色譜工作者常會(huì)碰到這樣的問(wèn)題，什么時(shí)候該換氣相色譜儀的色譜柱了?色譜柱的塔板數(shù)能體現(xiàn)色譜柱的狀態(tài)嗎?確定表明一支色譜柱應(yīng)該“退休”的標(biāo)準(zhǔn)，從經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，當(dāng)一支色譜柱的塔板數(shù)降低到新柱子時(shí)的百分之多少時(shí)就可以認(rèn)為該色譜柱不能再使用了呢?將塔板數(shù)作為評(píng)價(jià)色譜柱質(zhì)量的唯一指標(biāo)合適嗎?在您的實(shí)驗(yàn)室里是如何判斷一根色譜柱不可以再用了呢?
塔板數(shù)是一個(gè)粗略的指標(biāo)，不能作為評(píng)價(jià)色譜柱的標(biāo)準(zhǔn)。通常使用塔板數(shù)來(lái)考察氣相色譜儀系統(tǒng)：將新柱子接到儀器上，根據(jù)色譜柱生產(chǎn)商提供的測(cè)試條件測(cè)試該色譜柱，你應(yīng)該得到和分析報(bào)告上同樣的結(jié)果。最差也應(yīng)該得到比報(bào)告值低10%的塔板數(shù)。如果你所測(cè)得的塔板數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于廠(chǎng)家提供的報(bào)告數(shù)據(jù)，這就說(shuō)明你的色譜系統(tǒng)可能存在一些問(wèn)題。進(jìn)樣器、柱外效應(yīng)、毛細(xì)連接以及檢測(cè)器都是容易出現(xiàn)問(wèn)題的地方。
相信每個(gè)氣相色譜儀工作者都會(huì)關(guān)心分辨率，分辨率是考察一根色譜柱分離具體樣品的好壞程度的指標(biāo)。色譜的核心任務(wù)就是為了使每個(gè)峰完成分離，我們?cè)趯?shí)際工作中需要得到合理峰寬的窄峰以便獲得較低的檢測(cè)限(這已經(jīng)不是什么難題，現(xiàn)在的色譜柱都可以達(dá)到這個(gè)要求)。
然而，我們需要考慮的氣相色譜儀另一個(gè)因素是塔板數(shù)對(duì)分辨率的影響僅僅是平方根的關(guān)系，這意味著當(dāng)一根色譜柱的塔板數(shù)下降50%，分辨率僅僅下降7%。而當(dāng)一根色譜柱塔板數(shù)下降為新柱子一半的時(shí)候，你肯定看到了其它更加嚴(yán)重的癥狀告訴你這根色譜柱的壽命不長(zhǎng)了。其實(shí)，大多數(shù)用戶(hù)僅僅使用色譜柱塔板數(shù)的一小部分。例如，對(duì)一支新的150mm×4.6mm，5mm粒徑的色譜柱來(lái)講，廠(chǎng)家測(cè)試報(bào)告上的塔板數(shù)為14,000。使用下面的公式可以估算一支色譜柱的塔板數(shù)
N=3000*L/Dp
L是色譜柱的柱長(zhǎng)，以厘米為單位;Dp是填料的粒徑，以微米為單位
一支150mm×4.6mm，5mm粒徑的色譜柱的柱效大約為9000，比廠(chǎng)家測(cè)試數(shù)據(jù)低30%。在實(shí)際的工作中，大多數(shù)氣相色譜儀方法僅僅需要這些塔板數(shù)的一半，這些色譜方法還有優(yōu)化的空間嗎?答案是肯定的?？梢?jiàn)，色譜柱的塔板數(shù)不是分離中重要的參數(shù)。
