分流/不分流進(jìn)樣口是毛細(xì)管柱氣相色譜法較常用的進(jìn)樣口,它既可用作分流進(jìn)樣,也可用作不分流進(jìn)樣。分流進(jìn)樣和不分流進(jìn)樣在進(jìn)樣口結(jié)構(gòu)、襯管結(jié)構(gòu)、操作參數(shù)的設(shè)置,以及對樣品的要求等都有區(qū)別。那么,究竟是選擇哪種進(jìn)樣方式呢?
從結(jié)構(gòu)上看,分流/不分流進(jìn)樣口有明顯的不同:一是前者有分流氣出口及其控制裝置,除了進(jìn)樣口前有一個(gè)控制閥外,在分流氣路上還有一個(gè)柱前壓調(diào)節(jié)閥;二是使用的襯管結(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。此外,分流進(jìn)樣和不分流進(jìn)樣在操作參數(shù)的設(shè)置,對樣品的要求以及襯管結(jié)構(gòu)方面也有很大區(qū)別。
分流進(jìn)樣
分流進(jìn)樣,先將液體樣品注入進(jìn)樣器的加熱室中,加熱室迅速升溫使樣品瞬間蒸發(fā);在大流速的載氣的吹掃下,樣品與載氣迅速混合,混合氣通過分流口時(shí)大部分的混合氣體被排出而少量的混合氣體進(jìn)入色譜,進(jìn)行分析。
1、分流進(jìn)樣的目的一是減少載氣中樣品的含量使其符合毛細(xì)管色譜進(jìn)樣量的要求;二是可以使樣品以較窄的帶寬進(jìn)入色譜柱。但這種進(jìn)樣方式只有 1%~5%的樣品可以進(jìn)入色譜柱,不適合樣品中痕量組分的分析。當(dāng)使用火焰離子化檢測器(FID)時(shí),分析的檢測限約為50ppm(w/w)。在進(jìn)樣過程中,進(jìn)樣針將樣品注入加熱室時(shí),部分揮發(fā)性組分會(huì)損失掉,所以這種進(jìn)樣方式的分析重現(xiàn)性不高。分流模式進(jìn)樣不適合分析熱不穩(wěn)定性物質(zhì)。因?yàn)樵诩訜崾抑谐3?huì)發(fā)生待測物質(zhì)的分解反應(yīng),尤其是使用玻璃纖維填料的襯管時(shí)。雖然分流進(jìn)樣方式有許多弊端,但是由于它操作簡便、適應(yīng)性強(qiáng),仍然是分析工作中最常使用的進(jìn)樣方式之一。
2、樣品適用性分流進(jìn)樣適合于大部分可揮發(fā)樣品,包括液體和氣體樣品,特別是對一些化學(xué)試劑的分折。因?yàn)槠渲幸恍┙M分會(huì)在主峰前流出。而且樣品不能稀釋、故分流進(jìn)樣住往是理想的選擇。
如果對樣品的組成不很清楚。也應(yīng)首先采用分流進(jìn)樣口,對于一些相對“臟”的樣品,更應(yīng)采用分流進(jìn)樣,因?yàn)榉至鬟M(jìn)樣時(shí)大部分樣品被放空,只有一小部分樣品進(jìn)入色譜柱,這在很大程度上防止了柱污染。只是在分流進(jìn)樣不能滿足分析要求時(shí)(靈敏度太低),才考慮其他進(jìn)樣方式,如不分流進(jìn)樣和柱上進(jìn)_樣等。
總之,分流進(jìn)樣的適用范圍寬,靈話性很大。分流比可調(diào)范圍廣,故成為毛細(xì)管GC的進(jìn)樣方式。
3、載氣流路和襯管選擇進(jìn)入進(jìn)樣口的載氣總流量由一個(gè)總流量閥控制,而后載氣分成兩部分:一是隔墊吹掃氣(1~3mL/min),二是進(jìn)入汽化室的載氣。進(jìn)入汽化室的載氣與樣品氣體混合后又分為兩部分:大部分經(jīng)分流出口放空,小部分進(jìn)樣色譜柱。
分流進(jìn)樣口可采用多種襯管,用于分流進(jìn)樣的襯管大都不是直通的,管內(nèi)有縮徑處或者燒結(jié)板,或者有玻瑞珠,或者填充有玻璃毛。這主要是為了增大與樣品接觸的比表面,保證樣品汽化,減小分流歧視。同時(shí)也是為了防止固體顆粒和不揮發(fā)的樣品組分進(jìn)入色譜柱。
4、操作參數(shù)設(shè)置
(1)溫度進(jìn)樣口溫度應(yīng)接近于或等于樣品中最重組分沸的點(diǎn),以保證樣品快速汽化,減小初始譜帶寬度。
(2)載氣流速常用毛細(xì)管GC所用柱內(nèi)載氣線流速為:氦氣30~50cm/s,氮?dú)?0~40cm/s,氫氣40~60cm/s。對于分流進(jìn)樣,還要測定隔墊吹掃氣流量和分流流量,前者一般為2~3mL/min,后者則要依據(jù)樣品情況(如待側(cè)組分濃度等)、進(jìn)樣量大小和分析要求來改變。常用分流比范圍為20:1~200:1,樣品濃度大或進(jìn)樣量大時(shí),分流比可相應(yīng)增大,反之則減小。
