氣相色譜毛細(xì)管柱使用知識

1、氣相色譜毛細(xì)管柱使用知識氣相色譜毛細(xì)管柱因其高別離水平、高靈敏度、高分析速度等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)而得到迅速開展.隨著彈性石英交聯(lián)毛細(xì)管柱技術(shù)的日益成熟和性能的不斷完善,已成為別離復(fù)雜多組分混合物、及多工程分析的主要手段,在各領(lǐng)域應(yīng)用中大有取代填充柱的趨勢.現(xiàn)在新型氣相色譜儀、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀根本上都是采用毛細(xì)管色譜柱進(jìn)行別離分析.但是,毛細(xì)管色譜柱柱內(nèi)徑較小,固定液的膜薄,用于食品中殘留物分析時(shí),假設(shè)使用不當(dāng),色譜柱性能很快就會下降.毛細(xì)管柱只能安裝在配有專用毛細(xì)管柱連接裝置的氣相色譜儀上.現(xiàn)在購置儀器時(shí)最常規(guī)的配置是配毛細(xì)管分流/不分流進(jìn)樣口.毛細(xì)管色譜柱的類型毛細(xì)管色譜柱的類型有很多種,但目前最

2、常用和商品化的,是開口熔融石英交聯(lián)毛細(xì)管色譜柱.下面介紹此類毛細(xì)管色譜柱的性能特點(diǎn).一、熔融石英毛細(xì)管柱(1)熔融石英毛細(xì)管柱材料現(xiàn)在市售商品化的氣相色譜用毛細(xì)管柱幾乎都是由熔融石英制作的,簡稱石英毛細(xì)管柱.制作毛細(xì)管柱用的石英純度非常高,幾乎無其它雜質(zhì).它具有熔點(diǎn)高(近2000C)、熱膨脹系數(shù)低、化學(xué)穩(wěn)定性好和抗張強(qiáng)度高等特點(diǎn),是制備毛細(xì)管柱的理想材料.毛細(xì)管柱內(nèi)壁存在有許多具有吸附活性的基團(tuán),這些基團(tuán)的存在直接影響固定相涂漬效果,所以,在涂漬固定相之前,柱外表必須經(jīng)過適當(dāng)預(yù)處理,以期得到較高的柱效和對稱的色譜圖形.(2)石英毛細(xì)管柱的聚酰亞胺外涂層石英毛細(xì)管柱很脆,只有在毛細(xì)管柱外涂一層聚

3、酰亞胺保護(hù)材料后才具有很好的彈性,在使用這樣的色譜柱時(shí)應(yīng)十分小心,防止將聚酰亞胺涂層損壞,導(dǎo)致毛細(xì)管柱易折斷.通常商品毛細(xì)管柱出廠時(shí)都固定在一個金屬絲制作的柱架上,柱架的直徑與毛細(xì)管柱的直徑成正比,即：毛細(xì)管柱的直徑越大,固定架的直徑也就越大.對于0.53mm內(nèi)徑的毛細(xì)管柱,過度彎曲很容易折斷,使用安裝時(shí)要格外小心.石英毛細(xì)管柱外涂層還有采用鍍鋁膜的,這類柱子適用于高溫分析.但日常分析工作中使用較少,這里不作詳細(xì)介紹.二、液體固定相將固定相均勻涂漬在毛細(xì)管柱的內(nèi)壁,制成壁涂型毛細(xì)管柱,這類毛細(xì)管柱屬非交聯(lián)型毛細(xì)管柱.現(xiàn)在只有少局部的非交聯(lián)固定相的毛細(xì)管柱在使用.非交聯(lián)毛細(xì)管柱的固定相容易流失,

