第七章 气相色谱法.docx

第七章 气相色谱法

基本要求：
1. 了解气相色谱法的优点及适用范围
2. 理解固定相及重要操作条件选择的原则
3. 理解常用检测器原理、优缺点及适用范围
4. 理解常用定性方法及定量方法的优缺点

气相色谱法是一种以气体为流动相的柱色谱分离分析方法，它又可分为气液色谱法和气固色谱法。它的原理简单，操作方便。在全部色谱分析的对象中，约20%的物质可用气相色谱法分析。气相色谱法具有分离效率高、灵敏度高、分析速度快及应用范围广等特点。
气相色谱法能分离性质极相似的物质，如同位素、同分异构体、对映体以及组成极复杂的混合物，如石油、污染水样及天然精油等。它的分离能力主要是通过选择高选择性固定相和增加理论塔板数来达到。
气相色谱法使用高灵敏度的检测器，有的检测器其检测下限可达10-12—10-14g，是痕量分析不可缺少的工具之一。例如，它可检测食品中10-9数量级的农药残留量、大气污染中10-12数量级的污染物等。
气相色谱法测定一个样品只需几分钟到几十分钟，分析速度很快，如用微机控制整个操作过程和数据处理系数，分析周期更短。
在仪器允许的气化条件下，凡是能够气化且热稳定、不具腐蚀性的液体或气体，都可用气相色谱法分析。有的化合物因沸点过高难以气化或热不稳定而分解，则可以通过化学衍生化的方法，使其转变成易气化或热稳定的物质后再进样分析。
7.1 气相色谱仪
气相色谱仪的型号和种类较多，但它们都是由气路系统、进样系统、色谱柱、温度控制系统、检测器和信号记录系统等部分组成，如图7-1所示。

