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1、分流?不分流
進樣口的參數(shù)設(shè)定
氣相色譜儀進樣器參數(shù)的設(shè)置,與測定的樣品對象和樣器的類型都關(guān)。參數(shù)設(shè)置適宜,色譜峰分離效果好;設(shè)置不當,可能導(dǎo)致本來能夠分開的組分實際上沒有分開。因此,實驗中常常優(yōu)化進樣參數(shù)。
根據(jù)經(jīng)驗,部分進樣參數(shù)的設(shè)置,如進樣量、洗針次數(shù)等是相同的,故我們以最為常用的手動進樣器為例,探討一下進樣器參數(shù)設(shè)置對分離有何影響。
進樣器的參數(shù)設(shè)置不當,可能會出現(xiàn)如下情況:
①進樣量 進樣量的大小直接影響定量結(jié)果。若進樣量過大,色譜峰峰形不對稱,峰變寬,分離度變小,或保留值發(fā)生變化,峰高、峰面積與進樣量不成線性關(guān)系,無法定量;若進樣量太小,會因檢測器靈敏度不夠,不能檢出。
2、對于填充柱,進樣量影響不是太大,但進樣量不當也會造成出現(xiàn)混合峰;用FID時,進樣量太大會使火焰熄滅。
②進樣速度 進樣速度要快,若進樣緩慢,樣品汽化后被載氣稀釋,導(dǎo)致峰形變寬、峰不對稱,既不利于分離也不利于定量;
③進樣針的清洗 進樣針如沒清洗干凈,上一次進樣的殘留樣品會干擾下一次的分析,即進樣針的“記憶效應(yīng)”,會影響分析結(jié)果。
解決方案
進樣器參數(shù)包括進樣量、進樣時間、進樣針的清洗次數(shù)以及具體進樣技術(shù)等,下面分別介紹。
①進樣量與進樣時間
色譜柱最大允許進樣量可以通過實驗確定。其它實驗條件不變,僅逐漸加大進樣量,直至所出的峰的半峰寬變寬或保留值改變時,此進樣量就是最大允許進樣量。
3、如內(nèi)徑3-4mm,柱長2m,固定液用量為15-20%的填充柱,液體進樣量為0.1-10μL;采用氫火焰離子化檢測器(FID)時,進樣量一般小于1μL。進樣時,要求速度快,這樣可以使樣品氣化后隨載氣以濃縮狀態(tài)進入柱內(nèi),峰的原始寬度窄,有利于分離。
②進樣器的“記憶效應(yīng)”
為了減小或消除樣品記憶效應(yīng)的干擾,更換樣品時要清洗,用同一樣品多次進樣時也要用樣品潤洗進樣器。進樣器暫時不用時,更要徹底清洗,否則殘留其中的樣品可能將針芯粘牢,造成進樣器報廢。使用自動進樣器的用戶,也應(yīng)注意保證進樣器的清潔。
③進樣技術(shù)的影響
定量分析的精密度與準確度,除儀器本身的原因外,主要依賴于進樣的重復(fù)性和操作技術(shù)
4、。針對不同規(guī)格毛細管柱及特殊的進樣方式(柱上進樣、分流/不分流進樣等),對插針的快慢、位置、深度和操作人員的熟練程度以及刻度讀數(shù)的準確度都有一定的要求。
以毛細管柱為例,大口徑柱毛細管柱,一般不分流,熟練的操作人員較容易得到合適的樣品進樣量;對于中口徑、細口徑分流進樣的毛細管柱,分流進樣,當分析樣品的組份濃度范圍和沸點范圍均較寬時,易產(chǎn)生分流失真,濃度低和沸點高的組份樣品回收率低,精密度也差。這種情況,可選擇程序升溫分流/不分流進樣系統(tǒng),這樣可得到較好的實驗結(jié)果。
如何確定分流進樣or不分流?
