氣相毛細管柱色譜儀不分流進樣是在氣相毛細管柱色譜儀進樣前,分流閥將分流氣路關(guān)閉30~80s,待氣化的樣品基本或大部分進入毛細管柱后打開分流氣路,將殘留在氣化室中的樣品通過分流氣路放空。
分流進樣是因為柱容量小和樣品濃度高而不得不采用的方法,那么低濃度樣品采用不分流進樣以提高分析靈敏度就是理所當(dāng)然的選擇了。實際工作中,不分流進樣的應(yīng)用遠沒有分流進樣廣泛,只是在分流進樣不能滿足分析要求時(主要是靈敏度要求),才考慮使用不分流進樣。
一、結(jié)構(gòu):
不分流進樣與分流進樣采用同一個進樣口。不分流進樣是將分流氣路的電磁閥關(guān)閉,使氣化的樣品基本或大部分進入色譜柱。這樣既可提高分析靈敏度,又能消除分流歧視的影響。
1、載氣流路:
不分流進樣時,在氣化室中氣化的含有大量溶劑的樣品不可能瞬間進入色譜柱,溶劑峰會嚴(yán)重拖尾,使早流出組分的色譜峰被掩蓋在溶劑拖尾峰中,從而使分析變得困難甚至不可能。此現(xiàn)象稱為氣化室溶劑效應(yīng)。
(1)瞬間不分流進樣:
進樣開始時關(guān)閉分流閥,使系統(tǒng)處于不分流狀態(tài),待氣化的樣品基本或大部分進入色譜柱后開啟分流閥,使系統(tǒng)處于分流狀態(tài),將殘留在氣化室中的溶劑氣體(包含小部分樣品組分)很快通過分流氣路放空,從而在很大程度上消除了溶劑峰拖尾現(xiàn)象。分流狀態(tài)一直持續(xù)到分析結(jié)束,注射下一個樣品時再關(guān)閉分流閥。
不分流進樣并不是絕對不分流,而是分流與不分流相結(jié)合,確定瞬間不分流時間(又稱溶劑吹掃時間)往往是分析成敗的關(guān)鍵。
(2)瞬間不分流時間的確定原則:
瞬間不分流時間的確定依賴于樣品性質(zhì)、溶劑性質(zhì)、襯管容積、進樣量、進樣速度和載氣流速。
原則上講,這一時間應(yīng)足夠長,保證絕大部分樣品進人色譜柱,避免分流歧視的影響。同時又要盡可能短,最大限度地消除溶劑峰拖尾,使早流出峰的分析更為準(zhǔn)確。這顯然是矛盾的。實際工作中,瞬間不分流時間要根據(jù)樣品的具體情況(如溶劑沸點、待測組分沸點和濃度等)和操作條件確定,一般為30~80s,多用45s,可保證95%以上的樣品進入色譜柱。
對于高沸點樣品,不分流時間長些有利于提高分析靈敏度,而不影響分析準(zhǔn)確度。對于低沸點樣品,不分流時間要盡可能短些,最大限度地消除溶劑峰拖尾,以保證分析準(zhǔn)確度。
(3)確定瞬間不分流時間的方法:
首先確定溶解樣品的溶劑、襯管容積、進樣量、進樣速度和載氣流速。
開始時可將這一時間設(shè)置的長些(90~120s),以保證全部樣品組分進入色譜柱。樣品進行分析后,選擇一個待測組分的峰面積(該峰的k值應(yīng)大于5)作為測定指標(biāo),該峰面積代表100%的樣品進入了色譜柱。
然后逐步縮短不分流時間分別進樣分析,計算同一組分在不同溶劑吹掃時間條件下的峰面積與第一次分析的峰面積之比,直到比值小于0.95,此時的不分流時間為最短時間。
再進一步微調(diào)不分流時間,使同一組分的峰面積達到第一次分析時峰面積的95%~99%,此時的瞬間不分流時間即為最優(yōu)時間。
2、襯管:
(1)樣品在不分流襯管中的滯留時間取決于襯管形狀、襯管容積、氣體速度和樣品氣化時間。
最好采用直通式襯管。這主要是為了使樣品在氣化室中盡可能少稀釋,減小初始譜帶寬度。襯管容積小些有利,一般為0.25~1mL。
襯管內(nèi)徑比分流進樣的小,最好使注射針緊貼在襯管內(nèi)孔的周圍,阻止樣品反沖。
當(dāng)用自動進樣器進樣時,因進樣速度快,樣品揮發(fā)快,建議采用容積稍大的直通式襯管。
有時采用錐形襯管,使樣品聚集到色譜柱上,阻止樣品反沖,減少樣品與金屬表面的接觸。
(2)對于干凈樣品,襯管內(nèi)可不填充玻璃棉。
(3)對于“臟”樣品,襯管內(nèi)要填充玻璃棉或石英玻璃棉,以促進樣品氣化,保證分析重現(xiàn)性,防止不揮發(fā)性組分和機械雜質(zhì)進入色譜柱,保護色譜柱不被污染。
(4)由于不分流進樣時樣品在氣化室中的滯留時間比分流進樣時長,熱不穩(wěn)定化合物分解的可能性大,襯管和其中填充的石英玻璃棉都必須經(jīng)硅烷化處理,要及時清洗、更換和重新硅烷化。
3、柱溶劑效應(yīng):
不分流進樣時,初始柱溫比溶劑沸點低15~30℃,樣品在氣化室中氣化后,大量溶劑帶著組分流向低溫色譜柱并在柱上冷凝,冷凝在柱上的溶劑與固定液混合,形成比固定液膜厚幾倍的溶劑液膜(在柱入口附近最厚),組分蒸氣塞的前沿在溶劑膜上保留較強,隨著溶劑的揮發(fā)其后沿保留較弱,使峰變窄。此現(xiàn)象稱為柱溶劑效應(yīng)。