图7-1 气相色谱仪示意图
气相色谱法中把作为流动相的气体称为载气。载气自钢瓶经减压后输出，通过净化器、稳压阀或稳流阀、转子流量计后，以稳定的流量连续不断地流过气化室、色谱柱、检测器，最后放空。被测物质（若液体须在气化室内瞬间气化）随载气进入色谱柱，根据被测组分的不同分配性质，它们在柱内形成分离的谱带，然后在载气携带下先后离开色谱柱进入检测器，转换成相应的输出信号，并记录成色谱图。
7.1.1 气路系统
气相色谱仪的气路是一个载气连续运行的密闭系统，常见的气路系统有单柱单气路和双柱双气路。单柱单气路适用于恒温分析；双柱双气路适用于程序升温分析，它可以补偿由于固定液流失和载气流量不稳等因素引起的检测器噪声和基线漂移。气路的气密性、载气流量的稳定性和测量流量的准确性，对气相色谱的测定结果起着重要的作用。
1. 载气
气相色谱常用的载气为氮气、氢气和氦气等。载气的选择主要由检测器性质及分离要求所决定。载气在进入色谱仪前必须经过净化处理。例如载气中若含有微量水会使聚酯类固定液解聚，载气中的氧在高温下易使某些极性固定液氧化。对电子捕获检测器，载气中水份含量更是严重影响仪器的稳定性和检测灵敏度。某些检测器除载气外还需要辅助气体，如火焰离子化和火焰光度检测器需用氢气和空气作燃气和助燃气。各气路都应有气体净化管。常用的气体净化剂为子筛、硅胶、活性炭等。
载气流量由稳压阀或稳流阀调节控制。稳压阀有两个作用，一是通过改变输出气压来调节气体流量的大小，二是稳定输出气压。恒温色谱中，整个系统阻力不变，用稳压阀便可使色谱柱入口压力稳定。在程序升温中，色谱柱内阻力不断增加，其载气流量不断减少，因此需要在稳压阀后连接一个稳流阀，以保持恒定的流量。色谱柱的载气压力（柱入口压）由压力表指示，压力表读数反映是柱入口压与大气压之差，柱出口压力一般为常压。柱前流量由转子流量计指示，柱后流量必要时可用皂膜流量计测量。
7.1.2 进样系统
液体样品在进柱前必须在气化室内变成蒸气。气化室由绕有加热丝的金属块制成，温控范围在50—500℃.对气化室要求热容量大，使样品能够瞬间气化，并要求死体积小。对易受金属表面影响而发生催化、分解或异构化现象的样品，可在气化室通道内置一玻璃插管，避免样品直接与金属接触。
液体样品的进样通常采用微量注射器，气体样品的进样通常采用医用注射器或六通阀。
7.1.3 色谱柱
色谱柱是色谱仪的心脏，安装在温控的柱室内，色谱柱有填充柱和开管柱（亦称毛细管柱）两大类。填充柱用不锈钢或玻璃等材料制成，根据分析要求填充合适的固定相。填充柱制备简单，对于气液色谱填充柱，制备方法如下。根据固定液与载体的合适配比（通常为5-20%）。称取一定量固定液，并溶解于合适的有机溶剂中，然后加入定量载体混合均匀，在红外灯下烘烤，让溶剂慢慢挥发殆尽。最后，将此已涂布有固定液的载体填充至色谱柱内。对气固色谱柱，只需将合适的吸附剂直接填充进柱。填充固定相时要求均匀紧密，以保证良好的柱效。开管柱用石英制成，其固定相涂布在毛细管内壁，或使某些固定相通过化学反应键合在管壁上。开管柱分离效率高，对较复杂样品都采用开管柱。具体内容在开管柱一节中详细介绍。
7.1.4 温度控制系统
温度控制系统用于设置、控制和测量气化室、柱室和检测室等处的温度。
气化室温度应使试样瞬间气化但又不分解，通常选在试样的沸点或稍高于沸点。对热不稳定性样品，可采用高灵敏度检测器，则大大减少进样量，使气化温度降低。
检测室温度的波动影响检测器（火焰离子化检测器除外）的灵敏度或稳定性，为保证柱后流出组分不致于冷凝在检测器上，检测室温度必须比柱温高数十度，检测室的温度控制精度要求在±0.1℃以内。
柱室温度的变动会引起柱温的变化，从而影响柱的选择性和柱效，因此柱室的温度控制要求精确。温控方法根据需要可以恒温，也可以程序升温。
当被测样品复杂，其中的组分的k′范围过宽，而分离在恒温下进行，这往往会带来两个麻烦。首先是高沸点样品保留时间过长，而使色谱峰既宽又矮，使分离变坏，且难以准确定量。更严重的是某些高沸点组分迟迟不流出。若对未知样品，则会误认为组分已全部洗脱出柱，但到了以后的分析中，它又被洗脱出来，造成组分的漏检和误检。其次对沸点过低的组分，峰会相互紧挨，而不能很好分离。解决此麻烦的办法是采用程序升温气相色谱法。即根据样品组成的性质使柱温按照人为优化的升温速率改变，从而使各组分能在各自获得良好分离的温度下洗脱。程序升温方式应根据样品中组分的沸点分布范围来选择，可以是线性或多阶线性等（如图7-2）。程序升温的优点有分离改进、峰窄、检测限下降以及省时等。图7-3为程序升温色谱与恒温色谱的比较。

图7-2 程序升温方式

图7-3 恒温色谱 (a) 与程序升温色谱 (b) 分离直链烷烃的比较
柱长6m，柱径1.6mm，固定液Apiezon L，载体100-120目VarAport30，
He流速10mL/min。恒温分离时，检测器灵敏度比程序升温时高16倍
7.2 检 测 器
7.2.1 检测器类型
气相色谱检测器约有10多种，常用的是热导检测器、火焰离子化检测器、电子捕获检测器、火焰光度检测器等。这四种检测器都是微分型检测器。微分型检测器的特点是被测组分不在检测器中积累，色谱流出曲线呈正态分布，即呈峰形。峰面积或峰高与组分的质量或浓度成比例。
气相色谱检测器可分为通用性检测器，如热导和火焰离子化检测器，以及选择性检测器，如电子捕获、火焰光度检测器。通用性指对绝大多数物质都有响应，选择性指只对某些物质有响应，对其它物质无响应或响应很小。
根据检测原理，又可将检测器分为浓度型和质量型。热导和电子捕获检测器属浓度型；火焰离子化、火焰光度检测器属质量型。浓度型检测器指其响应与进入检测器的浓度的变化成比例；质量型检测器指其响应与单位时间内进入检测器的物质量成比例。
7.2.2 优良检测器的性能指标
1. 灵敏度高
单位物质量通过检测器时产生的信号大小称为检测器对该物质的灵敏度S。以组分的浓度(c)或质量(m)对响应信号(R)作图，得一条通过原点的直线，如图7-4所示。直线的斜率就是检测器的灵敏度。通式为：
(7.1)
由此可知，灵敏度是响应信号对进入检测器的被测物质量的变化率。

