氣相檢測方法選擇

1、氣相檢測方法選擇分流/不分流進樣圖 牛2 HIM知見5gpU）儀器分流/不分流抽樣口原理示意圖口）分流狀有：SJ不分流狀態(tài)”約粉器：fi-ll 接檢測器I-總流量:控制相，入汨:樣口工亂隔空吹掃氣調(diào)節(jié)尚：4-隰墊吹掃氣出口， 分流/不分充電被閥m 7柱前壓調(diào)曲閥1 8柱前壓表, 口分流出口j 1 口色諧枉.選至氣相色譜方法及應(yīng)用一、進樣口結(jié)構(gòu)分流/不分流進樣口是毛細管GC 最常用的進樣口，它既可用作分流進樣，也可用作不分流進樣口圖 4-2 是典型的分流/不分流進樣口示意圖。從結(jié)構(gòu)上看，分流/不分流進樣口與填充柱進樣有明顯的不同，一是前者有分流氣出口及其控制裝置，二是除了進樣口前有一個控制閥外，

2、在分流氣路上還有一個柱前壓調(diào)節(jié)閥，二是二者使用的襯管結(jié)構(gòu)不同。而分流進樣和不分流進樣在操作參數(shù)的設(shè)置，對樣品的要求以及襯管結(jié)構(gòu)方面也有很大區(qū)別，下面分別討論之。二、分流進樣（一）載氣流路和襯管選擇分流進樣時載氣流路如圖 4-2a 所示。進入進樣口的載氣總流量由一個總流量閥控制，而后載氣分成兩部分：一是隔墊吹掃氣（13mL/min）,二是進入汽化室的載氣。進入汽化室的載氣與樣品氣體混合后又分為兩部分：大部分經(jīng)分流出口放空，小部分進樣色譜柱。以總流量為 104 m1/min 為例，如果隔墊吹掃氣流設(shè)置為 3m1/min ，則另 101mL/min 進入汽化室。當(dāng)分流流量為 100mL/min 時。

3、柱內(nèi)流量為 lml/min ，這時分流比為 100:1 。注意。此儀器設(shè)計將柱前壓調(diào)節(jié)閥置于分流氣路上，這就可在總流量不變的情況下，改變柱前壓。柱前壓越高，柱流速越大，分析速度越快。而要在柱前壓不變（柱流速不變）的條件下改變分流比，則必須調(diào)節(jié)總流最?？偭髁吭酱?，分流比越大。分流進樣口可采用多種襯管，用于分流進樣的襯管大都不是直通的，管內(nèi)有縮徑處或者燒結(jié)板，或者有玻瑞珠，或者填充有玻璃毛。這主要是為了增大.與樣品接觸的比表面，保證樣品完全汽化 .減小分流歧視見下面關(guān)于分流歧視問題的討論） 。同時也是為了防止固體顆粒和不揮發(fā)的樣品組分進入色譜柱。注意，填充物應(yīng)位于襯管的中間，即溫度最高的地方，也是

4、注射器針尖所到達的地方，這樣對提高汽化效率，減少注射器針尖對樣品的歧視更為有效。另外，玻璃毛活性較大，不適合于分析極性化合物。此時可用經(jīng)硅烷化處理的石英玻璃毛。襯管的上端常用“O ”形硅橡膠環(huán)密封。用一段時間后該環(huán)會老化而造成漏氣。故要及時更換。當(dāng)進樣口溫度超過400時，最好采用石墨密封環(huán)。（二）樣品的適用性分流進樣適合于大部分可揮發(fā)樣品，包括液體和氣體樣品，特別是對一些化學(xué)試劑 （如將劑 ）的分折。因為其中一些組分會在主峰前流出。而且樣品不能稀釋、故分流進樣住往是理想的選擇。此外，在毛細管GC 的方法開發(fā)過程中，如果對樣品的組成不很清楚。也應(yīng)首先采 用分流進樣口對于一些相對“臟”的樣品，更應(yīng)