4、不能清洗,因此使用壽命較短,但制作本錢較低,涂漬相對較容易,往往在毛細(xì)管柱研制前期過程中采用此方法.在使用這類毛細(xì)管色譜柱時(shí),應(yīng)注意使用溫度不要超過液體固定相的最高使用溫度.建議不要在氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀上使用.三、交聯(lián)固定相現(xiàn)在市售的商品毛細(xì)管色譜柱根本上均采用交聯(lián)技術(shù),將固定相與石英外表結(jié)合起來,在毛細(xì)管柱外表形成一層不溶的類似橡膠的非常穩(wěn)固的涂層.被交聯(lián)的固定相與涂漬的固定相相比,流失低,抗污染,熱穩(wěn)定性好,使用壽命長.如果交聯(lián)固定相色譜柱被污染,可以用適合溶劑來清洗見第5節(jié)而根本不會對涂層造成損傷.而且此類毛細(xì)柱在色譜分析時(shí)可以通過柱上進(jìn)樣和不分流進(jìn)樣模式實(shí)現(xiàn)大體積進(jìn)樣,最多可注入50

5、250山液體溶劑.當(dāng)然,這需要儀器上配有相應(yīng)的裝置.四、最高操作溫度可以通過不同的方法來確定一個特定的毛細(xì)管柱的最高操作溫度.作為商品化的交聯(lián)固定相毛細(xì)管色譜柱,使用時(shí)應(yīng)注意不要超過說明書或標(biāo)識牌上規(guī)定的最高溫度.如超過規(guī)定的最高溫度,特別是恒定持續(xù)的超高溫操作,會造成毛細(xì)管色譜柱不可逆的損傷,輕那么使柱效下降、使用壽命減少,重那么使毛細(xì)管柱損壞.對于相同型號毛細(xì)管色譜柱而言,固定相涂層薄的比涂層厚的允許使用的最高溫度可以稍高一些.五、最低操作溫度色譜柱操作溫度的低限是由固定相從液體變?yōu)楣腆w的溫度所決定的.如果色譜柱在其最低溫度以下工作,就可能出現(xiàn)峰展寬并且有些被測物難于分開.表1中列出各種不

6、同固定相和膜厚的色譜柱推薦使用溫度.表中給出的溫度值可作為參考值.表1不同固定相和膜厚的色譜柱的推薦使用操作溫度固定相最高操作使用溫度C己最低操作溫度C薄膜Klohe)厚膜100%二甲基聚硅氧烷32D/35O310/330-505%二禾基95%二甲基聚硅氧烷330/360310/330-606%腦內(nèi)圣基54%甲基聚硅氧烷330/36D310/330-8025%二羊基65%一甲基聚建氧燎3(K)/3202&D/2ED6014%牖丙第基£6%二甲基聚硅氧烷300/320240/260*20基基50%甲基聚硅氧烷300/220250/280-20100魁二氟丙甲基聚硅氧烷3Z0/3

7、4O240/2604050%脂丙甲基50%羊甲基聚硅氧烷220/240200/22055聚乙二醵250220/2505590%雙斶丙基10%笨般丙基聚硅氧烷2GO/27520注：a.前面為等溫操作最高溫度,后面為程序升溫操作最高溫度.b.色譜柱的操作溫度應(yīng)以公司產(chǎn)品說明書規(guī)定為準(zhǔn),表中的值僅供參考.色譜柱的選擇選擇毛細(xì)管柱時(shí)需注意的柱參數(shù)包括：固定相、內(nèi)徑、膜厚度和柱長.下面按毛細(xì)管柱選擇中參數(shù)的重要性進(jìn)行排列和討論.一、固定相對于一個樣品的分析,可采用帶有固定相的毛細(xì)管柱或填充柱.單一樣品分析采用填充柱,經(jīng)濟(jì)、快速、柱負(fù)載高、抗污染,適合企業(yè)生產(chǎn)時(shí)單機(jī)、單一工程檢測.而多殘留分析或多工程分析

