手細管氣相色譜法

1毛細管氣相色譜法

26.1概述

毛細管柱氣相色譜法是1957年由美國學者Golay在填充柱氣相色譜法的基礎上提出來的。用內(nèi)壁涂漬一極薄而均勻的固定液膜的毛細管代替填充柱，這種柱子分離能力遠遠高于填充柱。由于這種柱子的固定液涂在內(nèi)壁上，中心是空的，故稱為開管柱（opentubularcolumn），習慣上稱為毛細管柱。3毛細管色譜柱材質(zhì)（1）不銹鋼優(yōu)點：彈性好、不易破裂、導熱性好、和儀器連接方便等。缺點:柱效低，有一定催化性、吸附性，不透明、不易涂漬固定液等。后來少用。4毛細管色譜柱材質(zhì)（2）玻璃

優(yōu)點：1960年，發(fā)明了玻璃毛細管拉制機，玻璃成為理想的色譜柱材質(zhì)。具有非催化性表面、透明、易加工價廉。缺點：易碎，與儀器部件連接困難；玻璃表面的羥基有較強的活性，造成組分吸附、峰拖尾等。5毛細管色譜柱材質(zhì)（3）石英

1979年，出現(xiàn)了石英毛細管柱，它具有化學惰性好、熱穩(wěn)定性好和機械強度高、有彈性等，已得到廣泛的應用。6毛細管柱的類型

大?。簝?nèi)徑0.1～0.5mm；長度：幾十至幾百米。

分類：按柱內(nèi)固定液涂漬方法不同涂壁空心柱（WCOT）：固定液直接涂在管內(nèi)壁；涂載體空心柱（SCOT）：先在管內(nèi)壁涂上一層很細的多孔物質(zhì)，然后再涂固定液；7毛細管柱的類型多孔層空心柱（PLOT）：在管內(nèi)壁涂上一層多孔性吸附劑微粒，不再涂固定液（氣－固色譜）；化學鍵合相毛細管柱：將固定液用化學鍵合的方法鍵合到柱的內(nèi)壁，大大提高熱穩(wěn)定性；交聯(lián)毛細管柱：由交聯(lián)引發(fā)劑將固定相交聯(lián)到毛細管管壁上，耐高溫，抗溶劑抽提，液膜穩(wěn)定，柱效高，柱壽命長。8毛細管柱與填充柱性能比較9毛細管色譜柱的特點

自加工困難，需購買成品柱高分辨率（理論塔板數(shù)10萬以上）省時和高分離效能任選省時－－短柱，高流速高分離－－長柱、膜薄、適當?shù)牧髁?/p>

3種類型WCOT，SCOT，PLOT

適于復雜樣品的分析（30個峰以上）10

外購毛細管柱要注明四要素：長度

10、25m（有時50m）內(nèi)徑

0.1mm，0.22mm，0.32mm，0.53mm固定液種類少，CBP-1,5,10,20理論塔板數(shù)高(10萬以上)膜厚

1.0-5.0μm材質(zhì)熔融石英、玻璃(惰性、彈性)11毛細管柱使用的固定液牌號固定液極性對應名稱最高使用溫度CBP1聚甲基硅氧烷非極性OV-1，SE-30320℃CBP55%聚苯基甲基硅氧烷弱極性SE-52，54320℃CBP10氰基硅油中極性OV1701240℃CBP20聚乙二醇強極性PEG-20250℃

12毛細管色譜法特點

分離效能高，柱效好，峰形狹窄、對稱；分析速度快；操作條件嚴格，允許進樣量小，對進樣技術與檢測器要求高；適于分析復雜的有機混合物，如石油化工產(chǎn)品、環(huán)境污染物、天然產(chǎn)物等。13145.2進樣方法1.大口徑毛細管柱直接進樣

直接進樣指用大口徑（0.53mm內(nèi)徑）毛細管柱接在填充柱進樣口，像填充柱一樣，所有汽化的樣品全部進入色譜柱。

151.大口徑毛細管柱直接進樣a.柱連接大口徑毛細管柱的柱容量介于填充柱和常規(guī)毛細管柱之間，其柱內(nèi)載氣流速可高達20mL/min左右，但要將填充柱接頭換成大口徑毛細管柱專用接頭。16柱容量

柱容量是指色譜峰沒有明顯變形，樣品能夠進入到色譜柱中的最大允許量?？稍黾又萘康囊蛩?膜厚(df).

溫度.

內(nèi)徑(ID).

固定相的選擇性.如果過載，可導致:

峰變寬.

不對稱.

