氣相色譜毛細管柱使用知識

1、氣相色譜毛細管柱使用知識氣相色譜毛細管柱因其高別離水平、高靈敏度、高分析速度等獨特優(yōu)點而得到迅速開展.隨著彈性石英交聯毛細管柱技術的日益成熟和性能的不斷完善,已成為別離復雜多組分混合物、及多工程分析的主要手段,在各領域應用中大有取代填充柱的趨勢.現在新型氣相色譜儀、氣相色譜-質譜聯用儀根本上都是采用毛細管色譜柱進行別離分析.但是,毛細管色譜柱柱內徑較小,固定液的膜薄,用于食品中殘留物分析時,假設使用不當,色譜柱性能很快就會下降.毛細管柱只能安裝在配有專用毛細管柱連接裝置的氣相色譜儀上.現在購置儀器時最常規(guī)的配置是配毛細管分流/不分流進樣口.毛細管色譜柱的類型毛細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毛細管色譜柱.下面介紹此類毛細管色譜柱的性能特點.一、熔融石英毛細管柱(1)熔融石英毛細管柱材料現在市售商品化的氣相色譜用毛細管柱幾乎都是由熔融石英制作的,簡稱石英毛細管柱.制作毛細管柱用的石英純度非常高,幾乎無其它雜質.它具有熔點高(近2000C)、熱膨脹系數低、化學穩(wěn)定性好和抗張強度高等特點,是制備毛細管柱的理想材料.毛細管柱內壁存在有許多具有吸附活性的基團,這些基團的存在直接影響固定相涂漬效果,所以,在涂漬固定相之前,柱外表必須經過適當預處理,以期得到較高的柱效和對稱的色譜圖形.(2)石英毛細管柱的聚酰亞胺外涂層石英毛細管柱很脆,只有在毛細管柱外涂一層聚

3、酰亞胺保護材料后才具有很好的彈性,在使用這樣的色譜柱時應十分小心,防止將聚酰亞胺涂層損壞,導致毛細管柱易折斷.通常商品毛細管柱出廠時都固定在一個金屬絲制作的柱架上,柱架的直徑與毛細管柱的直徑成正比,即：毛細管柱的直徑越大,固定架的直徑也就越大.對于0.53mm內徑的毛細管柱,過度彎曲很容易折斷,使用安裝時要格外小心.石英毛細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,這里不作詳細介紹.二、液體固定相將固定相均勻涂漬在毛細管柱的內壁,制成壁涂型毛細管柱,這類毛細管柱屬非交聯型毛細管柱.現在只有少局部的非交聯固定相的毛細管柱在使用.非交聯毛細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,往往在毛細管柱研制前期過程中采用此方法.在使用這類毛細管色譜柱時,應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-質譜聯用儀上使用.三、交聯固定相現在市售的商品毛細管色譜柱根本上均采用交聯技術,將固定相與石英外表結合起來,在毛細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.而且此類毛細柱在色譜分析時可以通過柱上進樣和不分流進樣模式實現大體積進樣,最多可注入50

5、250山液體溶劑.當然,這需要儀器上配有相應的裝置.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管柱的最高操作溫度.作為商品化的交聯固定相毛細管色譜柱,使用時應注意不要超過說明書或標識牌上規(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,重那么使毛細管柱損壞.對于相同型號毛細管色譜柱而言,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以公司產品說明書規(guī)定為準,表中的值僅供參考.色譜柱的選擇選擇毛細管柱時需注意的柱參數包括：固定相、內徑、膜厚度和柱長.下面按毛細管柱選擇中參數的重要性進行排列和討論.一、固定相對于一個樣品的分析,可采用帶有固定相的毛細管柱或填充柱.單一樣品分析采用填充柱,經濟、快速、柱負載高、抗污染,適合企業(yè)生產時單機、單一工程檢測.而多殘留分析或多工程分析

8、更推薦采用毛細管柱,由于毛細管色譜柱適用性和分辨率更好,不像應用填充柱分析時那么專一、嚴格,例如：多數在100%二甲基硅氧烷固定相上可以進行分析的物質,在5%二苯基+95%二甲基硅氧烷固定相上同樣可以進行分析.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.分析強極性物質,如：酸、醛、醇、胺等,為獲得較好別離,需選用極性較強的固定相.有時為了縮短分析時間,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、度上取決于溶質的性質.在進行樣品分析以前,建議先閱讀相關的應用文獻推薦的色譜柱型號,或者查閱各公司的色譜耗材毛細柱目錄,從中獲得不同固定相應用分析的化合物種類的相關信息.這對被測物有效別離選擇色譜柱很有用.二、內徑在一系列石英毛細管色譜柱中有5種內徑較為常用.每種都有其特定的應用領域和適合的使用范圍.0.53mm內徑毛細管柱.0.53mm內徑的色譜柱樣品容量很大,可與填充柱相比,進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內徑柱還可以配合特殊進樣口裝置,如：柱上進樣或冷柱頭進樣裝置,使用0.47mm外徑針頭的微量注射器進行柱頭或冷柱頭進樣.0.