分流/不分流進樣口是毛細管柱氣相色譜法最常用的進樣口,它既可用作分流進樣,也可用作不分流進樣。
5、從結(jié)構(gòu)上看,分流/不分流進樣口與填充柱進樣口有明顯的不同:一是前者有分流氣出口及其控制裝置,二是除了進樣口前有一個控制閥外,在分流氣路上還有一個柱前壓調(diào)節(jié)閥,三是它們的使用的襯管結(jié)構(gòu)不同。不分流襯管為直通型,而分流襯管內(nèi)部多彎曲或內(nèi)部另有裝置。
分流進樣主要有下列優(yōu)點:
① 分流進樣適合于大部分可揮發(fā)樣品(如氣體和液體樣品);
② 當需要大的進樣量時,可避免色譜柱超載,如化學(xué)試劑中的低沸點雜質(zhì)的測定;
③ 當不了解樣品組成或已知樣品相對較“臟”,選分流進樣,因分流時大部分樣品從分流口排出,不進入色譜柱,一定程度上可防止色譜柱被污染。一般,分流進樣能滿足分析要求(如靈敏度等)時,可首先分
6、流進樣。
影響分流進樣的因素很多,主要有:
① 樣品的性質(zhì),如沸點、極性、粘度、分子大小、汽化時蒸氣膨脹因子等;
② 儀器因素,a.汽化室、分流口等是否正確安裝,要求進樣針全部插入后,針尖能到達汽化溫度最高處,石英玻璃毛也應(yīng)裝在此處;色譜柱進口端應(yīng)位于分流點之上,同時,襯管和色譜柱是同軸的;b.載氣流路設(shè)計,襯管的結(jié)構(gòu)等;
③ 操作條件,
a.溫度,如汽化室溫度和色譜柱的初溫;
b.載氣流速;
c.進樣量和進樣速度;
d.分流比,合適的分流比可減小分流歧視。
分流歧視是個啥?
分流歧視,是指在一定分流比條件下,不同樣品組分的實際分流比與原來設(shè)定(或測定)的分流比是不同的,這
7、就會造成進入色譜柱的樣品組成與原來的樣品組成有差異,從而影響定量分析的準確度。在分流進樣中,常常存在分流歧視。
影響分流歧視的主要原因有:
a.樣品組分的 不均勻汽化,以及汽化后的汽化狀態(tài)差異。
即由于樣品中各組分的極性、沸點不同,因而汽化速度不同。由于汽化室里的樣品隨載氣流動,且樣品從汽化室進入色譜柱的時間很短(以秒計),汽化速度不同,除了導(dǎo)致不同樣品組分進入色譜柱時間不同外,不同組分進入色譜柱的汽化狀態(tài)可能不完全一樣。考察相對汽化快的組分與汽化慢的組分在分流口位置的組分濃度,汽化快的樣品組分濃度相對偏??;且一般分流流量遠大于進入柱內(nèi)流量,汽化慢、汽化不太完全的組分,可能多從分流口流掉
8、。
b.不同樣品組分在載氣中的擴散速度不同。
汽化溫度的設(shè)置,襯管的選擇,樣品組分的分子大小不同、極性差異、粘度不同,以及樣品汽化時的蒸汽膨脹因子差異,都影響擴散速度。在合適的汽化溫度和襯管結(jié)構(gòu)時前提下,分子體積小、粘度小、蒸汽膨脹因子大的組分,擴散速度較快。 擴散慢的組分比擴散快的組分,在分流口位置的濃度大,可能多從分流口分掉。
c.分流比的大小,也影響分流歧視。
不分流,就沒有分流歧視;對于同樣的樣品,分流越大,越有可能造成分流歧視。
如何消減“歧視”?