拖尾或前伸峰.171.大口徑毛細管柱直接進樣b.樣品的適用范圍基本與填充柱分析相同，對熱不穩(wěn)定的樣品宜采用柱內(nèi)直接進樣；“臟”樣品采用普通直接進樣，利用襯管來保護色譜柱不被污染。

181.大口徑毛細管柱直接進樣c.操作參數(shù)設置

進樣口溫度：一般應高于待測組分沸點10-25℃。進樣量和進樣速度：不超過1μL；進樣速度宜慢，以減少倒灌，改善早流出峰的分離度。191.大口徑毛細管柱直接進樣c.操作參數(shù)設置載氣流速：填充柱進樣口的載氣控制是恒流控制模式，其穩(wěn)定流速不應低于15mL/min

，而這正是大口徑毛細管柱的流量上限，故載氣流速低于10mL/min（0.53mm內(nèi)徑柱的最佳流量為3.5mL/min）時，應在氣路中增加一個限流器，以穩(wěn)定流速。

202.分流/不分流進樣分流(split)進樣

允許樣品中的代表部分進入到色譜柱中（適于當被測物濃度較高時）。不分流(splitless)進樣

樣品中絕大部分進入到色譜柱中（類似于直接進樣）。21a.儀器分流/不分流進樣口原理示意圖

樣品在玻璃襯管汽化，均勻汽化的樣品通過分流點(柱尖端Colomntip).22b.樣品的適用性

適用范圍寬（大部分可揮發(fā)樣品，包括液體和氣體樣品），靈活性很大，分流比可調(diào)范圍廣。對于一些相對“臟”的樣品，更應采用分流進樣，可將大部分樣品放空，防止色譜柱污染。23注意：

可能會有進樣歧視現(xiàn)象。對寬沸程的樣品易產(chǎn)生非線性分流，使樣品失真。

不適于高純度物質(zhì)和痕量組分(<50ppm)的分析24c.操作參數(shù)設置溫度進樣口溫度應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。未知新樣品，可設置為300℃進行試驗。25c.操作參數(shù)設置載氣線流速氦氣30-50cm/s；氮氣20-40cm/s;氫氣40-60cm/s。分流比范圍為20:1-200:1，樣品濃度大或進樣量大時，分流比可相應增大，反之則減小。26c.操作參數(shù)設置進樣量：不超過2μL，最好小于0.5μL。進樣速度：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。27d.分流歧視問題分流歧視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，從而影響定量分析的準確度。28d.分流歧視問題引起分流歧視的原因：

樣品不均勻汽化即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；

分流比的大小分流比越大，越有可能造成分流歧視。29d.分流歧視問題如何消除分流歧視？色譜柱的初始溫度盡可能高一些，以減小汽化溫度和柱箱溫度之差，避免汽化后的樣品發(fā)生部分冷凝色譜柱的安裝，一是要保證柱入口端超過分流點，二是保證柱入口端處于汽化室襯管的中央，即汽化室內(nèi)襯柱與襯管是同軸的30

將樣品直接注入處于室溫或更低溫度下的色譜柱內(nèi)，然后再逐步升高溫度使樣品組分依次汽化通過色譜柱進行分離。3.冷柱上進樣31

島津冷柱頭進樣器OCI-G9323.冷柱上進樣優(yōu)點：消除了進樣口對樣品的歧視效應因為液體樣品直接進入柱內(nèi)，進樣過程中樣品不會汽化，且沒有分流問題

避免了樣品的分解不接觸可能有催化作用的汽化室內(nèi)表面，不經(jīng)受高溫，更適于分析熱不穩(wěn)定的化合物333.冷柱上進樣缺點：進樣體積小大的進樣量易造成柱超載

操作復雜對初始柱溫、溶劑性質(zhì)、進樣速度等要求嚴格，且要用特殊的注射器毛細管柱易受污染樣品記憶效應較明顯冷柱上進樣口需另購儀器成本高34

因此，冷柱上進樣不如分流/不分流進樣使用普遍，主要在分析熱不穩(wěn)定化合物或要求準確度、靈敏度和精密度極高時使用。354.程序升溫汽化進樣程序升溫汽化（PTV）進樣

將液體或氣體樣品注射入處于低溫的進樣口襯管內(nèi)，然后按設定程序升高進樣口溫度。36

消除了注射器針頭的樣品歧視；抑制了進樣口歧視（即分流歧視）；可除去溶劑和低沸點組分，實現(xiàn)樣品濃縮；不揮發(fā)物可滯留在襯管中，保護色譜柱；有多種操作模式，即分流、不分流模式等；重現(xiàn)性好，接近于冷柱上進樣。特點376.3毛細管氣相色譜柱的制備及維護1.預處理（P109-111）1）粗糙化a.沉積石墨化炭黑b.沉積氯化鈉c.沉積二氧化硅一、毛細管氣相色譜柱的制備382）去活（P111-114）（1）石英毛細管柱的水熱處理（2）石英毛細管柱的去活

