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氣相分析操作條件的確定 要的就是事半功倍！
來源：實(shí)驗(yàn)與分析 時(shí)間：2020-05-14 23:37:08 瀏覽：6342次

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在氣相色譜分析中,我們要快速有效的分離一個(gè)復(fù)雜的樣品，并獲得滿意的結(jié)果，除了要選擇一根最佳色譜柱以外，還要對(duì)分離操作條件進(jìn)行仔細(xì)的選擇。色譜柱的好壞關(guān)系到分離的效果，而分離條件的設(shè)置又影響著色譜柱的分離。色譜柱和分離操作條件之間是是相輔相成的關(guān)系。本文將主要介紹氣相分析操作條件的確定。

初始操作條件的確定

確定初始操作條件;色譜柱形式的選擇;分離條件優(yōu)化;程序升溫。

1 、確定初始操作條件

進(jìn)樣量要根據(jù)樣品濃度、色譜柱容量和檢測(cè)器靈敏度來確定。樣品濃度不超過mg/ml時(shí)填充柱的進(jìn)樣量通常為1~5μL，而對(duì)于毛細(xì)管柱，若分流比為50：1時(shí)，進(jìn)樣量一般不超過2μL。如果這樣的進(jìn)樣量不能滿足檢測(cè)靈敏度的要求，可考慮加大進(jìn)樣量，但以不超載為限。進(jìn)樣口溫度主要由樣品的沸點(diǎn)范圍決定，還要考慮色譜柱的使用溫度。即首先要保證待測(cè)樣品全部氣化，其次要保證氣化的樣品組分能夠全部流出色譜柱，而不會(huì)在柱中冷凝。原則上講，進(jìn)樣口溫度高一些有利，一般要接近樣品中沸點(diǎn)最高的組分的沸點(diǎn)，但要低于易分解組分的分解溫度，常用的條件是250~350℃。實(shí)際操作中，進(jìn)樣口溫度可在一定范圍內(nèi)設(shè)定，只要保證樣品完全汽化即可，而不必進(jìn)行很精確的優(yōu)化。注意，當(dāng)樣品中某些組分會(huì)在高溫下分解時(shí)，就應(yīng)適當(dāng)降低汽化溫度。必要時(shí)可采用冷柱上進(jìn)樣或程序升溫汽化(PTV)進(jìn)樣技術(shù)。


色譜柱溫度的確定主要由樣品的復(fù)雜程度和汽化溫度決定。原則是既要保證待測(cè)物的完全分離，又要保證所有組分能流出色譜柱，且分析時(shí)間越短越好。組成簡(jiǎn)單的樣品最好用恒溫分析，這樣分析周期會(huì)短一些。特別是用填充柱時(shí)，恒溫分析時(shí)色譜圖的基線要經(jīng)程序升溫時(shí)穩(wěn)定得多。對(duì)于組成復(fù)雜的樣品，常需要用程序升溫分離，因?yàn)樵诤銣貤l件下，如果柱溫較低，則低沸點(diǎn)組分分離得好，而高沸點(diǎn)組分的流出時(shí)間會(huì)太長(zhǎng)，造成峰展寬，甚至滯留在色譜柱中造成柱污染;反之，當(dāng)柱溫太高時(shí)，低沸點(diǎn)組分又難以分離。


毛細(xì)管柱的一個(gè)最大優(yōu)點(diǎn)就是可在較寬的溫度范圍內(nèi)操作，這樣既保證了待測(cè)組分的良好分離，又能實(shí)現(xiàn)盡可能短的分析時(shí)間。一般來講，色譜柱的初始溫度應(yīng)接近樣品中最輕組分的沸點(diǎn)，而最終溫度則取決于最重組分的沸點(diǎn)。升溫速率則要依樣品的復(fù)雜程度而定。建議毛細(xì)管柱的嘗試溫度條件設(shè)置為：
OV-1(SE-30)或SE-54柱：從50℃到280℃，升溫速率10℃/min;
OV-17(OV-1701)柱：從60℃到260℃，升溫速率8℃/min;
PEG-20M柱：從60℃到200℃，升溫速率8℃/min。

檢測(cè)器的溫度是指檢測(cè)器加熱塊溫度，檢測(cè)器溫度的設(shè)置原則是保證流出色譜柱的組分不會(huì)冷凝同時(shí)滿足檢測(cè)器靈敏度的要求。大部分檢測(cè)器的靈敏度受溫度影響不大，故檢測(cè)器溫度可參照色譜柱的最高溫度設(shè)定，而不必精確優(yōu)化。


載氣流速的確定相對(duì)容易一些，開始可按照比最佳流速(氮?dú)饧s為20cm/s，氦氣約為25cm/s，氫氣約為30cm/s)高10%來設(shè)定。然后再根據(jù)分離情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。原則是既保證待測(cè)物的完全分離，又要保證盡可能短的分析時(shí)間。用填充柱時(shí)，載氣流速一般設(shè)為30ml/min?？諝?，300~400ml/min;氫氣30~40ml/min;氮?dú)?尾吹氣)30~40ml/min。