較好的方法是使用壓力、分辨率和峰形的混合指標(biāo)來(lái)考察一根色譜柱的狀態(tài)。壓力的測(cè)量是最容易的，通常我們確定的氣相色譜儀方法要滿(mǎn)足以下的要求：用氣相色譜儀新柱子時(shí)柱壓不高于2500psi，在任何情況下壓力都不超過(guò)3000psi。盡管現(xiàn)代的液相色譜系統(tǒng)都可在更高的壓力下使用，但由于高壓產(chǎn)生的系統(tǒng)損耗和泄漏的問(wèn)題會(huì)很?chē)?yán)重。當(dāng)壓力超過(guò)3000psi時(shí)，考慮更換進(jìn)樣器和色譜柱之間的0.5mm孔徑的在線(xiàn)濾片。如果更換濾片后壓力仍然高，則色譜柱的濾片或者是色譜柱已經(jīng)被污染，這提示我們?cè)摀Q柱子了。有統(tǒng)計(jì)表明，超過(guò)60%的色譜柱損壞是由于壓力過(guò)高的原因。
分辨率是我們考察色譜柱的一個(gè)非常重要的指標(biāo)，只要兩個(gè)組分可以獲得基線(xiàn)分離，對(duì)該分析物的定量就不會(huì)有什么問(wèn)題。對(duì)于對(duì)稱(chēng)的高斯峰來(lái)講，1.5的分辨率即可得到基線(xiàn)分離;若Rs在1.7至2.0之間則更好。若峰拖尾嚴(yán)重則需要更高的分辨率。使用分辨率作為色譜柱的評(píng)價(jià)指標(biāo)的好處在于我們可以直觀(guān)地看到相鄰的峰的分離情況。
另外一個(gè)考察色譜柱質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)是峰形拖尾情況，廠(chǎng)家測(cè)試報(bào)告的峰形都非常漂亮，但這并不代表該色譜柱分析實(shí)際樣品的情況。實(shí)際樣品中總是含有或多或少引起峰形拖尾的組分。最值得一提的是含有氮原子的化合物，這些化合物和硅膠骨架上的游離硅羥基結(jié)合非常緊密，隨著色譜柱使用時(shí)間越長(zhǎng)，鍵合相流失，拖尾則更加嚴(yán)重。然而拖尾情況的改變不像分辨率的改變那樣能夠馬上看出來(lái)。基于此，可以定一個(gè)拖尾因子的上限，如美國(guó)藥典規(guī)定拖尾因子不超過(guò)1.8。
確定色譜柱“拋棄”標(biāo)準(zhǔn)的較佳時(shí)間是當(dāng)我們開(kāi)發(fā)分析方法或作方法認(rèn)證的時(shí)候。通常，在開(kāi)發(fā)分析方法的過(guò)程中你會(huì)試驗(yàn)幾根色譜柱，分析足夠多的實(shí)際樣品，你知道當(dāng)分離變差的時(shí)候是什么樣的情況。我傾向于在開(kāi)始時(shí)使用一個(gè)寬的范圍。我們的經(jīng)驗(yàn)是這樣的：你如果在開(kāi)始時(shí)緊縮系統(tǒng)適用性要求，在方法認(rèn)證后再放寬這個(gè)要求是很困難的。在分析實(shí)際樣品之前進(jìn)行系統(tǒng)適用性考察，以確保該色譜方法滿(mǎn)足分析者可以接受的標(biāo)準(zhǔn)。
引起定量不重復(fù)的原因是多方面的一般可以歸結(jié)為兩大類(lèi)：一類(lèi)為單純性靈敏度變化型即除了定量重復(fù)性不合格外其它指標(biāo)未發(fā)現(xiàn)異常;另一類(lèi)為伴隨性靈敏度變化型即除靈敏度變化之外還伴隨有其它異?，F(xiàn)象出現(xiàn)包括基線(xiàn)不穩(wěn)定性、峰保留時(shí)間變化及產(chǎn)生峰形畸變等異?，F(xiàn)象。屬于第一類(lèi)型故障的原因，氧氣分析儀主要是：進(jìn)樣技術(shù)不佳注射器有堵漏樣品制備不均勻進(jìn)樣口污染物堆積以及氣路存在漏氣現(xiàn)象等。屬于第二類(lèi)型故障的原因主要是：載氣流量變化，超聲波測(cè)厚儀檢測(cè)器玷污、過(guò)載柱溫變化以及檢測(cè)器操作條件(如氫氣、極化電壓、脈沖電壓等)發(fā)生變化。
考慮到各種故障產(chǎn)生可能性的大小以及故障鑒別的方便性制定出下述檢測(cè)方案：
