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如何确定气相色谱进样方式?

更新时间:2023-06-20      点击次数:370

分流/不分流进样口是毛细管柱气相色谱法较常用的进样口,它既可用作分流进样,也可用作不分流进样。从结构上看,分流/不分流进样口有明显的不同:一是前者有分流气出口及其控制装置,除了进样口前有一个控制阀外,在分流气路上还有一个柱前压调节阀;二是使用的衬管结构不同。不分流衬管为直通型,而分流衬管内部多弯曲或内部另有装置。此外,分流进样和不分流进样在操作参数的设置,对样品的要求以及衬管结构方面也有很大区别。

 

分流进样,先将液体样品注入进样器的加热室中,加热室迅速升温使样品瞬间蒸发;在大流速的载气的吹扫下,样品与载气迅速混合,混合气通过分流口时大部分的混合气体被排出而少量的混合气体进入色谱,进行分析。

 


1、分流进样的目的
一是减少载气中样品的含量使其符合毛细管色谱进样量的要求;二是可以使样品以较窄的带宽进入色谱柱。
但这种进样方式只有 1%~5%的样品可以进入色谱柱,不适合样品中痕量组分的分析。当使用火焰离子化检测器(FID)时,分析的检测限约为50ppm(w/w)。在进样过程中,进样针将样品注入加热室时,部分挥发性组分会损失掉,所以这种进样方式的分析重现性不高。分流模式进样不适合分析热不稳定性物质。因为在加热室中常常会发生待测物质的分解反应,尤其是使用玻璃纤维填料的衬管时。虽然分流进样方式有许多弊端,但是由于它操作简便、适应性强,仍然是分析工作中最常使用的进样方式之一。

2、样品适用性
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的分折。因为其中一些组分会在主峰前流出。而且样品不能稀释、故分流进样住往是理想的选择。
如果对样品的组成不很清楚。也应首先采用分流进样口,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,只有一小部分样品进入色谱柱,这在很大程度上防止了柱污染。只是在分流进样不能满足分析要求时(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,分流进样的适用范围宽,灵话性很大。分流比可调范围广,故成为毛细管GC的进样方式。

3、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),二是进入汽化室的载气。进入汽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,小部分进样色谱柱。

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,或者有玻瑞珠,或者填充有玻璃毛。这主要是为了增大与样品接触的比表面,保证样品汽化,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。

4、操作参数设置
(1)温度
进样口温度应接近于或等于样品中最重组分沸的点,以保证样品快速汽化,减小初始谱带宽度。
(2)载气流速
常用毛细管GC所用柱内载气线流速为:氦气30~50cm/s,氮气20~40cm/s,氢气40~60cm/s。
对于分流进样,还要测定隔垫吹扫气流量和分流流量,前者一般为2~3mL/min,后者则要依据样品情况(如待侧组分浓度等)、进样量大小和分析要求来改变。常用分流比范围为20:1~200:1,样品浓度大或进样量大时,分流比可相应增大,反之则减小。
(3)进样量和进样速度
分流进样的进样量一般不超过2μL,最好控制在0.5μL以下。分流比大时,进样量可大一些。至于进样速度应当越快越好,一是防止不均匀汽化,二是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、影响因素
影响分流进样的因素很多,主要有:
(1)样品的性质,如沸点、极性、粘度、分子大小、汽化时蒸气膨胀因子等;
(2)仪器因素
①汽化室、分流口等是否正确安装,要求进样针全部插入后,针尖能到达汽化温度较高处,石英玻璃毛也应装在此处;色谱柱进口端应位于分流点之上,同时,衬管和色谱柱是同轴的;
②载气流路设计,衬管的结构等;
(3)操作条件
①温度,如汽化室温度和色谱柱的初温;
②载气流速;
③进样量和进样速度;
④分流比,合适的分流比可减小分流歧视。

5、分流歧视问题
所谓分流歧视是指在一定分流比条件下,不同样品组分的实际分流比与原来设定(或测定)的分流比是不同的,这就会造成进入色谱柱的样品组成不同于原来的样品组成,从而影响定量分析的准确度。因此,采用分流进样时常常存在分流歧视。

(1)影响分流歧视的因素
影响分流歧视的主要原因有:
①样品组分的不均匀汽化,以及汽化后的汽化状态差异。即由于样品中各组分的极性、沸点不同,因而汽化速度不同。由于汽化室里的样品随载气流动,且样品从汽化室进入色谱柱的时间很短(以秒计),汽化速度不同,除了导致不同样品组分进入色谱柱时间不同外,不同组分进入色谱柱的汽化状态可能不一样。考察相对汽化快的组分与汽化慢的组分在分流口位置的组分浓度,汽化快的样品组分浓度相对偏小;且一般分流流量远大于进入柱内流量,汽化慢、汽化的组分,可能多从分流口流掉。
②不同样品组分在载气中的扩散速度不同。汽化温度的设置,衬管的选择,样品组分的分子大小不同、极性差异、黏度不同,以及样品汽化时的蒸汽膨胀因子差异,都影响扩散速度。在合适的汽化温度和衬管结构前提下,分子体积小、黏度小、蒸汽膨胀因子大的组分,扩散速度较快。扩散慢的组分比扩散快的组分,在分流口位置的浓度大,可能多从分流口分掉。
③分流比的大小,也影响分流歧视。不分流,就没有分流歧视;对于同样的样品,分流越大,越有可能造成分流歧视。

