3、操作參數:
(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,使組分峰嚴重拖尾。分流閥的打開時間要根據氣化溫度、載氣流量和進樣量等確定,一般為30~90s,zui優時間通過實驗確定。
(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性。氣化溫度過高會造成樣品分解。因此,要根據樣品的具體情況確定氣化溫度。當氣化溫度改變后,必須重新優化設置瞬間不分流時間。
(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。
(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,對分析重復性有較大不利。可在進樣時關閉隔墊吹掃氣路,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。
進樣量還和溶劑性質、氣化溫度、襯管容積和進樣速度有關,常用2~3μL。
(6)樣品注射時間:
樣品注射時間對分析結果影響較小,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。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℃。
三、冷柱上進樣系統:
冷柱上進樣是將液體樣品直接注入處于室溫或更低溫度下的氣相色譜儀毛細管柱中,然后逐步升高溫度使樣品組分依次氣化通過毛細管柱進行分離。
1、結構:
(1)對于Φ0.53mm大口徑毛細管柱,可采用標準注射器。
(2)對于Φ0.32mm毛細管柱,手動進樣時采用細的石英玻璃注射器,進樣口的導針裝置為手動進樣導針管。
手動進樣導針管不用隔墊,采用橡膠制成的鴨嘴密封裝置。鴨嘴密封裝置操作如下:
1)進樣時按下導針管,此時鴨嘴密封裝置松開,將注射針頭插入色譜柱。
2)針頭插入預定位置后,松開導針管,使鴨嘴處于密封狀態。
3)迅速將樣品注入柱內,立即抽出注射器。幾秒后開始進樣口和柱箱的升溫程序。
(3)保留間隙管:
冷柱上進樣不用襯管,采用保留間隙管。
(4)預柱:
對于揮發性組分,冷柱上進樣和不分流進樣都采用柱溶劑效應對溶質實現再富集。通過在色譜柱前面連接一段短的預柱(連接在分析柱前的無液相涂層的空柱子),可避免色譜柱溢流而造成的樣品譜帶展寬。
2、特點:
(1)優點:
1)進樣過程中既無樣品氣化,也不無分流操作,徹底消除了分流-不分流進樣時的樣品歧視。
2)由于無氣化加熱,無襯管,避免了樣品分解。
3)無隔墊,消除了由隔墊引起的危害。
4)避免了氣化室死體積對樣品的稀釋和擴散。
5)樣品進入色譜柱時處于低溫,很容易實現早流出峰的溶劑聚焦。
6)峰形尖銳。
7)冷柱上進樣的準確度是所有進樣方式中zui高的。在需要高分析準確度和高精密度時,冷柱上進樣是應選擇的進樣方式。
(2)缺點:
1)與分流-不分流進樣相比,冷柱上進樣的進樣體積小,進樣量大容易造成柱超載。
2)操作復雜,對初始柱溫、溶劑種類和進樣速度等要求比較嚴格,且需要特殊注射器,運行成本比較高。
3)容易有大量不揮發樣品結在色譜柱進口端,造成色譜柱污染,樣品記憶效應較為明顯。
4)大量溶劑對色譜柱固定液可能會造成損害,對保留時間的重復性有影響,可能引起峰展寬或畸變。
5)在溶劑峰前面流出的組分很難實現聚焦,測定較困難。
6)要求極高的分析準確度和熱不穩定化合物的分析才考慮選用冷柱上進樣,常規GC通常不帶冷柱上進樣系統。
3、操作條件:
(1)冷柱上進樣需要采用程序升溫技術。
(2)載氣流速不像不分流進樣那樣嚴格,稍快有利于進樣分析。
(3)進樣量比分流-不分流進樣小,一般為0.5μL,zui大不超過2μL。實際工作中,進樣量要根據樣品濃度、色譜柱性能和儀器的檢測下限試驗選擇。在滿足要求的條件下,進樣量小些有利。
4、應用:
適用于熱不穩定化合物的分析和痕量分析。
四、程序升溫氣化進樣系統:
程序升溫氣化進樣(PTV)是將液體或氣體樣品注射在低溫的氣相毛細管柱色譜儀的進樣口襯管內,按程序升高進樣口溫度。PTV進樣是把分流-不分流進樣和冷柱上進樣結合為一體進樣方式,冷進樣和溫度控制氣化技術的聯用克服了傳統熱進樣的缺點,能實現熱分流-不分流進樣、冷分流-不分流進樣和冷柱上進樣。
1、結構:
PTV進樣口與分流-不分流進樣口類似,區別在于:
(1)進樣口熱容低,便于快速升溫和冷卻。
(2)襯管容積較小,以減小樣品的初始譜帶寬度。
(3)分流出口和氣化室溫度采用時間編程控制。
(4)配有冷卻裝置。
2、進樣模式:
(1)PTV分流進樣:
進樣時,液體樣品直接注入冷的氣化室,抽出注射器后,打開分流出口閥,同時進樣口開始升溫。氣化后的樣品與傳統分流進樣一樣,大部分被分流,少部分進入色譜柱。
PTV分流進樣與傳統分流進樣的區別是樣品不是瞬間氣化,而是依據其沸點高低依次氣化,樣品是順序進入色譜柱的。
(2)PTV不分流進樣:
進樣時,氣化室處于低溫。分流出口的控制與傳統不分流進樣相同。進樣口開始升溫時,關閉分流閥,待大部分樣品進入色譜柱后(0.5~1.5min)打開分流閥,使殘留溶劑放空。
(3)溶劑消除分流-不分流進樣:
進樣時,關閉分流閥,進樣口溫度控制在接近但低于溶劑沸點的溫度。將樣品緩慢注入,進樣后立即打開分流閥,采用較大的放空氣體流量(1000mL/min)將溶劑氣體消除,也可同時緩慢升高進樣口溫度以加速溶劑氣化。大部分溶劑氣體放空后,可關閉分流閥以溶劑消除不分流方式進行分析,也可不關閉分流閥以溶劑消除分流方式進行分析。
缺點是低沸點組分很可能隨溶劑一起放空。
3、特點:
(1)無注射針尖的樣品歧視。
(2)不需要特殊注射器。
(3)可實現大體積進樣。
(4)抑制了分流歧視。
(5)可除去溶劑和低沸點組分,實現樣品濃縮。
(6)不揮發物質可滯留在襯管中,保護色譜柱不被污染。
(7)無隔墊,不會造成隔墊污染。
(8)無隔墊吹掃,不損失樣品。
(9)多次進樣后無泄漏。
(10)二氧化碳或液氮冷卻可低溫捕集氣體樣品,便于與閥進樣和頂空進樣技術相結合。
(11)有分流、不分流和溶劑消除等操作模式。
(12)最優化的端口體積,適合毛細管柱。
(13)重現性接近冷柱頭上進樣。
4、應用:
(1)適合大部分樣品的分析,很適合“臟”樣品的分析,特別是分析方法開發和篩選樣品時應首先考慮的進樣方式。
(2)痕量分析采用PTV不分流進樣。
(3)只分析高沸點組分可采用溶劑消除不分流進樣。
(4)分析中等揮發性組分宜采用PTV不分流進樣。
五、大口徑毛細管柱直接進樣系統:
大口徑毛細管柱直接進樣是所有氣化的樣品都進入大口徑毛細管柱的進樣方式。大口徑毛細管柱(0.53mm)具有和常規毛細管柱(<0.32mm)同樣的惰性,但柱容量比常規毛細管柱大的多,柱效介于填充柱和常規毛細管柱之間。因此,對于不太復雜和熱不穩定樣品的分析十分有效。
1、結構:
由于大口徑毛細管柱載氣流量高達15mL/min,使用填充柱氣化室進樣完全可行,但為了效果更好,最好把填充柱氣化室、柱連接與密封方法稍加改裝。改裝時注意:
(1)襯管容積要和進樣量大小相匹配。