图7-4 检测器响应曲线
2. 检测限低
检测限D又称检测度或敏感度，定义为当检测器产生的信号（峰高）恰是噪声的2倍时，单位时间或单位体积内进入检测器的最小物质量（图7-5）。

图7-5 检测器噪声
检测限可表示为：
(7.2)
式中，RN为噪声信号，单位为mV。由此可见，检测限不仅决定于灵敏度，而且受制于噪声，所以它是衡量检测器性能好坏比较全面的指标。
通常情况下，D值越小的检测器，越有利于痕量分析。
3. 最小检测量低
最小检测量mmin是针对色谱体系提出的一个检测指标，它与检测限不同。因为实际工作中，被测组分不可能单独与检测器发生关系，检测器总是处在与气化室、色谱柱、记录系统等构成的一个完整的色谱体系中。色谱体系的最小检测量指色谱峰高等于2倍噪声时被测组分的进样量。见图7-5。它与检测器本身性能与色谱操作之间存在以下关系（对质量型检测器）。
(7.3)

由此可见，最小检测量mmin与检测限和半峰宽（以载气流过的体积表示）成正比，色谱峰越窄，mmin越小。与最小检测量紧密相关的就是最小检测浓度(Cmin)。它可表示为：

(7.4)
即最小检测量与进样量Q之比，它表示在一定进样量时，色谱体系所能检测出的组分最低浓度。
4. 线性范围宽
检测器的线性范围是指检测器响应信号与被测组分质量或浓度呈线性关系的范围。通常以线性范围内最大进样量(mmax)与最小进样量(mmin)的比值，或以最大允许进样浓度与最小检测浓度的比值表示。比值越大，线性范围越宽，越有利于定量测定。图7-4中mmin—mmax范围即为检测器进样量的线性范围，它的实际意义是，当组分的进样量变化mmax/mmin倍时，仍呈线性关系。
7.2.3 热导检测器
热导检测器(thermal conductivity detector,TCD)是气相色谱常用的检测器。其结构简单，稳定性好，对有机物或无机物都有响应，适用范围广，但灵敏度较低，一般适宜作常量或10-6数量级分析。热导检测器的线性范围约为104。
1. 结构与原理
热导检测器的主要部件是一个热导池，它由池体和热敏元件构成，其结构如图7-6所示。热导池池体由不锈钢制成。池体上有四个对称的孔道。在每个孔道中固定一根长短和阻值相等的螺旋形热丝(钨或铼钨合金)，与池体绝缘。该金属热丝称为热敏元件。

