選擇氣相色譜儀毛細(xì)管柱需要考慮的四個(gè)參數(shù)

2021-01-07 18:06:13來(lái)源：admin

氣相色譜法以其高超的分離能力、化學(xué)熱穩(wěn)定性高、分析速度快、呈化學(xué)惰性等特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于石油化工、環(huán)境保護(hù)、天然產(chǎn)品、食品等領(lǐng)域的復(fù)雜有機(jī)混合樣品的分析。但是在選擇較好毛細(xì)管柱時(shí)，確是一件非常困難的任務(wù)。雖然沒(méi)有有關(guān)毛細(xì)管柱選擇的簡(jiǎn)易技巧、捷徑、竅門或秘訣，但卻有些理論來(lái)簡(jiǎn)化此過(guò)程，有四個(gè)要考慮的主要色譜參數(shù)：固定相、內(nèi)徑、長(zhǎng)度和液膜厚度。

一、固定相

毛細(xì)管柱的固定相從理論上遵循相似性原則，即：用非極性固定相分析非極性物質(zhì)，用極性固定相分析極性物質(zhì)，用含芳香基團(tuán)的固定相分析芳香族被分析物。

隨著毛細(xì)管柱技術(shù)的不斷進(jìn)步，分離度并不是首要考慮的關(guān)鍵因素了，毛細(xì)管柱具有幾十萬(wàn)塊塔板，如此大的柱效率，以至于不再需要充分考慮分離問(wèn)題了。這個(gè)時(shí)候，樣品兼容性、使用溫度、穩(wěn)定性、柱流失情況等，都可能成為選擇的主要理由。

1）固定相選擇性

選擇性是固定相在區(qū)分兩種溶質(zhì)分子在其化學(xué)或物理性質(zhì)方面的差異能力。當(dāng)固定相和溶質(zhì)間的作用力不同時(shí)，則可達(dá)到分離。對(duì)于類似于聚硅氧烷和聚乙二醇的固定相存在三種作用力：色散力、偶極力和氫鍵作用力。

①色散力：簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是被分析物的揮發(fā)性越好，保留時(shí)間就更短。對(duì)于具有簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)、官能團(tuán)和同系物的被分析物時(shí)，利用被分析物的沸點(diǎn)進(jìn)行分離是相當(dāng)有效的。圖1和圖2是說(shuō)明了被分析物洗脫順序與沸點(diǎn)關(guān)系的。

②偶極力：當(dāng)被分析物的基本結(jié)構(gòu)或中心結(jié)構(gòu)的不同位置連接有不同的基團(tuán)對(duì)于取代芳香被分析物、鹵烴。氰丙基、三氟丙基和聚乙二醇類固定相都表現(xiàn)出良好的偶極作用性能。甲基或苯基取代基團(tuán)不進(jìn)行偶極相互作用。

③氫鍵：當(dāng)被分析物分子和固定相之間存在氫鍵作用力，固定相可以不同被分析物的氫鍵作用力不同，而產(chǎn)生不同的氫鍵勢(shì)能，從而使被分析物分離。例如無(wú)氫鍵作用的DB-1較有有氫鍵作用的DB-WAX對(duì)于有些被分析物的洗脫使用影響的。

2）固定性極性

固定性的極性有取代基團(tuán)的極性及其相對(duì)量確定。雖然極性并不直接與選擇性有關(guān)，但是會(huì)影響被分析物物的保留以及分離。對(duì)于揮發(fā)性相似的被分析物，與固定相極性相似的溶質(zhì)具有更大的保留，極性固定相要比較弱極性固定相保留極性被分析物的能力強(qiáng)，反之亦然。這就是我們前面提到的相似性原則

3）固定相選擇概述

①一般來(lái)說(shuō)，拿到一個(gè)未知的被分析物，可以采用盲摸的原則進(jìn)行：可以從非極性柱或弱極性柱開(kāi)始試用，如效果不好，再按極性漸強(qiáng)的順序選用中等極性直至高極性柱逐一嘗試，直到有較令人滿意的分析結(jié)果即可確定適用的柱極性。

