農(nóng)殘分析9-氣相色譜法2

四、色譜柱

色譜分析是一種先分離后檢測(cè)的分析方法。分離過程是由色譜柱來(lái)完成的。一個(gè)特定分離的成敗，在很大程度上取決于色譜柱的選擇。因此，色譜柱是氣相色譜的心臟。

(一)色譜柱的幾種類型氣—固填充柱、氣—液填充柱、毛細(xì)管柱以及填充毛細(xì)管柱等。

氣-液填充色譜柱是在柱管中裝填著表面涂有一薄層高沸點(diǎn)有機(jī)物液膜的惰性固體作為固定相，高沸點(diǎn)有機(jī)化合物是固定液，而惰性固體是載體。

(二)柱管材料與形狀1．柱管材料

選擇柱管材料的主要依據(jù)之一是柱管壁表面的特性。常用玻璃柱和不銹鋼柱。2．柱管形狀

柱的形狀并無(wú)一定特殊要求，常用形狀有U形和螺旋形兩種。實(shí)踐證明，只要填充的均勻緊密，柱形狀對(duì)柱效沒有顯著的影響。3．柱的內(nèi)徑和長(zhǎng)度

填充柱的內(nèi)徑一般為2—6mm，常用4mm。柱內(nèi)徑細(xì)，柱效高，為了提高柱的裝填量，最好采用細(xì)顆粒度的載體。柱長(zhǎng)從0.5m一6.0m均可選用，具體柱長(zhǎng)一般由分離任務(wù)的要求而定。在可能的情況下，色譜柱短比色譜柱長(zhǎng)好．這樣可以提高分析速度。

(三)固定液

涂于色譜柱(空心柱除外)填充物表層的液膜狀物質(zhì)即固定液。它在氣相色譜分析中對(duì)各組分的分離起著決定性的作用。1．對(duì)固定液的要求

用氣相色譜分析農(nóng)藥時(shí)，柱溫一般在150一250℃左右，且化合物組分、試樣類型、干擾物質(zhì)等情況較為復(fù)雜，故對(duì)固定液要求為：

(1)在操作溫度下蒸氣壓低，熱穩(wěn)定性好，與被分析物質(zhì)或載氣不產(chǎn)生不可逆反應(yīng)。由蒸氣壓和熱穩(wěn)定性的情況決定固定液的最高使用溫度。

(2)在操作溫度下呈液態(tài)，而且粘度越低越好。物質(zhì)在高粘度的固定液中傳質(zhì)速率慢，因而柱效率降低。這個(gè)要求決定了固定液的最低使用溫度。

(3)選擇性高，即對(duì)兩個(gè)沸點(diǎn)相同或相近的不同類型的組分，要有盡可能高的分離能力。

(4)對(duì)樣品組分有足夠的溶解能力。2．固定液的分類

色譜固定液已約有千種之多，分類方法主要是根據(jù)固定液的分子結(jié)構(gòu)、極性和保留指數(shù)，把固定液按三種方法分類：①按固定液的化學(xué)結(jié)構(gòu)和所含官能團(tuán)；②按固定液相對(duì)極性；③按形成氫鍵能力的強(qiáng)弱。因按①分類，簡(jiǎn)單、實(shí)用，便于根據(jù)樣品和固定液的“相似相溶原理“選擇固定液．故此種分類法在實(shí)際工作中，對(duì)農(nóng)藥分析參考價(jià)值較大，現(xiàn)介紹如下：

按固定液的化學(xué)結(jié)構(gòu)和所含官能團(tuán)分類，可把固定液分為10類。僅重點(diǎn)介紹農(nóng)藥分析中常用的兩類。

(1)烴類：包括烷烴、芳烴和其聚合物，是非極性或弱極性固定液。其中角鯊?fù)槭堑湫偷姆菢O性固定液，通常把其相對(duì)極性定為零，有標(biāo)準(zhǔn)非極性固定液之稱。此外，還有石蠟油、真空脂、聚乙烯等。

