4毛细管气相色谱.ppt

1 高等仪器分析 4 毛细管气相色谱 气相色谱可分析的有机物占目前发现总有机物的15 20 应用范围 挥发温度 500 热稳定性好相对分子量 400 4 1气相色谱应用范畴 3 4 2毛细管气相色谱系统 色谱系统基本组成 进样系统 操作温度范围350 420 一般 400 1 进样口的几个技术指标 载气压力和流量一般压力0 689 2kPa 流量0 200mL min快速GC需要大的分流比 N20 200mL min H2 He20 1000mL min 5 死体积很小一般气化室死体积0 2 1mL 惰性一般气化室不对样品有吸附 催化作用或发生化学反应 隔垫吹扫气化室残留溶剂 低分子聚集物 密封硅橡胶垫降解产物等清扫 防止进入色谱柱 6 2 进样口 毛细管柱 填充毛细管柱0 53mm开管毛细管柱 0 1 0 25mm 7 填充毛细管柱进样口直接进样模式 柱上进样 OnColumn 和快速气化 Flash vaporization 柱上进样 Oncolumn 液体样品直接注射进柱头上 消除了气化时样品损失消除了传输过程中从进样口到色谱柱之间的样品损失可用于热不稳定物质的分析定量分析精度好适合于干净稀释的样品 快速气化 Flash vaporization 适用于大口径的毛细管柱 浓度较高或较脏的样品色谱柱连接在进样口底部 色谱柱完全填充样品在玻璃内衬中气化 进样口至少高于柱温箱50 可用于填充柱和0 53毛细管柱标准配制如右图 用于0 53mm的毛细管柱如用于填充柱 则将右图中的 530microninsert 拆下 将填充柱装到顶 9 直接进样模式 只用于大口径毛细管柱 0 53mm内径 将注射器中的样品全部送入到色谱柱 允许缓慢注入较大体积的稀释样品 2 L 相对低的进样口温度 10 开管毛细管柱进样 进样量少 分流 不分流 柱上进样载气流量小 测器需要尾吹需要特别的硬件 隔垫吹扫 分流装置 压力 流量调节 分流 不分流进样用于毛细管柱0 1mm 0 53mmID分流进样 操作简便 使用普遍 但有分流歧视 样品存在分解可能不分流进样 灵敏度高 适合于痕量分析 但操作复杂 分流 split 允许样品中的代表部分进入到色谱柱中当被测物浓度较高时不分流 splitless 类似于直接进样 样品中绝大部分进入到色谱柱中 1 分流 均匀气化的样品通过分流点 柱尖端Colomntip 样品在玻璃衬管气化要求 将样品中具有代表性的样品注入到色谱柱中可重现的分流比缺点可能会有进样歧视现象 对宽沸程的样品易产生非线性分流 使样品失真不适于高纯度物质和痕量组分 50ppm 的分析 分流比 分流比的设定根据样品的浓度和复杂程度来决定 总流量一定要大于20ml min 隔垫吹扫 赶走残留样品和溶剂2 5mL min的载气直径吹扫隔垫底部可用烧结的限制器和针型阀来控制在特有的毛细管柱进样口上使用 进样口气路图 a Split b Splitless 1079的进样垫直径为11 4mm 分流进样规则 进样口温度比样品中最高沸点的温度至少高20 C 以便高效且得到好的重现性 针头不用预热 快速进样 并迅速拔出针头 自动进样器一般为1 L或更少 对高沸点的样品应在进样口停留1 2s 如果程序升温 柱温箱的温度应该高于溶剂的沸点 进样后应快速升温 确保隔垫吹扫打开 设定为2 5mL min 19 