氣相色譜(GC)是一種分離技術(shù)。實(shí)際工作中要分析的樣品往往是復(fù)雜基體中的多組分混合物,對(duì)含有未知組分的樣品,首先必須將其分離,然后才能對(duì)有關(guān)組分進(jìn)行進(jìn)一步的分析。
混合物的分離是基于組分的物理化學(xué)性質(zhì)的差異,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。待分析樣品在汽化室汽化后被惰性氣體(即載氣,一般是N2、He等)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/解附,結(jié)果在載氣中分配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。
進(jìn)樣隔墊
進(jìn)樣隔墊一般為硅橡膠材料制成,一般可分普通型、優(yōu)質(zhì)型和高溫型三種,普通型為米黃色,不耐高溫,一般在200℃以下使用;優(yōu)質(zhì)型可耐溫到300℃;高溫型為綠色,使用溫度可高于350℃,至色譜柱最高使用溫度的400℃。正因?yàn)檫M(jìn)樣隔墊多為硅橡膠材料制成,其中不可避免地含有一些殘留溶劑和/或低分子齊聚物,另外由于汽化室高溫的影響,硅橡膠會(huì)發(fā)生部分降解,這些殘留的溶劑和降解產(chǎn)物如果進(jìn)入色譜柱,就可能出現(xiàn)“鬼峰”(即不是樣品本身的峰),從而影響分析。解決的辦法有:一是進(jìn)行“隔墊吹掃”,二是更換進(jìn)樣隔墊。一般更換進(jìn)樣隔墊的周期以下面三個(gè)條件為準(zhǔn):
(1)出現(xiàn)“鬼峰”;
(2)保留時(shí)間和峰面積重現(xiàn)性差;
(3)手動(dòng)進(jìn)樣次數(shù)70次,或自動(dòng)進(jìn)樣次數(shù)50次以后。
玻璃襯管
氣相色譜的襯管多為玻璃或石英材料制成,主要分成分流襯管、不分流襯管、填充柱玻璃襯管三種類型。襯管能起到保護(hù)色譜柱的作用,在分流/不分流進(jìn)樣時(shí),不揮發(fā)的樣品組分會(huì)滯留在襯管中而不進(jìn)入色譜柱。如果這些污染物在襯管內(nèi)積存一定量后,就會(huì)對(duì)分析產(chǎn)生直接影響。比如,它會(huì)吸附極性樣品組分而造成峰拖尾,甚至峰分裂,還會(huì)出現(xiàn)“鬼峰”,因此一定要保持襯管干凈,注意及時(shí)清洗和更換。
玻璃襯管清洗的原則和方法當(dāng)以下現(xiàn)象:
(1)出現(xiàn)“鬼峰”;
(2)保留時(shí)間和峰面積重現(xiàn)性差出現(xiàn)時(shí),應(yīng)考慮對(duì)襯管進(jìn)行清洗。清洗的方法和步驟如下:
(1)拆下玻璃襯管;
(2)取出石英玻璃棉;
(3)用浸過(guò)溶劑(比如丙酮)的紗布清洗襯管內(nèi)壁。玻璃襯管更換時(shí)要注意玻璃棉的裝填:裝填量3~6mg,高度5~10mm。要求填充均勻、平整。
氣體過(guò)濾器
變色硅膠可根據(jù)顏色變化來(lái)判斷其性能,但分子篩等吸附有機(jī)物的過(guò)濾器就不能用肉眼判斷了,所以必須定期更換,一般3個(gè)月更換或再生一次。
由于分流氣路中的分子篩過(guò)濾器飽和或受污嚴(yán)重,就會(huì)出現(xiàn)基線漂移大的現(xiàn)象,這個(gè)時(shí)候就必須更換或再生過(guò)濾器了。再生的方法是:(1)卸下過(guò)濾器,反方向連接于原色譜柱位置。(2)再生條件:載氣流速40~50ml/min,溫度340℃,時(shí)間5h。
檢測(cè)器
如果說(shuō)色譜柱是色譜分離的心臟,那么,檢測(cè)器就是色譜儀的眼睛。無(wú)論色譜分離的效果多么好,若沒有好的檢測(cè)器就會(huì)“看”不出分離效果。因此,高靈敏度、高選擇性的檢測(cè)器一直是色譜儀發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。目前,GC所使用的檢測(cè)器有多種,其中常用的檢測(cè)器主要有火焰離子化檢測(cè)器(FID)、火焰熱離子檢測(cè)器(FTD)、火焰光度檢測(cè)器(FPD)、熱導(dǎo)檢測(cè)器(TCD)、電子俘獲檢測(cè)器(ECD)等。
氣相色譜儀器故障排除方法(保留時(shí)間不重復(fù))