(2) 解决方案
有分流,就有分流歧视。应控制影响分流歧视的这些因素,以减少分流歧视对分离测定的影响。
①为减少样品组分的不均匀汽化和汽化后的汽化状态差异,对分离测定的影响,可选择较高的汽化温度。
②为减少不同样品组分在载气中的扩散速度不同对分离测定的影响,除了汽化温度的设置外,要选择结构适合分流的衬管。
③为减少分流比大小对分离测定的影响,在样品浓度和柱容量允许的前提下,尽力选择小点的分流比。

 

 

 

不分流式进样和分流式进样需要的设备相似。样品在导入加热的衬管后迅速蒸发,这时关闭分流管将样品导入色谱柱中。在20~60s后开启分流阀将加热的衬管中的微量蒸汽排出。待测组分在较低的柱温下由于溶剂效应在色谱柱顶端再次富集,使样品以较窄的带宽进行分离。理想的再富集是溶质组分在色谱柱入口形成一层液膜。这种效果可以通过使用弱极性溶液作为溶剂来实现。对于极性较强的溶剂如甲醇,只能小体积进样(<2μL)。如果进样体积较大,样品的峰形就会失真。类似的情况在分流进样模式中也会发生。因为样品需要在加热室中放置更长的时间,所以不分流进样模式的热分解效应比分流进样模式更明显。与分流进样模式相比不分流进样更适于用对痕量组分的分析。

 


1、样品适用性
不分流进样具有明显高于分流进样的灵敏度,它通常用于环境分析、食品中的农药残留监测,以及临床和药物分析等。这些药品往往都比较脏,所以样品的预处理是保护色谱柱所必须注意的问题。

不分流进样对样品溶剂有较严格的要求。一般地讲,使用高沸点溶剂比低沸点溶剂有利。另一方面,洛剂的极性一定要与样品的极性相匹配,且要保证溶剂在所有被测样品组分之前出峰,否则早流出的峰就会被溶剂的大峰掩盖。

对于高沸点痕量组分的分析,不分流进样就容易多了。事实上,不分流进样应是分析高沸点痕最组分的选择方法。

2、载气流路和衬管选择
在实际工作中、不分流进样的应用远没有分流进样普遍,只是在分流进样不能满足分析要求时(主要是灵敏度要求),才考虑使用不分流进样。这是因为不分流进样的操作条件优化较为复杂。对操作技术的要求高。

衬管的尺寸是影响不分流进样性能的另一个重要因素。衬管的容积小一些有利,一般为0.25~1mL,且最好使用直通式衬管。当用自动进样器进样时,因进样速度快,样品挥发快,故建议采用容积稍大一些的直通式衬管。对于干净样品,衬管内可不填充玻璃毛,对于相对脏的样品,则需要填充玻瑞或石英毛,以保证分析的重现性并保护色谱柱不被污染。

3、操作参数设置
(1)进样口温度
进样口温度的设置可以比分流进样时稍低一些,因为不分流进样时样品在汽化室滞留时间长,汽化速度稍慢一些不会影响分离结果。

(2)载气流速
从减小初始谱带宽度的角度考虑,不分流进样的载气流速应当高一些,其上限应以保证分离度为准。分流出口的流量(开启分流阀后)一般为30~60mL/min。

(3)进样量和进样速度
进样量一般不超过2μL。进样量大时应选用容积大的衬管,否则会发生样品倒灌。进样速度则应快一些,最好用自动进样器。若采用手动进样,进样速度的重现性会影响分析结果。

(4)瞬间不分流时间
瞬间不分流时间(也有人叫分流延迟时间、溶剂吹扫时间)的确定依赖于样品和溶剂的性质,衬管的容积、进样速度以及载气流速。所以这一时间的确定应在其余所有条件都确定之后进行。

瞬间不分流时间的确定方法 :
首先将这一时间设置长一些(90~120s),以保证全部样品组分进入色谱柱。对样品进行分析之后,选择一个待测组分的峰面积(该峰的k值应大于5)作为测定指标,该峰面积值就代表样品进入了色谱柱。

然后逐步缩短不分流时间(如70, 50, 30s)分别进样分析,计算同一组分在不同溶剂吹扫时间条件下的峰面积与第一次分析的峰面积之比,直到此比值小于0.95,此时的不分流时间为最短时间。

最后,再进一步微调不分流时,使同一组分的峰面积达到第一次分析时峰面积的95%-99%,此时的吹扫时间即为最佳条件。

对于高沸点样品,不分流时间长一些有利于提高分析灵敏度。而不影响测定准确度;对于低沸点样品。则要尽可能使不分流时间短一些,最大限度地消除溶剂拖尾,以保证分析准确度。

 

 


 

 

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