不分流进样的规则 将软件置于不分流模式 splitless 所有进样口的流量应经过色谱柱和隔垫吹扫 将进样口温度设置为沸点最高物质的沸点上 用 三明治 技术慢慢进样 在进样口预热针头0 05min 以1 0 L sec的速度进样 让注射器停在进样口几秒钟以确保样品完全气化 开始时 柱温箱温度设定为比溶剂的沸点低20 C 保持1分钟 然后以30 C min的速度升到比溶剂沸点高40 60 C的温度 然后再根据样品需要程序升温 进样时间为0 5 1 0分钟后 进样口切换到分流模式 排气流量至少应设为50mL min 保证隔垫吹扫打开 并设为2 5mL min 21 毛细管柱其它进样方式 冷柱上进样样品直接注入处于室温或更低温度下的色谱柱内 再逐步升温使样品组分依次气化通过色谱柱分离优点 消除了样品歧视效应 避免样品分解 容易达到溶剂峰聚焦分析准确度 精密度优于分流 不分流进样缺点 进样体积小 操作复杂 初始柱温 溶剂性质 进样速度控制等严格 特殊注射器 毛细管柱易被污染 早于溶剂峰流出的组分难聚焦测定 22 程序升温气化进样 PTV 液体或气体样品注射入处于低温的进样口衬管内 按设定程序升高进样口温度等同于分流 不分流 冷柱上样 PTV 分流进样 PTV 不分流进样 溶剂消除分流 不分流进样处于低温优点 消除了样品歧视效应 避免样品分解 容易达到溶剂峰聚焦分析准确度 精密度优于分流 不分流进样缺点 进样体积小 操作复杂 初始柱温 溶剂性质 进样速度控制等严格 特殊注射器 毛细管柱易被污染 早于溶剂峰流出的组分难聚焦测定 程序升温50 250 8 min 恒温150 正构烷烃恒温和程序升温色谱图比较 程序升温不仅可以改善分离 而且可以缩短分析时间 24 大体积进样 LVI 增大进样体积 同时有效消除溶剂 实现增大进样样品量 提高检测灵敏度带溶剂放空装置的冷柱上进样口进样 保留间隙管实现溶剂聚焦 预柱实现固定相聚焦 通过溶剂放空阀排出大部分溶剂气体 再升高柱温使残留溶剂和待测样品组分气化进入色谱柱PTV进样口进样 手动或自动进样器进样 降低柱前压 排放溶剂气体 关掉分流阀 调节柱前压到分析所需值 开始进样口程序升温 25 顶空气相色谱通过样品基质上方的气体成分来测定这些组分在原样品中的含量过程 取样 进样 GC分析静态顶空 样品密封于一容器中 一定温度下放置一段时间使气液两相达到平衡 取气相部分进GC分析动态顶空 吹扫 捕集 连续通入惰性气体 连续气象萃取 多次取样 直到样品中的挥发性组分完全萃取出来 26 裂解气相色谱通过热能将一种样品转变为另外一种或几种 然后进GC分析优点 样品用量少 分析灵敏度高 分离效率高 分析速度快过程 待测样品置于裂解装置内迅速裂解成可挥发的小分子产物 然后有效转移入色谱柱内分析无规主链断裂 解聚断裂 侧基断裂分析 聚合物 生物大分子 氨基酸 多肽 蛋白质和微生物 糖类 医药 临床分析 如血液中白细胞 羊水中细胞 癌变组织等 27 4 3毛细管气相色谱柱系统 一般住参数柱长 10 100m 普通一般为30m 内径0 1 0 8mm熔融石英毛细管 柔韧性及机械强度均较好惰性外层为聚酰亚胺 可修补柱子缺陷并且增加强度 柱子内表面进行硅烷化处理 内壁涂有固定相 毛细管柱内径 0 25mm 用于分流 不分流进样 或柱上进样 前提是被测物不会过载0 32mm 用于分流 不分流进样 或柱上进样 