有分流,就有分流歧視。應(yīng)控制影響分流歧視的這些因素,以減少分流歧視對分離測定的影響。
① 為減少樣品組分的不均勻汽化和汽化
9、后的汽化狀態(tài)差異,對分離測定的影響,可選擇較高的汽化溫度。
② 為減少不同樣品組分在載氣中的擴散速度不同對分離測定的影響,除了汽化溫度的設(shè)置外,要選擇結(jié)構(gòu)適合分流的襯管。
③ 為減少分流比大小對分離測定的影響,在樣品濃度和柱容量允許的前提下,盡力選擇小點的分流比。
針對具體的樣品對象,在汽化溫度合適、襯管結(jié)構(gòu)合理的前提下,可以按如下原則確定:
如某樣品,當重點考察的樣品組分,一般大分子、高粘度、蒸汽膨脹因子小,因而擴散速度較慢,易多分流掉。如果該樣品組分含量低,分流歧視對分離的出峰情況和定量結(jié)果影響很大,宜選擇較小的分流比。具體實驗時,應(yīng)結(jié)合實驗?zāi)康?,綜合考慮這些影響因素。
具體工作
10、時,一般先分析樣品的性質(zhì),初設(shè)條件,再通過實驗優(yōu)化,選擇能減少分流歧視的條件。如不了解樣品的性質(zhì),可先選稍大點的分流比測定,再實驗優(yōu)化。
案例分析
以苯作內(nèi)標物,用氣相色譜法測定混合物中正己烷和甲苯的含量。色譜條件:毛細管柱SE-30(30m 0.25mm0.32μm);柱溫,40℃保持5分鐘,15℃每分鐘升到170℃,保持1分鐘;氫火焰離子化檢測器(FID)溫度260℃;分流進樣量為0.4μL。色譜圖見圖1。
為考察分流比和汽化室溫度對實驗結(jié)果的影響,調(diào)節(jié)分流比,分別為25.27:1 、28.87:1、44.78:1、61.8:1、76.92:1、92.88:1、113:1、127.1
11、:1、146.3:1,實驗結(jié)果見圖2和圖3。在分流比為61.8:1時,考察汽化溫度對測定結(jié)果的影響,見圖4。
甲苯對苯的相對定量校正因子:190℃時,1.0955;220℃,1.1392;250℃,1.0949
由圖2、圖3、圖4、圖5可以得出如下結(jié)論:
①分流比過低(<1/30)或過高(>1/120)時,分流歧視加劇,低沸點組分正己烷的正誤差、較高沸點組分甲苯的負誤差急劇增加。當分流比為1/30-1/80時正負誤差都達最小值,此時的分流歧視最小,即有一個最佳分流比在77附近。
②進樣溫度的變化對分析結(jié)果也有影響。分流比在1/30-1/80范圍內(nèi),如61.80:
12、1時,隨著進樣口溫度的升高(190-250℃),低沸點組分正己烷正誤差減小,較高沸點組分甲苯的負誤差減小后增加。所以,本實驗選擇的汽化溫度為220℃。
③ 影響分流歧視的因素,除了分流比大小、汽化溫度等,還與樣品的性質(zhì)有關(guān)。正己烷沸點68.74℃,甲苯沸點110.6℃;同樣色譜條件下甲苯完全汽化后的蒸汽體積約是正己烷的兩倍,參考表2.2;與甲苯相比較,正己烷分子體積小,粘度小。同樣的色譜條件下,正己烷和甲苯的分流歧視不一樣。
④ 比較分流進樣和不分流進樣對定量結(jié)果的影響,分流進樣有分流歧視帶來的影響。問題8的表1.6,汽化溫度從120℃升到170℃,鄰二甲苯對苯的相對定量校正隨著汽化溫度的
13、升高,先增大后減??;圖2.10,汽化溫度從190℃升到250℃,甲苯對苯的相對定量校正因子同樣是先增大后減小。但是前者的變化幅度,遠小于后者。
因此,要減小分流歧視對測定結(jié)果的影響,選擇合適的汽化溫度,還需要選擇合適的分流比。首先選擇一個分流比中間區(qū)域范圍,如1/30-1/80進行實驗,再根據(jù)所測定樣品組分的性質(zhì),縮小范圍,通過實驗來選擇的分流比的大小和汽化溫度。同一樣品中,不同樣品組分的最佳分流比不一定相同;同時測定不同性質(zhì)的組分,最后取一個都能相對較好的分流比和汽化溫度等來進行測定。
氣化室又是個啥?怎么設(shè)置?
