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气相色谱的两种常用进样技术
  • 发布日期:2020-06-10      浏览次数:296
    • 气相色谱法作为一种仪器分析方法广泛应用于各个领域,其进样技术的选择与操作对分析结果的准确度和重现性有着直接影响。常用的进样技术有填充柱进样、分流/不分流进样、冷柱上进样、程序升温汽化进样、大体积进样等等。下面来详细介绍一下前两种进样技术——填充柱进样与分流/不分流进样。

      一、填充柱进样口

      填充柱进样口是目前为常用、也是简单、容易操作的GC进样口。该进样口的作用就是提供一个样品气化室,所有气化的样品都被载气带入色谱柱进行分离。进样口可以配置也可以不配置隔垫吹扫装置。这种进样口可连接玻璃或不锈钢填充柱,还可连接大口径毛细管柱做直接进样分析。

      1、柱连接

      采用玻璃柱或不锈钢柱时,连接方法有所不同,需使用不同的插件。玻璃柱可直接插入气化室,由一个固定螺母加石墨垫密封。此时插入气化室的色谱柱部分不应有填料在其中,否则会在高温下分解而干扰分析。这段空的色谱柱又起到了玻璃衬管的作用(相当于填充柱柱上进样),防止了样品与气化室不锈钢表面接触。

      当采用不锈钢柱时,柱端接在气化室出口处,用螺母和金属压环密封。这时应在气化室安装玻璃衬管,以避免极性组分的分解和吸附。

      2、样品适用范围

      只要柱的分离能力可满足要求,填充柱进样口适用于各种可挥发性样品。由于所有气化的样品都进入色谱柱,且填充柱的柱容量大,故定量分析准确度高。如果色谱柱能完全分离所测组分,则灵敏度一般也无问题。

      3、操作参数的设置

      (1)进样口温度

      该温度接近于或略高于样品中待测高沸点组分的沸点。温度太高可能引起某些热不稳定组分的分解,或当进样量大时,造成样品倒灌。如果温度太低,晚流出的峰会变形。

      (2)载气流速

      内径为2mm左右的填充柱,载气流速一般为30mL/min(氦气)。用氢气作载气时流速可更高一些,用氮气时则稍低一些。实际样品要依据具体分离情况进行载气流速的优化。

      (3)进样量和进样速度

      填充柱的柱容量大,进样量一般为1-5μL,甚至更高。由于填充柱分离效率有限,进样速度的快慢对结果影响不大,只要进样量和进样速度重现,手动进样和自动进样所得结果的分析精度没有太大的差别。

      YL6500GC气相色谱仪

      YL6500 气相色谱仪

      二、分流/不分流进样

      1、载气流路和衬管选择

      进入进样口的载气总流量由一个总流量阀控制,而后载气分成两部分:一是隔垫吹扫气(1-3mL/min);二是进入气化室的载气。进入气化室的载气与样品气体混合后又分为两部分:大部分经分流出口放空,小部分进入色谱柱。以总流量为104mL/min为例,如果隔垫吹扫气流量设置为3mL/min,则另101mL/min流量进入气化室。当分流流量为100mL/min时,柱内流量为1mL/min,这时分流比为100:1。由于柱前压调节阀在分流气路上,这就可在总流量不变的情况下,改变柱前压。柱前压越高,柱流速越大,分析速度越快。而要在柱前压不变(柱流速不变)的条件下改变分流比,则必须调节总流量。总流量越大,分流比越大。

      分流进样口可采用多种衬管,用于分流进样的衬管大都不是直通的,管内有缩径处或者烧结板,或者有玻璃柱,或者填充有玻璃毛,这主要是为了增大于样品接触的比表面,保证样品完全气化,减小分流歧视。同时也是为了防止固体颗粒和不挥发的样品组分进入色谱柱。注意,填充物应位于衬管的中间,即温度高的地方,也是注射器针尖所到达的地方,这样对提高气化效率,减少注射器针尖对样品的歧视更为有效。另外,玻璃毛活性较大,不适合于分析极性化合物,此时可采用硅烷化处理的玻璃毛。衬管常用“O”形硅橡胶环密封,用一段时间后该环会老化而造成漏气,故要及时更换。当进样口温度超过400℃时,好采用石墨密封环。

