气相检测方法选择.docx

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气相检测方法选择

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分流/不分流进样

――选至《气相色谱方法及应用》

一、进样口结构

分流/不分流进样口是毛细管 GC 最常用的进样口，它既可用作分流进样，也可用作不分流

进样口图 4-2 是典型的分流/不分流进样口示意图。

从结构上看，分流/不分流进样口与填充

柱进样有明显的不同，一是前者有分流气出口及其控制装置，二是除了进样口前有一个控

制阀外，在分流气路上还有一个柱前压调节阀，二是二者使用的衬管结构不同。

而分流进

样和不分流进样在操作参数的设置，对样品的要求以及衬管结构方面也有很大区别，下面

分别讨论之。

二、分流进样

（一）载气流路和衬管选择

分流进样时载气流路如图 4-2a 所示。

进入进样口的载气总流量由一个总流量阀控制，而后

载气分成两部分:

一是隔垫吹扫气（1～3mL/min），二是进入汽化室的载气。

进入汽化室的载

气与样品气体混合后又分为两部分：

大部分经分流出口放空，小部分进样色谱柱。

以总流

量为 104m1/min 为例，如果隔垫吹扫气流设置为 3m1/min，则另 101mL/min 进入汽化室

。

当分流流量为 100mL/min 时。

柱内流量为 lml/min，这时分流比为 100:

1。

注意。

此仪器

设计将柱前压调节阀置于分流气路上，这就可在总流量不变的情况下，改变柱前压。

柱前

压越高，柱流速越大，分析速度越快。

而要在柱前压不变（柱流速不变）的条件下改变分流

比，则必须调节总流最。

总流量越大，分流比越大。

分流进样口可采用多种衬管，用于分流进样的衬管大都不是直通的，管内有缩径处或者烧

结板，或者有玻瑞珠，或者填充有玻璃毛。

这主要是为了增大.与样品接触的比表面，保证

样品完全汽化.减小分流歧视〔见下面关于分流歧视问题的讨论）。

同时也是为了防止固体

颗粒和不挥发的样品组分进入色谱柱。

注意，填充物应位于衬管的中间，即温度最高的地

方，也是注射器针尖所到达的地方，这样对提高汽化效率，减少注射器针尖对样品的歧视

更为有效。

另外，玻璃毛活性较大，不适合于分析极性化合物。

此时可用经硅烷化处理的

石英玻璃毛。

衬管的上端常用“O”形硅橡胶环密封。

用一段时间后该环会老化而造成漏气。

故要及时

更换。

当进样口温度超过 400℃时，最好采用石墨密封环。

（二）样品的适用性

分流进样适合于大部分可挥发样品，包括液体和气体样品，特别是对一些化学试剂（如将剂）的

分折。

因为其中一些组分会在主峰前流出。

而且样品不能稀释、故分流进样住往是理想的

选择。

此外，在毛细管 GC 的方法开发过程中，如果对样品的组成不很清楚。

也应首先采

用分流进样口对于一些相对“脏”的样品，更应采用分流进样，因为分流进样时大部分样

品被放空，只有一小部分样品进入色谱柱，这在很大程度上防止了柱污染。

只是在分流进

样不能满足分析要求时（灵敏度太低），才考虑其他进样方式，如不分流进样和柱上进_样

等。

总之，分流进样的适用范围宽，灵话性很大。

分流比可调范围广，故成为毛细管 GC

的首选进样方式。

三）操作参数设置

1.温度

进样口温度应接近于或等于样品中最重组分的沸点，以保证样品快速汽化，减小初始谱带

宽度。

但溢度太高有使样品组分分解的可能性。

对于个未知的新样品。

可将进样口温度设

置为 300 度进行试验。

2.载气流速

常用毛细管 GC 所用柱内载气线流速为：

氦气 30～50cm/s，氮气 20～40cm/s，氢气 40～60

cm/s。

实际流速可通过测定死时间来计算，通过调节柱前从来控制。

对于分流进样，还要

测定隔垫吹扫气流量和分流流量，前者一般为 2～3mL/min，后者则要依据样品情况（如待

侧组分浓度等）、进样量大小和分析要求来改变。

常用分流比范围为 20:

1～200:

1，样品浓

度大或进样量大时，分流比可相应增大，反之则减小。

用大口径柱时分流比小一些（或采用

不分流进样）。

用微径柱作快速 GC 分析时，分流比要求很大（如 1000:

1 或更高）。

另一方面

，分流比小时，分流歧视（见下面关于分流歧视问题的讨论）效应可能小一些，但初始谱带（

主要是溶剂谱带）宽度要大一些。

必要时可采用聚焦技术。

而分流比大时，初始谱带宽度小

，但分流歧视效应可能会增大。

所以，在实际工作中应据样品情况和分析要求选择一个合

适的折衷点。

3.进样量和进样速度

分流进样的进样量一般不超过 2μL,最好控制在 0.5μL 以下，因为衬管的容积有限，液体

汽化时体积要膨胀数百倍（见表 4-1）。

当然。

进样量还和分流比是相关的，分流比大时，

进样量可大一些。

至于进样速度应当越快越好，一是防止不均匀汽化，二是保持窄的初始

谱带宽度。

因此，快速自动进样往往比手动进样的效果好。

（四）分流歧视问题

所谓分流歧视是指在一定分流比条件下，不同样品组分的实际分流比是不同的，这就会造

成进入色谱柱的样品组成不同于原来的样品组成，从而影响定是分析的准确度。

因此，采

用分流进样时必须注意这个问题。

那么，是什么因素造成分流歧视的呢？

不均匀汽化是分流歧视的上要原因之一，即由于样品中各组分的极性不同，沸点各异

，因而汽化速度各不相同。

理论上讲，只要汽化温度足够高，就能使样品的全部组分迅速

汽化。

只要汽化室内样品处于均相气体状态，分流歧视就是可以忽略的。

然而，实际上样

品在汽化室是处于一种运动状态，即必须随载气流动。

从汽化室汽化到进入色谱柱的时间

很短（以秒计），沸点不同的组分到达分流点时，汽化状态可能不完全相同。

这样，由于分

流流最远大于柱内流量，汽化不太完全的组分就比完全汽化的组分可能多分流掉一些样品

。

造成分流歧视的另外一个原因是不同样品组分在载气中的扩散速度不同。

而扩散速度与

温度是成正比的。

所以。

尽量使样品快速汽化是消除分流歧视的重要措施，包括采用较高

的汽化温度，也包括使用合适的衬管。

分流比的大小也会影响分流歧视口一般地讲，分流比越大，越有可能造成分流歧视口所以

，在样品浓度和柱容量允许的条件下，分流比小一些有利。

至于分流比的测定定是很简单

的，只要在分流出口用皂膜流量计测定分流流量，再测定柱内流量（因为柱内流量很小，用

皂膜流量计测定时误差较大，故常用测定死时间的办法进行流量计算）。

二者之比即为分流

比。

严格地讲，两个流量值应校正到相同的温度和压力条件下，才能获得准确的分流比。

实际工作中人们更关心的是分流比的重现性，分流比则常用整数之比表示，故一般不需要

很准确地测定。

具体分析中要消除分流歧视，还应注意色谱柱的初始温度尽可能高一些。

这样，汽化温度

和柱箱温度之差就会小一些，因而样品在汽化室经历的温度梯度就会小一些，可避免汽化

后的样品发生部分冷凝。

最后一个问题是色谱柱的安装，一是要保证柱入口端超过了分流

点。

二是保证柱入口端处于汽化室衬管的中央，即汽化室内色谱柱与衬管是同轴的（参看上

一章有关色谱柱安装的内容）。

尽管分流进样有歧视间题，但它仍然是毛细管 GC 中最常用的进样方式。

在实际工作中。

分

流歧视是很难完全消除的，但只要操作是重现的，一定程度的歧视是重现的。

就可以通过

标准样品的校准来消除歧视效应对定量精度的影响

另一方面。

由于分流进样给检测灵敏度提出了更高的要求，而当样品浓度太低时。

分流进

样并不总是合适的选择。

除了进行样品预处理（如浓缩）外。

读者很容易想到不分流进样。

既然分流进样是因为柱容量小、样品浓度高而不得不采用的方法。

那么低浓度样品采用不

分流进样，以提高检测灵敏度就是理所当然的选择了。

三、不分流进样

（一） 载气流路和衬管选择

不分流进样与分流进样采用同一个进样口，顾名思义，不分流进样就是将分流气路的电磁

阀关闭[图 4-2（b）]，让样品全部进入色潜柱。

这样做的好处是显而易见的，既可提高分析

灵敏度，又能消除分流歧视的影响。

然而，在实际工作中、不分流进样的应用远没有分流

进样普遍，只是在分流进样不能满足分析要求时（主要是灵敏度要求），才考虑使用不分流

进样。

这是因为不分流进样的操作条件优化较为复杂。

对操作技术的要求高。

其中一个最