氣化室即進樣口內(nèi)的腔室,其作用是將液體樣品瞬間氣化,然后再送入色譜柱
14、。
氣相色譜分析時,對氣化室的要求很高。首先,載氣在進入氣化室與樣品接觸之前應(yīng)當充分預(yù)熱,溫度應(yīng)接近氣化室溫度。因此,一般將載氣管路沿著加熱的氣化器金屬塊繞成螺管,或在金屬塊內(nèi)鉆有足夠長的載氣通路,使載氣能得到充分的預(yù)熱。
為了減小樣品擴散的,減少死體積,應(yīng)保證進樣器能直接將樣品注入加熱區(qū),因此氣化室的內(nèi)徑和總體積應(yīng)盡可能小,另外載氣進入氣化室后,應(yīng)將氣化了的樣品迅速載入色譜柱,避免樣品反轉(zhuǎn)入氣化室引起色譜峰的擴張,因此要選擇合適的載氣壓力和流量。
氣化室是保證液體樣品瞬間氣化的加熱器腔體,腔體由不銹鋼加工而成。氣化室作為一個加熱器,必定會涉及到氣化溫度。作為一個“室“,必定有體積,也有
15、死體積。當然,還有進樣口與襯管、墊片等輔助設(shè)備。也有相應(yīng)的指標參數(shù)。
氣化室的一般指標參數(shù)如下:①氣化室溫度的選擇;②氣化室的體積;③氣化室的惰性;④色譜柱的初始溫度;⑤隔墊吹掃功能。
解決方案
①氣化室溫度的選擇
氣化室溫度的大小,影響:a.柱效;b.定量結(jié)果;c.可能導(dǎo)致樣品組分的分解。氣化室的升溫設(shè)定方式有兩種:恒溫和程序升溫。
恒溫氣化,是一種經(jīng)典的氣相色譜氣化方式。氣化室保持一個穩(wěn)定的溫度,讓進入的樣品瞬間氣化,氣化后的樣品很快被載氣“掃”入色譜柱。
程序升溫氣化方式,即初始溫度很低,僅氣化溶劑,樣品開始不氣化,然后分段快速升溫,瞬間氣化樣品,再被載氣很快“掃”入色譜
16、柱。該方法的優(yōu)點是可以防止樣品的熱分解和注射歧視對定量分析的誤差。
①氣化室的體積
樣品注入氣化室后,必須與載氣充分混合,否則易導(dǎo)致樣品分析結(jié)果失真。
因此,氣化室的體積應(yīng)足夠小,以保證樣品各組分進入色譜柱后的峰寬盡可能窄,從而減少柱外效應(yīng)。但體積太小時,又會因樣品氣化后膨脹而引起壓力的劇烈波動, 嚴重時會造成樣品的“倒灌”,反而增大了柱外效應(yīng)。常見氣化室的體積為0.2mL~1mL。
②氣化室的惰性
氣化室內(nèi)壁應(yīng)具有足夠的惰性,不吸附樣品,不催化樣品的分解,不與樣品發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。為避免樣品與氣化室金屬內(nèi)壁接觸產(chǎn)生吸附或催化分解反應(yīng),在氣化室的不銹鋼套管中要插入襯管。襯管的內(nèi)容,可參考問題16--問題18。
③色譜柱的初始溫度
分流進樣要消除分流歧視,色譜柱的初始溫度應(yīng)盡可能高一些。以減少氣化溫度和柱溫之間的差別,樣品在氣化室經(jīng)歷的溫度梯度小一些,可避免氣化后的樣品部分冷凝。但柱溫過高時,分配系數(shù)變小,不利于分離,一般通過實驗選擇最佳柱溫。
④ 隔墊吹掃功能
隔墊吹掃,主要是用于消除進樣墊分解或墊子的殘損物對分析影響等,如鬼峰。