氣相層析操作原理及應(yīng)用

氣相層析操作原理及應(yīng)用GC屬于色層分析法的一種，以氣體當(dāng)作流動(dòng)相而得名，GC的分析特點(diǎn)為

高選擇性

高效能

高靈敏度

快速分析

為分析上的一大利器,廣泛的使用于易揮發(fā)的液體及氣體的分析。

氣相層析

(GasChromatography,GC)分子量很大的高沸點(diǎn)物質(zhì)

極性度很高

受熱不安定會(huì)分解物質(zhì)

受熱會(huì)增強(qiáng)吸附效應(yīng)

受熱會(huì)聚合成高分子物質(zhì)。

GC分析不適用于以下的狀況

GC儀器簡(jiǎn)單分為烘箱、樣品注入系統(tǒng)、偵測(cè)系統(tǒng)、氣體控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等五部分：GC儀器配置氣相層析儀基本配置Column：

(1)Column的材質(zhì)：

管柱材質(zhì)早期使用Stainlesssteel材質(zhì)，

但是Column彎曲固定不易，之后使用

玻璃Column比較柔軟；最后使用fuse

silica材質(zhì)的Column，但是Fusesilica

在超過(guò)350℃較易破裂，而且溫度傳導(dǎo)

穩(wěn)定度較差，Stainlesssteel材質(zhì)可在高

溫下操作，傳熱性又好，一般而言Stainlesssteel材質(zhì)的管柱是較好的選擇，但現(xiàn)今以Fusesilica材質(zhì)的column占多數(shù)。

典型的Fusesilicacapillarycolumn如圖1.。主要分為三部份，最外層是Polyimide被覆，用以保護(hù)column本體防止破損、折損。防止任何含水成份的滲入。填補(bǔ)管柱制作時(shí)的遐疵或縫隙。column的淺棕色即是Polyimide，column顏色不同不會(huì)影響column的效能；最內(nèi)層為固相(Stationaryphase)，固相則為分離樣品的主要部份。

中間為Fusedsilica層，這層以石英材質(zhì)披覆，必需非常均勻的覆在管壁內(nèi)，制作時(shí)需用雷射來(lái)測(cè)量?jī)?nèi)徑要求達(dá)到一定的平滑及均勻度。此層直接與固相接觸，必需無(wú)化學(xué)活性，不與樣品反應(yīng)，又必需提供固相均勻的表面。最內(nèi)層為固定相，也是分離的主要部份，市售column制造廠(chǎng)商很多，名稱(chēng)不同但固相是相同的，列舉如下：

Column的固定相(Stationaryphase)：

Column的極性對(duì)樣品分離的影響非常大，因此固相的選擇是選用column時(shí)首要的考慮因素。通常選擇column時(shí)必須先確定固相極性，而后才會(huì)考慮column長(zhǎng)度、內(nèi)徑、固相厚度。選錯(cuò)了固相即使column長(zhǎng)度、內(nèi)徑、固相厚度都很正確也無(wú)法獲得好的分析效果。

兩個(gè)樣品如果在固相中滯留的時(shí)間一樣，即表示無(wú)法分離，相反的如果固相對(duì)兩樣品的滯留時(shí)間不同則表示可分離。固相的極性由固相聚合物的結(jié)構(gòu)來(lái)決定，極性不只影響樣品的分離也影響column的壽命、溫度極限、bleed及樣品容量。

非極性的固相比較偏向吸附非極性的樣品，也表示對(duì)非極性樣品的滯留性較強(qiáng)。同理如果要分離兩極性樣品，選擇DB-1這種非極性固相的Column是不好的選擇。Column的極性如何分辨呢？

(1)盡可能選擇極性小的固定相；70%的樣品可用

100%(DB-1)非極性Column及5%Phenyl(DB-5)來(lái)

進(jìn)行分析。選用column的極性盡量與溶劑的極性

配合(非極溶劑配合非極性固相)。

(2)非極性的column有較長(zhǎng)的壽命。

(3)最廣泛使用的column為DB-1、DB-5、DB-1701、

DB-17、DB-WAX等五種column?？蓾M(mǎn)足95%以上

的樣品分析，所以盡可能由這五種column作選擇。

Column內(nèi)徑：

一般選擇0.35mm內(nèi)徑Column就可提供良好再現(xiàn)性與分析效果，0.35mm內(nèi)徑Column可適用于各種Detector；但Mass則必須選擇0.15、0.22及0.25mm內(nèi)徑Column。某些狀況使用0.53mmColumn是因?yàn)橐⑸漭^大量的樣品。小內(nèi)徑的Column有較佳的分離效果；內(nèi)徑減一半則可增加一倍的分離效果。樣品量的多少與Column內(nèi)徑的選擇必需配合，配合不好就會(huì)造成分析效能變差。我們可以用下表來(lái)作為選擇的參考。