突出的问题是样品初始谱带较宽（样品汽化后的体积相对于柱内载气流量太大）。

汽化的样

品中溶剂是大量的，不可能瞬间进入色谱柱，结果溶剂峰就会严重拖尾，使早流出组分的

峰被掩盖在溶剂拖尾峰中[如图 4-3（a）所示]，从而使分析变得困难，甚至不可能。

有人也

将这一现象叫做溶剂效应。

消除这种溶剂效应可从几个方面考虑，但就载气的流路来说，主要是采用所谓瞬间不分流

技术。

即进样开始时关闭分流电磁阀，使系统处于不分流状态[图 4-2（b）]。

待大部分汽化

的样品进入色醉柱后，开启分流阀，使系统处于分流状态[图 4-2（a）]。

这样，汽化室内残

留的溶剂气体（当然包括一小部分样品组分）就很快从分流出口放空，从而在很大程度上消

除了溶剂拖尾[如图 4-2（b）所示]。

分流状态一直持续到分析结束，注射下一个样品时再关

闭分流阀。

所以我们说，不分流进样并不是绝对不分流，而是分流与不分流的结合。

这里

，确定一个瞬间不分流时间（从进样到开启分流阀的时间）往往是分析成败的关键。

原则上

讲，这一时间应足够长。

以保证绝大部分样品进人色谱柱，避免分流歧视的影响；同时又

要尽可能短，以最大限度地消除溶剂抢尾、使早流出峰的分析更为准确。

这显然是有矛盾

的。

在实际工作中，常常是根据样品的具体情况（如溶剂沸点、待测组分沸点和浓度等）或

操作条件来确定一个优化的折衷点。

研究结果表明，这一时间值一般在 30～80S 之间。

文

献报道多采用 0.75min，即从进样到开启分流阀的时问为 0.75min，通常能保证 95%以上的

样品进入色谱柱，本节后而将介绍如何用实验方法确定优化的不分流时间。

衬管的尺寸是影响不分流进样性能的另一个重要因素。

为了使样品在汽化室尽可能少地稀

释，从而减小初始谱带宽度，衬管的容积小一些有利，一般为 0.25～1mL，且最好使用直

通式衬管。

当用自动进样器进样时，因进样速度快，样品挥发快，故建议采用容积稍大一

些的直通式衬管。

对于干净样品，衬管内可不填充玻璃毛，对于相对脏的样品，则需要填

充玻瑞或石英毛，以保证分析的重现性并保护色谱柱不被污染。

但要注意，由于不分流进

样时样品在汽化室滞留的时间比分流进样时长，热不稳定化合物的分解可能性也大，故衬

管和其中填充的石英毛都必须经硅烷化处理，且要及时清洗，更换和重新硅烷化。

（二）样品的适用性

不分流进样具有明显高于分流进样的灵敏度，它通常用于环境分析（如水和大气中痕量污染

物的检测）、食品中的农药残留监测，以及临床和药物分析等。

这些药品往往都比较脏，所

以样品的预处理是保护色谱柱所必须注意的问题。

此外，待测痕量组分如果在溶剂拖尾处

出蜂，还可采用溶剂聚焦的方法来提高分析灵敏度。

不分流进样对样品溶剂有较严格的要求。

因为进样口温度、色谱柱初始温度、瞬间不分流

的时间和进样体积都与溶剂沸点有关。

一般地讲，使用高沸点溶剂比低沸点溶剂有利，因

为溶剂沸点高时，容易实现溶剂聚焦，且可使用较高的色谱柱初始温度，还可降低注射器

针尖歧视以及汽化室的压力突变。

表 4-2 列出了常见的溶剂及其沸点和实现溶剂聚焦宜采

用的色谱柱初始温度。

另一方面，洛剂的极性一定要与样品的极性相匹配，且要保证溶剂在所有被测样品组分之

前出峰，否则早流出的峰就会被溶剂的大峰掩盖。

同时，溶剂还要与固定相匹配，才能实

现有效的溶剂聚焦。

必要时可采用保留间隙管来达到聚焦的目的。

对于高沸点痕量组分的分析，不分流进样就容易多了。

此时可以不考虑溶剂的沸点，因为

有周定相聚焦就完全能保证窄的初始谱带，采用高的初始柱温还可缩短分析时间。

事实上，

不分流进样应是分析高沸点痕最组分的首选方法。

检测器：

目前主要有五种检测器可根据需要选择。

-热导检测器 （TCD） ：

用于气体、液体的常量分析

-氢火焰离子化检测器 （FID） ：

用于烃类工业及其他领域有机物分析

-火焰光度检测器 （FPD） ：

用于痕量硫、磷化合物检测

-氮磷检测器 （NPD） ：

用于痕量硫、磷化合物检测

-电子捕获检测器 （ECD） ：

检测能俘获电子的化合物

色谱柱的选择

柱长度的选择

分辨率与柱长的平方根成正比。