图7-6 热导池结构 图7-7 热导池惠斯顿电桥测量线路
由四根热线组成的四臂热导池，其中二臂为参比臂，二臂为测量臂。将参比臂和测量臂接入惠斯顿电桥，通入恒定的电流，组成热导池测量线路，如图7-7所示。R2、R3为参比臂， R1、R1为测量臂，R1=R2，R3=R4。
热导检测器是根据不同物质与载气具有不同的热导系数λ这一原理而设计的。热导系数λ反映了物质的传热本领，热导系数大的组分，传热的本领大；反之，传热的本领小。某些气体的热导系数见表7-1。
当无样品，仅有纯载气通过时，电流流过热丝产生的热量与载气带走的热量建立热动平衡，这时参比臂和测量臂热丝的温度相同，R1×R4=R2×R3，电桥处于平衡状态，无信号输出，此时记录仪上记录的是一条直线。
表7-1 某些气体的热导系数
λ×103/J·cm-1·s·℃
气 体 0℃ 100℃ 相对分子质量
氢 174.1 223.4 2
氦 145.6 174.9 4
甲烷 30.1 45.6 16
氮 24.3 31.4 28
氩 16.7 21.6 40
戊烷 13.0 22.2 72
已烷 12.6 20.9 86
当样品组分随载气通过测量臂时，组分与载气组成的二元体系的热导系数与纯载气的热
导系数不同，由于热传导带走测量臂的热量，引起热丝温度变化，使电阻值改变。而参比臂电阻值保持不变，这时，R1×R4≠R2×R3，电桥失去平衡，A、B两点间的电位不等，于是输出信号。信号大小与组分含量成比例。
2. 影响灵敏度的因素
(1) 桥电流 电桥通过的电流称为桥电流，桥电流是热导检测器的一个重要操作参数。热导池的灵敏度与桥电流三次方成正比。但桥电流过大，热丝温度迅速增加，影响其寿命，同时由于与池体壁温差过大，使噪声增大。桥电流的选择要根据池体温度和载气性质。若池体温度较低，桥电流可适当大些。用氢气或氦气作载气时，桥电流可选在180-200mA，用氮气或氩气作载气时，应选在80-120mA。
(2) 载气 载气与组分的热导系数差别越大，相应的输出信号也越大。所以一般采用热导系数大的载气如氢气或氦气，而不采用热导系数小的氮气或氩气。如果组分的热导系数比载气的热导系数大，就会得到负信号，而且线性差，灵敏度也低。使用氢气作载气比氮气作载气的最小检测量低一个数量级。
(3) 温度 热导检测器对温度变化十分敏感，柱室温度的波动会使热丝温度发生变化，而检测室温度的波动将影响热传导的稳定性，所以必须严格控制柱室和检测室的温度，否则灵敏度和稳定性下降。检测室温度较低为宜，但必须高于柱温，以防止组分蒸汽检测室中冷凝，热导池若被冷凝的组分沾污，基线漂移增加，稳定性下降。
7.2.4 火焰离子化检测器
火焰离子化检测器(flame ionization dector, FID)是一种高灵敏度通用性检测器。它几乎对所有的有机物都有响应，而对无机物、惰性气体或火焰中不解离的物质等无响应或响应很小。它的灵敏度比热导检测器高102—104倍，检测限达10-13g/s，对温度不敏感，响应快，适合连接开管柱进行复杂样品的分离，线性范围为107。
1. 结构与原理
火焰高子化检测器是根据有机物在氢氧焰中燃烧产生离子而设计的，主要部件是用不锈钢制成的离子室，结构见图7-8。离子室由收集极、发射极（或称极化极）、气体入口和火焰喷嘴等部分组成。氢气与载气预先混合，从离子室下部进入喷嘴，空气从喷嘴周围引入助燃，生成的氢氧焰为离子化能源。喷嘴本身作为发射极，火焰上方的圆筒状电极为收集极，在两电极间施加极化电压产生电场。无组分进入火焰时，两极间不应有电流流过，但实际上仍有微弱电流产生，这是由于杂质在火焰中解离的结果，此微弱电流称为基始电流。