(3)進(jìn)樣量和進(jìn)樣速度分流進(jìn)樣的進(jìn)樣量一般不超過2μL,最好控制在0.5μL以下。分流比大時(shí),進(jìn)樣量可大一些。至于進(jìn)樣速度應(yīng)當(dāng)越快越好,一是防止不均勻汽化,二是保持窄的初始譜帶寬度。因此,快速自動(dòng)進(jìn)樣往往比手動(dòng)進(jìn)樣的效果好。
5、影響因素影響分流進(jìn)樣的因素很多,主要有:
(1)樣品的性質(zhì),如沸點(diǎn)、極性、粘度、分子大小、汽化時(shí)蒸氣膨脹因子等;
(2)儀器因素①汽化室、分流口等是否正確安裝,要求進(jìn)樣針全部插入后,針尖能到達(dá)汽化溫度較高處,石英玻璃毛也應(yīng)裝在此處;色譜柱進(jìn)口端應(yīng)位于分流點(diǎn)之上,同時(shí),襯管和色譜柱是同軸的;②載氣流路設(shè)計(jì),襯管的結(jié)構(gòu)等;
(3)操作條件①溫度,如汽化室溫度和色譜柱的初溫;②載氣流速;③進(jìn)樣量和進(jìn)樣速度;④分流比,合適的分流比可減小分流歧視。
6、分流歧視問題所謂分流歧視是指在一定分流比條件下,不同樣品組分的實(shí)際分流比與原來設(shè)定(或測定)的分流比是不同的,這就會(huì)造成進(jìn)入色譜柱的樣品組成不同于原來的樣品組成,從而影響定量分析的準(zhǔn)確度。因此,采用分流進(jìn)樣時(shí)常常存在分流歧視。
(1)影響分流歧視的因素影響分流歧視的主要原因有:①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(diǎn)不同,因而汽化速度不同。由于汽化室里的樣品隨載氣流動(dòng),且樣品從汽化室進(jìn)入色譜柱的時(shí)間很短(以秒計(jì)),汽化速度不同,除了導(dǎo)致不同樣品組分進(jìn)入色譜柱時(shí)間不同外,不同組分進(jìn)入色譜柱的汽化狀態(tài)可能不一樣??疾煜鄬ζ斓慕M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(yuǎn)大于進(jìn)入柱內(nèi)流量,汽化慢、汽化不太全的組分,可能多從分流口流掉。
②不同樣品組分在載氣中的擴(kuò)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、黏度不同,以及樣品汽化時(shí)的蒸汽膨脹因子差異,都影響擴(kuò)散速度。在合適的汽化溫度和襯管結(jié)構(gòu)前提下,分子體積小、黏度小、蒸汽膨脹因子大的組分,擴(kuò)散速度較快。擴(kuò)散慢的組分比擴(kuò)散快的組分,在分流口位置的濃度大,可能多從分流口分掉。
③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。
(2) 解決方案有分流,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(kuò)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(diǎn)的分流比。
不分流進(jìn)樣
不分流式進(jìn)樣和分流式進(jìn)樣需要的設(shè)備相似。樣品在導(dǎo)入加熱的襯管后迅速蒸發(fā),這時(shí)關(guān)閉分流管將樣品導(dǎo)入色譜柱中。在20~60s后開啟分流閥將加熱的襯管中的微量蒸汽排出。待測組分在較低的柱溫下由于溶劑效應(yīng)在色譜柱頂端再次富集,使樣品以較窄的帶寬進(jìn)行分離。
理想的再富集是溶質(zhì)組分在色譜柱入口形成一層液膜。這種效果可以通過使用弱極性溶液作為溶劑來實(shí)現(xiàn)。對于極性較強(qiáng)的溶劑如甲醇,只能小體積進(jìn)樣(<2μL)。如果進(jìn)樣體積較大,樣品的峰形就會(huì)失真。類似的情況在分流進(jìn)樣模式中也會(huì)發(fā)生。因?yàn)闃悠沸枰诩訜崾抑蟹胖酶L的時(shí)間,所以不分流進(jìn)樣模式的熱分解效應(yīng)比分流進(jìn)樣模式更明顯。與分流進(jìn)樣模式相比不分流進(jìn)樣更適于用對痕量組分的分析。
