隨著現(xiàn)代氣相色譜技術的發(fā)展, 毛細管氣相色譜法(CGC) 以其高超的分離能力、化學及熱穩(wěn)定性高、分析速度快、呈化學惰性等特點而廣泛應用于石油化工、環(huán)境保護、天然產(chǎn)品、食品等領域的復雜有機混合物樣品的分析。近年來, 許多新柱型、新技術不斷出現(xiàn), 使CGC 不斷完善, 特別是大口徑毛細管柱的開發(fā), 大有取代傳統(tǒng)氣相色譜填充柱之
勢。因此對于現(xiàn)在的氣相色譜工作者來說應盡快熟悉和掌握這門技術, 適應現(xiàn)代技術發(fā)展需要。而毛細管氣相色譜法的關鍵部分是毛細管色譜柱的選擇和使用。

1 　毛細管色譜柱柱型規(guī)格與操作條件的選擇依據(jù)目前, 國內(nèi)出售的商品毛細管柱(國內(nèi)、國外均有生產(chǎn)) 品種、規(guī)格、牌號繁多, 這給使用毛細管柱的分析人員帶來一定困難。其實各供應商產(chǎn)品相互可以替代, 不一定要追求某一特定的商品牌號。在選擇毛細管柱時只需考慮以下四個因素: 固定相、內(nèi)徑、膜厚及柱長。

111 　固定相
由于毛細管柱具有高分離能力, 在大多數(shù)應用方面, 有限數(shù)目的固定相就能替代幾百種在填充柱中使用的固定相。目前可選擇近200 種固定液, 但是使用廣泛的仍是側(cè)鏈為甲基或被其它基團取代的聚硅氧烷類, 如SE - 30 , OV - 1 , OV - 101 , DC- 200 等。固定相的選擇在一般色譜書中都有著
述。通常, 固定相熱穩(wěn)定性隨著其極性增加而降低, 對于色譜工作者, 必須特別注意固定相熱穩(wěn)定性極限。這些固定相在室溫下粘度不同, 又會影響它們的最低使用溫度, 例如: OV - 1 (膠狀) 的最低使用溫度為50 ℃, OV - 101 (粘液) 的最低使用溫度為- 50 ℃。因此, 在室溫分離低沸點化合物OV -101 較OV - 1 要好。表1 以HP 公司毛細柱為例列
出了它們的應用范圍及相似固定相。

112 　內(nèi)徑選擇
ID0. 25mm : 適合于復雜多組份試樣分析, 高分離工作的常規(guī)柱, 與大口徑毛細管柱比, 負荷量低, 柱流失較小, 必須采用分流或無分流進樣, 適合與質(zhì)譜等高靈敏檢測器聯(lián)用。ID0. 32mm : 柱效稍低于ID0. 25mm 常規(guī)柱,負荷量大于常規(guī)柱的60 %?？刹捎弥^進樣, 分流/ 不分流進樣, 有些情況下還可使用直接進樣。
ID0. 53mm : 這種使用廣泛的毛細管柱可以替代大部分填充柱, 具有近似填充柱的負荷量, 與小孔徑毛細管柱相比使用更簡便, 可采用直接進樣技術。
表1 　毛細管柱應用組成及相似固定相
應用HP 固定相組成極性其它廠牌相似固定相
胺類, 烴類, 農(nóng)藥酚類和硫代物HP - 1 100 %聚甲基硅氧烷非極性
OV - 1 , SE - 30 ,OV - 101 , DB - 1 ,
BP - 1 , SBP - 1
生物堿,藥物,脂肪酸甲酯,鹵代
化合物
HP - 5 5 %苯基聚甲基硅氧烷非極性
SE - 54 , OV - 73 , DB - 5 , BP - 5 ,
SPB - 5
Aroclors , 醇類,農(nóng)藥及VOAS HP - 1301
6 %氰丙基苯基聚甲基硅
氧烷
弱極性DB - 1301 ,DB - 624 , RTX - 1301
Aroclols , 胺類,農(nóng)藥及藥物HP - 35 35 %苯基聚甲基硅氧烷中極性
DB - 35 , RTX - 35 , SPB - 35 , OV -
11
殺蟲劑, 除草劑TMS 糖及aroclas HP - 1701
14 %氰丙基苯基聚甲基
硅氧烷
中極性
DB - 1701 , OV - 1701 , BP - 10 , SPB
- 1701
藥物, 乙二醇類, 殺蟲劑, 甾族HP50 + 50 %苯基聚甲基硅氧烷中極性
DB - 17 , OV - 17 , SP2250 , SPB - 50 ,
DB - 17
酸類, 醇類, 醛類, 丙烯酸, 脂類,
酮類及腈類
HP - FFAP 酸改性聚乙二醇20M 極性
OV - 351 , SP - 1000 , DB - FFAP , BP
- 21
溶劑, 二醇及醇類HP - Wax 聚乙二醇20M 極性DB - Wax , Supelcowax - 10 , BP - 20