引起保留時(shí)間不重復(fù)的最可能原因只有兩個(gè),一個(gè)是柱溫不穩(wěn)定;另一個(gè)是流速有變化。而檢測(cè)器的故障不會(huì)造成保留時(shí)間的不重復(fù)。造成保留時(shí)間不重復(fù)的其它原因有進(jìn)樣技術(shù)不佳,進(jìn)樣量過(guò)大及柱損傷等。
排除保留時(shí)間不重復(fù)故障的步驟如下:
?。?)重復(fù)進(jìn)樣檢查:為了進(jìn)一步證實(shí)保留時(shí)間不重復(fù)故障,應(yīng)首先檢查進(jìn)樣的重復(fù)性。在重復(fù)進(jìn)樣時(shí)可以由一人獨(dú)立操作,這樣能較好地解決進(jìn)樣時(shí)間的重復(fù)性問(wèn)題;如果重復(fù)進(jìn)樣后保留時(shí)間仍然不能重復(fù),則應(yīng)轉(zhuǎn)入下一步。
?。?)溫控精度及程序升溫重復(fù)性檢查:恒溫分析時(shí)應(yīng)首先檢查柱室溫度是否穩(wěn)定在原分析操作所要求的設(shè)定值上。必要時(shí)要檢查柱室溫度的穩(wěn)定性,如設(shè)定值及實(shí)際柱溫與原分析條件有偏差,應(yīng)以原分析條件為準(zhǔn);如果柱室溫度在運(yùn)行中有突然跳動(dòng),應(yīng)進(jìn)行溫度控制故障檢查與排除。在應(yīng)用程序升溫的場(chǎng)合下,要檢查程序升溫過(guò)程起始、終止柱溫及升溫速率與原分析條件是否一致。在檢查時(shí)應(yīng)注意,每次重新升溫時(shí),是否有足夠的時(shí)間使起始溫度保持一致,特別是起始溫度很接近室溫時(shí),更應(yīng)如此。程序升溫的升溫速率可以通過(guò)先測(cè)定升溫中始、終兩點(diǎn)間所需時(shí)間值,然后用終溫與始溫之差除以該時(shí)間值而加以驗(yàn)證。程序升溫中還有一種情況不易為操作者所發(fā)現(xiàn)。那就是在升溫過(guò)程中溫度的變化很不均勻,忽快忽慢。但總的升溫速率卻看不出變化。對(duì)此現(xiàn)象可采取記錄程序升溫曲線而加以比較。如無(wú)自動(dòng)記錄方式可用手工法逐段加以記錄,程序升溫結(jié)束時(shí)再逐段加以對(duì)照,即可。
(3)載氣流速檢查:載氣流速的改變是引起保留時(shí)間不重復(fù)的另一個(gè)重要原因??捎迷砟?font color="#0268CA">流量計(jì)測(cè)定柱后或檢測(cè)器之后的實(shí)際流速加以證實(shí)。對(duì)于恒溫分析來(lái)說(shuō),主要檢測(cè)實(shí)測(cè)值與預(yù)定值之間的偏差,必要時(shí)重新調(diào)整設(shè)定值使流速達(dá)到預(yù)定值要求。對(duì)于程序升溫來(lái)說(shuō),必須檢查溫度處于始、終兩點(diǎn)時(shí)載氣流速是否有較大的變化。如果在始、終兩點(diǎn)間流速之差超過(guò)2mL/s(當(dāng)柱內(nèi)徑為4mm時(shí))即認(rèn)為穩(wěn)流特性不好,這時(shí)需進(jìn)一步檢查系統(tǒng)是否漏氣,穩(wěn)流閥、穩(wěn)壓閥工作壓力是否合乎要求。系統(tǒng)漏氣不論對(duì)程序升溫色譜,還是恒溫色譜說(shuō)來(lái)都是產(chǎn)生保留值不重復(fù)的一個(gè)不應(yīng)忽略的原因。在系統(tǒng)漏氣中進(jìn)樣口隔墊的漏氣是經(jīng)常產(chǎn)生的,在高溫操作下頻繁進(jìn)樣時(shí)要注意及時(shí)更換。
(4)色譜柱檢查:如果在氣密性及載氣流速方面均無(wú)異常,就應(yīng)懷疑是色譜柱本身出了問(wèn)題,對(duì)色譜柱進(jìn)行檢查。首先注意色譜峰形有否拖尾,如拖尾則應(yīng)減少進(jìn)樣量或稀釋樣品濃度,以免色譜柱過(guò)載。如減少進(jìn)樣量后保留值重復(fù)性提高,則說(shuō)明原柱固定相有少量流失或充填欠佳;此時(shí)原色譜柱還仍能使用。如果上述方法也無(wú)效,則說(shuō)明色譜柱已發(fā)生損壞,必須更換新柱子。
氣相色譜儀器故障排除方法(定量重復(fù)性差)
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:一類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。屬于第一類型故障的原因,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。屬于第二類型故障的原因,主要是:載氣流量變化,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:
?。?)進(jìn)樣技術(shù)檢查:進(jìn)樣技術(shù)不佳是造成色譜峰不重復(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,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)。
?。?)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。
?。?)伴隨現(xiàn)象觀察:在檢查靈敏度情況的同時(shí)注意是否有下述異常現(xiàn)象發(fā)生,包括基線是否穩(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。沒發(fā)現(xiàn)伴隨異?,F(xiàn)象時(shí),應(yīng)轉(zhuǎn)入下面的檢查步驟。
?。?)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。
?。?)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。
氣相色譜儀TCD檢測(cè)器的六大使用注意事項(xiàng)具體如下:
1、TCD的靈敏度
TCD的靈敏度與熱絲和池體間的溫差成正比。顯然,增大其溫差有二個(gè)途徑:一是提高橋流,以提高熱絲溫度;二是降低檢測(cè)器池體溫度。
這種檢測(cè)器是一種通用型檢測(cè)器。被測(cè)物質(zhì)與載氣的熱導(dǎo)系數(shù)相差愈大,靈敏度也就愈高。此外,載氣流量和熱絲溫度對(duì)靈敏度也有較大的影響。熱絲工作電流增加—倍可使靈敏度提高3—7倍,但是熱絲電流過(guò)高會(huì)造成基線不穩(wěn)和縮短熱絲的壽命。故氫氣或氦氣作載氣時(shí)比氮?dú)庾鬏d氣時(shí)的靈敏度高。當(dāng)然,要測(cè)定氫氣時(shí)就必須用氮?dú)庾鬏d氣。
2、載氣純度
熱導(dǎo)檢測(cè)器使用的載氣純度必須四個(gè)9以上(99.99%),最忌載氣中含氧量高,載氣不純將會(huì)影響熱導(dǎo)元件的使用壽命,也會(huì)降低檢測(cè)靈敏度,所以載氣必須脫氧凈化。實(shí)驗(yàn)表明:在橋流160 - 200mA范圍內(nèi),用99.999%的超純氫比用99%的普氫,靈敏度高6%-13%,因此,必須使用與之要求的靈敏度相應(yīng)的載氣純度。在痕量雜質(zhì)分析時(shí),必須用超高純的載氣。
3、最大橋電流值,是指在無(wú)氧存在的情況,如果有氧接觸,則會(huì)急速氧化而燒斷。因此,在使用TCD時(shí),務(wù)必先通載氣,檢查整個(gè)氣路的氣密性是否完好,調(diào)節(jié)TCD出口處的載氣流速至一定值,并穩(wěn)定10-15min后,才能通橋流。工作過(guò)程中,如需要更換色譜柱、進(jìn)樣隔墊或鋼瓶,務(wù)必先關(guān)橋流,而后換之。
4、在檢測(cè)器通電之前,一定要確保載氣已經(jīng)通過(guò)了檢測(cè)器,否則,熱絲可能被燒斷,致使檢測(cè)器報(bào)廢。關(guān)機(jī)時(shí)要待熱導(dǎo)檢測(cè)器溫度降至室溫,然后一定要先關(guān)儀器電源,最后關(guān)載氣。任何時(shí)候進(jìn)行有可能切斷通過(guò)TCD載氣流量的操作,都要關(guān)閉檢測(cè)器電源。這是TCD操作必須遵循的規(guī)則。
5、熱導(dǎo)池橋電流的設(shè)定,必須考慮所用載氣的種類、工作溫度和鎢錸絲元件的冷阻,應(yīng)明了這樣的原則:
①輕載氣(H2、He)橋電流可大,重載氣(N2、Air)橋電流必須??;
②熱導(dǎo)池工作溫度高,橋電流應(yīng)減小,工作溫度低,橋電流可增加;
③各生產(chǎn)廠家熱導(dǎo)池鎢錸絲元件阻值是不同的,因此,使用橋電流大小也不同,元件阻值大的,橋電流就應(yīng)設(shè)定小些,具體橋電流設(shè)定可看說(shuō)明書。
6、當(dāng)進(jìn)樣量一定時(shí),峰面積跟載氣流速倒數(shù)成正比,流速增大,峰面積減小;而峰高在一定流速范圍內(nèi)與流速無(wú)關(guān)。所以在定量測(cè)定中,特別是中間控制分析中,推薦使用峰高定量法。如果采用峰面積定量時(shí),要嚴(yán)格保持流速的恒定,方能得到準(zhǔn)確的定量結(jié)果。