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如何选择气相色谱柱分析条件 色谱柱操作规程

时间:2020-05-16    来源:仪多多仪器网    作者:仪多多商城     
  【中国仪器网 使用手册】气相色谱操作条件的选择,常常决定是否能够达到分离的目的,而选择试验条件的主要依据是范氏方程和分离度与各种色谱参数的关系式。气相色谱柱分析条件的选择主要包括柱温、载气种类和流速等的选择。适当的分析条件,可以在较短的时间内完成分析工作,并达到良好的定性定量目的。在日常工作中,如何进行色谱柱分析条件的选择呢?
 
  柱温的选择
 
  柱温是影响分析时间和分离度的重要因素。选择柱温的依据是样品的沸点范围,固定液的配比,允许使用温度,以及检测器的灵敏度。
 
  柱温主要影响分配系数、容量因子以及组分在流动相和固定相中的扩散系数,从而影响分离度和分析时间。选择温柱的原则,一般是在使难分离物质对达到要求的分离度条件下,尽可能采用低温柱,其优点是可以增加固定相的选择性,降低组分在流动相中的纵向扩散,提高柱效,减少固定液的流失、延长柱寿命和降低检测器的本底。
 
  提高柱温可以使保留时间减少,加快分析速度,使样品中组分完全流出,但是分离效果不好。降低柱温,样品有较大的分配系数,选择性高,有利于分离。但温度过低,容易引起峰形拖尾或前伸,并且分析时间长。可根据固定液的使用温度极限和样品组分沸点调节柱温。
 
  对于高沸点混合物,在保证分离完全的前提下,尽量降低柱温。可在低于分析物沸点180℃~200℃的柱温下进行分析;对沸点不太高(200~300℃)的样品,柱温可选100℃以下;对于气体、气态烃等低沸点混合物,一般选择室温或50℃以下进行分析。对于宽沸程样品,需采用程序升温法进行分离,即柱温按预先设定的程序随时间成线性或非线性增加,从而获得分离效果。
 
  载气的选择
 
  一般说来,痕量分析或毛细管色谱的载气纯化程度,要高于常规分析。特别是电子捕获、热导池检测器,载气纯度直接影响灵敏度和稳定性,一定要严格净化。
 
  根据分析对象,对于色谱柱的类型,操作仪器的档次和具体检测器,若使用不合要求的低纯度气体,不良影响有以下几种可能:
 
  a.样品失真或消失:如H2O气使氯硅样品水解;
 
  b.色谱柱失效:H2O,CO2使分子筛柱失去活性,H2O气使聚脂类固定液分解,O2使PEG固定液断链;
 
  c.有时某些气体杂质和固定液相互作用而产生假峰;
 
  d.对柱保留特性的影响:如H2O 对聚乙二醇等亲水性固定液的保留指数会有所增加,载气中氧含量过高时,无论是极性或是非极性固定液柱的保留特性,都会产生变化,使用时间越长影响越大;
 
  e.检测器:TCD:信噪比减小,无法调零,线性变窄,文献中的校正因子不能使用,氧含量过大,使元件在高温时加速老化,减少寿命;FID:特别是在Dt≤1×10-11/S下操作时,CH4等有机杂质会使基流激增,噪声加大不能进行微量分析;
 
  f.在做程序升温操作时,载气中的某些杂质,在低温时保留在色谱柱中,当柱温升高时不但引起基线漂移,还可能在谱图上出现比较宽的“假峰”;
 
  g.仪器影响:各类过滤器加速失效;调节阀(稳压阀,稳流阀,针形阀) 被污染,气阻堵塞,调节精度降低或失灵;气路系统被污染,若要恢复仪器在高灵敏度情况下操作,有时要吹洗很长时间(可能一周以上), 污染严重时有时再也无法恢复;对于FID,水蒸气会影响分析结果,直至影响检测器的寿命;对ECD和TCD的寿命明显,这点应引起用户特别注意。
 
  载气的压力和流速
 
  载气压力对柱效率有直接的影响。如提高柱内压力,有助于提高柱效率。但只提高入口压力,使流速加大且压降太大时,反而会降低柱效率,因此也必须提高出口压力。一般采用在柱后加装适当气阻的方法来解决这一问题。
 
  载气流速主要影响分离效率和分析时间。为获得高柱效,应选用佳流速,但所需分析时间较长。为缩短分析时间,一般选择载气速度要高于佳流速,此时柱效虽稍有下降,却节省了很多分析的时间。常用的载气速度流速为20~80mL/min。
 