113 　固定液膜厚
隨著膜厚的增加, 對兩個流出時間相近的化合物的分離越好, 但是固定相的溫度上限降低, 柱流失增加。因此, 毛細管柱液膜厚度(df ) 是一個重要的柱參數(shù)。一般商品柱的標準液膜厚為0125～0.33μm。對于低揮發(fā)性高沸物或熱敏化合物, 往往選用薄液膜柱(df : 0. 25～0. 5μm) , 主要用于在300 ℃以下流出的大部分樣品。對于流出溫度高于300 ℃的高分子量的化合物來說, 選用df 0. 1μm 薄液膜柱是理想的。而且通常選擇較短的柱子(10～15m) 。對于質(zhì)譜等高靈敏度檢測器通常選用薄膜柱( df :0. 1～0. 2μm) 。中等厚度(1μm～1. 5μm) 厚膜柱主要用于在100～200 ℃流出的樣品。超厚膜(df : 3～5μm) 柱主要用于低沸點化合物(氣體, 溶劑, 清潔劑等) , 以便于在較高(高于室溫) 柱溫下分析。它具有較高的試樣負荷量, 但在高溫下流失較大。

114 　柱長的選擇
5～10m : 分離小于10 個組份(不包含難分離物
質(zhì)對) 的簡單試樣或用于快速分析。
25～30m : 分離10 到50 個組份的中等至復雜
混合物。
50～60m : 要求最高分辯率的應用, 分離大于
50 個組份或包含有難分離物質(zhì)對的復雜試樣程序
升溫分析。
當然在實際應用中選擇毛細管柱時, 需要把以
上4 個參數(shù)加以綜合考慮, 根據(jù)自己的儀器和進樣
系統(tǒng)方式選擇適合于試樣分析的毛細管柱。表2 、
3 、4 有助于我們選擇毛細管柱。
表2 　柱內(nèi)徑與理論分離效率、較佳流速的關系
內(nèi)徑ID
(mm)
最小理論板高
(mm)
最大每米塔板數(shù)
(/ m)
線速
(cm/ s)
容積流量
(ml/ min)
011 0109 11000 40～50 012～0. 3
0. 25 0. 22 4400 25～35 0. 7～1. 0
0. 32 0. 29 3500 20～35 1. 0～1. 7
0. 53 0. 45 2200 18～27 2. 4～3. 5
注: 流速以He 氣為標準。H2 約為118 倍, N2 約為015 倍。
表3 　不同內(nèi)徑下樣品容量與液膜厚度關系
內(nèi)徑ID
(mm)
不同膜厚時的對應樣品容量(ng)
0. 1μm 0. 25μm 0. 5μm 1. 0μm 1. 2μm 2. 5μm 5. 0μm
0. 1 10 25 50 100
0. 25 25 65 120 250 300 620 1200
0. 32 32 80 160 320 380 800 1600
0. 53 53 130 260 530 640 1300 2600
表4 　不同內(nèi)徑時柱長與分離效能關系
內(nèi)徑ID
(mm)
不同分離效能所對應的柱長(m)
高中低
0125 50～60 25～30 10～15
0132 50～60 25～30 10～15
0153 25～30 15 10