2 、色譜柱形式的選擇

當(dāng)欲測(cè)組分之間的相互分離系數(shù)很小時(shí)，即使對(duì)各種操作條件加以探討，為使它們完全分離仍必須采用理論塔板數(shù)(N)大的色譜柱。理論塔板數(shù)N按一般填充柱≤微填充柱≤填充毛細(xì)管柱≤空心毛細(xì)管柱的順序增加。由于N不同，有時(shí)色譜圖也不相同。


3 、分離條件優(yōu)化

事實(shí)上，當(dāng)樣品和儀器配置確定之后，一個(gè)色譜技術(shù)人員最經(jīng)常的工作除了更換色譜柱外，就是改變色譜柱溫和載氣流速，以期達(dá)到最優(yōu)化的分離。柱溫對(duì)分離結(jié)果的影響要比載氣的影響大。簡(jiǎn)單地說，分離條件的優(yōu)化目的就是要在最短的分析時(shí)間內(nèi)達(dá)到符合要求的分離結(jié)果。


氣相分析條件的確定

1 色譜柱的選擇
色譜柱是決定色譜分離的核心，因此首先要有一根高效的、對(duì)被分析對(duì)象有效的色譜柱。 
主要從色譜柱的材料、固定相、半徑、膜厚等方面進(jìn)行選擇。
氣相用色譜柱首先需要確定要使用的是填充柱還是毛細(xì)管柱。
如果是做法規(guī)分析，則必須按有關(guān)法規(guī)的要求選擇色譜柱。如一些產(chǎn)品的質(zhì)量檢驗(yàn)，盡管用毛細(xì)管柱可以得到更好的分析結(jié)果(分離效率高、分析速度快)，但若國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定用填充柱，那你就應(yīng)該用填充柱，否則你的分析結(jié)果不被法規(guī)所認(rèn)可。對(duì)于新的或更新的方法，如果沒有非常具有說服力的理由使用填充柱的話，推薦使用毛細(xì)管柱。
2 載氣流速的選擇
氣相色譜最常用的載氣是：氫氣、氮?dú)狻鍤?、氦氣?nbsp;
由速率理論可知，載氣流速慢有利于傳質(zhì)，有利于組分的分離，但分析時(shí)間會(huì)加長(zhǎng);如果載氣流速快有利于加快分析速度，減少分子擴(kuò)散，但分離度降低。有時(shí)為了縮短分析時(shí)間，加大流量，但此時(shí)分離效果并不好?？梢娸d氣流速的快慢都會(huì)降低柱效。經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)對(duì)于一般色譜儀而言，載氣流量為20-100ml/min。目前我們分析液化氣用的是熱導(dǎo)檢測(cè)器，載氣用的是氫氣，其流量控制是30 ml/min。分析戊烷發(fā)泡劑用的是氫火焰離子化檢測(cè)器，載氣用的是氮?dú)狻⑷紵龤鈿錃夂脱鯕?，這三種氣體的體積比是氮?dú)猓簹錃猓貉鯕鉃?：1：10，分析效果都是較好的。

3 進(jìn)樣技術(shù)的選擇

在氣相色譜分析中，一般采用注射器或六通閥門進(jìn)樣。在考慮進(jìn)樣技術(shù)的時(shí)候，以注射器進(jìn)樣為主來研究。


1、進(jìn)樣量

如果在進(jìn)樣過程中進(jìn)樣量大會(huì)導(dǎo)致：分離度小;保留值變化難于定性;峰高和峰面積與進(jìn)樣量不成線性關(guān)系，不能定量。 進(jìn)樣量與氣化溫度、柱容量和儀器的線性響應(yīng)范圍等因素有關(guān)。進(jìn)樣量應(yīng)控制在瞬間氣化，達(dá)到規(guī)定分離要求和線性響應(yīng)的允許范圍內(nèi)。填充柱沖洗法的瞬間進(jìn)樣量:液體樣品或固體樣品溶液一般為0.01～10μl,氣體樣品一般為0.11～10ml,在定量分析中,應(yīng)注意進(jìn)樣量讀數(shù)準(zhǔn)確。


2、注射器里空氣的排除

用微量注射器抽取液體樣品,只要重復(fù)地把液體抽入注射器又迅速把其排回樣品瓶,就可以將空氣排除。還有一種更好的方法,那就是用計(jì)劃注射量的約2倍的樣品置換注射器3～5次,每次取到樣品后,垂直拿起注射器,針尖朝上，留在注射器里的空氣都應(yīng)當(dāng)跑到針管頂部，推進(jìn)注射器塞子,空氣就會(huì)全部被排掉。


3、保證進(jìn)樣量的準(zhǔn)確

用經(jīng)置換過的注射器取約計(jì)劃進(jìn)樣量2倍左右的樣品,垂直拿起注射器,針尖朝上,讓針穿過一層紗布,這樣可用紗布吸收從針尖排出的液體。推進(jìn)注射器塞子,直到讀出所需要的數(shù)值。用紗布擦干針尖。至此準(zhǔn)確的液體體積已經(jīng)測(cè)得,需要再抽若于空氣到注射器里。如果不慎推動(dòng)柱塞,空氣可以保護(hù)液體使之不被排走。