②低流失(“ms”)毛細(xì)管柱通常更為惰性，有更高的溫度上限,適用于MS檢測(cè)器。

③能使用非極性固定相就不要使用極性固定相，非極性固定相比極性固定相耐用。

④可以嘗試選用與被分析物極性相似的固定相。

⑤PLOT柱用于在高于室溫的柱溫下來(lái)分析氣體樣品。

⑥分析二甲苯等芳烴異構(gòu)體，Wax類強(qiáng)極性毛細(xì)管柱。

⑦在做應(yīng)用方法確證時(shí)，可同時(shí)使用非極性柱和極性柱，對(duì)色譜峰鑒定或分離結(jié)果進(jìn)行確證。

⑧通常做農(nóng)藥分析方法確證時(shí)，選用弱極性或中等極性毛細(xì)管柱（如5%苯基，95%苯基甲氧聚硅氧烷和7%氰甲基，7%苯基，86%甲基聚硅）；做殘留溶劑分析方法確證時(shí)，選用中等極性或弱極性毛細(xì)管柱（-5MS和-624/-VMS）毛細(xì)管柱；做醇類或FAME分析方法確證時(shí)，選用PEG和含氰基固定相毛細(xì)管柱；做汽油中氧化物分析方法確證時(shí)，選用-1和PEG毛細(xì)管柱。

二、柱內(nèi)徑

毛細(xì)管柱的內(nèi)徑會(huì)影響到理論塔板數(shù)、分離度、保留時(shí)間、柱頭壓力、載氣流速設(shè)置和容量。

1）理論塔板數(shù)和分離度

柱效與柱子的內(nèi)徑成反比，表2說(shuō)明了毛細(xì)管柱的內(nèi)徑越小，則每米理論塔板數(shù)越高。分離度與理論板數(shù)的平方根成正比。在需要得到窄峰和高柱效時(shí)，使用內(nèi)徑較小的毛細(xì)管柱。圖4說(shuō)明了毛細(xì)管柱內(nèi)徑對(duì)分離度的影響。

2）保留時(shí)間

被分析物的保留時(shí)間與毛細(xì)管柱的內(nèi)徑成反比。但很少根據(jù)保留時(shí)間選擇毛細(xì)管柱。圖4說(shuō)明了毛細(xì)管柱內(nèi)徑對(duì)保留時(shí)間的影響。

3）柱頭壓力

柱頭壓力大約是毛細(xì)管柱半徑的負(fù)二次方函數(shù)。也很少根據(jù)柱頭壓力選擇毛細(xì)管柱。

4）載氣流速

載氣流速與毛細(xì)管柱的毛細(xì)管柱的內(nèi)徑成正比。毛細(xì)管柱的不同內(nèi)徑均有推薦的較佳載氣流速。該流速理論上可以使被分析物達(dá)到較佳峰形。

不過(guò)推薦的較佳載氣流速并不是的，需要具體問(wèn)題具體分析。對(duì)于需要低載氣流速的應(yīng)用和硬件（氣質(zhì)聯(lián)用），通常使用較小內(nèi)徑的毛細(xì)管柱。

5）毛細(xì)管柱的容量

容量與內(nèi)徑成正比，但容量也受其他因素一同影響。比如固定相、膜厚和被分析物性質(zhì)等。

6）內(nèi)徑選擇概述

①0.18-0.25mm的毛細(xì)管柱具有較高的理論塔板數(shù)。0.18mm的毛細(xì)管柱很適合于泵容量低的GC/MS系統(tǒng)。小內(nèi)徑柱的容量較小而且需要較高的柱頭壓力。

②當(dāng)需要樣品容量大時(shí)就要使用0.32mm內(nèi)徑的毛細(xì)管柱。與0.25mm內(nèi)徑柱相比，0.32mm內(nèi)徑柱對(duì)不分流進(jìn)樣或大體積(>2μL)進(jìn)樣時(shí)早流出的色譜峰有較高的分離度。

③只有配備大口徑直接進(jìn)樣口時(shí)，才使用0.53mm內(nèi)徑的毛細(xì)管柱，它特別適合于高載氣流速的應(yīng)用，例如吹掃捕集，頂空進(jìn)樣。0.53mm內(nèi)徑毛細(xì)管柱在恒定的液膜情況下具有較高的樣品容量。不過(guò)一般的藥物分析實(shí)驗(yàn)室習(xí)慣采用這個(gè)尺寸的毛細(xì)管柱。

三、色譜柱液膜厚度

液膜厚度主要影響保留特性、分離度、流失、惰性和容量。

1）保留時(shí)間和分離度

液膜厚度與保留時(shí)間成正比，對(duì)于低沸點(diǎn)的分析物，厚度越大保留越強(qiáng)。反之液膜較薄的毛細(xì)管柱用來(lái)減少保留能力強(qiáng)的分析物的保留時(shí)間。液膜厚度與分離度成正比。