(2)硅酮類：該類是目前使用最為廣泛的固定液。其主要優(yōu)點(diǎn)為：

①溫度粘度系數(shù)小，柱溫對(duì)柱效影響不大，使用溫度范圍寬。

②蒸氣壓低，熱穩(wěn)定性好，固定液流失少。

③對(duì)大多數(shù)有機(jī)物都有很好的溶解能力，有通用型固定液之稱。

④硅原子上可以引入多種官能團(tuán)，使其成為具有不同極性的固定液，大大擴(kuò)大了應(yīng)用范圍。3．固定液的選擇

試樣分離得好壞，以及分析水平的高低往往取決于固定液也即是色譜柱選擇恰當(dāng)與否。在農(nóng)藥分析中，多用“相似相溶”原理和“以實(shí)驗(yàn)方法”選擇固定液。

“相似相溶”原理：“相似相溶”原理是根據(jù)被分離組分與固定液之間有某些相似性，如官能團(tuán)、極性、化學(xué)性質(zhì)相似，則組分在固定液上的溶解度大，分配系數(shù)就大，選擇性就好；反之，溶解度小，分配系數(shù)小，選擇性就差。

（四）擔(dān)體

擔(dān)體是承擔(dān)固定液的固體材料。擔(dān)體又稱載體。把固定液涂漬在擔(dān)體表面上，形成均勻薄膜，就構(gòu)成氣液色譜柱的填充物。擔(dān)體顆拉直徑、擔(dān)體顆粒均勻度、擔(dān)體表面積的大小均為影響柱效的因素。擔(dān)體表面的物理化學(xué)性質(zhì)，擔(dān)體的物理結(jié)構(gòu)是影響色譜柱峰形拖尾的主要原因。

1．對(duì)擔(dān)體的要求

(1)比表面積大：即指單位重量的擔(dān)體具有較大的表面積，一般指每克擔(dān)體具有若干平方米表面積。比表面積大，它的柱效就高；

(2)表面對(duì)溶質(zhì)無(wú)吸附或吸附性很弱；

(3)熱穩(wěn)定性好；

(4)化學(xué)惰性：即與固定液或被分析組分不起任何化學(xué)反應(yīng)；

(5)顆粒大小盡可能均勻；

(6)具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。2．擔(dān)體種類

色譜擔(dān)體大致可分為兩大類：目前硅藻土型擔(dān)體，在氣—液色譜中普遍大量使用，農(nóng)藥分析中用非硅藻土型擔(dān)體甚少。硅藻土擔(dān)體很多，商品有百余種。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的硅藻土擔(dān)體有十幾種。國(guó)內(nèi)外常用擔(dān)體見表4—5、6。

二甲基二氯硅烷(DMCS)六甲基二硅胺(HMDS)3．擔(dān)體表面的活性

色譜峰的拖尾現(xiàn)象，是色譜分析中經(jīng)常遇到的問題。這種現(xiàn)象既影響柱效，又影響保留值的測(cè)量與峰面積的計(jì)算，所以解決峰形拖尾問題，一直是色譜分析中必須研究的重要課題之一。

擔(dān)體表面的活性是造成色譜峰形成拖尾的主要原因。理想的擔(dān)體表面無(wú)論對(duì)組分或固定液都是完全惰性的。除了特氟隆擔(dān)體之外，對(duì)經(jīng)常使用的硅藻土擔(dān)體來(lái)說，由于表面存在相當(dāng)數(shù)量的硅醚基團(tuán)(—Si—O—Si—)和硅醇基團(tuán)(—Si—OH)，存在雜原子基團(tuán)，如＞Al—O—，＞Fe—O—等基團(tuán)，擔(dān)體偏酸性或偏堿性，以及晶格不均勻性，因而表面既有催化活性作用點(diǎn)，又有吸附活性作用點(diǎn)。

(1)形成氫鍵的活性作用點(diǎn)：無(wú)論哪一種硅藻土擔(dān)體，其表面都存在硅醇基(硅羥基)，若被分離的組分為醇、醛、酮、酯等，能造成峰形的拖尾。

(2)酸性活性作用點(diǎn)：這系指表面上的酸性氧化物雜質(zhì)，分離堿性胺類化合物時(shí)能引起峰形拖尾。

(3)堿性活性作用點(diǎn)：這系指表面上堿性氧化物雜質(zhì)，能引起酸性化合物、脂肪族和芳香族羧酸酚類等峰形拖尾。

由于擔(dān)體表面活性作用點(diǎn)的存在，它與組分之間發(fā)生的不是溶解分配作用，而是吸附作用(不可逆吸附現(xiàn)象)。它的分配等溫線是非線性的，它的峰形是拖尾的。

