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色谱常见问题(9)-气相色谱进样

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时间:2018-01-30 17:26:10

在定量分析中的许多问题都与进样方式有关。对于各种各样的样品盒各种规格的毛细管色谱柱,在气相色谱分析中可能接触到的进样方式不是简单唯一的,作为一个气相色谱分析者,必须为每一种样品盒气相柱选择一个合适的进样方式

 

选择进样方式时必须遵守的原则:

在样品进入色谱柱的过程中,必须保持其原有的组成,样品不能发生任何程度的降解或者致使分离效率下降的活化反应

在样品进入色谱柱的初始过程中,要能够使样品聚焦在尽可能窄的色谱带中,以获得尖锐的色谱峰。合理的进样方式,能够提高对样品的分析灵敏度和获得更好的样品分离度

 

常用的进样方式:

分流进样

不分流进样

冷柱头进样

直接进样

程序升温汽化进样

 

分流进样

分流进样在毛细管气相色谱中是最常见的进样方法。样品进入气化室瞬间气化,并完成于载气的混合;在气化室后的分流点,大部分的气体被分流放空,仅有极小部分的气体及样品进入色谱柱中(被分流放空的气流与进入色谱柱的气流之比称作“分流比”)气化后的样品被高速的载气吹扫过色谱柱中,分离后得到了稳定尖锐的色谱峰,然而,样品中含有低挥发性的组分时买这些组分还未完全气化就可能被分流处了系统,使这种快速进样方式容易造成分流歧视。所以对于沸程宽的样品,这种进样技术并不合适。

 

进样口气化温度

 气化温度既要使样品中的所有组分快速完全气化,又不能使样品发生高温分解,这就需要再实验中不断的总结经验,在不少的样品分析中气化温度的定义还要考虑如何减少“反闪”和降低挥发性组分由于没有完全气化而引起的“分流歧视”,根据实验经验,气化温度的设定和调整可以从250℃开始。

分流歧视

进样后,样品中的低挥发性的组分不能瞬间气化,在样品蒸气中,低沸点组分的浓度要高于在未气化前的原始样品中的浓度,这种部分组分被浓缩的现象称作“歧视”,延长进样后样品的气化时间可以明显的抑制:歧视“作用,但是谱图中的组分峰同步地被拉宽。

样品在加热的进样器中的时间越长,分流歧视就越少,但峰也会越宽

 

反闪

“反闪“是指这样的现象:样品气化后体积迅速膨胀,当样品蒸气体积溢出衬管,与隔垫、进样口、载气进口等低温区接触,高沸点的组分在其上冷凝,冷凝的组分会在下一次的进样中,与新的样品仪器气化并被带入色谱柱中,在谱图中表现出鬼峰

溢出衬管的样品蒸气与系统中金属表面的“催化中心“接触,活性组分被破坏。

消除“反闪“可以采用;吹扫进样口、降低进样体积、更换大体积衬管、优化进样气化温度等措施。

 

吹扫

向进样口中通入载气,吹扫隔垫上沉积的污染,并且将污染物冲出清洗排口,过高流速的吹扫气体同样会将部分低沸点组分的蒸气冲出系统。

常用的吹扫气体流速是0.5-5ml/min

 

样品量和浓度

气化分流进样方法非常适用于高浓度的样品分析,典型的样品浓度从0.1到10μg/μl,正常使用的进样体积多为1μl至2μl,也可进样达5μl而不会有什么大问题。如果样品量过大,可能会引起反闪

 

 

不分流进样

在不分流进样中,进样时间较长,样品从进样器进入色谱柱需要19-90秒钟不等,如果样品在色谱过程发生前没有得到浓集,这会导致非常宽的峰形

 

样品浓集(溶剂效应、低温冷肼富集)

为了避免长时间的进样过程对出峰峰宽的影响,样品在分离前被重新浓集在一条很窄的谱带中,色谱柱的初始温度比样品溶剂沸点低10℃或者更多时,样品会被重新浓集。然后,当溶剂蒸汽离开进样器进入到较低温的色谱柱时,溶剂就在柱头冷凝成一层液膜,溶质蒸汽会在这层液膜上冷凝并浓集,这个现象叫做“溶剂效应“

先于溶剂洗脱出来的峰并不会通过溶剂效应而重新浓集,且峰形有可能扭曲,选择低沸点的溶剂能够加强进样过程中的溶剂效应“,但是选择的溶剂在进入色谱柱后,如果不能充分地润湿固定相(例如非极性色谱柱分析甲醇溶解的样品),就会在柱内形成几米长,厚度不均的溶剂区,样品因而不可能在进入色谱柱时形成很窄的谱带,表现出更宽的扭曲的组分峰,这种情况下应当在色谱柱前连接一段未涂覆固定液的去活的保留间隙管以减少或消除这一问题

 

当样品组分的沸点高于150℃或者高于柱初温度50℃时,样品会自行在,柱头浓集成窄的谱带而不需要“溶剂效应”,这种现象陈祚“冷肼富集”

 溶剂效应和冷肼可以通过设置程序升温来获得

 

样品量

注射样品体积应限制在2μL的范围内,以避免样品对衬管和色谱柱的过载,样品体积必须是可重现的,以获得重现的保留时间和定量数据

 


冷柱头进样

冷柱头进样消除了宽沸点样品的失真和活性组分的吸附和分解,柱效和分离精度都很高,像不分流进样一样,如果样品溶剂不能充分润湿色谱柱固定相,需要再柱前连接一段未涂覆固定液的去活毛细管。

样品被“冷”注射到色谱柱头(此时色谱柱的温度低于溶剂的沸点),溶剂充分润湿固定相,同时样品在色谱柱的柱头形成样品带,样品的高沸点组分被分配到固定相中;在载气的作用下,溶剂挥发,样品带的前端的低沸点组分也被浓集。

很明显,样品中的各组分在样品带中的浓度分布不再是平均的,谱图表现为谱峰加宽。但是在一般的应用中,这部分的谱峰变化是完全可以被忽略的。使用柱头进样会得到很好地定量效果。

如果样品与溶剂的沸点差别很大,可以选择抛物线型升温曲线;样品与溶剂的沸点相近,升温程序可以忽略溶剂的影响。

大口径毛细管色谱柱非常适合直接柱头进样。在需要更高分离度的情况下,选择使用小口径毛细管柱并在其前面连接一段大口径未涂覆固定液的去活毛细管。

 

样品量

样品量在0.5μl至2μl之间时,可以被直接注射到温度低于溶剂沸点的色谱柱中,如果希望得到很短的样品带,一次注射的样品量应该限制在1μL之内。


 

直接进样

直接进样与冷柱头进样有明显的区别。直接进样的样品是在独立加热的进样气化室中完成闪蒸过程,而冷柱头进样装置无垫片,样品没有闪蒸气化过程,样品是直接“冷”注射到色谱中。

 

程序升温气化进样

在程序升温气化进样过程中,首先液体样品被“冷“注射到低温的玻璃衬管中,然后抽出进样针头,由程序定义的温度控制器加热进样区,这种进样方法可以根据样品的热稳定性、进样量、分样的灵敏度等要求,选择”冷不分流进样(全部样品进入色谱柱中)“、“冷溶剂分流进样(将溶剂分离掉)”、“热或冷气化分流进样”等程序模式。


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