5、采用分流進樣，因為分流進樣時大部分樣 品被放空，只有一小部分樣品進入色譜柱，這在很大程度上防止了柱污染。只是在分流進樣不能滿足分析要求時（靈敏度太低） ，才考慮其他進樣方式，如不分流進樣和柱上進_樣等。總之，分流進樣的適用范圍寬，靈話性很大。分流比可調(diào)范圍廣，故成為毛細管GC的首選進樣方式。三） 操作參數(shù)設(shè)置1. 溫度進樣口溫度應(yīng)接近于或等于樣品中最重組分的沸點，以保證樣品快速汽化，減小初始譜帶寬度。但溢度太高有使樣品組分分解的可能性。對于個未知的新樣品?？蓪⑦M樣口溫度設(shè)置為 300 度進行試驗。2. 載氣流速常用毛細管GC所用柱內(nèi)載氣線流速為：氨氣3050cm/s,氮氣2040cm/s,氫氣

6、4060cm/s 。實際流速可通過測定死時間來計算，通過調(diào)節(jié)柱前從來控制。對于分流進樣，還要測定隔墊吹掃氣流量和分流流量，前者一般為23mL/min,后者則要依據(jù)樣品情況（如待側(cè)組分濃度等）、進樣量大小和分析要求來改變。常用分流比范圍為 20:1200:1 ,樣品濃度大或進樣量大時，分流比可相應(yīng)增大，反之則減小。用大口徑柱時分流比小一些（ 或采用不分流進樣）。用微徑柱作快速 GC分析時，分流比要求很大（如1000:1或更高）。另一方面，分流比小時，分流歧視（ 見下面關(guān)于分流歧視問題的討論） 效應(yīng)可能小一些，但初始譜帶 （主要是溶劑譜帶） 寬度要大一些。必要時可采用聚焦技術(shù)。而分流比大時，初始譜

7、帶寬度小，但分流歧視效應(yīng)可能會增大。所以，在實際工作中應(yīng)據(jù)樣品情況和分析要求選擇一個合適的折衷點。3. 進樣量和進樣速度分流進樣的進樣量一般不超過2 wL,最好控制在0.5 wL以下，因為襯管的容積有限，液體汽化時體積要膨脹數(shù)百倍（ 見表 4-1） 。當(dāng)然。進樣量還和分流比是相關(guān)的，分流比大時，進樣量可大一些。至于進樣速度應(yīng)當(dāng)越快越好，一是防止不均勻汽化，二是保持窄的初始譜帶寬度。因此，快速自動進樣往往比手動進樣的效果好。表4蒸汽膨脹因子溶劑密度分子量估計膨脹因子溶常密度分子里估計膨脹因子異辛烷小第114138:1氯仿143IIP2 £4:1己烷口668(5174:1二氧甲烷1.33

8、85355:1凌烷H627213S:1甲解0.79,3253:1乙酸乙酯口刀。招233:1水10.18注】進樣口溫度250度，柱前壓90Ka（四）分流歧視問題所謂分流歧視是指在一定分流比條件下，不同樣品組分的實際分流比是不同的，這就會造 成進入色譜柱的樣品組成不同于原來的樣品組成，從而影響定是分析的準(zhǔn)確度。因此，采 用分流進樣時必須注意這個問題。那么，是什么因素造成分流歧視的呢？不均勻汽化是分流歧視的上要原因之一，即由于樣品中各組分的極性不同，沸點各異 ,因而汽化速度各不相同。理論上講，只要汽化溫度足夠高，就能使樣品的全部組分迅速 汽化。只要汽化室內(nèi)樣品處于均相氣體狀態(tài)，分流歧視就是可以忽略的