允许较高浓度的分析物0 53mm 如果想取代填充柱 并且被测物少于30种 典型的毛细管柱特点 毛细管柱截面图 毛细管柱涂层 WCOT 内表面涂有很薄的固定相 PLOT 内表面涂有多孔的固体层或吸附剂SCOT 内表面先涂固态载体 然后再涂上固定相 涂膜厚度 固定相的总量 影响保留时间和容量较厚的涂层会延长保留时间和增加柱容量薄的涂层用于高沸点的分析物 标准的毛细管柱一般为0 25 m 0 53mm内径的毛细管柱一般为1 0 1 5 m 填充柱一般 10 m 柱容量 柱容量是指色谱峰没有明显变形 样品能够进入到色谱柱中的最大允许量 增加柱容量因素 膜厚 df 温度 内径 ID 固定相的选择性如果过载 可导致 峰变宽 不对称 拖尾或前伸峰 色谱柱中固定相流失 柱固定相流失是由于固定相遭到破坏而导致 可以从检测器背景信号中观察到柱流失随着膜厚 柱内径 长度和温度的增加而增加 极性柱有较高的柱流失 柱子损坏或退化 柱流失可能会增加 避免使用强酸或强碱按照制造商推荐的温度限制使用 确保载气流过毛细管柱15 30分钟 缓慢程序升温 5 min 到老化温度 最初老化温度 4hours 如果柱子受到污染 可在推荐的最高色谱柱温度低20 C的条件下 老化柱子 一般推荐的老化温度为 Tcond Tmax 2 Tapp 2 Tapp这里 Tcond 老化温度Tmax 色谱柱推荐采用的最高温度Tapp 应用中使用的最高温度在老化柱子时 一定不要将毛细管接在检测器上 应将那一端放空 同时将检测器用闷头堵上 如果是FID 容许接在上面 但应该将检测器温度升上去 色谱柱老化 温度限制 恒温最高允许温度 恒温操作的最高允许温度程序升温最高允许温度 短期允许的最高温度 一般比恒温允许的最高温度高20 C当柱子遭受热破坏 可以看到严重的峰拖尾和柱流失 固定相 固态固定相气固色谱 GSC 最常用于气体样品的分析 采用的固定相可以是分子筛和氧化铝固态吸附点少 不会导致拖尾 无液态固定相导致的柱拖尾 液体固定相 固定相决定了色谱柱的选择性有数百种固定相 尤其是填充柱许多固定相有多种商品名毛细管柱的固定相选择较简单 相似相溶原理 用极性固定相分析极性物质 用非极性固定相分析非极性物质 极性表明了分子中电荷的分配情况 表3常用固定相与相应色谱柱 38 实验室常备毛细管柱常用固定相 聚硅氧烷类和聚乙二醇类一般实验室常备几根柱子即可完成大部分检测工作OV 1 PEG 20M OV 210或OV 1 SE 30 SE 54 OV 17 OV 1701 非极性 OV 1 SE 30弱极性 SE 54 SE 52中极性 OV 17 OV 1701强极性 PEG 20M 39 4 4毛细管气相色谱使用中的一些问题 热稳定样品优先采用分流 不分流进样口 1 样品稳定性 热不稳定样品 或含易分解组分优先采用分流 不分进样口温度设置 气化室惰性流进样口 40 2 进样口对峰展宽影响固定相聚焦低柱温时 样品从气化室进入色谱柱后的移动速度减缓 固定相与样品相互作用 从而使样品组分聚集到一个窄的谱带初始柱温低 样品与固定相相容性要好溶剂聚焦样品在柱头部分或全部冷凝 溶剂开始挥发 与溶剂挥发性接近的组分浓缩于未挥发的溶剂中 从而产生窄的初始谱带热聚焦样品进入柱头冷凝过程中 溶剂先进入色谱柱导致溶质发生浓缩 41 3 保留间隙管的使用连接进口与色谱柱之间的一段空管 