在其他条件不变的情况下,为取得加倍的分辨率需有 4 倍的

柱长。

较短的柱子适于较简单的样品,尤其是由那些在结构、极性和挥发性上相差较大的组

分组成的样品。

一般来说，15m 的短柱用于快速分离较简单的样品，也适于扫描分析；

30m 的色谱柱是最常用的柱长，大多数分析在此长度的柱子上完成；

50m、60m 或更长的色谱柱用于分离比较复杂的样品。

应该注意，柱长增加分析时间也增加。

柱内径的选择

柱径直接影响柱子的效率、保留特性和样品容量。

小口径柱比大口径柱有更高柱效，但柱

容量更小。

0.25mm：

具有较高的柱效，柱容量较低。

分离复杂样品较好。

0.32mm：

柱效稍低于 0.25mm 的色谱柱，但柱容量约高 60%。

0.53mm：

具有类似于填充柱的柱容量，可用于分流进样，也可用于不分流进样，当柱容量

是主要考虑因素时（如痕量分析），选择大口径毛细管柱较为合适。

液膜厚度的选择

液膜厚度影响柱子的保留特性和柱容量。

厚度增加，保留也增加。

0.1～0.2m  ：

薄液膜厚度的毛细管柱比厚液膜的毛细管柱洗脱组分快，所需柱温度低，且

高温下柱流失较小，适用高沸点的化合物的分析。

0.25～0.5m ：

常用的液膜厚度。

厚液膜：

对分析低沸点的化合物较为有利

柱长度的选择

分辨率与柱长的平方根成正比。

在其他条件不变的情况下,为取得加倍的分辨率需有 4 倍的

柱长。

较短的柱子适于较简单的样品,尤其是由那些在结构、极性和挥发性上相差较大的组

分组成的样品。

一般来说，

15m 的短柱用于快速分离较简单的样品，也适于扫描分析；

30m 的色谱柱是最常用的柱长，大多数分析在此长度的柱子上完成；

50m、60m 或更长的色谱柱用于分离比较复杂的样品。

应该注意，柱长增加分析时间也增加。

柱内径的选择

柱径直接影响柱子的效率、保留特性和样品容量。

小口径柱比大口径柱有更高柱效，但柱

容量更小。

0.25mm：

具有较高的柱效，柱容量较低。

分离复杂样品较好。

0.32mm：

柱效稍低于 0.25mm 的色谱柱，但柱容量约高 60%。

0.53mm：

具有类似于填充柱的柱容量，可用于分流进样，也可用于不分流进样，当柱容量

是主要考虑因素时（如痕量分析），选择大口径毛细管柱较为合适。

液膜厚度的选择

液膜厚度影响柱子的保留特性和柱容量。

厚度增加，保留也增加。

0.1～0.2m  ：

薄液膜厚度的毛细管柱比厚液膜的毛细管柱洗脱组分快，所需柱温度低，且

高温下柱流失较小，适用高沸点的化合物的分析。

0.25～0.5m ：

常用的液膜厚度。

厚液膜：

对分析低沸点的化合物较为有利

根据被分离组分和固定液分子间的相互作用关系，固定液的选择一般根据所谓的“相似性

原则”，即固定液的性质与被分离组分之间的某些相似性，如官能团、化学键、极性、某些

化学性质等，性质相似时，两种分子间的作用力就强，被分离组分在固定液中的溶解度就

大，分配系数大，因而保留时间就长；反之溶解度小，分配系数小，因而能很快流出色谱

柱。

下面就不同情况进行讨论：

a、分离极性化合物，采用极性固定液。

这时样品各组分与固定液分子间作用力主要

是定向力和诱导力，各组分出峰次序按极性顺序，极性小的先出峰，极性越大，出峰越慢；

b、分离非极性化合物，应用非极性固定液，样品各组分与固定液分子间作用力是色

散力，没有特殊选择性，这时各组分按沸点顺序出峰，沸点低的先出峰。

对于沸点相近的

异构物的分离，效率很低；

c、分离非极性和极性化合物的混合物时，可用极性固定液，这时非极性组分先馏出，

固定液极性越强，非极性组分越易流出；

d、对于能形成氢键的样品。

如醇、酚、胺和水的分离，一般选择极性或氢键型的固

定液，这时依组分和固定液分子间形成氢键能力大小进行分离。

“相似相容性原则”是选择

固定液的一般原则，有时利用现有的固定液不能达到满意的分离结果时，往往采用“混合

固定液”，应用两种或两种以上性质各不相同的，按适合比例混合的固定液，使分离有比较

满意的选择性，又不致使分析时间延长。

然而，在实际工作中选择固定液往往是参考资料

或文献介绍的实例来选用固定液的