  对于FID 或FPD 检测器,氢气和空气的比例是影响分离度和灵敏度的重要因素,只有反复试验,才能确定适合的比例。对于填充柱色谱柱,载气流入方向要尽量与色谱柱内固定相装填方向一致,以减小压差,提率。
 
  进样量的选择
 
  进样量的多少直接影响谱带的初始宽度。因此,只要检测器的灵敏度足够高,进样量越少,越有利于得到良好的分离。一般情况下,柱越长,管径越粗,组分的容量因子越大,则允许的进样量越多。一般气体进样量在1~10mL,液体进样量在0.5~10μL 之间,可取得较好的分析效果。此外,进样速度要快,进样时间要短,以减少纵向扩散,有利于提高柱效。
 
  气化温度的选择
 
  气化温度取决于样品的挥发性、沸点范围及进样量等因素。气化温度选择不当,会使柱效下降。通常气化室的温度选择为样品沸点或高于沸点,以保证样品能瞬间气化;但不要超过沸点50℃以上,以防止样品分解。
 
  对于一般的气相色谱分析,气化温度比柱温高10~50℃即可。但对于某些高沸点组分或热稳定性差的组分,在其沸点左右分析会产生分解现象。此时应采取的措施是减少进样量,采用高灵敏度检测器,气化室温度的选择应低于其沸点100~200℃。
 
  从以上介绍的选择原则可以看出,各种条件往往同时影响色谱柱的选择性和效率,它们之间既密切联系又互相制约。因此在实际分析中,要作综合考虑,灵活地运用这些原则,既要保证良好的选择性,又要保证分离效率,合理地选择佳色谱分析条件。

色谱柱性能下降的原因

  色谱柱破裂

  熔融石英毛细管柱的聚酰亚胺涂层如有少许破裂它就会断裂,聚酰亚胺涂层保护着脆弱的熔融石英毛细管,柱箱连续地加热和冷却,柱箱风扇的震动,把色谱柱绕在圆形柱架上都会对毛细管造成应力,最后在很小的弱点处会破裂,聚酰亚胺涂层形成的划痕或磨损处会造成弱点,当利刃或薄片触及毛细管时常会造成划痕,色谱柱挂钩和标签、柱箱中的金属边缘、色谱柱切割器和实验室实验台上各种类似的东西都是利刃或薄片的来源。

  色谱柱自身破裂的情况很少,色谱柱制造业注意剔除任何有弱点的柱子,以免使色谱柱的完美性受到影响,大内径柱更容易破裂。

  热损坏

  超过色谱柱的温度上限会造成色谱柱固定相和管表面的加速损坏,这样会造成色谱柱的过量流失,活性组分形成拖尾,柱效降低。因此,在色谱柱明显的损坏以前于温度极限以上运行需较长时间,当有氧存在时会大大加速热损坏,在有泄漏或过加热加温色谱柱会加速损坏并永久性损坏色谱柱。

  设定GC的最高柱温在色谱柱高温极限或稍高于这一极限是可以避免热损坏的方法,这样可避免色谱柱意外的过热,如果色谱柱受到热损失,它仍然还会有一定的功能。把色谱柱从检测器上卸下来,在极限的恒温温度下加热8-16小时,把色谱柱接到检测器的一端截去10-375px,按正常情况安装色谱柱并进行老化。但是这一色谱柱不能恢复到原来的性能,可是常常仍具有一定的功能,在热损坏之后色谱柱的寿命会缩短。

  氧损坏

  在近于室温下不会对色谱柱有损害,柱温升高时会严重损坏色谱柱。通常对于极性固定相,发生严重损坏时的温度和氧浓度都很低。长时间暴露在氧气中是有问题的。短时间地暴露在氧气中如注射空气或拿掉隔垫螺帽时不会有什么问题。

  在载气通道上有泄漏的地方(如气路、接头、进样器)往往是进入氧气的源头。当色谱柱加热时,就会很快损坏固定相,这就会过早地引起色谱柱的过度流失、活性化合物有拖尾、降低柱效。在不太严重的情况下色谱柱还会有一定的分离功能,但是性能已经下降了。在严重的情况下这支色谱柱就完全不能使用了。

  让系统避免和氧接触和避免泄漏是不受到氧损坏比较有效的方法,对GC系统的良好维护包括定期对管线和压力调节器进行检漏、定期更换隔垫,使用高纯度载气、安装氧捕集以及不要等载气钢瓶用空了再进行更换。