9、。然而，實際上樣 品在汽化室是處于一種運動狀態(tài)，即必須隨載氣流動。從汽化室汽化到進入色譜柱的時間 很短（以秒計），沸點不同的組分到達分流點時，汽化狀態(tài)可能不完全相同。這樣，由于分 流流最遠大于柱內(nèi)流量，汽化不太完全的組分就比完全汽化的組分可能多分流掉一些樣品 。造成分流歧視的另外一個原因是不同樣品組分在載氣中的擴散速度不同。而擴散速度與 溫度是成正比的。所以。盡量使樣品快速汽化是消除分流歧視的重要措施，包括采用較高 的汽化溫度，也包括使用合適的襯管。分流比的大小也會影響分流歧視口一般地講，分流比越大，越有可能造成分流歧視口所以 ,在樣品濃度和柱容量允許的條件下，分流比小一些有利。至于分流比的測

10、定定是很簡單 的，只要在分流出口用皂膜流量計測定分流流量，再測定柱內(nèi)流量 （因為柱內(nèi)流量很小，用 皂膜流量計測定時誤差較大，故常用測定死時間的辦法進行流量計算）。二者之比即為分流比。嚴(yán)格地講，兩個流量值應(yīng)校正到相同的溫度和壓力條件下，才能獲得準(zhǔn)確的分流比。實際工作中人們更關(guān)心的是分流比的重現(xiàn)性，分流比則常用整數(shù)之比表示，故一般不需要 很準(zhǔn)確地測定。具體分析中要消除分流歧視，還應(yīng)注意色譜柱的初始溫度盡可能高一些。這樣，汽化溫度 和柱箱溫度之差就會小一些，因而樣品在汽化室經(jīng)歷的溫度梯度就會小一些，可避免汽化后的樣品發(fā)生部分冷凝。最后一個問題是色譜柱的安裝，一是要保證柱入口端超過了分流點。二是保證柱

11、入口端處于汽化室襯管的中央，即汽化室內(nèi)色譜柱與襯管是同軸的 （ 參看上一章有關(guān)色譜柱安裝的內(nèi)容） 。盡管分流進樣有歧視間題，但它仍然是毛細管GC中最常用的進樣方式。在實際工作中。分流歧視是很難完全消除的，但只要操作是重現(xiàn)的，一定程度的歧視是重現(xiàn)的。就可以通過標(biāo)準(zhǔn)樣品的校準(zhǔn)來消除歧視效應(yīng)對定量精度的影響另一方面。由于分流進樣給檢測靈敏度提出了更高的要求，而當(dāng)樣品濃度太低時。分流進樣并不總是合適的選擇。除了進行樣品預(yù)處理（ 如濃縮 ） 外。讀者很容易想到不分流進樣。既然分流進樣是因為柱容量小、樣品濃度高而不得不采用的方法。那么低濃度樣品采用不分流進樣，以提高檢測靈敏度就是理所當(dāng)然的選擇了。三、不分

12、流進樣（ 一 ） 載氣流路和襯管選擇不分流進樣與分流進樣采用同一個進樣口，顧名思義，不分流進樣就是將分流氣路的電磁閥關(guān)閉 圖 4-2（b） ，讓樣品全部進入色潛柱。這樣做的好處是顯而易見的，既可提高分析靈敏度，又能消除分流歧視的影響。然而，在實際工作中、不分流進樣的應(yīng)用遠沒有分流進樣普遍，只是在分流進樣不能滿足分析要求時（ 主要是靈敏度要求） ，才考慮使用不分流進樣。這是因為不分流進樣的操作條件優(yōu)化較為復(fù)雜。對操作技術(shù)的要求高。其中一個最突出的問題是樣品初始譜帶較寬 （ 樣品汽化后的體積相對于柱內(nèi)載氣流量太大） 。汽化的樣品中溶劑是大量的，不可能瞬間進入色譜柱，結(jié)果溶劑峰就會嚴(yán)重拖尾，使早流出

