譜析淺談:造成氣相色譜儀峰展寬的原因有哪些?該如何解決?
造成氣相色譜儀峰展寬的原因有哪些?該如何解決?
理想情況下,樣品進入氣相色譜儀經色譜柱分離獲得色譜峰的形狀應為高斯分布曲線,即對稱峰。但實際測定時隨著樣品在色譜柱中的移動,樣品分子會向譜帶兩側擴散,從而使色譜柱出口處的樣品譜帶比柱入口時寬,且可能產生不對稱的峰,這就是譜峰展寬。峰展寬對組分間的分離和分析是不利的,那么是什么原因導致峰展寬?該如何解決呢?
影響氣相色譜儀峰展寬的因素很多種,但不外乎柱內和柱外兩類。柱內因素是指色譜柱本身的性能,如柱活性大小、固定相是否與樣品發生化學反應、柱效是否足夠高、樣品是否超載等;柱外因素主要是指接頭的死體積、進樣口和檢測器死體積等。
氣相色譜儀進樣口也是造成峰展寬主要原因之一,其機理有兩種:一是時間上的展寬;二是空間上的展寬。
時間上的峰展寬是由樣品蒸氣從進樣口到色譜柱的遷移速度決定的,速度越快,初始峰寬越小。而空間上的峰展寬則是樣品進入色譜柱頭時產生的,如不分流進樣和冷柱上進樣時,樣品進入柱頭會發生部分或全部冷凝,冷凝的液體樣品會在載氣的吹掃下移動,從而在一定的長度上分布,這一長度就是初始峰寬,如果樣品與固定相的相容性不好,還會形成液滴而分布,這就使初始峰寬進一步加大,嚴重的還會造成分裂峰。
針對導致氣相色譜儀峰展寬的原因,可從以下考慮來解決:使用相對分子質量較大的載氣(如N2),采用較高的載氣流速,控制較低的柱溫,從而盡量減小分子擴散項;減小固定液膜厚度,增大組分在液相中的擴散系數,可以減小固定相傳質阻力;采用粒度小的填料和相對分子質量小的氣體(如He、H2)作載氣,可減小流動相傳質阻力。具體可從以下幾方面優化分離條件來改善峰展寬,在盡可能短的分析時間內獲得滿意的分離效果。
①改變動力學因素中的理論塔板數n和理論塔板高度H。理想的方法是在不斷增加柱長的條件下減小板高以達到增加流速縮短分析時間的目的。一般可以采用接近最佳流速的載氣流速,采用小內徑的色譜柱,填充柱的話使用的填料要粒度細、顆粒均勻,且均勻填充,以減少渦流擴散,提高柱效。
②改變固定相與流動相的容量因子k,提高分離度R。k在一定范圍內增加可有效提高R,但當k大于5時R的變化就很小了,反而使保留時間迅速增加。此時,可采取降低柱溫、降低載氣流速等措施。
③改變相對保留值α。在流動相和固定相一定時,α只與柱溫有關。當兩個組分的α接近1時,改變H和k都難以改善峰形實現分離,此時可通過改變柱溫、更換色譜柱(改變固定相)、采用化學作用如衍生化反應改變待測物的結構來實現。
④ 氣相色譜儀毛細管柱可采用程序升溫。程序升溫可使待測物在適當的溫度下流出,以保證每個組分有合適的k值,同時改善R。
⑤優化進樣和檢測條件。要消除進樣口對色譜峰展寬的影響就要使進入色譜柱的樣品初始譜帶盡可能窄。一般地講,進樣量小一些、進樣口溫度高一些、載氣流速快一些、襯管內徑小一點、氣化室體積小一些、分流比大一些,都對形成窄的初始譜帶寬度有利。