8、更推薦采用毛細(xì)管柱,由于毛細(xì)管色譜柱適用性和分辨率更好,不像應(yīng)用填充柱分析時(shí)那么專一、嚴(yán)格,例如：多數(shù)在100%二甲基硅氧烷固定相上可以進(jìn)行分析的物質(zhì),在5%二苯基+95%二甲基硅氧烷固定相上同樣可以進(jìn)行分析.非極性固定相具有更好的抗氧化性、更高的效率和更高的極限操作溫度最高可達(dá)360C,所以,在可以完成所需別離的情況下,盡可能選擇固定相極性弱的色譜柱,這樣可以延長色譜柱的壽命.分析強(qiáng)極性物質(zhì),如：酸、醛、醇、胺等,為獲得較好別離,需選用極性較強(qiáng)的固定相.有時(shí)為了縮短分析時(shí)間,也選用與被測物極性相反的固定相.在一個色譜別離過程中,溶質(zhì)與固定相之間存在多種相互作用,因此,最正確固定相的選擇很大程

9、度上取決于溶質(zhì)的性質(zhì).在進(jìn)行樣品分析以前,建議先閱讀相關(guān)的應(yīng)用文獻(xiàn)推薦的色譜柱型號,或者查閱各公司的色譜耗材毛細(xì)柱目錄,從中獲得不同固定相應(yīng)用分析的化合物種類的相關(guān)信息.這對被測物有效別離選擇色譜柱很有用.二、內(nèi)徑在一系列石英毛細(xì)管色譜柱中有5種內(nèi)徑較為常用.每種都有其特定的應(yīng)用領(lǐng)域和適合的使用范圍.0.53mm內(nèi)徑毛細(xì)管柱.0.53mm內(nèi)徑的色譜柱樣品容量很大,可與填充柱相比,進(jìn)樣理想方式是直接在高載氣流速下注入,從而減少連接體系的死體積,減少色譜峰的拖尾.0.53mm內(nèi)徑柱還可以配合特殊進(jìn)樣口裝置,如：柱上進(jìn)樣或冷柱頭進(jìn)樣裝置,使用0.47mm外徑針頭的微量注射器進(jìn)行柱頭或冷柱頭進(jìn)樣.0.

10、53mm內(nèi)徑柱的毛細(xì)管柱相當(dāng)于由填充柱到毛細(xì)管柱的簡單升級,可以自己動手對連接接頭進(jìn)行改造.相對簡單的樣品在分析時(shí)可得到比填充柱要好得多的效果,而不像常規(guī)0.25mm和0.32mm內(nèi)徑毛細(xì)管柱需要專用的連接裝置.0.32mm內(nèi)徑毛細(xì)管柱.0.32mm內(nèi)徑柱被認(rèn)為是最好的全能色譜柱,具有很好的別離水平、樣品容量取決于膜厚度.而且彈性較0.53mm內(nèi)徑的好,更易安裝,是色譜分析中選用最多的一種規(guī)格.這種色譜柱也可進(jìn)行柱頭進(jìn)樣,但需要特殊的注射器.0.25mm內(nèi)徑毛細(xì)管柱.0.25mm早期多為0.22mm內(nèi)徑柱具有低流失量、高分辨率的特性,也是很常用的.氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀多采用此規(guī)格柱,通常在規(guī)格

11、后標(biāo)有ms字符,如表1中的DB5ms.0.15mm內(nèi)徑毛細(xì)管柱.0.15mm內(nèi)徑是常規(guī)氣相色譜儀中50m柱的最小內(nèi)徑.就成效而言,它具有最高的分辨率,用于分析復(fù)雜化合物和寬沸程樣品很理想.0.10mm內(nèi)徑毛細(xì)管柱.0.10mm內(nèi)徑柱只在更短柱長及很高分析速度下進(jìn)行應(yīng)用,常用于快速色譜分析.由于柱內(nèi)徑較小,所以色譜柱的負(fù)載水平也就比擬小,只能夠容納較少的樣品,使用時(shí)要注意進(jìn)樣量,以保證形成鋒利的色譜峰.以上不同柱內(nèi)徑色譜柱相關(guān)參數(shù)匯總于表2.表2.柱內(nèi)徑比照參數(shù)內(nèi)徑柱有效板數(shù)NefM*AVf/M在理論板救NT/M典型流速邕0.10mm,7.000-8,2009r5OO-12,000C'.