13、組分的峰被掩蓋在溶劑拖尾峰中 如圖 4-3（a） 所示 ，從而使分析變得困難，甚至不可能。有人也將這一現(xiàn)象叫做溶劑效應(yīng)。ftl 4-3本分加進樣的序刷效應(yīng)箝完全不分ilh (b) II間不分流消除這種溶劑效應(yīng)可從幾個方面考慮，但就載氣的流路來說，主要是采用所謂瞬間不分流技術(shù)。即進樣開始時關(guān)閉分流電磁閥，使系統(tǒng)處于不分流狀態(tài)圖4-2(b)。待大部分汽化的樣品進入色醉柱后，開啟分流閥，使系統(tǒng)處于分流狀態(tài)圖4-2(a)。這樣，汽化室內(nèi)殘留的溶劑氣體(當(dāng)然包括一小部分樣品組分)就很快從分流出口放空，從而在很大程度上消 除了溶劑拖尾如圖4-2(b)所示。分流狀態(tài)一直持續(xù)到分析結(jié)束，注射下一個樣品時再關(guān)

14、閉分流閥。所以我們說，不分流進樣并不是絕對不分流，而是分流與不分流的結(jié)合。這里,確定一個瞬間不分流時間(從進樣到開啟分流閥的時間)往往是分析成敗的關(guān)鍵。原則上講，這一時間應(yīng)足夠長。以保證絕大部分樣品進人色譜柱，避免分流歧視的影響；同時又要盡可能短，以最大限度地消除溶劑搶尾、使早流出峰的分析更為準(zhǔn)確。這顯然是有矛盾的。在實際工作中，常常是根據(jù)樣品的具體情況 (如溶劑沸點、待測組分沸點和濃度等 )或 操作條件來確定一個優(yōu)化的折衷點。研究結(jié)果表明，這一時間值一般在3080S之間。文獻報道多采用0.75min ,即從進樣到開啟分流閥的時問為 0.75min ,通常能保證95%A上的 樣品進入色譜柱，本

15、節(jié)后而將介紹如何用實驗方法確定優(yōu)化的不分流時間。襯管的尺寸是影響不分流進樣性能的另一個重要因素。為了使樣品在汽化室盡可能少地稀釋，從而減小初始譜帶寬度，襯管的容積小一些有利，一般為 0.251mL且最好使用直通式襯管。當(dāng)用自動進樣器進樣時，因進樣速度快，樣品揮發(fā)快，故建議采用容積稍大一 些的直通式襯管。對于干凈樣品，襯管內(nèi)可不填充玻璃毛，對于相對臟的樣品，則需要填充玻瑞或石英毛，以保證分析的重現(xiàn)性并保護色譜柱不被污染。但要注意，由于不分流進 樣時樣品在汽化室滯留的時間比分流進樣時長，熱不穩(wěn)定化合物的分解可能性也大，故襯管和其中填充的石英毛都必須經(jīng)硅烷化處理，且要及時清洗，更換和重新硅烷化。(二

16、)樣品的適用性不分流進樣具有明顯高于分流進樣的靈敏度，它通常用于環(huán)境分析(如水和大氣中痕量污染物的檢測)、食品中的農(nóng)藥殘留監(jiān)測，以及臨床和藥物分析等。這些藥品往往都比較臟，所以樣品的預(yù)處理是保護色譜柱所必須注意的問題。此外，待測痕量組分如果在溶劑拖尾處出蜂，還可采用溶劑聚焦的方法來提高分析靈敏度。不分流進樣對樣品溶劑有較嚴(yán)格的要求。因為進樣口溫度、色譜柱初始溫度、瞬間不分流的時間和進樣體積都與溶劑沸點有關(guān)。一般地講，使用高沸點溶劑比低沸點溶劑有利，因為溶劑沸點高時，容易實現(xiàn)溶劑聚焦，且可使用較高的色譜柱初始溫度，還可降低注射器針尖歧視以及汽化室的壓力突變。表4-2 列出了常見的溶劑及其沸點和實