a.硅烷化去活三甲基氯硅烷（TMCS）、六甲基氯硅烷（HMDS）

b.聚硅氧烷高溫裂解去活

c.含氫硅油裂解去活

d.全硅烷化去活用硅烷胺、環(huán)硅氧烷、含氫的硅烷氧烷進行全硅烷化去活。391）毛細管柱固定相的要求：熱穩(wěn)定性好的高聚物，熔點低，粘度大對石英毛細管內(nèi)壁具有較好的濕潤能力最好含有交聯(lián)基團，如：乙烯基具有選擇性基團，便于分離異構(gòu)體2.毛細管色譜柱固定相的涂漬402）聚硅氧烷毛細管氣相色譜固定相聚二甲基硅氧烷、含（苯基、氰基）的聚硅氧烷、含氟聚硅氧烷含乙烯基等易交聯(lián)的聚硅氧烷手性分離用聚硅氧烷（如Frank等把L-纈氨酸-叔丁酰胺接枝到聚硅氧烷上）、環(huán)糊精衍生物413）色譜柱的涂漬（P115-116）

靜態(tài)涂漬法方法要點：把固定液的稀溶液（2-20mg/mL）用真空系統(tǒng)吸入毛細管柱中，一端封口，從另一端抽真空，在低于溶劑沸點10-15℃恒溫條件下使溶劑慢慢蒸發(fā)出去，在管壁上留下一層薄薄的液膜。42動態(tài)涂漬法方法要點：以惰性氣體壓力推動固定液溶液通過毛細管柱，在柱內(nèi)壁上留下一層液膜。固定液濃度一般為10-20%，根據(jù)固定液黏度和極性不同，選擇二氯甲烷或丙酮作溶劑。434)交聯(lián)（1）交聯(lián)的目的：使線形固定相分子成為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使其穩(wěn)定性和耐熱性更好。（2）交聯(lián)方法通過高溫縮合，使毛細管內(nèi)壁的兩分子Si-OH形成Si-O-Si鍵；聚硅氧烷上的甲基（或乙烯基）經(jīng)引發(fā)劑而產(chǎn)生碳碳鍵，形成Si-C-C-Si，此法普遍使用。44（3）交聯(lián)引發(fā)劑過氧化物引發(fā)劑—叔丁基過氧化物(TBP)、過氧化苯甲酰(BP)、過氧化異丙苯（DCP）等。DCP使用最多。偶氮化合物引發(fā)劑—偶氮叔丁烷(ATB)、偶氮叔辛烷(ATO)、偶氮叔十二烷（ATD），優(yōu)于過氧化物。臭氧引發(fā)劑—由瑞典Buijten在1984年提出。適于液膜薄的毛細管柱的交聯(lián)。45二、毛細管色譜柱的最佳用法和維護方法

柱溫設定值應比毛細管柱最高使用溫度盡可能低一些（可延長柱子壽命，降低檢測器的噪音）為避免難揮發(fā)組分進入柱內(nèi)，應很好進行樣品前處理；使用玻璃襯管和石英棉；可連接一次性的短的前置柱。為除掉柱內(nèi)殘留的難揮發(fā)組分，可老化柱子、溶劑清洗、除掉柱入口污染的部分。46二、毛細管色譜柱的最佳用法和維護方法

老化柱子：柱溫升到柱子最高使用溫度，將高沸點組分氣化排除（保持1-2小時，觀察基線情況）

溶劑清洗：用少量有機溶劑清洗柱子，將高沸點組分溶解后排除。（流動方向從出口側(cè)到入口側(cè)。用正己烷、三氯甲烷、丙酮即可）

除掉柱入口污染的部分：從入口側(cè)一端折斷5-20cm（使用專用工具，將折斷面折成直角）47高爾夫球場使用的21種農(nóng)藥中，約有18種是用氣相色譜儀分析的。所需的檢測器為火焰光度檢測器（FPD），火焰熱離子檢測器（FTD），電子捕獲檢測器（ECD）。各檢測器檢測范圍如下（有的組分重復出現(xiàn)，它表示用哪種檢測器都可以）毛細管氣相色譜應用實例48檢測農(nóng)藥種類和所用的檢測器49

１．用ECD檢測４種農(nóng)藥各組分濃度為100ppb,進樣1μl獲得的結(jié)果。分析條件儀器：島津GC-14A

色譜柱：CBP1-S25-050(25m×0.3mmφ，0.5μm)

柱溫：50℃(3min)→240℃(10℃／min)

進樣口溫度：240℃檢測器溫度：300℃

載氣：He尾吹氣體：N2

進樣法：無分流50出峰順序:

丙草安百菌清(TPN)

可菌丹稻瘟靈51２．FTP分析農(nóng)藥儀器：島津GC-14A色譜柱：CBP17-M30(30m×0.25m