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气相色谱分析的实验技术

发布时间:2017-10-07 00:00 作者:中国标准物质网 阅读量:951

在气相色谱分析中,要快速、有效地分离出一个复杂的样品,关键是要选择出一根好的色谱柱,并对柱操作条件进行选择。

色谱条件包括分离条件和操作条件。分离条件是指色谱柱类型和柱温的选择;操作条件是指载气流速、进样条件及检测器温度的选择。

a.色谱柱分离条件的选择

1.载体粒度及筛分范围

载体粒度越小,柱效越高。但粒度过小,则阻力及柱压增加。通常对填充柱而言,粒度以柱内径的1/25~1/20为宜。

2.固定相的选择

固定相的选择,应根据相似相溶的原则。相似相容原理是指结构或极性相似的物质之间有较大的溶解度。色谱分析中要实现组分的分离,就要使固定液对组分具有不同的保留能力,而固定液对组分的保留能力就取决于组分在两相中的溶解和解析能力的大小。因此,可按以下原则进行选择。

1)分离非极性组分时,通常选用非极性固定相。不论非极性组分多少,各组分按沸点顺序出峰,低沸点组分先出峰。例如,正辛烷、正壬烷、正葵烷、正十二烷、正十三烷等组分在SE-30柱上分离时,正辛烷先流出,正壬烷流出以后各组分依次流出。而对烃和极性物质的混合物,同沸点的极性物质先流出。

2)中等极性样品应选中等极性固定液,组分基本按沸点顺序出峰,低沸点先出峰。而对沸点相同的非极性与极性组分,非极性组分先流出。

3)分离极性组分时,一般选用极性固定液。各组分按极性大小顺序流出色谱柱,极性小的先出峰。

4)分离非极性和极性的(或易被极化的)混合物,一般选用极性固定液。此时,非极性组分先出峰,极性的(或易被极化的)组分后出峰。

5)醇、胺、水等强极性和能形成氢键的化合物的分离,通常选择极性或氢键型的固定液。

6)组成复杂、较难分离的试样,通常使用特殊固定液或混合固定相。

另外,也可以利用罗什奈德和麦克雷诺兹常数或者最相邻技术优选固定相。

3.柱长和柱内径的选择

柱长的选择方法如下:柱越长,理论塔板数越多,分离越好。增加柱长对提高分离度有利,但组分的保留时间tR增加。柱过长,分析时间增加且峰宽也会增加,导致总分离效能下降。柱长的选用原则是在能满足最难分离组分达到较好的分离度(R≥1.5)的前提下,尽可能选用较短的柱,有利于减小峰宽以及缩短分析时间。填充色谱柱的柱长通常为1~3m。可根据要求的分离度通过计算确定合适的柱长或实验确定。

柱内径的选择方法如下:填充柱为2~4mm;毛细管柱为0.2~0.5mm。柱内径增加,柱效下降。

4.固定液含量的选择

固定液的含量就是指固定液与载体的质量之比。固定液含量的选择与被分离组分的极性、沸点以及固定液本身性质等因素有关。但是从范氏方程中可以看出来,固定液的厚度对柱效率影响很大。当df较厚时,液相传质阻力增大,柱效降低。df减小,液相传质阻力减小,柱效提高。以前多采用高固定液含量,随着载体表面处理技术的发展和高灵敏度检测器的采用,现多采用低固定液含量,一般在10%以下。

采用低固定液含量,可以使用低柱温,缩短了组分的保留时间,有利于实现快速分析,也有利于低柱温下分析高沸点样品。但是固定液含量太低,很难覆盖全部载体表面,容易产生吸附,使色谱峰拖尾,柱效降低。

5.柱温的确定

柱温升高可缩短分析时间,也提高了气相和液相的传质速率,有利于提高效能,色谱峰变窄变高。但是被测组分的挥发度升高,即被测组分在气相中的浓度增大,低沸点组分峰易产生重叠,分离度下降。而柱温降低可使色谱柱的选择性增大,被测组分的相对保留时间增大,利于组分的分离和提高色谱柱的稳定性,延长色谱柱寿命。由于两组分相对保留值增大的同时,两组分的峰宽也在增加,当后者的增加速度大于前者时,两峰的交叠更为严重。选择柱温一般遵循以下几个原则。

1)应使柱温控制在固定液的最高使用温度(超过该温度固定液易流失)和最低使用温度(低于此温度固定液以固体形式存在)范围之内。

2)在能保证分离度R的前提下,尽量使用低柱温,但应保证适宜的tR及峰不拖尾。

3)根据样品沸点情况选择合适柱温,应低于组分平均沸点50~100℃,宽沸程样品应采用程序升温,程序升温可以采用线性也可以采用非线性的。

b.色谱柱操作条件的选择

1.载气种类的选择

载气种类的选择应考虑三个方面:载气对柱效的影响、检测器要求及载气性质。

载气摩尔质量大,可抑制试样的纵向扩散,提高柱效。载气流速较大时,传质阻力项起主要作用,采用较小摩尔质量的载气(如H2、He),可减小传质阻力,提高柱效。

载气的选择除了要考虑对柱效能的影响外,还需要与分析对象及所用的检测器相配(表6-2)。

表6-2载气与检测器的搭配

在载气选择时,还应综合考虑载气的安全性、经济性及来源是否广泛等因素。

2.载气线速度的选择

载气线速度对柱效率和分析速度有显著影响,在最佳线速度下,其塔板高度H最小,柱效最高。在H-u曲线中有一最低点,此时B/u项和Cu项对塔板高度的影响都最小,柱效率最高,其塔板高度称为最小塔板高度Hmim,相应的线速度称为最佳载气线速度uopt

Hmin=A+2(AB)1/2                                 (6-37)

uopt=(B/C)1/2                                (6-38)

在实际分析工作中,为提高分析速度,所选载气线速度可略高于uopt,常称为最佳实用线速度。一般填充柱内径为3~4mm,以H2作载气时,常用线速度为15~20cm/s。以N2作载气时,常用线速度为10~15cm/s。

3.气化温度的选择

色谱仪进样口下端有一气化器,液体试样进样后,在气化室瞬间气化;气化室温度的选择取决于样品的挥发度、沸点及稳定性,以使待测样品迅速气化而不产生分解为准。气化温度一般较柱温高30~70℃,稍高于样品沸点,防止气化温度太高造成试样分解。对于稳定性差的样品可用灵敏度高的检测器降低进样量,在远低于沸点温度时即可气化。

4.检侧器温度的选择

检测器的使用温度一般等于或高于进样口温度;大于柱温30~50℃,防止待测样品组分冷凝而滞留于检测器或管路,造成检测器的污染而降低灵敏度,或堵塞FID喷嘴;一般不小于100℃,否则水凝结在检测器上造成污染。

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