10、53mm內徑柱的毛細管柱相當于由填充柱到毛細管柱的簡單升級,可以自己動手對連接接頭進行改造.相對簡單的樣品在分析時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內徑毛細管柱需要專用的連接裝置.0.32mm內徑毛細管柱.0.32mm內徑柱被認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.這種色譜柱也可進行柱頭進樣,但需要特殊的注射器.0.25mm內徑毛細管柱.0.25mm早期多為0.22mm內徑柱具有低流失量、高分辨率的特性,也是很常用的.氣相色譜-質譜聯用儀多采用此規(guī)格柱,通常在規(guī)格

11、后標有ms字符,如表1中的DB5ms.0.15mm內徑毛細管柱.0.15mm內徑是常規(guī)氣相色譜儀中50m柱的最小內徑.就成效而言,它具有最高的分辨率,用于分析復雜化合物和寬沸程樣品很理想.0.10mm內徑毛細管柱.0.10mm內徑柱只在更短柱長及很高分析速度下進行應用,常用于快速色譜分析.由于柱內徑較小,所以色譜柱的負載水平也就比擬小,只能夠容納較少的樣品,使用時要注意進樣量,以保證形成鋒利的色譜峰.以上不同柱內徑色譜柱相關參數匯總于表2.表2.柱內徑比照參數內徑柱有效板數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,相比率是指毛細管柱的內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=柱內徑微米爐=固定相厚度較高的相

13、比率色譜柱內固定相較少,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-質譜聯用儀分析.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間,別離度較高,特別適合分析低沸點或氣體化合物.假設樣品中含高沸點組分,將這些組分洗脫將需要很高的溫度,因此此時不宜用厚膜.薄膜高相比率適于分析高沸點組分,而且由于膜薄,被測物在柱內停留的時間較短,在較低溫度下洗脫特定組分,從而延長柱壽命.到達或接近最大柱溫時,流失率也會較厚膜低得多,所以更適合用于氣相色譜-質譜聯用儀分析.根據實驗多方面的效果,對樣品容量、低流失及別離度進

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

15、短的色譜柱.柱長與別離度的關系見圖1.圖1別離性對俄性度通過適中選擇其它柱參數,絕大多數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,例如分析時間較短,流失較少,降低高活性溶質的干擾,當然,還有降低了本錢.毛細管柱操作條件的選擇一、柱載氣流量的選擇通過毛細管柱的載氣流量要根據毛細管柱的柱長、柱徑、膜厚以及被分析物的組成等綜合因素設定.高流速雖然可以提升分析效率,但有時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,在實際分析中,流速的設定應在滿足別離的前提下適當增加,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-質譜儀,還要考慮

16、質譜真空泵的抽氣量,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,僅靠通過毛細管色譜柱的載氣流量無法滿足工作需求,因此,還需要補充加上尾吹氣.另外,有些廠家的儀器采用在毛細管柱的末端加上尾吹氣的設計,以減少擴散,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,所以要根據分析目的和被測物性質,如：被測物的沸點、被測物極性、被測組分的多少,通過實驗優(yōu)化得到適宜的柱溫.交聯型毛細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定取決于譜圖上最早流出峰的別離度,一般應低于樣品中

17、最低沸點組分的溫度.(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)終點溫度的選擇程序升溫最終溫度確實定主要取決于固定相和被測樣品中最高沸點的物質.另外,對于基質復雜的樣品,可以考慮在固定相規(guī)定最高溫度下適當提升溫度(但接質譜最好不要這樣做),并且在此溫度下適當延長保持時間.三、進樣方式的選擇對于毛細管色譜分析有多種進樣方式可以選擇.殘留分析應選擇不分流進樣或柱上進樣,純度分析那么多項選擇擇分流進樣,分流比根據被測物含量而定.但分流進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、色譜柱的使用毛細管色譜柱在安裝、操作時應注意幾個問題：第一,如果使用石墨密封墊圈,套石墨墊圈時毛細管柱的口要向下,并且在套好石墨圈后要用專用的毛細管柱切刀切去毛細管柱頭510cm.第二,0.53mm內徑毛細管色譜柱彈性較差,較容易折斷,所以安裝時不要過度彎曲.第三,現在的商品柱出廠時已經過老化,但是,在色譜柱初次使用時還是應該老化一下.老化時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間不要太長,5分鐘左右即可.二、毛細管色譜柱的保養(yǎng)毛細管色譜柱經過一段時間的使用后不可防止地會被污染,最嚴重的地方是進樣端柱頭.所以毛細管柱的保養(yǎng)是很重要的.毛細管柱的日常保養(yǎng),每天在正式做分析實驗前,應使用程序升溫方式運行幾個循環(huán),升溫速率可以快些,如：1020C/min,最高溫度應比正式分析程序高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“鬼峰等現象,這都預示色譜柱也包括汽化室襯管已被污染.對于交聯固定相的毛細管柱可以用溶劑進行清洗,污染較輕的可用510mL正己烷清洗,污染較嚴