4、進(jìn)樣手法

雙手拿注射器。用一只手(通常是左手)扶針插入墊片,注射大體積樣品(即氣體樣品)或柱前壓力極高時(shí),要防止從氣相色譜儀注樣器來的壓力把注射器活塞彈出(即用右手的大拇指按壓住活塞頂部)。 讓針尖穿過墊片盡可能深的進(jìn)入進(jìn)樣口,壓下注射器活塞停留1秒鐘,然后盡可能快而穩(wěn)地抽出針尖(抽出的同時(shí)繼續(xù)壓住注射器活塞)。


5、進(jìn)樣時(shí)間

進(jìn)樣時(shí)間長(zhǎng)短對(duì)柱效率影響很大。若進(jìn)樣時(shí)間過長(zhǎng),遇使色譜區(qū)域加寬而降低柱效率。因此,對(duì)于沖洗法色譜而言,進(jìn)樣時(shí)間越短越好,一般必須小于1秒鐘。


4 柱溫的選擇

柱溫的選擇十分關(guān)鍵，它將直接影響分離效能和分析速度。提高柱溫，有利于降低組分在氣液相中的傳質(zhì)阻力，有利于提高柱效， 同時(shí)縱向分子擴(kuò)散項(xiàng)系數(shù)增大，提高分析速度，但柱選擇性變差，分離度降低。


柱溫適宜有利于組分的分離，但溫度過低，被測(cè)組分可能在柱中冷凝，或者傳阻力增加，使色譜峰擴(kuò)張，甚至于拖尾，溫度高有利于傳質(zhì)，但柱溫高，分配系數(shù)變小，不利于分離。 對(duì)于沸程不太寬的簡(jiǎn)單樣品，可采用恒溫模式。在分析氣體時(shí)，如選用的是氣液分配色譜，可在50℃或常溫下分析，如選用的是氣固色譜，柱溫要相應(yīng)提高。


對(duì)于沸程相對(duì)較寬的復(fù)雜樣品，如在一恒定的溫度下分離，隨著保留時(shí)間的增加，峰寬迅速增加，導(dǎo)致保留較弱的組分重疊，而保留較強(qiáng)的組分又因?yàn)榉治鰰r(shí)間長(zhǎng)，張起峰展寬，峰高下降。 由于在氣相色譜中，改變溫度對(duì)組分的分離改變最為明顯?？赏ㄟ^程序升溫來解決，即保留的組分在較低的溫度下洗脫，而強(qiáng)保留的組分在較高的溫度下洗脫，這樣可使復(fù)雜的混合物在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)最佳分離 在程序升溫中，初溫、升溫速率、終溫最為關(guān)鍵。初溫的選擇以洗脫組分的分離度而定，毛細(xì)管的初溫比填充柱要低，一般略低于最低沸點(diǎn)組分的溫度。對(duì)于汽油餾分，可選擇初溫在35-40℃;對(duì)柴油餾分，可選擇初溫100-120℃。升溫速率的選擇應(yīng)綜合考慮分離度和分析速度。終溫的選擇主要取決于色譜柱類型、樣品的熱穩(wěn)定性及樣品中組分的最高沸點(diǎn)。如采用恒溫時(shí)爐溫至少應(yīng)比柱最高使用溫度低70-80℃;如采用程序升溫，爐溫可比柱最高溫度低20-30℃即可。


5 氣化室溫度的選擇

氣化室溫度取決于樣品的化學(xué)和熱穩(wěn)定性、沸程范圍、進(jìn)樣口類型等。合適的氣化室溫度即能保持樣品瞬間完全氣化，又不引起樣品分解。溫度過低，氣化速度比較慢，使峰形不規(guī)則，出現(xiàn)平頭峰或伸舌峰;溫度過高使出峰數(shù)目變化，產(chǎn)生前延峰，甚至樣品分解。為選擇合適的氣化室溫度，在多次的進(jìn)樣中我們發(fā)現(xiàn)，氣化室溫度比柱溫高50-100℃或比樣品組分中最高沸點(diǎn)高50-70℃較為合適。溫度過高過低都會(huì)影響柱效。


6 檢測(cè)器溫度的選擇

檢測(cè)器溫度的設(shè)定，與樣品的沸程、檢測(cè)器類型有關(guān)(比如我們做氣用的是執(zhí)導(dǎo)檢測(cè)器，使用溫度是100℃，做油用氫焰檢測(cè)器，使用溫度是240℃)。一般來講，檢測(cè)器的溫度高于最高組分沸點(diǎn)50~100℃. -+

氣相色譜分析過程中，色譜柱和分離操作條件的選擇是實(shí)際工作的主要內(nèi)容，色譜分離效果的好壞，關(guān)鍵在于色譜柱的性能，它是色譜儀的心臟。磨刀不誤砍柴工，只有選擇合適的色譜柱、以及分離操作條件，才能最大限度的提高實(shí)驗(yàn)室的分析效率。


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