擔(dān)體表面的活性是造成色譜峰拖尾的主要原因。而表面活性則是由形成氫鍵的活性作用點(diǎn)、酸性活性作用點(diǎn)和堿性活性作用點(diǎn)等所引起，故為了改善峰形，擔(dān)體需經(jīng)去活性處理。

4．擔(dān)體表面的去活性處理

吸附活性作用點(diǎn)，不僅存在于擔(dān)體表面上，還存在于金屬或玻璃色譜柱的管壁以及其它聯(lián)結(jié)管路的管壁上。

消除擔(dān)體表面活性的方法，大致有以下幾種：

(1)酸洗法采用鹽酸法、冰醋酸法、硝酸法、硫酸法和磷酸法處理?yè)?dān)體能除去擔(dān)體表面上大部分A1、Fe、Ca、Mg的雜質(zhì)，從而使表面活性顯著下降。通常酸洗方法系用濃鹽破浸漬擔(dān)體幾個(gè)小時(shí)后，濾去鹽酸，水洗至呈中性，然后用甲醇或乙醇漂洗，烘干，備用。酸洗除去鐵和鋁雜原子，可防止它們引起的催化作用。這對(duì)于分析天然產(chǎn)物如甾類、萜烯類以及亞硝基化合物很有意義。

(2)堿洗法

一般用5％KOH—甲醇溶液浸泡，再用水沖至呈中性，烘干備用。堿洗目的是除去表面的Al2O3等酸性作用點(diǎn)。(3)硅烷化法

硅烷化法是改變擔(dān)體表面硅醇基團(tuán)的有效方法。用硅烷化試劑和擔(dān)體表面的硅醇基團(tuán)起反應(yīng)，可以除去表面的氫鍵結(jié)合能力，從而可以改進(jìn)擔(dān)體的性能。(五)色譜柱的制備要制備一根分離效能較高的色譜柱，必須在擔(dān)體上涂上一層薄而均勻的液膜，再把涂好的固定相均勻而緊密地裝填到色譜柱管內(nèi)。因此，固定液的涂漬和色譜柱的裝填是色譜分析重要操作技術(shù)之一。這里主要介紹填充柱。

1．色譜柱管的試漏和清洗由于存放、運(yùn)輸?shù)冗^程可能使色譜柱管沾污或損壞，使用前應(yīng)將色譜柱進(jìn)行試漏與清洗。

試漏試漏的操作方法很簡(jiǎn)單，只要將柱管全部浸入水中，將其出口堵死，人口通人氮?dú)?N2)在高于使用的操作壓力下，以管壁沒有氣泡冒出為合格。

清洗

(1)玻璃柱管可注入洗液浸泡兩次，然后用自來(lái)水沖至中性，再用蒸餾水清洗，烘干后備用。

(2)不銹鋼柱管可用5％一10％的熱堿(NaOH或KOH)水溶液抽洗4—5次，以除去內(nèi)壁的油污，然后用自來(lái)水沖至中性，再用蒸餾水清洗，烘干后備用。

(3)已經(jīng)用過的色譜柱需要重?fù)Q其固定相時(shí)，柱管也應(yīng)當(dāng)用相應(yīng)的溶劑(如乙醚、乙醇、熱堿液)依次洗滌，自來(lái)水沖至中性，然后用蒸餾水清洗，以除去柱管中的擔(dān)體粉末及粘附在管壁上的固定液膜，烘干后備用。2．固定液的涂漬技術(shù)

幾種常用的涂漬方法：

(1)“常規(guī)”涂漬法：對(duì)配比大于5％以上(所謂配比，即固定液與擔(dān)體的重量比)的固定液，可用“常規(guī)”法涂漬。其方法是：將一定量的固定液放置在一蒸發(fā)皿中，加入適量的溶劑，待固定液溶解后，再加入定量的載體。在一般實(shí)驗(yàn)室的條件下，固定液可借助溶劑作用涂敷在載體表面上。最后把涂漬上固定液的載體放在紅外燈下輕輕攪拌，烘干并趕走溶劑。一般要求，烘干后的固定相基本上不應(yīng)有溶劑氣味，這樣才可裝入色譜柱老化后使用。

對(duì)于配比小于3％的固定液，由于固定液含量少，剛能鋪蓋其擔(dān)體表面時(shí)，如果涂漬不均勻，老化也不能完全解決，只能采用下述兩種方法涂漬：

(2)抽空盤涂法:

在蒸發(fā)皿或盤中，稱取一定量固定液，加入適量的溶劑，待其完全溶解后，再加入一定量的載體，將器皿置于真空干燥器中，接水泵抽空5min，然后取出放在通風(fēng)柜中，讓溶劑自然蒸發(fā)或紅外燈下烘干，不要攪拌也不要過篩。

(3)抽空蒸發(fā)法：

將一定量的固定液置于圓底燒瓶中，加入適量溶劑，待完全溶解后加入一定量的擔(dān)體。用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀使溶劑蒸發(fā)至干，然后裝柱使用。3．色譜柱的填充

固定相填充的好壞，直接影響柱效能。通常采用泵抽填充法，即把色譜柱的尾端(注意，即接檢測(cè)器的那一端)塞上玻璃棉，再接真空泵，色譜柱的前端(即接氣化室的那一端)接上一個(gè)漏斗。在真空泵的抽吸下，不間斷地從漏斗中倒入要裝的固定相，并不斷輕輕敲打色譜柱管，直至固定相不再進(jìn)入柱管為止。4．色譜柱的老化

裝填好的色譜柱要進(jìn)行老化處理后，才能接至檢測(cè)器使用。

老化的目的：①為了徹底除去固定相中殘余溶劑和某些揮發(fā)性雜質(zhì)，確保檢測(cè)器不受污染，使之有較低的本底電流。②進(jìn)一步促使固定液均勻地、牢固地分布在載體表面上，可以提高柱效能。

老化的方法

把色譜柱接入載氣氣路系統(tǒng)(為安全起見，一股采用氮?dú)庾鳛檩d氣，不可使用氫氣)，色譜柱的一端接在氣化室上；另一端放空(不要接在檢測(cè)器上，以免沾污)，用與操作時(shí)相近的載氣流速，略高于操作溫度10一20℃(僅要低于固定液的最高使用溫度)的條件下，通氣4—8h甚至24h?；纠匣煤螅俳由蠙z測(cè)器檢查。當(dāng)記錄儀基線平直以后，老化過程才算結(jié)束。五、定性定量分析5.1氣譜操作條件的選擇

（1）色譜柱

色譜柱的選擇是整個(gè)分析工作中的中心工作。應(yīng)針對(duì)試樣的性質(zhì)與要求選擇柱長(zhǎng)、柱材料、擔(dān)體、固定液及吸附劑等，其中以固定液的選擇為主。

（2）柱溫的選擇

大多數(shù)色譜柱是在等溫條件下操作的,柱溫的選擇直接影響分析時(shí)間。

程序升溫:

是在一個(gè)色譜分析周期里不斷改變色譜柱的溫度，使一些復(fù)雜混合物的分析能做到：1)提高分辨能力；2)峰形得到改善；3)縮短分析周期。

（3）氣化溫度

在保證試樣不分解的情況下，適當(dāng)提高氣化溫度對(duì)分離及定量有利。一般選擇氣化溫度比柱溫高30一70℃。（4）流速的選擇

根據(jù)色譜動(dòng)力學(xué)理論，流速有一個(gè)最佳值，此時(shí)柱的分離效率最高。對(duì)于大多數(shù)試樣來(lái)說，為了保證快速分析，經(jīng)常選擇較高的流速，但當(dāng)采用熱導(dǎo)檢測(cè)器時(shí)，為了檢測(cè)低含量的組分，有時(shí)采用低流速。通常流速選用范圍在50mL／min左右。（5）試樣用量的選擇

應(yīng)根據(jù)試樣的狀況與分析的要求選擇試樣用量，對(duì)痕量分析或純度分析，為了顯示檢測(cè)器的信號(hào)，試樣用量要較大；為了有利于瞬間氣化，用量要減小。5.2樣品制備在氣相色譜分析中，樣品制備除應(yīng)按一般化合物考慮外，尚需注意農(nóng)藥制劑以下特殊要求：1．提取溶劑選用之提取溶劑，必須保證能把農(nóng)藥有效成分從檢測(cè)對(duì)象中提取完全。2．稀釋溶劑選用乳劑、超低量油劑等稀釋所用之溶劑時(shí)，必須注意其要與有效成分能充分溶解，并且在氣譜上出峰快，返回基線快。3．溶劑的化學(xué)性質(zhì)與規(guī)格溶劑的化學(xué)性質(zhì)要穩(wěn)定，不應(yīng)因其與制劑中的成分反應(yīng)而影響測(cè)定結(jié)果。4．提取方法可用浸泡、超聲波等多種方法，但不能加熱提取，以免農(nóng)藥分解。(一)定性分析