(1)進(jìn)樣技術(shù)檢查：進(jìn)樣技術(shù)不佳是造成拖尾峰(tailingpeak)。前者少見(jiàn)。>色譜峰不重復(fù)的最可能原因。它通常表現(xiàn)為峰高/峰面積忽大忽小峰高/峰面積大小變化無(wú)規(guī)則。提高進(jìn)樣重復(fù)性的關(guān)鍵在于始終保持進(jìn)樣操作各個(gè)步驟的重復(fù)性。這包括取樣操作取樣到進(jìn)樣期間的空閑時(shí)間進(jìn)針快慢及拔出注射器的早晚。通常操作人員在經(jīng)過(guò)較多地進(jìn)樣重復(fù)性訓(xùn)練之后可以達(dá)到所需的要求。
(2)注射器檢查：操作人員進(jìn)樣技術(shù)提高后色譜峰靈敏度仍然無(wú)顯著改觀(guān)，涂層測(cè)厚儀維修需認(rèn)真檢查注射器本身是否有堵塞或泄漏現(xiàn)象。必要時(shí)更換一個(gè)好的注射器重新進(jìn)樣試驗(yàn)。
(3)樣品均勻性檢查：制備的樣品在樣品瓶中混合不均勻或每次取樣時(shí)注射器對(duì)樣品產(chǎn)生玷污以及樣品揮發(fā)等都會(huì)影響出峰靈敏度的重復(fù)性(不能漏過(guò)此項(xiàng)檢查)。定量不重復(fù)由上述三種原因引起的可能性很大而且都和進(jìn)樣操作密切相關(guān)因此可一起進(jìn)行檢查。只有在上述檢查后無(wú)異常發(fā)現(xiàn)時(shí)才轉(zhuǎn)入接下的檢查步驟。
(4)伴隨現(xiàn)象觀(guān)察：在檢查靈敏度情況的同時(shí)注意是否有下述異?，F(xiàn)象發(fā)生包括基線(xiàn)是否穩(wěn)定出峰保留時(shí)間是否重復(fù)峰形是否有畸變?nèi)N情況如果出現(xiàn)其中一種應(yīng)先按所出現(xiàn)的故障進(jìn)行排除再重新進(jìn)行定量重復(fù)性測(cè)試。沒(méi)發(fā)現(xiàn)伴隨異?，F(xiàn)象時(shí)應(yīng)轉(zhuǎn)入下面的檢查步驟。
(5)進(jìn)樣口污染及系統(tǒng)漏氣檢查：關(guān)斷橋電流(對(duì)TCD而言)后取下進(jìn)樣口隔墊觀(guān)察進(jìn)樣口內(nèi)是否有污染或堆積物如果有需進(jìn)行清除和清洗。清洗完畢裝上隔墊后需對(duì)氣路系統(tǒng)進(jìn)行試漏：堵住檢測(cè)器出口觀(guān)察轉(zhuǎn)子流量計(jì)中的轉(zhuǎn)子應(yīng)能下降為零否則說(shuō)明氣路有泄漏。在確信進(jìn)樣口無(wú)嚴(yán)重污染及氣路無(wú)漏氣的情況下進(jìn)行(6)的檢查。
(6)特種原因檢查：對(duì)有些檢測(cè)器而言某些原因所伴隨的故障異常不太明顯易被忽略掉因此應(yīng)按照此項(xiàng)進(jìn)行檢查以便不漏過(guò)可能發(fā)生故障的因素。
a)對(duì)FID來(lái)說(shuō)極化電壓較低及氫氣流量不穩(wěn)有可能導(dǎo)致靈敏度變化而無(wú)其它明顯異常。對(duì)此可首先測(cè)試極化電壓大小以確定極化電壓是否太低過(guò)低的極化電壓以及無(wú)極化電壓都屬于故障。正常時(shí)極化電壓為150~300V。如極化電壓正常則應(yīng)轉(zhuǎn)入放大器的靈敏檔觀(guān)察氫焰基始電流的變動(dòng)情況在氫氣流不穩(wěn)定時(shí)基流應(yīng)能呈現(xiàn)出擺動(dòng)和漂移現(xiàn)象。
b)對(duì)于任何檢測(cè)器樣品中的某些組分在檢測(cè)器中逐漸冷凝并累積將會(huì)影響下一次進(jìn)樣后的靈敏度情況嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成氣路堵塞。通常的解決方法也是適當(dāng)提高檢測(cè)器的溫度以減少或消除樣品室的冷凝現(xiàn)象。