图7-8 火焰离子化检测器
当有机物随载气进入火焰时，发生离子化反应，CnHm在火焰中发生裂解，生成自由基CH·。

CH·与空气中氧作用，生成CHO+和e：

生成的离子被发射极捕获而产生电流，经高阻（107—1010Ω）放大后由记录系统记录。产生的离子数与单位时间内进入火焰的碳原子数量有关，所以火焰离子化检测器是质量型检测器。它对绝大多数有机化合物有很高的灵敏度，有利于分析痕量有机物。对氢火焰中不电离的CO、CO2、SO2、H2S、NH3、空气、水和惰性气体等不能检测。由于对空气和水无响应，因此特别适合于大气和水污染物质的分析。
2. 影响灵敏度的因素
氢火焰离子化检测器的喷嘴内径、电极形状及间距、极化电压的高低均影响其检测灵敏度。但这些参数都已有厂家经过优化选择，唯独气体流量之比应仔细选择。氢气流量有一最佳值，在最佳值时可得到最大的响应。氢气与载气的流量比一般为1：1左右。氢气与空气的流量比约为1：10，因为导入的空气中的一部分须通过扩散进入火焰，为了保证有足够的氧气与组分分子接触，必须提供充足的空气。空气的最低流量为400mL·min-1，低于此流量时，响应值随空气流量增加而增加，到达400mL·min-1后，响应值趋于稳定。
7.2.5 电子捕获检测器
电子捕获检测器(electron capture detector, ECD)只对电负性物质有响应，物质的电负性越强，检测灵敏度越高，其最小检测浓度可达10-14g·mL-1，线性范围为103左右。
电子捕获检测器是一种放射性离子化检测器，结构见图7-9。与火焰离子化检测器相似，同样需要能源和电场。在检测器内装有一个圆筒状β放射源如63Ni为负极，另一电极为正极，两极之间用聚四氟乙烯绝缘，极间施加直流或脉冲电压，极间距离根据放射源和供电形式精确确定。

图7-9 电子捕获检测器
当载气（氮气或氩气）进入检测室，受β放射源发射出的β粒子（初级电子）的不断轰击而电离，生成正离子和次级电子。

当外加电场存在时，初级电子和次级电子向正极迁移并被收集，形成一恒定的微电流（10-9—10-8A)，即检测器的基始电流，简称基流。
当电负性物质(AB)随载气进入检测器后，立即捕获这些自由电子而生成稳定的负离子，负离子再与载气正离子复合成中性化合物：

其结果使基流下降，产生负信号而形成负峰。电负性组分的浓度越大，负峰越大；组分中电负性元素的电负性越强，捕获电子的能力越大，倒峰也越大。
7.2.6 火焰光度检测器
火焰光度检测器（ flame photometry detector， FPD）是一种对硫、磷化合物有高响应值的选择性检测器，又称“硫磷检测器”。它对硫、磷的响应比烃类高1万倍，适合于分析含硫、磷的有机化合物和气体硫化物，在大气污染和农药残留分析中应用很广，检测限可达10-13g·s-1（P）、10-11g·s-1(S)。火焰光度检测器对硫和磷的线性范围分别为103和104。
火焰光度检测器是根据硫、磷化合物在富氢火焰中燃烧时能发射出特征波长的光而设计的。它由燃烧系统和光学系统组成，其结构见图7-10。