2 　毛細管柱的正確使用

211 　如何延長柱壽命
毛細管柱的壽命與使用載氣的純度、水蒸氣含量以及分析樣品的性質(zhì)有關。因此一根柱子合理科學的使用是延長其壽命的較佳辦法。在沒有載氣通過時, 柱的固定液熱分解較迅速, 所以在柱箱升溫前應該先通上載氣, 柱箱冷卻后才能把載氣關上。大多數(shù)情況下, 柱的壽命與它的使用溫度成反比。采用稍低些的溫度上限, 可以顯著提高壽命, 程序升溫到較高溫度所維持的時間短對柱壽命的影響小。如OV - 101 使用溫度上限為300 ℃, 但把實際溫度上限降到280 ℃, 可使柱壽命顯著延長。根據(jù)筆者經(jīng)驗, 一般實際使用溫度上
限可比固定相使用溫度上限低20 ℃。載氣中的水分能透過固定液膜吸在柱管表面上, 會取代或破壞固定液膜, 所以固定液極性越
高, 越需要采用干燥的載氣。例如SE - 30 , SE - 54等對載氣干燥要求不嚴, 而對PEG20M , FFAP , 載氣干燥就十分重要。而對于那些氧氣能氧化的固定液(PEG20M , FFAP) 對載氣除氧亦很重要。因此,停機使用時, 應將排空端密封住, 以防空氣中的氧
氣對柱固定液的氧化作用。對于試樣溶劑的選擇也要注意, 如水、甲醇、二硫化碳等有著非常強的置換固定液的能力, 因此甲醇不宜用于PEG20M。另外, 丙酮往往會引起硅酮降解。

212 　毛細管的安裝與老化
一根好的柱子, 由于安裝不當, 可以造成理論塔板數(shù)降低, 峰形增寬或拖尾, 靈敏度降低等。在毛細管色譜中, 由于柱體積很小, 載氣流量很小,微小的死體積將會引起峰拖尾, 柱效降低, 因此安裝時應注意盡可能減少死體積的產(chǎn)生。毛細管色譜柱與不同進樣器和檢測器的連接, 不同公司的儀器均有嚴格要求, 我們在安裝時應特別注意。使用新毛細管柱前, 首先要對柱子進行老化處理。一般是先在50 ℃柱溫下保持1h , 趕走溶劑, 然后以2～3 ℃/ min 的速度程序升溫, 當達到固定液允許的最高使用溫度老化4h 即可。應當注意的是,一根放置較長時間的柱子, 在使用之前, 也必須按上述程序進行老化, 而不可突然將柱溫升至很高,防止柱液膜被破壞。

