氢气、氦气、氮气以及氩气作为气相色谱载气的特性

来源:瑞德特种气体发布日期 2018-12-26 15:26



常用的气相色谱载气有氢气氦气氮气以及不太常用的氩气等。

氢气与氦气的扩散能力是氮气的4倍左右,而氢气的黏度则是氦气以及氮气的1/2左右。载气的扩散能力直接影响待分离组分在载气以及固定相中的分配平衡时间,最终将影响到达到最低理论塔板高度时,所允许的最大流速。
而载气的黏度则影响到气相进样口处的柱前压,一般地,其出口压力为大气压,载气在柱前压的作用下被一定程度的压缩,由于在方法运行时,载气的体积流速是一定的,其实际线速度小于设定值。因此,在使用长色谱柱的时候,柱前压会比较大,此时需要选择使用黏度比较小的氢气作为载气。

具有不同的最佳流速范围(此时,理论塔板高度最低,柱效最高),载气线速度与最低理论塔板高度之间的关系。

氮气的最佳线速度比较低,其次是氦气,最佳线速度最大的是氢气。而在各载气的最佳线速度范围内,最低理论塔板高度相差不大,柱效基本一致,这也说明在使用气相色谱对样品组分进行分离的时候,载气的分离选择性差异很小,这同时也是不同的载气之间可以通过调整相关参数实现相互转换的基础之一。

此外,使用氢气作为载气的时候,分离的效率是最高的,大概是使用氦气的分离效率的2倍,是使用氮气的分离效率的四倍。这一点非常重要,如在使用气相手性分析色谱柱对异构体进行拆分的时候,虽然三种载气通过调整最佳线速度得到近乎相同的塔板高度以及柱效,但实际情况下,我们会发现氮气的色谱峰宽最大,氦气下的峰宽其次,氢气下的峰宽最小,表观柱效最高,分离情况最为让人满意。

可以看到三种不同的载气之间均有交互点,在不同的交点处,不同的载气具有不同的线速度,但具有相同的柱效。需要注意的是,这种等效柱效,是在牺牲部分柱效的基础上实现的。

此外,气相色谱柱的柱效还与色谱柱的内径有关,一般地,内径越小,其柱效越高;且内径越小,最佳线速度越大,且其范围越宽(这一点类似于液相色谱柱的填料粒径)

随着色谱柱内径的减小,理论塔板高度也减小,且最佳线速度增大。因此在使用氮气作为载气的时候,可以选择内径较小一点,长度稍短一些的色谱柱。
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