图7—10 火焰光度检测器
当含硫的化合物随载气进入富氢火焰中燃烧时，其机理一般认为：

当激发态S*2分子返回基态时发射出特征波长的光(λmax为394nm)，并由光电倍增管转换成电信号，经微电流放大器放大，最后送至记录系统。
含磷的化合物首先燃烧成磷的氧化物，然后在富氢火焰中被氢还原形成化学发光的HPO碎片，它可发射出λmax为526nm的特征光。
四种常用检测器的性能列于表7-2中。
表7-2 常用检测器的性能
检测器
性能 热 导 火焰离子化 电子捕获 火焰光度
类 型 浓 度 质 量 浓 度 质 量
通用性或选择性 通 用 基本通用 选 择 选 择
检 测 限 10-8mg·mL-1 10-13g·s-1 10-14g·mL-1 10-13g·s-1(P)
10-11g·s-1(S)
线性范围 104 107 102—104 104 (P) 10 3(S)
适用范围 有机物和无机物 含碳有机物 卤素及亲电子物、农药 含硫、磷化合物、农药
7.3 填充柱气相色谱固定相
气相色谱根据使用的固定相性质分为气固色谱和气液色谱。气固色谱固定相为吸附剂，气液色谱填充柱固定相由固定液和载体组成。由于使用惰性气体作流动相，可以认为组分与流动相分子之间基本没有作用力，决定色谱分离的主要因素是组分和固定相分子之间的相互作用力，所以固定相的性质对分离起着关键的作用。
7.3.1 载体
色谱用的载体是为固定液提供一个具有较大表面积的惰性表面。理想的载体应是能牢固地保留固定液并使它呈均匀薄膜状的无活性物质。因此要求载体具有化学惰性，无表面吸附作用，孔穴均匀，比表面大，耐热性强，无催化活性以及有一定机械强度和浸润性。
气液色谱一般都使用硅藻土载体。硅藻土载体 由天然硅藻土经煅烧制得。按制造方法不同，分为红色载体和白色载体。
红色硅藻土载体其孔径小，约2μm，比表面大，约4m2·g-1，机械强度较好，但表面存在活性吸附中心，有一定的催化活性，对极性化合物易产生拖尾现象。它适宜涂布非极性固定液，分析非极性和弱极性化合物。国产6201、201、301，国外的Chromosorb P,Chezasorb和Gas Chrom R等均属此类。
白色硅藻土载体其孔径较大，约8—9μm，比表面小，约1m2·g-1。机械强度不如红色载体，但表面吸附和催化活性小，适宜涂布极性固定液，分析极性或氢键型化合物。国产101、102，国外的Chromosorb(A、G、W)、Celite545、Gas Chrom(A、P、Q、S、Z)等均属此类。
硅藻土载体表面由于存在硅醇基Si—OH，易与极性物质形成氢键，造成拖尾，拖尾程度按下列顺序：氨>水>肼>乙二醇>酸>醇>胺>酯>醚>烃。因此，必须用酸洗、碱洗、硅烷化等方法进行处理，目的是要分别消除碱性作用中心、酸性作用中心、硅醇基活性氢与组分的作用，以减少峰的拖尾，或不可逆吸附，改进分离。
7.3.2 固定液
1. 对固定液的要求
气液色谱中使用的固定液是高沸点有机物，它涂布在惰性载体表面。理想的固定液应满足如下要求：
对被测组分化学惰性。热稳定性好，在操作温度下固定液的蒸气压很低，不易流失。对不同的物质具有较高选择性。粘度小、凝固点低，从而可降低固定液的最低使用温度，扩大温度使用范围。对载体表面具有良好浸润性，易涂布均匀。
2．组分与固定液分子间的作用力
固定液能将不同组分分离是由于组分在固定液中的溶解度不同，而溶解度的差别与组分和固定液分子间的相互作用力大小有关。显然，与固定液作用力大的组分较迟流出，与固定液作用力小的组分先流出。
分子间的作用力主要有定向力、诱导力、色散力和氢键力等。
（1）定向力 又称静电力或Keeson力。这是由于具有永久偶极矩的极性分子之间的静电作用力而产生的。
（2）诱导力 又称Debye力。在具有永久偶极的极性分子诱导下，使非极性分子产生诱导偶极矩。这种诱导力也可以产生在极性分子相互之间。
（3）色散力 又称London力。由于电子运动使非极分子内部正负电荷中心相对位置的瞬间变化而产生瞬间偶极作用力。这是非极性分子相互之间唯一的作用力。
（4）氢键力 分子中，与电负性原子构成共价键的氢原子，同时又能与另一个电负性原子以静电作用力形成类似配价键状态，这种力称为氢键力，是一种特殊的定向力。常见的氢键强弱次序为：
F-H……F>O-H……F>O-H……N>N-H……N
3．固定液特征常数
（1）Kovats保留指数 也称保留指数，是Rohrschneider和Mc Reynolds常数系统的基础数据。人为规定，在任一色谱条件下，对碳数为n的任何正构烷烃，保留指数为100n。如正己烷，保留指数为600。在指定实验条件下测得组分的调整保留值后，被测组分的保留指数IX可按下式计算：

(7.5)
式中，t′R,X、t′R,n 和t′R,n+2分别为被测组分、碳数为n和n+z的正构烷烃的调整保留时间。Z为两正构烷烃碳原子数之差，一般为数个。
由上式可知，欲测定一个组分的保留指数，必须同时测定两个经过选择的相邻正构烷烃的调整保留时间，而这两个调整保留时间必须在被测组分的前后。
保留指数与相对保留值相似，也是用来表示一个组分的相对保留能力的大小。两者之间的差别在于，相对保留值以任意选定的单个化合物为参比标准，保留指数以正构烷烃系列为参比标准。
例1 气液色谱柱上，在恒定的温度下获得如下数据：
组 分
空 气
正 己 烷
样品组分
正 庚 烷
保留时间/min
0.22
4.13
5.20
6.35
试计算样品组分的保留指数。
解：由题意知，在样品组分之前出峰的正构烷烃是正己烷，碳数n=6，代入式（7.5），样品组分的保留指数为：