不分流進樣時,要獲得良好的柱溶劑效應(yīng)必須滿足以下條件:
(1)溶劑峰一定要在被測組分峰之前流出。
(2)樣品沸點要足夠高,一般在150℃以上。
(3)要選擇適當(dāng)?shù)娜軇缍燃淄椤⒙确隆⒍蚧肌⒓和楹彤愋镣榈取2灰耸褂脴O性和芳香烴溶劑,因為這些物質(zhì)的氣化溫度高,雖然宜在柱上冷凝,但在二次氣化時會損害原固定液膜,特別是非鍵合相柱。
(4)初始柱溫必須低于溶劑沸點15~30℃。
(5)進樣量一般為1~10μL,常用2~3μL。
(6)樣品注射時間一般為3~15s。
二、特點:
1、優(yōu)點:
(1)有柱溶劑效應(yīng)時,減小了溶劑峰拖尾,組分峰接近溶劑拖尾峰,組分峰變窄。
(2)不分流進樣是高沸點痕量樣品分析的首選方式。
對于高沸點樣品,不分流進樣可以不考慮溶劑沸點,采用高的初始柱溫以縮短分析時間。
樣品幾乎(95%以上)全部進入色譜柱,比分流進樣相應(yīng)信號高1~3個數(shù)量級,特別適合稀釋樣品中痕量或超痕量組分的分析。
(3)對于沸程窄的樣品、極性大的生物樣品和要求進樣量大的痕量分析,不分流進樣比分流進樣更有利。
(4)由于初始柱溫較低,有利于熱不穩(wěn)定化合物的分析。
(5)用于低濃度樣品。
(6)可注入較大體積的樣品。
(7)分流進樣時,無論如何選擇實驗條件,也無法克服樣品歧視,特別是高沸點組分失真更嚴(yán)重。而不分流進樣基本克服了上述不足,定量相對誤差<1.5%。
(8)適合程序升溫操作。
(9)分析靈敏度比分流進樣高的多。
2、缺點:
(1)為了獲得較好的柱溶劑效應(yīng),要采用柱程序升溫技術(shù)。
(2)實現(xiàn)柱溶劑效應(yīng)時,溶劑選擇有一定限制。
(3)柱溶劑效應(yīng)對難揮發(fā)性組分會造成峰展寬和畸變,早流出峰保留時間重復(fù)性欠佳。
(4)樣品初始譜帶比較寬(樣品氣化后的體積相對于柱內(nèi)載氣流量太大),溶劑峰嚴(yán)重拖尾,掩蓋早流出組分的色譜峰。
(5)實現(xiàn)柱溶劑效應(yīng)時,要根據(jù)溶劑性質(zhì)、初始柱溫、進樣量、進樣時間和載氣流量等反復(fù)選擇,建立分析方法試驗比較費時費力,且不宜掌握。
(6)若溶劑控制條件不當(dāng),大量進樣對常規(guī)液膜柱的液膜有溶解作用。
(7)操作條件優(yōu)化比較復(fù)雜,操作技術(shù)要求比較高。
三、操作參數(shù):
1、分流閥打開的時間:
打開分流閥的目的是用大流量(50~150mL/min)迅速將氣化室中的殘余樣品蒸氣吹去。如不及時打開分流閥,在分析過程中,殘余蒸氣可能不斷被載氣稀釋,使組分峰嚴(yán)重拖尾。分流閥的打開時間要根據(jù)氣化溫度、載氣流量和進樣量等確定,一般為30~90s,最優(yōu)時間通過實驗確定。
2、氣化溫度:
氣化溫度可以比分流進樣時稍低,因為不分流進樣時樣品在氣化室中的滯留時間長,氣化速度稍慢不會影響分離結(jié)果。氣化溫度的底限是能保證待測組分在瞬間不分流時完全氣化。氣化溫度過低會造成高沸點組分的損失,影響分析靈敏度和重現(xiàn)性。氣化溫度過高會造成樣品分解。因此,要根據(jù)樣品的具體情況確定氣化溫度。當(dāng)氣化溫度改變后,必須重新優(yōu)化設(shè)置瞬間不分流時間。
3、載氣流速:
從減小初始譜帶寬度的角度考慮,載氣流速大些有利。但流量太大,能使樣品蒸氣和載氣完全混合,溶劑在柱上冷凝困難,會降低或損失柱溶劑效應(yīng)。
4、隔墊吹掃氣流量:
隔墊吹掃氣流量較大時,可能造成樣品損失,對分析重復(fù)性有較大不利。可在進樣時關(guān)閉隔墊吹掃氣路,在打開分流閥時,同時也打開隔墊吹掃氣路。
5、進樣量:
進樣量大些有利于形成或加大柱溶劑效應(yīng)。
進樣量還和溶劑性質(zhì)、氣化溫度、襯管容積和進樣速度有關(guān),常用2~3μL。
6、樣品注射時間:
樣品注射時間對分析結(jié)果影響較小,一般為3~15s。注射速度快,樣品蒸氣反沖大,若隔墊吹掃氣流量大,會損失樣品。注射速度太慢,可能使樣品蒸氣和載氣充分混合而影響柱溶劑效應(yīng)。實驗表明,在保證分離的情況下,注射速度快些有利。
7、柱溫:
初始柱溫必須低于溶劑沸點15~30℃。
    
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