17、現(xiàn)溶劑聚焦宜采用的色譜柱初始溫度。另一方面，洛劑的極性一定要與樣品的極性相匹配，且要保證溶劑在所有被測樣品組分之前出峰，否則早流出的峰就會被溶劑的大峰掩蓋。同時，溶劑還要與固定相匹配，才能實現(xiàn)有效的溶劑聚焦。必要時可采用保留間隙管來達到聚焦的目的。對于高沸點痕量組分的分析，不分流進樣就容易多了。此時可以不考慮溶劑的沸點，因為有周定相聚焦就完全能保證窄的初始譜帶，采用高的初始柱溫還可縮短分析時間。事實上，不分流進樣應(yīng)是分析高沸點痕最組分的首選方法。檢測器：目前主要有五種檢測器可根據(jù)需要選擇。- 熱導(dǎo)檢測器(TCD) ：用于氣體、液體的常量分析- 氫火焰離子化檢測器(FID) ：用于烴類工業(yè)及其他

18、領(lǐng)域有機物分析- 火焰光度檢測器(FPD) ：用于痕量硫、磷化合物檢測- 氮磷檢測器(NPD) ：用于痕量硫、磷化合物檢測- 電子捕獲檢測器(ECD) ：檢測能俘獲電子的化合物色譜柱的選擇柱長度的選擇分辨率與柱長的平方根成正比。在其他條件不變的情況下, 為取得加倍的分辨率需有4 倍的 柱長。較短的柱子適于較簡單的樣品 , 尤其是由那些在結(jié)構(gòu)、極性和揮發(fā)性上相差較大的組 分組成的樣品。一般來說，15m的短柱用于快速分離較簡單的樣品，也適于掃描分析；30m的色譜柱是最常用的柱長，大多數(shù)分析在此長度的柱子上完成；50m 60m或更長的色譜柱用于分離比較復(fù)雜的樣品。應(yīng)該注意，柱長增加分析時間也增加。柱

19、內(nèi)徑的選擇柱徑直接影響柱子的效率、保留特性和樣品容量。小口徑柱比大口徑柱有更高柱效，但柱容量更小。0.25mm具有較高的柱效，柱容量較低。分離復(fù)雜樣品較好。0.32mm 柱效稍低于 0.25mm的色譜柱，但柱容量約高 60%0.53mm具有類似于填充柱的柱容量，可用于分流進樣，也可用于不分流進樣，當(dāng)柱容量是主要考慮因素時（如痕量分析） ，選擇大口徑毛細管柱較為合適。液膜厚度的選擇液膜厚度影響柱子的保留特性和柱容量。厚度增加，保留也增加。0.10.2m :薄液膜厚度的毛細管柱比厚液膜的毛細管柱洗脫組分快，所需柱溫度低，且高溫下柱流失較小，適用高沸點的化合物的分析。0.250.5m :常用的液膜厚

20、度。厚液膜：對分析低沸點的化合物較為有利柱長度的選擇分辨率與柱長的平方根成正比。在其他條件不變的情況下, 為取得加倍的分辨率需有4 倍的柱長。較短的柱子適于較簡單的樣品 , 尤其是由那些在結(jié)構(gòu)、極性和揮發(fā)性上相差較大的組分組成的樣品。一般來說，15m的短柱用于快速分離較簡單的樣品，也適于掃描分析；30m的色譜柱是最常用的柱長，大多數(shù)分析在此長度的柱子上完成；50m 60m或更長的色譜柱用于分離比較復(fù)雜的樣品。應(yīng)該注意，柱長增加分析時間也增加。柱內(nèi)徑的選擇柱徑直接影響柱子的效率、保留特性和樣品容量。小口徑柱比大口徑柱有更高柱效，但柱容量更小。0.25mm具有較高的柱效，柱容量較低。分離復(fù)雜樣品較好。0.32mm 柱效稍低于 0.25mm的色譜柱，但柱容量約高 60% 0.53mm具有類似于填充柱的柱容量，可用于分流進樣，也可用于不分流進樣，當(dāng)柱容量是主要考慮因素時（如痕量分析） ，選擇大口徑毛細管柱較為合適。液膜厚度的選擇液膜厚度影響柱子的保留特性和柱容量。厚度增加，保留也增加。0.10.2m :薄液膜厚度的毛細管柱