固定相厚度：Column固相的厚度直接影響樣品的滯留時(shí)間與分析溫度，厚的固相增加樣品的分離時(shí)間與分離溫度。高揮發(fā)性樣品由于滯留時(shí)間太接近，因此選擇較厚的固相來(lái)增加滯留時(shí)間，使樣品得以完全分離。低揮發(fā)性高沸點(diǎn)樣品一般分析時(shí)間都比較長(zhǎng)，所以選擇薄的固相來(lái)達(dá)到快速分離。

如果分離的樣品濃度相差太大，建議選擇gel較厚的Column；但兩分離樣品的濃度相差太大結(jié)構(gòu)差異大時(shí)則可選擇較薄gel厚度Column。較薄gel厚度可注入較大的樣品量，但注射太大量會(huì)影想分離率。相同gel厚度內(nèi)徑減一半樣品量需減半，一般而言0.32內(nèi)徑0.25mm厚度Column最大注射量約100ng。較大的固相厚度有較長(zhǎng)的滯留時(shí)間及較高的分析溫度，一般而言加倍gel厚度分析溫度需提高15-20℃Column長(zhǎng)度：越長(zhǎng)的column有越好的分析效能、較長(zhǎng)的分析時(shí)間與花較多的金錢(qián)。每增加一倍的column長(zhǎng)度，則column效能增加2的平方根；而分析時(shí)間幾乎增加一倍。

理論上盡可能選擇較短的Column，增加長(zhǎng)度一倍僅增加40%的效能，所以一般選擇改變固相或內(nèi)徑，而不選擇增加Column長(zhǎng)度。Column增長(zhǎng)代表分離時(shí)間加長(zhǎng)，使后面出現(xiàn)的Peak更寬，更高的花費(fèi)。一般而言分析條件為單一溫度(isothermal)時(shí)，分離效果取決于Column長(zhǎng)度，因此有必要增加Column長(zhǎng)度。但當(dāng)分離條件為梯度升溫時(shí)，溫度對(duì)滯留時(shí)間的影響比Column長(zhǎng)度重要。

30m的長(zhǎng)度最適用，15m用于很簡(jiǎn)單的或高分子量的樣品，60m用于非常復(fù)雜的樣品。

溫度限制：所有固相皆有最高與最低溫限制，分析時(shí)必需在安全溫度范圍內(nèi)，如果溫度太低，固相失去層析作用。超過(guò)限制的高溫會(huì)加速固相的崩解。在限制的范圍內(nèi)Column固相自然的緩慢崩解，但是超過(guò)限制溫度Column的崩解速率會(huì)急速增加。超溫會(huì)造成peak拖尾及bleed增加。

在升降溫時(shí)如果沒(méi)有開(kāi)啟Carriergas會(huì)造成Column不可挽回的嚴(yán)重傷害。極性的固相比非極性固相更易受傷害。Columnbleed:Columnbleed為分析時(shí)固相崩解時(shí)產(chǎn)生的正常背景訊號(hào)。每個(gè)Column制造都盡可能降低bleed，一般而言固相越厚、Column長(zhǎng)度越長(zhǎng)bleed會(huì)增加，極性的Column的bleed也比非極性Column大。隨著梯度升溫，bleed也會(huì)增加，這是因?yàn)楦邷丶铀俟滔啾澜狻?/p>

Bleed大小和偵測(cè)器的靈敏度有關(guān)，必需非常靈敏的偵測(cè)器才能偵測(cè)的到。如果使用Cyanopropyl-phenyl為固相的Column，在NPDDetector比FIDDetector的bleed大，因?yàn)閷?duì)固相中N2的成分NPD比FID靈敏。

Column損壞或污染會(huì)造成bleed增加；將Column暴露在氧氣的高溫環(huán)境，也是造成Column損壞的主因之一。最常見(jiàn)的情形是氣體管路滲漏，造成氧氣的進(jìn)入。其它比如注射被污染的樣品，不揮發(fā)物質(zhì)殘留在Column內(nèi)等，皆會(huì)造成固相的損壞使bleed增大。

化學(xué)物質(zhì)的配合：固相不會(huì)因注入水或有機(jī)溶液而損壞，僅有部份非有機(jī)酸(HCl、H2SO4、H3PO4、HNO3)和堿(KOH、NaOH、NH4OH)等會(huì)造成固相損壞，事實(shí)上低濃度的HCl不會(huì)傷害固相。Column的保存：Column一段時(shí)間不用要拆下儲(chǔ)存，column末端用septum封住，將column保存于干燥箱，再次使用安裝時(shí)需將末端切掉。Column的切割：

Column的切割是很重要的。不正確的切割會(huì)造成Column固相層及fusedsilica層產(chǎn)生缺口，導(dǎo)致Carriergas路徑不正確，會(huì)造成peak拖尾、分叉和變寬、分析樣品損失等問(wèn)題發(fā)生。使用鉆石刀、石英刀或?qū)ｉT(mén)的切割工具是必要的。