用氣相色譜法進(jìn)行定性分析，在農(nóng)藥分析中，常利用雙柱或多柱、選擇性檢測(cè)器與化學(xué)方法相結(jié)合等方法進(jìn)行定性分析或農(nóng)藥確證。近年來(lái)氣譜與質(zhì)譜、光譜等聯(lián)用，既充分利用了色譜的高效分離能力，又利用了質(zhì)譜、光譜的高鑒別能力，再加電子計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)的快速處理及檢索，為未知物的定性分析打開了一個(gè)廣闊的前景。1．根據(jù)色譜保留值進(jìn)行定性分析

各種物質(zhì)在一定的色譜條件(固定相、操作條件)下均有固定不變的保留值，因此保留值可作為一種定性指標(biāo)．是最常用的色譜定性方法。但其可靠性不足以鑒定完全未知的物質(zhì)。2．與其它方法結(jié)合的定性分析法

(1)與質(zhì)譜、紅外光譜等儀器聯(lián)用：其中特別是氣相色譜和質(zhì)譜的聯(lián)用．是目前解決復(fù)雜未知物定性問題的最有效工具之一。

(2)與化學(xué)方法配合進(jìn)行定性分析：帶有某些官能團(tuán)的化合物，經(jīng)一些特殊試劑處理，發(fā)生物理變化或化學(xué)反應(yīng)后，其色譜峰將會(huì)消失或提前或移后，比較處理前后色譜圖的差異，就可初步辨認(rèn)試樣含有哪些官能團(tuán)。3．利用檢測(cè)器的選擇性進(jìn)行定性分析

利用不同檢測(cè)器具有不同的選擇性和靈敏度，可以對(duì)未知物大致分類定性。（二）定量分析

定量分析的根據(jù)是：被測(cè)組分的重量或該組分在載氣中的濃度與色譜圖上的峰面積或峰高成正比。

常用的定量方法為內(nèi)標(biāo)法、外標(biāo)法。

制劑及原藥分析對(duì)準(zhǔn)確度、精密度要求較高，故多用內(nèi)標(biāo)法殘留分析因檢測(cè)含量極微，故對(duì)準(zhǔn)確度、精密度較制劑要求為低，多用操作簡(jiǎn)單、計(jì)算方便的外標(biāo)法。

(1)外標(biāo)法

本方法系用配制已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)樣進(jìn)行色譜分析，以各組分的峰高或峰面積和與其相對(duì)應(yīng)的濃度作標(biāo)準(zhǔn)曲線，然后在與標(biāo)準(zhǔn)試樣測(cè)定時(shí)同樣的操作條件分析試樣并與標(biāo)準(zhǔn)樣進(jìn)行比較。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，從標(biāo)準(zhǔn)曲線中計(jì)算出試樣的濃度。工廠的日?？刂品终?，較多采用這種方法。

外標(biāo)法的優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單和計(jì)算方便，分析結(jié)果的準(zhǔn)確性主要取決于進(jìn)樣量的重復(fù)性和操作的穩(wěn)定性。

外標(biāo)法的缺點(diǎn)：若儀器和操作條件不穩(wěn)定時(shí)，對(duì)結(jié)果影響很大。為此，需要用標(biāo)準(zhǔn)樣及時(shí)校正。

(2)內(nèi)標(biāo)法若測(cè)定樣品中某一組分或某幾個(gè)組分的含量，可以把一定量的某一種純物質(zhì)，加入到樣品內(nèi)作為內(nèi)標(biāo)物，然后進(jìn)行色譜定量計(jì)算。方法的優(yōu)點(diǎn)：定量結(jié)果比較準(zhǔn)確，操作條件與進(jìn)樣量對(duì)分析結(jié)果影響不大，亦適用于低含量的組分定量。

計(jì)算方法為：通過測(cè)出內(nèi)標(biāo)物的峰面積和欲測(cè)定組分的峰面積后，計(jì)算該組分的含量。六、色－質(zhì)聯(lián)用分析(GC－MS)(一)概述