈吸附而不能用这种固定相进行分析。使用前要在200~1 000 ℃下烘烤活化,冷至室温备用。
③硅胶。它属于较强极性物质,分离性能与活性氧化铝大致相同,除能分析上述物质外,还能分析CO2、N2O、NO、NO2等物质,且能够分离臭氧(O3)。使用前要用6 mol/L 盐酸浸泡2 h,用水洗至无氯离子,最后在180 ℃烘干备用,或在200~900 ℃烘烤活化,冷至室温备用。
④分子筛。分子筛为碱及碱土金属的硅铝酸盐(沸石),多孔性,属于极性物质。按孔径大小分为多种类型,如3A、4A、5A、10X及13X分子筛等(孔径:埃Å),常用5A和13X(常温下分离O2与N2)。除了广泛用于H2、O2、N2、CH4、CO 等的分离外,还能够测定He、Ne、Ar、NO、N2O 等。使用前在350~550 ℃下烘烤活化3~4h(注意:温度超过600 ℃会破坏分子筛的结构而使其失效)。
⑤高分子多孔微球(GDX 系列)。新型的有机合成固定相(苯乙烯与二乙烯苯共聚)。型号:GDX-01、GDX-02、GDX-03等。适用于水、气体及低级醇的分析。(www.daowen.com)
(2)固体固定相的缺点
①吸附等温线常不呈线性,所得色谱峰往往不对称,只有当试样量很小时,才会有对称峰。
②重现性差,且不宜分析高沸点和有活性组分的试样。
③吸附剂种类少,应用范围受限。
④固体吸附剂的柱效较低,活性中心易中毒,而使保留值改变,柱寿命缩短。
为了克服这些缺点,近年来提出了对固体吸附剂的表面进行物理化学改性的方法,并研制出一些结构均匀的新型吸附剂。它们不但能使极性化合物的色谱峰不拖尾,而且还可以成功地分离一些顺式、反式空间异构体。
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