这一结果表明该组分在此色谱体系下的保留值相当于具有6.538个碳原子数的正构烷烃的保留值。事实上不可能存在这种正构烷烃，但I值为保留值文献数据的统一比较提供了一种更可行的途径。
（2）Rohrschneider和McReynolds常数 Rohrschneider于1966年提出用保留指数的差值△I来表示固定液的相对极性。△I值越大，表示固定液和组分之间的作用力越大，固定液的选择性越高。他选用五种分别代表不同作用力的标准物质来测定固定液的特征：苯（电子给予体）表示易极化物质，乙醇（质子给予体）代表氢键型化合物，甲乙酮（质子接受体）代表接受氢键能力强的化合物，硝基甲烷（质子接受体）代表特殊氢键化合物，吡啶（质子接受体）代表氮杂环上可形成大π键的物质，也是易极化物质。若分别测定它们在被测固定液和参比固定液角鲨烷（非极性）上的保留指数，并计算出在两种固定液上的保留指数差值，即△I。
1970，McReynolds对Rohrschneider的工作加以改进，选用苯、正丁醇、2-戊酮、1-硝基丙烷、吡啶、2-甲基-2-戊醇、碘丁烷、2-辛炔、二氧六环、顺八氢化茚十种物质，在柱温120℃下分别测定它们在226种固定液和角鲨烷上的△I值。由于前五种物质的△I值已足以表达固定液的相对极性，所以把该五项之和称为总极性。表7-3列出一些常用固定液的McReynolds常数。X′、Y′、Z′、U′、S′分别表示五种物质的△I值，从而为固定液与不同功能团分子之间的作用提供了量化指标。
表7-3 McReynolds常数

苯 丁醇 2-戊酮 1-硝基 吡啶
丙烷
固 定 液 型 号 平均 总极性 最高使用
极性 温度，℃
X′ Y′ Z′ U′ S′
角鲨烷 SQ 0 0 0 0 0 0 0 100
甲基硅橡胶 SE-30 15 53 44 64 41 43 217 300
苯基(10%)甲基聚硅氧烷 OV-3 44 86 81 124 88 85 423 350
苯基(20%)甲基聚硅氧烷 OV-7 69 113 111 171 128 118 592 350
苯基(50%)甲基聚硅氧烷 DC-710 107 149 153 228 190 165 827 225
苯基(60%)甲基聚硅氧烷 OV-22 160 188 191 283 253 219 1075 350
三氟丙基(50%)甲基聚硅氧烷 QF-1 144 233 355 463 305 300 1500 250
氰乙基(25%)甲基硅橡胶 XE-60 204 381 340 493 367 357 1785 250
聚乙二醇-20000 PEG-20M 322 536 368 572 510 462 2308 225
己二酸二乙二醇聚酯 DEGA 378 603 460 665 658 553 2764 200
丁二酸二乙二醇聚酯 DEGS 492 733 581 833 791 686 3504 200
三（2-氰乙氧基）丙烷 TCEP 593 857 752 1028 915 829 4145 175

4. 固定液的选择
当样品中的组分分子进入色谱柱后，有两种力促使不同的组分子先后流出色谱柱。一种是建立在拉乌尔定律基础上的纯组分的蒸汽压的大小，即它们的相对挥发度的大小。另一种力是组分分子与固定液分子之间的分子作用力。由于这两种力的共同作用结果决定了固定液的选择性大小。这种选择性可以由式7.6表达出来。