12、2-0.5ml/niir0.15mm.4.700-5.5006.400出0000.4-LOonl/niin0.25mm.3,200-3,SOO4,300-5,5000.8*2ml/mIn0.32mm.2,200-2,6003rOOO-3r7DD1.7-4.0inl/min0.53mm.L300-L6W1,000-2,23-50ml/min、膜厚度膜的厚度對所分析化合物的溶解性有比擬大影響,因此,正確選擇膜的厚度與正確選擇柱長同樣重要.相比率是表示色譜柱固定相多少的一種方式,相比率是指毛細(xì)管柱的內(nèi)部體積與固定相的體積比.相比率3用公式可表示為：3=D/4f式中D=柱內(nèi)徑微米爐=固定相厚度較高的相

13、比率色譜柱內(nèi)固定相較少,較低的相比率那么固定相較多.一般較厚的膜低相比率相對流失要大些,使用時(shí)注意溫度盡可能低些,而且這類色譜柱不適合用于氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀分析.較厚的膜柱容量也較大.使用較厚的膜,樣品就會在柱中停留較長時(shí)間,別離度較高,特別適合分析低沸點(diǎn)或氣體化合物.假設(shè)樣品中含高沸點(diǎn)組分,將這些組分洗脫將需要很高的溫度,因此此時(shí)不宜用厚膜.薄膜高相比率適于分析高沸點(diǎn)組分,而且由于膜薄,被測物在柱內(nèi)停留的時(shí)間較短,在較低溫度下洗脫特定組分,從而延長柱壽命.到達(dá)或接近最大柱溫時(shí),流失率也會較厚膜低得多,所以更適合用于氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀分析.根據(jù)實(shí)驗(yàn)多方面的效果,對樣品容量、低流失及別離度進(jìn)

14、行權(quán)衡,標(biāo)準(zhǔn)膜厚度：0.10mm、0.25mm柱內(nèi)彳全為0.25im,0.32mm內(nèi)徑0.5pm,0.53mm內(nèi)徑1.0pm.常見柱徑單位柱長相比率見表3.表3.不同膜厚度及內(nèi)徑下的相比率膜厚度口咀內(nèi)徑Errij0.1口.25D.320,530.12505503000.251002203200.51101602651558013224D34451826四、柱長大多數(shù)柱長是15m、30m過去為12m、25m和50m的.柱長選擇是由樣品復(fù)雜度或組分的屬性決定的.分析復(fù)雜的樣品或者需要分析多個工程,應(yīng)選用較長及更高效的色譜柱.需要別離少數(shù)幾個組分時(shí),為了提升分析效率選擇具有適宜特性及/或膜厚度的適當(dāng)

15、短的色譜柱.柱長與別離度的關(guān)系見圖1.圖1別離性對俄性度通過適中選擇其它柱參數(shù),絕大多數(shù)操作都可以在很短的色譜柱上完成.較短的色譜柱也具有優(yōu)勢,例如分析時(shí)間較短,流失較少,降低高活性溶質(zhì)的干擾,當(dāng)然,還有降低了本錢.毛細(xì)管柱操作條件的選擇一、柱載氣流量的選擇通過毛細(xì)管柱的載氣流量要根據(jù)毛細(xì)管柱的柱長、柱徑、膜厚以及被分析物的組成等綜合因素設(shè)定.高流速雖然可以提升分析效率,但有時(shí)可能會因被測物與固定相之間交換不充分而降低柱效.因此,在實(shí)際分析中,流速的設(shè)定應(yīng)在滿足別離的前提下適當(dāng)增加,以提升分析效率.不同柱徑的推薦柱載氣流速參見表2.表2推薦的流速適用于氣相色譜儀.對于氣相色譜-質(zhì)譜儀,還要考慮