Columncondition：

設(shè)定溫度10-20℃/min最大溫度不可超過(guò)Column所能承受的最大溫度。如gel厚度較大或要做微量分析，condition時(shí)間較久。如果樣品分析溫度不高，只需用比分析條件高20℃的溫度去condition。Columncondition時(shí)沒(méi)有Carriergas會(huì)造成Column的損壞。先檢查好整個(gè)系統(tǒng)不可滲漏；一般condition的時(shí)間約30-60分鐘，如baseline依然未穩(wěn)定可再作60-90分鐘，如果仍然不行，不要持續(xù)conditionColumn，請(qǐng)先徹底檢查是否有漏或污染。Carriergas品質(zhì)不佳、Detector污染或氣體管路未裝trap都會(huì)造成condition時(shí)間延長(zhǎng)及Column損壞的原因。Trap：氣體的污染會(huì)造成baseline的不穩(wěn)、detector的噪聲及column的損壞，要避免這些問(wèn)題必須加裝trap來(lái)除去水分、氧氣、碳?xì)湮镔|(zhì)及其他雜質(zhì)。一般而言除水的trap需裝在離氣體鋼瓶最近的地方，因?yàn)樗輹?huì)快速減短除O2trap的壽命，而除O2的trap要放在第二位。當(dāng)使用強(qiáng)極性的column尤其是Wax為固相的column，一定要加裝除水除氧的trap，因?yàn)樗把鯕鈺?huì)嚴(yán)重破壞固相，造成氧化，會(huì)造成效能變差及bleed的增加。1.烘箱(OVEN)：Oven是column放置地點(diǎn)，必須提供分析

時(shí)column所需的溫度，所以oven必須有

穩(wěn)定、快速的溫度控制系統(tǒng)

1.可提供高于400℃的高

溫，必要于可支持-99℃的

低溫環(huán)境。2.溫度精確值可達(dá)±0.1oC

3.快速升溫及降溫4.大容量

Backflash:

所有的injector皆為熱的injector(除了on-columninjector外)，樣品進(jìn)入injector之后迅速蒸發(fā)膨脹，隨著Carriergas進(jìn)入column內(nèi)；但超過(guò)一定注射量的樣品，充滿(mǎn)liner(inset)，沖過(guò)injector內(nèi)carriergas管路以上的地方，造成逆流稱(chēng)為Backflash。如此大的體積進(jìn)入column會(huì)拖的很長(zhǎng)，造成一個(gè)寬而拖尾的peak；如果backflash遇到injector較冷的部份如：septum或carriergas進(jìn)入injector的前段，都會(huì)冷凝，冷凝的樣品隨后會(huì)造成分析上的ghostpeak。其它進(jìn)入injector本體和金屬面接觸的樣品會(huì)被破壞，造成定量的不準(zhǔn)確。backflash的解決方法有四點(diǎn)：

使用septumpurge用于split/splitlessinjector。

減少注射量。

使用大體積的liner。

改用較佳的注射溫度。

Injector溫度：

Injector溫度必需適當(dāng)，必須高到足以使樣品揮發(fā)，但不可太高而使樣品受到破壞，溫度太低使樣品揮發(fā)不完全或造成寬的peak；如果溫度太高會(huì)造成高的Backflash及樣品受到破壞。如果injector溫度設(shè)定超過(guò)column所能承受的最高溫度一般而言不會(huì)造成column的損壞。常常我們把injector溫度設(shè)在250℃，以求得最大的蒸發(fā)及最小的Backflash。Inletdiscrimination：

在injector內(nèi)不揮發(fā)樣品比揮發(fā)樣品需要更高的溫度才能蒸發(fā)汽化，由于蒸發(fā)汽化速率的差別造成樣品中揮發(fā)性樣品比較能完全進(jìn)入column；而不揮發(fā)樣品會(huì)有相當(dāng)一定比率的樣品無(wú)法進(jìn)入column，造成不揮發(fā)樣品peak比較小的現(xiàn)象，稱(chēng)為discrimination。

Syringe：(1)Syringe的選擇：依據(jù)樣品量多少?zèng)Q定，但最少注入量不得少于Syringe

全量的15-20%。(2)Syringe的使用：使用前先檢查是否有裂痕，針尖是否有變形。用溶劑清洗5–20次，前三次吸入后將溶液丟棄。吸樣品時(shí)采慢吸快放的方式以去除氣泡。吸入超量的樣品體積，抽出注射器，輕推注射針的plunger使剩余樣

品量等于欲注射量。吸入小量氣體，用清潔的衛(wèi)生紙將針尖周?chē)鷺悠凡羶?。將注射針插入injector內(nèi)，停留2–5秒后，快速將樣品注入。抽出Syringe用solvent清洗，風(fēng)干再用。(3)Syringe的清潔：一般使用methanol、acetone、acetonitrile、methylene

chloride等溶液。(4)SyringePlunger注意事項(xiàng)：金屬材質(zhì)的plunger不可使用暴力推拉。如針尖塞住不可用力推入以免針筒破損或plunger扭曲。不可僅更換plunger因?yàn)椴煌膒lunger與針筒密合度不同。當(dāng)syringe為干燥狀態(tài)下，不可快速推抽plunger。前有Teflon材質(zhì)的plunger不可用在60℃超過(guò)20分鐘。(5)針尖的選擇：外徑盡可能選擇較大的，內(nèi)徑盡量小，才會(huì)有較小的deadvo