  化学损坏

  有相当少数化合物会使固定相遭到破坏,不挥发性化合物(高分子量或高沸点)进入色谱柱常常会降低色谱柱的性能,但是不会破坏固定相。这些沉积的残留物可以用溶剂冲洗色谱柱而除去以恢复色谱柱的性能。

  要避免进入色谱柱的主要化合物是无机或矿物碱和酸,这类酸包括盐酸、硫酸、硝酸和磷酸。碱包括氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化铵。这些酸和碱不挥发,积累在色谱柱前端。如果使其停留在那里就会破坏固定相,使色谱柱过早地大量流失、使活性化合物拖尾、柱效降低。其征兆和热损失及氧损坏类似。

  由于化学损失夺发生在色谱柱的前端,所以处理或把色谱柱前端切掉0,5—1m可消除任何色谱方面的故障,在比较严重的情况下,可以截去5m或更长的一段。如果使用保护柱就会减小色谱柱被损坏的长度,但是需要处理保护柱,酸或碱常常会破坏熔融石英管的去活表面,因而会引起活性化合物的峰型变坏。

  色谱柱被污染

  有两种基本类型的污染物:不挥发性污染和半挥发性污染物,不挥发性污染物或残留物不能从色谱柱里洗脱出来,而是累积在色谱柱里,这样它就成为涂渍了残留物的色谱柱,因而影响溶质的分配,即溶质溶入和蒸发出固定相的正常分配,而且残留物还会和活性化合物相互作用,引起峰的吸附问题(甚至造成拖尾或减少峰面积)。活性溶质是指那些含有羟基或氨基和一些硫醇基及醛的物质,半挥发性污染物或积累在色谱柱中的残留物,最终会洗脱出去。但需要几个小时或几天才完全洗脱出来,和不挥发性残留物一样,它们也会引起峰形变坏和峰面积减小的问题,此外,常常引起很多基线的问题(不稳定、漂移、噪音、鬼峰等)。

  污染物的来源

  污染物的来源有许多,其中进样是最主要的来源。萃取自最差基体的样品,生物液体和组织、土壤、废水等类似的含有大量半挥发和不挥发物质的基体,甚至使用仔细及彻底的萃取方法,样品也会含有少许这些物质并带到注射样品中。几次到几百次进样会造成残留物的积累故障,进样技术如柱上进样、不分流进样和大口径柱直接进大量样品到色谱柱中,这些进样方法常常会造成色谱柱的污染。

  保养措施

  最大限度地减少半挥发性和不挥发性样品残留物是减少污染问题的可以方法,然而污染物的存在常常是不知道的。严格和彻底的净化样品是防止污染问题的可以办法,使用保护柱可以减轻或推迟色谱柱受到污染的损害。如果色谱柱被污染了,可以的办法是用溶剂进行清洗除去污染物。建议不要使用长时间加热的方法来处理受到污染的色谱柱。

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色谱柱的老化步骤

  色谱柱老化的目的:是彻底除去填充物中的残留溶剂和某些挥发性的物质;另一方面是促进固定液均匀牢固地分布在担体的表面上。而且新的气相色谱柱必须老化。  装填好的色谱柱,连接于仪器上后,应先试压,试漏,而后在恒定的温度下用载气吹洗数小时后承受分析,一般称此为柱子的老化过程。老化的目的是把固定相的残存溶剂,低沸点杂质,低分子量固定液等赶走,使记录器基线平直,并在老化温度下使固定液在担体表面有一个再分布过程,从而涂得更加均匀牢固。装填好的色谱柱,经过老化一段时间后,柱效及性能均稳定了,这样才可使用。  老化步骤:  1、打开氮气、氢气、空气发生器电源开关,输出压力稳定在0.4Mpa左右。  2、打开色谱仪气体净化器的氮气开关,当色谱仪载气B的柱前压上升并稳定大约5分钟后,打开色谱仪的电源开关。  3、设置各工作部温度,柱箱初始温度50℃,)进样器和检测器都是250℃。  4、待检测器温度升到100℃以上后,打开净化器上的氢气、空气开关,色谱仪的氢气稳定在0.1Mpa,空气压力为0.15Mpa左右,观察基线在氢火焰点着后的电压值应高于点火之前。  5、显示屏左下方应有蓝字显示当前的电压值和时间,待基线稳定后进样品并同时点击“启动”按钮或按一下色谱仪旁边的快捷按钮,进行色谱数据分析。分析结束时,点击“停止”按钮,数据即自动保存。  6、首先关闭氢气和空气气源,使氢火焰检测器灭火。

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