氣相色譜可分為氣固色譜和氣液色譜。氣固色譜指流動(dòng)相是氣體，固定相是固體物質(zhì)的色譜分離方法。
例如活性炭、硅膠等作固定相。氣液色譜指流動(dòng)相是氣體，固定相是液體的色譜分離方法。
例如在惰性材料硅藻土涂上一層角鯊?fù)?，可以分離、測(cè)定純乙烯中的微量甲烷、乙炔、丙烯、丙烷等雜質(zhì)。
特點(diǎn)
氣相色譜法是指用氣體作為流動(dòng)相的色譜法。由于樣品在氣相中傳遞速度快，因此樣品組分在流動(dòng)相和固定相之間可以瞬間地達(dá)到平衡。
另外加上可選作固定相的物質(zhì)很多，因此氣相色譜法是一個(gè)分析速度快和分離效率高的分離分析方法。近年來(lái)采用高靈敏選擇性檢測(cè)器，使得它又具有分析靈敏度高、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。
原理
GC主要是利用物質(zhì)的沸點(diǎn)、極性及吸附性質(zhì)的差異來(lái)實(shí)現(xiàn)混合物的分離，其過(guò)程如圖氣相分析流程圖所示。
待分析樣品在汽化室汽化后被惰性氣體（即載氣，也叫流動(dòng)相）帶入色譜柱，柱內(nèi)含有液體或固體固定相，由于樣品中各組分的沸點(diǎn)、極性或吸附性能不同，每種組分都傾向于在流動(dòng)相和固定相之間形成分配或吸附平衡。
但由于載氣是流動(dòng)的，這種平衡實(shí)際上很難建立起來(lái)。也正是由于載氣的流動(dòng)，使樣品組分在運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行反復(fù)多次的分配或吸附/解吸附，結(jié)果是在載氣中濃度大的組分先流出色譜柱，而在固定相中分配濃度大的組分后流出。
當(dāng)組分流出色譜柱后，立即進(jìn)入檢測(cè)器。檢測(cè)器能夠?qū)悠方M分轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，而電信號(hào)的大小與被測(cè)組分的量或濃度成正比。當(dāng)將這些信號(hào)放大并記錄下來(lái)時(shí)，就是氣相色譜圖了。
組成
氣相色譜儀由以下五大系統(tǒng)組成：氣路系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、檢測(cè)記錄系統(tǒng)。
組分能否分開(kāi)，關(guān)鍵在于色譜柱；分離后組分能否鑒定出來(lái)則在于檢測(cè)器，所以分離系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng)是儀器的核心。
應(yīng)用
在石油化學(xué)工業(yè)中大部分的原料和產(chǎn)品都可采用氣相色譜法來(lái)分析；在電力部門(mén)中可用來(lái)檢查變壓器的潛伏性故障；在環(huán)境保護(hù)工作中可用來(lái)監(jiān)測(cè)城市大氣和水的質(zhì)量；在農(nóng)業(yè)上可用來(lái)監(jiān)測(cè)農(nóng)作物中殘留的農(nóng)藥；
在商業(yè)部門(mén)可用來(lái)檢驗(yàn)及鑒定食品質(zhì)量的好壞；在醫(yī)學(xué)上可用來(lái)研究人體新陳代謝、生理機(jī)能；在臨床上用于鑒別藥物中毒或疾病類(lèi)型；在宇宙艙中可用來(lái)自動(dòng)監(jiān)測(cè)飛船密封倉(cāng)內(nèi)的氣體等等。
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