 氣相色譜柱在石油、化工、生物化學、醫(yī)藥衛(wèi)生、食品工業(yè)、環(huán)保等方面應用很廣。它除用于定量和定性分析外，還能測定樣品在固定相上的分配系數(shù)、活度系數(shù)、分子量和比表面積等物理化學常數(shù)。一種對混合氣體中各組成分進行分析檢測的儀器。 工作原理色譜柱利用色譜柱先將混合物分離，然后利用檢測器依次檢測已分離出來的組分。色譜柱的直徑為數(shù)毫米，其中填充有固體吸附劑或液體溶劑，所填充的吸附劑或溶劑稱為固定相。與固定相相對應的還有一個流動相。流動相是一種與樣品和固定相都不發(fā)生反應的氣體，一般為氮或氫氣。 待分析的樣品在色譜柱頂端注入流動相，流動相帶著樣品進入色譜柱，故流動相又稱為載氣。載氣在分析過程中是連續(xù)地以一定流速流過色譜柱的；而樣品則只是一次一次地注入，每注入一次得到一次分析結(jié)果。 樣品在色譜柱中得以分離是基于熱力學性質(zhì)的差異。固定相與樣品中的各組分具有不同的親合力（對氣固色譜儀是吸附力不同，對氣液分配色譜儀是溶解度不同）。當載氣帶著樣品連續(xù)地通過色譜柱時，親合力大的組分在色譜柱中移動速度慢，因為親合力大意味著固定相拉住它的力量大。親合力小的則移動快。檢測器對每個組分所給出的信號，在記錄儀上表現(xiàn)為一個個的峰，稱為色譜峰。色譜峰上的極大值是定性分析的依據(jù)，而色譜峰所包羅的面積則取決于對應組分的含量，故峰面積是定量分析的依據(jù)。一個混合物樣品注入后，由記錄儀記錄得到的曲線，稱為色譜圖。分析色譜圖就可以得到定性分析和定量分析結(jié)果。
　　1.柱物理損壞
 　　色譜柱有物理損壞是造成峰形拖尾的根源。的解決方法就是更換新柱。
 　　2.柱內(nèi)填料污染
 　　流動相和樣品中的雜質(zhì)是色譜柱主要污染源。
 　　流動相所用的各種溶劑至少是分析純，盡量使用色譜純試劑。流動相所用的水要是超純水或全玻璃器皿雙蒸水。用前先用0.45um溶劑微孔過濾(器)過濾，除去可能存在的微粒。流動相建議現(xiàn)用現(xiàn)配，對于含鹽的溶液尤其注意長置會產(chǎn)生細菌或出現(xiàn)沉淀。此外還得保證儲存流動相的容器清潔。
 　　復雜樣品可選用0.45um溶劑微孔過濾(器)或樣品預處理柱對樣品進行預處理，確保樣品中不含微粒雜質(zhì)。若樣品不便處理，要使用保護柱。柱內(nèi)填料污染時，可將柱頭螺絲卸下，用專用工具挖出柱內(nèi)前段被污染填料，再以相同的填料重新填入，修復?；蛞阅苋芙馕廴疚锏牧鲃酉喟瓷V柱使用的相反方向，沖洗色譜柱(約20至30倍柱體積，或視具體情況而定；另外，此時不能接檢測器)，將污染物沖出色譜柱，再按色譜柱標明的使用方向使用。
 　　3.柱進口處有異物
 　　當斷定是柱進口處有異物時，可將柱頭螺絲卸下，取出濾帽并將其置于20%硝酸溶液中，用超聲波清洗約20分鐘，再置于超純水中，并用超聲波清洗約10分鐘，重新裝入色譜柱內(nèi)即可。
 　　4.樣品濃度過高致使柱超載
 　　樣品在柱上超載能引起峰展寬，拖尾(或伸舌)。
 　　適當減小進樣量或樣品濃度(需要時，可提高檢測器靈敏度)直至峰形和保留時間不再改變，便可消除這種不良影響。減小進樣量還能改善其分離度。正常情況下，樣品中每種化合物在150×4.6mm柱中進樣量保持在3～50ug范圍內(nèi)，不會引起明顯超載。
 　　5.樣品溶劑不對
 　　選擇合適的樣品溶劑，以排除不必要的干擾。要選用流動相溶解樣品。
 　　6.柱外效應
 　　柱外效應(即進樣閥、色譜柱及檢測器間的管路過長、直徑過粗、管路接頭不匹配、有死體積)是影響色譜柱柱效的主要因素之一。所以在可能的條件下，色譜柱的兩端連接管路要盡可能短，連接管內(nèi)徑盡可能細小，切口務必平整光滑，盡可能的減小死體積，以防止因樣品擴散造成不能反映色譜柱真實柱效等情況發(fā)生。
 　　7.緩沖不足或不合適
 　　在緩沖不好或離子強度過低的分離中，也會出現(xiàn)保留時間重現(xiàn)性差和峰形拖尾。增加緩沖濃度(與樣品大小相匹配)能改善此情況。
 　　8.硅醇基團作用
 　　仔細分析色譜柱內(nèi)填料表面性質(zhì)可知：反相色譜柱填料的表面大約被鍵合相覆蓋了一半，其余的就是未被鍵合的硅醇基團。所謂的保留是指樣品分子與鍵合相相互作用的結(jié)果。但是，酸性或堿性化合物與硅膠表面殘存的硅醇基團或金屬雜質(zhì)之間相互作用而引起雙重保留機理，因此，發(fā)生了峰形拖尾。
 　　為了減小峰形拖尾，通?？稍诹鲃酉嗉尤?5mM三乙胺(抑制劑)。三乙胺能與硅醇基團發(fā)生強烈的相互作用，從而降低或阻斷樣品分子與硅醇基團的作用，以保證保留機理正常進行，并大大緩解了峰形拖尾。使用長鏈的硅醇基抑制劑，雖起效較慢，但持續(xù)力較三乙胺長。因為抑制劑分子中除了胺基與硅醇基團發(fā)生極性作用外，大分子中非極性部分與固定相也會發(fā)生反相作用而產(chǎn)生保留現(xiàn)象。如果將抑制劑加至樣品中，效果會顯著。
 　　9.柱內(nèi)金屬污染
 　　柱內(nèi)金屬污染(Fe，Ni等)可引起某引些化合物峰形拖尾。金屬可由填料本身帶進，也可由腐蝕性流動相緩慢溶解柱進口的金屬濾片，隨流動相沉積到柱填料中。例如C18柱填料被金屬污染后，造成酸性/堿性樣品拖尾，可用堿洗/酸洗后再鍵合的填料，得到的峰是尖銳且對稱的。
 

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