2）流失

液膜越厚毛細(xì)管柱的流失水平越高。當(dāng)液膜厚度增加時(shí)，保留時(shí)間較大的組分可能轉(zhuǎn)移到毛細(xì)管柱流失較高的區(qū)域。由于流失嚴(yán)重，因此液膜厚度與難受溫度成反比。

3）惰性

液膜越厚，毛細(xì)管柱的惰性越強(qiáng)，使用較厚液膜的毛細(xì)管柱可以減少或消除峰拖尾。

4）容量

液膜厚度與容量成正比，分析物的容量越大，其峰越寬，同時(shí)會(huì)減少分離度。而使用液膜較厚的毛細(xì)管柱會(huì)減少峰寬，增加分離度，保證較少的峰形對(duì)稱性。表4說(shuō)明了液膜厚度與載樣量的關(guān)系。

5）毛細(xì)管柱液膜厚度選擇概述

①對(duì)于0.18~0.32mm內(nèi)徑的毛細(xì)管柱，一般膜厚為0.18~0.25μm，可用于大多數(shù)分析。對(duì)于0.45~0.53mm內(nèi)徑的毛細(xì)管柱，一般膜厚為0.8~1.5μm，可用于大多數(shù)分析。

②低揮發(fā)性高沸點(diǎn)或熱敏被分析物，往往選用0.25~0.5μm液膜厚度的毛細(xì)管柱，主要用于沸點(diǎn)低于300℃的被分析物。低于沸點(diǎn)高于300℃的被分析物來(lái)說(shuō)應(yīng)該選用0.1μm液膜厚度的長(zhǎng)度較短的毛細(xì)管柱。

③氣質(zhì)聯(lián)用主要選擇0.1~0.2μm厚度的毛細(xì)管柱，而中等厚度的（1~1.5μm）毛細(xì)管柱主要用于分析沸點(diǎn)在100~200℃的被分析物。

④低沸點(diǎn)被分析物（比如乙醛）應(yīng)該選用液膜較厚的毛細(xì)管柱（3~5μm）以便于在較高的柱溫下分析。

四、柱長(zhǎng)度

毛細(xì)管柱長(zhǎng)度會(huì)影響柱效、分離度、保留時(shí)間、載氣壓力。

1）柱效、分離度和保留時(shí)間

理論塔板數(shù)與柱子長(zhǎng)度成正比。分離度與理論板數(shù)的平方根成正比。增加柱子長(zhǎng)度理論上是可以增加理論塔板數(shù)和分離度。要想得到窄峰和較高的柱效可以考慮使用較長(zhǎng)的毛細(xì)管柱。保留時(shí)間與毛細(xì)管柱的長(zhǎng)度成反比。使用較長(zhǎng)的毛細(xì)管柱會(huì)增加被分析物的保留時(shí)間。

2）柱頭壓力

柱頭壓力與毛細(xì)管柱長(zhǎng)度成正比。因?yàn)槌Ｒ?guī)長(zhǎng)度的毛細(xì)管柱對(duì)柱頭壓力影響較少，因?yàn)橹^壓力一般不作為帥選毛細(xì)管柱的考慮因素。

3）毛細(xì)管柱長(zhǎng)度選擇概述

①15m長(zhǎng)的毛細(xì)管柱用于分離簡(jiǎn)單的被分析物。30m長(zhǎng)的毛細(xì)管柱一般分析10~50個(gè)組分的混合物。

②復(fù)雜的被分析物可以使用長(zhǎng)度大于50m的毛細(xì)管柱。

③毛細(xì)管柱的長(zhǎng)度并不是一個(gè)重要的參數(shù)，因?yàn)樵黾又娱L(zhǎng)度可以提高柱效和分離度，但同時(shí)增加了分析時(shí)間。而較短的柱長(zhǎng)可以節(jié)約分析成本，另外由于較少的主材以屏蔽活性表面從而減少相互作用的機(jī)會(huì)。避免樣品與柱材料接觸造成峰拖尾。

五、其他因素

此外，還有一些參數(shù)在進(jìn)行毛細(xì)管柱選擇時(shí)也應(yīng)該加以考慮。比如毛細(xì)管柱程序升溫的較高耐受溫度、毛細(xì)管柱的較低操作溫度、毛細(xì)管柱與被分析物的兼容性及毛細(xì)管柱的耐用性等。

選擇氣相色譜儀毛細(xì)管柱需要考慮的四個(gè)參數(shù)

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