16、質(zhì)譜真空泵的抽氣量,氣流速大還會影響到靈敏度.某些檢測器,如電子捕獲檢測器,僅靠通過毛細(xì)管色譜柱的載氣流量無法滿足工作需求,因此,還需要補(bǔ)充加上尾吹氣.另外,有些廠家的儀器采用在毛細(xì)管柱的末端加上尾吹氣的設(shè)計(jì),以減少擴(kuò)散,改善色譜峰形,提升信噪比.二、柱溫的選擇柱溫是影響色譜別離和分析效率的最重要參數(shù),所以要根據(jù)分析目的和被測物性質(zhì),如：被測物的沸點(diǎn)、被測物極性、被測組分的多少,通過實(shí)驗(yàn)優(yōu)化得到適宜的柱溫.交聯(lián)型毛細(xì)管色譜柱相對而言柱流失比擬少,可以在較高溫度下工作.分析中通常采用程序升溫模式,從而提升別離度和柱效.(1)初始溫度的選擇初溫確實(shí)定取決于譜圖上最早流出峰的別離度,一般應(yīng)低于樣品中

17、最低沸點(diǎn)組分的溫度.(2)升溫速率的選擇升溫速率對色譜別離度和峰形的影響最大,對于多組分分析,可以設(shè)置多階、不同升溫速率的升溫程序,以得到最好的別離效果和峰形.(3)終點(diǎn)溫度的選擇程序升溫最終溫度確實(shí)定主要取決于固定相和被測樣品中最高沸點(diǎn)的物質(zhì).另外,對于基質(zhì)復(fù)雜的樣品,可以考慮在固定相規(guī)定最高溫度下適當(dāng)提升溫度(但接質(zhì)譜最好不要這樣做),并且在此溫度下適當(dāng)延長保持時(shí)間.三、進(jìn)樣方式的選擇對于毛細(xì)管色譜分析有多種進(jìn)樣方式可以選擇.殘留分析應(yīng)選擇不分流進(jìn)樣或柱上進(jìn)樣,純度分析那么多項(xiàng)選擇擇分流進(jìn)樣,分流比根據(jù)被測物含量而定.但分流進(jìn)樣對定量精度會有影響,分流比越大定量精度越差.色譜柱的使用與保養(yǎng)

18、一、色譜柱的使用毛細(xì)管色譜柱在安裝、操作時(shí)應(yīng)注意幾個問題：第一,如果使用石墨密封墊圈,套石墨墊圈時(shí)毛細(xì)管柱的口要向下,并且在套好石墨圈后要用專用的毛細(xì)管柱切刀切去毛細(xì)管柱頭510cm.第二,0.53mm內(nèi)徑毛細(xì)管色譜柱彈性較差,較容易折斷,所以安裝時(shí)不要過度彎曲.第三,現(xiàn)在的商品柱出廠時(shí)已經(jīng)過老化,但是,在色譜柱初次使用時(shí)還是應(yīng)該老化一下.老化時(shí)出口端不要接檢測器.而且一定要先通入載氣.開始2、3個程序升溫循環(huán)的升溫速度不要太快,在最高溫度保持的時(shí)間不要太長,5分鐘左右即可.二、毛細(xì)管色譜柱的保養(yǎng)毛細(xì)管色譜柱經(jīng)過一段時(shí)間的使用后不可防止地會被污染,最嚴(yán)重的地方是進(jìn)樣端柱頭.所以毛細(xì)管柱的保養(yǎng)是很重要的.毛細(xì)管柱的日常保養(yǎng),每天在正式做分析實(shí)驗(yàn)前,應(yīng)使用程序升溫方式運(yùn)行幾個循環(huán),升溫速率可以快些,如：1020C/min,最高溫度應(yīng)比正式分析程序高510C,但盡量不要高于色譜柱規(guī)定的最高操作溫度.用一段時(shí)間后,特別是看到色譜峰明顯展寬、別離度下降、峰形撕裂、基線升高、基線漂移、或是無規(guī)律的出現(xiàn)“鬼峰等現(xiàn)象,這都預(yù)示色譜柱也包括汽化室襯管已被污染.對于交聯(lián)固定相的毛細(xì)管柱可以用溶劑進(jìn)行清洗,污染較輕的可用510mL正己烷清洗,污染較嚴(yán)