1、樣品適用性不分流進(jìn)樣具有明顯高于分流進(jìn)樣的靈敏度,它通常用于環(huán)境分析、食品中的農(nóng)藥殘留監(jiān)測,以及臨床和藥物分析等。這些藥品往往都比較臟,所以樣品的預(yù)處理是保護(hù)色譜柱所必須注意的問題。
不分流進(jìn)樣對樣品溶劑有較嚴(yán)格的要求。一般地講,使用高沸點(diǎn)溶劑比低沸點(diǎn)溶劑有利。另一方面,洛劑的極性一定要與樣品的極性相匹配,且要保證溶劑在所有被測樣品組分之前出峰,否則早流出的峰就會(huì)被溶劑的大峰掩蓋。
對于高沸點(diǎn)痕量組分的分析,不分流進(jìn)樣就容易多了。事實(shí)上,不分流進(jìn)樣應(yīng)是分析高沸點(diǎn)痕最組分的方法。
2、載氣流路和襯管選擇在實(shí)際工作中、不分流進(jìn)樣的應(yīng)用遠(yuǎn)沒有分流進(jìn)樣普遍,只是在分流進(jìn)樣不能滿足分析要求時(shí)(主要是靈敏度要求),才考慮使用不分流進(jìn)樣。這是因?yàn)椴环至鬟M(jìn)樣的操作條件優(yōu)化較為復(fù)雜。對操作技術(shù)的要求高。
襯管的尺寸是影響不分流進(jìn)樣性能的另一個(gè)重要因素。襯管的容積小一些有利,一般為0.25~1mL,且最好使用直通式襯管。當(dāng)用自動(dòng)進(jìn)樣器進(jìn)樣時(shí),因進(jìn)樣速度快,樣品揮發(fā)快,故建議采用容積稍大一些的直通式襯管。對于干凈樣品,襯管內(nèi)可不填充玻璃毛,對于相對臟的樣品,則需要填充玻瑞或石英毛,以保證分析的重現(xiàn)性并保護(hù)色譜柱不被污染。
3、操作參數(shù)設(shè)置
(1)進(jìn)樣口溫度進(jìn)樣口溫度的設(shè)置可以比分流進(jìn)樣時(shí)稍低一些,因?yàn)椴环至鬟M(jìn)樣時(shí)樣品在汽化室滯留時(shí)間長,汽化速度稍慢一些不會(huì)影響分離結(jié)果。
(2)載氣流速從減小初始譜帶寬度的角度考慮,不分流進(jìn)樣的載氣流速應(yīng)當(dāng)高一些,其上限應(yīng)以保證分離度為準(zhǔn)。分流出口的流量(開啟分流閥后)一般為30~60mL/min。
(3)進(jìn)樣量和進(jìn)樣速度進(jìn)樣量一般不超過2μL。進(jìn)樣量大時(shí)應(yīng)選用容積大的襯管,否則會(huì)發(fā)生樣品倒灌。進(jìn)樣速度則應(yīng)快一些,最好用自動(dòng)進(jìn)樣器。若采用手動(dòng)進(jìn)樣,進(jìn)樣速度的重現(xiàn)性會(huì)影響分析結(jié)果。
(4)瞬間不分流時(shí)間瞬間不分流時(shí)間(也有人叫分流延遲時(shí)間、溶劑吹掃時(shí)間)的確定依賴于樣品和溶劑的性質(zhì),襯管的容積、進(jìn)樣速度以及載氣流速。所以這一時(shí)間的確定應(yīng)在其余所有條件都確定之后進(jìn)行。
瞬間不分流時(shí)間的確定方法 :首先將這一時(shí)間設(shè)置長一些(90~120s),以保證全部樣品組分進(jìn)入色譜柱。對樣品進(jìn)行分析之后,選擇一個(gè)待測組分的峰面積(該峰的k值應(yīng)大于5)作為測定指標(biāo),該峰面積值就代表100%的樣品進(jìn)入了色譜柱。
然后逐步縮短不分流時(shí)間(如70, 50, 30s)分別進(jìn)樣分析,計(jì)算同一組分在不同溶劑吹掃時(shí)間條件下的峰面積與第一次分析的峰面積之比,直到此比值小于0.95,此時(shí)的不分流時(shí)間為最短時(shí)間。
最后,再進(jìn)一步微調(diào)不分流時(shí),使同一組分的峰面積達(dá)到第一次分析時(shí)峰面積的95%-99%,此時(shí)的吹掃時(shí)間即為最佳條件。
對于高沸點(diǎn)樣品,不分流時(shí)間長一些有利于提高分析靈敏度。而不影響測定準(zhǔn)確度;對于低沸點(diǎn)樣品。則要盡可能使不分流時(shí)間短一些,最大限度地消除溶劑拖尾,以保證分析準(zhǔn)確度。
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