(7.6)

p0表示纯组分的蒸汽压，γ°是组分在分配体系中的活度系数，即反映了在进行两相分配时，组分（溶质）与固定液（溶剂）之间的作用的大小。作用越大，则γ°值越远离1。由式(7.6)可知，两组分要获得良好选择性，必须满足两个条件：蒸汽压有足够差别或活度系数要有足够差别。例如分离苯和环己烷时，由于它们的沸点十分接近，前者为80.1℃，后者为80.8℃，因此在同一柱温下，它们的P0值十分接近，要获得良好分离只有选择与两者的作用力有足够大差别的固定液。显然选择非极性固定难以分离，而选择极性固定液使苯分子容易被极化而保留，环己烷则不易被极化而先流出柱子。这一次序正好与沸点顺序相反。因此从式7.6也可大致预测组分在已知固定液上的流出次序。由于两种力交叉作用，且力的大小不可能量化，因此只有通过实验才知道正确流出的次序。
根据以上理论，固定液选择的原则大致如下。
对非极性混合物一般选择非极性固定液，组分和固定液分子间的作用力主要是色散力。各组分按沸点顺序出峰，即低沸点的先流出，高沸点的后流出。如果非极性混合物中含有极性组分，测沸点相近的极性组分先流出。
对中等极性混合物一般选择中等极性固定液，这时组分和固定液分子间的作用力主要是色散力和诱导力。若诱导力很小，则组分基本上按沸点顺序出峰。但在分离沸点相近的非极性和可极化组分的混合物时，则诱导力起主要作用。对强极性组分一般选择强极性固定液，这时组分和固定液分子间的作用力主要是定向力。极性越大，作用力越大，各组分按极性顺序出峰，即极性小的先流出。如果极性组分中含有非极性组分，则非极性组分最先流出。
对易形成氢键的组分应选用氢键型固定液或极性固定液，如腈醚、多元醇等，此时组分按其与固定液分子间形成氢键能力的大小顺序出峰，不易形成氢键的先流出，易形成氢键的后流出。
表7-3列出的12种常用固定液，它的特点是极性均匀递增，反映分子间的全部作用力，可作为色谱分离的优选固定液。
3．手性选择剂
光学异构体在生物活性、毒性及其代谢机制方面都不相同。例如手性药物分子的两种对映体的药理作用相同或完全不同，它们的药效差别很大或完全相反。因此外消旋体的拆分极为重要。常见的拆分方法有直接结晶法、酶拆分法、化学拆分法以及色谱分析法。色谱分析法又可分为间接法和直接法。
间接法就是让手性衍生化试剂与被分析组分反应，使对映体转变为非对映体后，利用其物理和化学性质的不同，可以在普通的非手性固定相上进行分离。然后再经过化学转化，使其再生出原对映体。由于间接法具有以下缺点，使用受到极大的限制。这些缺点是：必须进行样品预处理，使其转变成非对映体，因而费时；被分析组分必须具有可反应的活性基团；手性衍生化试剂的纯度要很高，且与两种对映体的衍生化速率相同；检测器对两种外消旋体的响应也应相同；为了避免衍生化反应中的立体转换，反应条件应恰当选择。要解决以上问题很不容易。但是间接法在直接法无法采用时，或被分析物的检测灵敏度达不到时，有其特别用处。
直接法就是采用手性选择剂（手性固定相和手性流动相添加剂，后者只用于液相色谱和毛细管电泳法中）进行分离。由于手性固定相可成千次使用，不要更换各种手性添加剂，而且对分离机理的解释和确定分子构型显示出它的优越性，因此手性固定相得到迅速发展。寻找合适的手性固定相也成了分离对映体的关键。
(1) 天然手性物质
环糊精（Cyclodextrin,CD）是由淀粉经酶发酵而生成的。它是一个含有多个D-（+）-吡喃葡萄糖单元，通过1，4-α-甙键首尾相接形成一个大环分子。它的结构如图7—11。其几种常用环糊精的物理性质见表7-4。

图7—11环糊精结构
表7-4几种常用环糊精的物理性质

环糊精 含葡萄糖 相对分子量质量 空穴尺寸（nm） 水溶性
单元 外径 内径 深度
α-CD 6 973 0.137 0.57 0.78
β-CD 7 1135 0.153 0.78 0.78