减小初始谱带宽度的有效方法为样品冷凝提供空间 对气化的溶剂和溶质无保留 防止不挥发组分进入色谱柱 4 衬管的使用保护色谱柱 不挥发的组分滞留在衬管中而不进入色谱柱衬管内衬要脱活处理 中间一般填充石英玻璃毛 防止注射器针尖歧视作用 各种衬管 衬管体积衬管处理或去活特殊性能 石英棉 石英杯 细径锥等 选择衬管时 考虑此三个关键考虑因素可获得较好的谱图 按照GC选择进样口类型 衬管类型以及进样技术 分流 不分流 程序升温挥发 柱上进样 分流进入色谱柱的样品量较少用于浓缩样品色谱峰窄而尖锐主要变量分流比衬管温度进样体积 不分流大部分样品都进入色谱柱用于低浓度样品色谱峰峰宽较宽主要变量吹扫的时间衬管温度进样体积 衬管是消耗品 洁净无破损的衬管是重现性和准确定量的基本前提 分流进样口 衬管 直管式 直管式带玻璃棉 内置杯式 挡板式 最通用 价格是直管式的4倍专用于待测组份挥发性有差异的分析 分流衬管 色谱峰面积比 色谱峰 1面积 色谱峰 6面积 色谱峰面积 带玻璃棉直管式 0 76 内置杯式 0 82 直管式 0 75 不分流进样口 衬管 直管式 底部挡板 双挡板 最通用 分流衬管 色谱峰面积比正C40 正C10 0 64 色谱峰面积比正C40 正C10 0 37 C10 C40 C10 C40 衬管类型总结 衬管故障排除 衬管污染常会引起谱图不佳 故障症状包括 峰形不佳基线无规律分辨率不佳响应不佳 衬管故障排除 现象可能原因故障排除方法 更换新的去活衬管或清洗衬管并更换玻璃棉从衬管中取出部分填充物 或使用无填充的衬管拆下色谱柱 用毛细管专用割刀将色谱柱切成齐口 重新安装色谱柱取出色谱柱柱头部分及断裂的衬管 调节进样口总流量40mL min 以上 冲出碎屑 重新安装色谱柱更换新的去活衬管或清洗衬管并更换玻璃棉或填充物 正常前伸 衬管故障排除 现象可能原因故障排除方法 52 5 注射器歧视注射器针尖插入GC进样口时 针尖内和样品中的易挥发组分首先气化 造成不同沸点组分气化速度差异 注射器中残留样品的组成与实际不符 进入色谱柱的高沸点组分含量低于实际样品解决 自动进样 确保每次进样速度一致 标样校正手动进样 热针进样 空针插入气化室预热 空针先吸取少量溶剂 再抽取样品 注意溶剂抽取量不能太大一般进样时注射器一定要插到底 使针尖到达衬管中部的最高温度区域 确保快速气化 衬管中填入石英玻璃毛可防止歧视现象 53 6 分流歧视在分流进样时 不同组分的实际分流比不同 造成进入色谱柱的样品组成不同于初始样品组成原因 不均匀气化 不同组分沸点不同 极性不同 到达分流点时气化状态不同不同组分在载气中的扩散速度不同 扩散速度与温度有关 可采用较高气化温度和合适衬管消除分流比不合适 分流比大易造成分流歧视 尽可能减小分流比一般尽可能提高色谱柱初始温度 减小气化室温度和柱温箱温度之差 54 7 方法检测限 检测限 DL 方法可检测到的最小样品量 浓度 最小检测限 样品组分的相应值等于基线噪声的3倍时对应的该样品的浓度 与此对应的该组分的进样量称为最小检测量最小定量限 10倍信噪比所对应的样品浓度 检测限的测定 用一个接近于检测限浓度的样品进行分析 据所得的色谱峰高计算 c 浓度 h 相应峰高 N 基线噪声 55 4 5气相色谱方法开发的一般原则 1 样品预处理 气体 液体样品 GC直接分析固体样 溶解后分析如含量过低 要分离或富集 不易气