(2)襯管頂端最好是錐形縮徑,防止樣品倒灌。襯管和柱連接處應制成0.53mm不能穿過的縮徑,防止樣品沖入柱頭處的死體積。
(3)采用填充柱襯管,柱頭插入襯管的位置最好在最底部,不宜插入太深,否則會形成死體積。
(4)將填充柱接頭換成大口徑毛細管柱專用接頭,可連接大口徑毛細管柱。
(5)為了滿足FID最優氣流比,一般要增設補充氣(N2)調節氣路。
2、操作參數:
(1)氣化溫度:
氣化溫度盡量低些,一般應高于待測組分沸點10~25℃。
(2)載氣流速:
載氣流量一般為3~5mL/min。由于采用的是填充柱流量控制系統,在分析允許的情況下大些好,但一般不大于15mL/min。
柱前壓低或流量小(<5 mL/min)時,控制精度可能較差。遇到這種情況,zui好加裝適當的氣阻限流器以提高柱前壓,增加分析重復性和定量精度。
(3)進樣量:
進樣量一般不超過1μL。實際操作時嚴防柱過載。
(4)進樣速度:
襯管容積一般偏小,為防止樣品倒灌,注射速度慢些可能有利于保留時間短的峰的分離度。
六、大體積進樣系統:
GC檢測下限特別是配置常用的幾種檢測器,無論如何改善操作參數提高信噪比,大多數分析的進樣量很難達到10ˉ12g以下,為此必須對樣品進行濃縮。為了簡化和取消樣品濃縮步驟,設計了大體積進樣技術(LVI)。
大體積進樣是進樣量比常規進樣大幾十倍到幾百倍(5~500μL)的進樣方式,GC檢測下限可大大降低。無論是填充柱還是毛細管柱,柱容量總是有限的,進樣量大,很容易造成柱超載,致使柱性能變壞,峰形畸變。對于毛細管柱分析,稀樣品進樣量大的主要問題是溶劑超載問題。雖然常規不分流進樣和冷柱上進樣適合稀樣品的分析,但大量溶劑進入色譜柱會造成許多不利影響。于是,大體積進樣發展了冷柱上進樣實現大體積進樣和程序升溫氣化進樣實現大體積進樣,其實質是增加了可控制時間的溶劑放空技術。
1、冷柱上進樣實現大體積進樣:
進樣時,打開溶劑放空閥,控制柱溫使溶劑選擇性地氣化。由于溶劑放空出口的氣阻遠小于色譜柱的氣阻,大量溶劑氣體通過放空閥排出儀器系統。當大部分溶劑氣體放空后,關閉放空閥,同時升高柱溫,使殘留溶劑和待測樣品組分氣化進入色譜柱進行分離。
實際操作中,關鍵是溶劑放空時間的確定。放空時間短會造成色譜柱中溶劑超載,影響柱效。放空時間長會造成低沸點組分隨溶劑放空,影響分析精度,因此,放空時間要根據溶劑沸點、初始柱溫、進樣體積和載氣流量優化選擇。
2、程序升溫氣化進樣實現大體積進樣:
程序升溫氣化進樣用于大體積進樣時采用溶劑消除模式。
(1)進樣和溶劑放空:
進樣時,將柱前壓調為零,分流出口的流量設置為100~150mL/min。樣品以液體狀態進入冷襯管,溶劑和部分低沸點組分隨載氣從分流出口放空。當大部分溶劑揮發放空后,可進行第二次進樣,再重復以上溶劑放空過程。
為了提高濃縮倍數,可多次重復進樣,但應注意兩次進樣間隔時間。間隔時間太短,襯管內充滿液體樣品,液體樣品可能會被放空,導致峰小。間隔時間太長,揮發性組分(沸點低于C13沸點)會損失較多。
(2)不分流轉移樣品:
當最后一次累積進樣的溶劑大部分放空后,關閉分流放空閥,同時將柱前壓調到分析所需值,然后開始進樣口程序升溫,直到溫度達到或接近待測樣品中zui重組分的沸點。在此過程中,樣品組分依次進入色譜柱。
(3)色譜分離:
當樣品進入色譜柱后,開始柱溫程序升溫分析。同時將分流放空出口氣流量恢復到30~50mL/min。
3、應用:
(1)冷柱上進樣實現大體積進樣適用于干凈樣品中痕量低沸點組分的分析。
(2)程序升溫氣化進樣實現大體積進樣適用于“臟”樣品中痕量高沸點組分的分析。
(3)低沸點“臟”樣品可采用低溫冷凍程序升溫氣化大體積進樣進行分析。