      2、样品的适用性

      分流进样适合于大部分可挥发样品,包括液体和气体样品,特别是对一些化学试剂(如溶剂)的分析。因为其中一些组分会在主峰前流出,而且样品不能稀释,故分流进样往往是理想的选择。此外,在毛细管GC的方法开发过程中,如果对样品的组成不很清楚,也应首先采用分流进样。对于一些相对“脏”的样品,更应采用分流进样,因为分流进样时大部分样品被放空,只有能满足分析要求时(如灵敏度太低),才考虑其他进样方式,如不分流进样和柱上进样等。总之,分流进样的使用范围宽,灵活性很大,分流比可调范围广,故成为毛细管GC的进样方式。

      3、操作参数设置

      (1)温度

      进样口温度应接近于或等于样品中重组分的沸点,以保证样品快速气化,减少初始谱带宽度。但温度太高会使样品组分分解。对于一个未知的样品,可将进样温度设置在300℃进行试验。

      (2)载气流速

      常用毛细管GC所用分流比为20:1-200:1,样品浓度大或者进样量大时,分流比可相应增大,反之则减小。用大口径柱时分流比小一些(或采用不分流进样),用微径柱作快速GC分析时,分流比要求很大(如1000:1或更高)。另一方面,分流比小时,分流歧视效应可能小一些,但初始谱带(主要是溶剂谱带)宽度要大一些,必要时可采用聚焦技术。而分流比大时,初始谱带宽度小,但分流歧视效应可能会增大。所以,在实际工作中应根据样品情况和分析要求选择一个合适的折中点。

      (3)进样量和进样速度

      分流进样的进样量一般不超过2μL,好控制在0.5μL以下,因为衬管的容积有限,液体气化的体积要膨胀数百倍。当然,进样量和分流比有关,分流比大,进样量大。进样速度越快越好,可防止不均匀气化和保持窄的初始谱带宽度。因此,快速自动进样往往比手动进样的效果好。

      (4)分流歧视问题

      不均匀气化是分流歧视的主要原因之一。即由于样品中各组分的极性不同,沸点各异,因而气化速度各不相同。理论上讲,只要气化温度足够高,就能使样品的全部组分迅速气化。只要气化室内样品处于均相气体状态,分流歧视就是可以忽略的。然而,实际上样品在气化室是处于一种运动状态,即必须随载气流动。从气化室气化到进入色谱柱的时间很短(以秒计),沸点不同的组分到达分流点时,气化状态可能不完全相同。这样,由于分流流量远大于柱内流量,气化不太完全的组分就比完全气化的组分可能多分流掉一些样品。造成分流歧视的另外一个原因是不同组分在载气中的扩散速度不同,而扩散速度与温度是成正比的。所以,尽量使样品快速气化是消除分流歧视的重要措施,包括采用较高的气化温度,也包括使用合适的衬管。

      分流比的大小也影响分流歧视。一般来说,分流比越大,越有可能造成分流歧视。所以,在样品浓度和柱容量允许的条件下,分流比小一些有利。至于分流比的测定是很简单的,只要在分流出口用皂膜流量计测定分流流量,再测定柱内流量(因为柱内流量很小,用皂膜流量计测定时误差较大,故常用测定死时间的方法计算)。二者之比即为分流比。严格的讲,两个流量值应校正到相同的温度和压力条件下,才能获得准确的分流比。实际工作中人们更关心的是分流比的重现性,分流比则常用整数之比表示,故一般不需要很准确的测定。

      具体分析中要消除分流歧视,还应注意色谱柱的初始温度尽可能高一些。这样,气化温度和柱箱温度之差就会小一些,因而样品在气化室经历的温度梯度就会小一些,可避免气化后的样品发生部分冷凝。后一个问题是色谱柱的安装:一是要保证柱入口端超过了分流点;二是保证柱入口端处于气化室衬管的中央,即气化室内色谱柱与衬管是同轴的。

      尽管分流进样有歧视问题,但它仍然是毛细管GC中常用的进样方式。在实际工作中,分流歧视是很难完全消除的,但只要操作是重现的,一定程度的歧视是重现的,就可以通过标准样品的校准来消除歧视效应对定量精度的影响。

      另一方面,由于分流进样给检测器灵敏度提出了更高的要求,当样品浓度低时,分流进样并不总是合适的选择。除了进行样品预处理(如浓缩)外,简单的处理就是不分流进样。既然分流进样是因为柱容量小、样品浓度高而不得不采用的方法,那么低浓度的样品采用不分流进样,以提高检测灵敏度就是理所当然的选择了。

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