氣相色譜儀進樣系統（三）

1）襯管應有合適的氣化容量，防止樣品氣化膨脹體積大而引起倒灌。

2）為減少樣品蒸氣反吹，襯管頂部應有縮徑結構。

3）襯管內徑和熱容量要足夠大，以利于樣品氣化和樣品與載氣的混合。襯管都不是直通的，襯管內有縮徑結構、燒結玻璃粉、玻璃棉或石英玻璃棉等。

襯管內的填充物增加了樣品與襯管接觸的表面積，加快了氣化速度，有利于減小分流歧視。同時能防止不揮發性組分和機械雜質進入色譜柱，保護色譜柱不被污染。填充物應位于襯管的中間即溫度最高的地方，也是注射針尖所到達的地方，以提高氣化效率，減少注射針尖對樣品的歧視。

4）少量的玻璃棉能促進樣品蒸發完全，重現性好，可隨意調整高度，經濟，容易更換。但玻璃棉活性較大，不適合分析極性化合物，此時可用經硅烷化處理的石英玻璃棉或采用多級縮徑襯管。

5）若襯管壁做薄些，填充幾毫米固定相，可起到預柱作用。同時能阻擋不揮發性組分和機械雜質通過，再生和更換也很方便。

6）目前襯管材料多是玻璃，常用密封材料是耐溫硅橡膠和石墨。襯管上端的“O”形硅膠密封圈用一段時間后，會形成載氣旁路（分流、柱流量），使峰忽大忽小，造成無法定量。因此，除保證襯管初裝時的密封性外，還要及時檢漏和更換。當進樣口溫度超過400℃時，最好采用石墨密封圈。

（7）尾吹氣路：

由于色譜柱內載氣流量很小，載氣進入檢測器后會突然減速，使譜峰展寬。因此，在色譜柱出口與檢測器之間安裝輔助尾吹裝置，使樣品快速流過檢測器，從而克服檢測器的死體積，使峰形尖銳。

3、特點：

（1）優點：

1）可用于濃縮樣品。

2）樣品不需要溶劑稀釋，不存在溶劑的有害影響。

3）可注入較大體積的樣品。

4）不會引起色譜柱超載，能有效防止柱污染。

5）分流比調節容易，進樣量可大可小。

6）色譜峰窄而尖銳。

7）分析結果重現性好。

8）結構和操作簡單，有利于自動化。

（2）缺點：

1）不適合濃度和沸點范圍寬的混合樣品。

2）不適合痕量分析。

3）操作不當會產生分流歧視。

4）由于進樣口工作時溫度較高或結構限制，對強極性樣品會產生吸附、降解或按分子重量重排反應，不適合定量分析。

5）對于揮發性和極性相近的樣品，為滿足分析重復性和定量精度要求，選取的實驗參數多，建立較佳分析方法費時費力。

6）非EPC控制，載氣浪費較大。

7）對于數量有限的貴重樣品，選用應謹慎。

4、分流歧視：

分流歧視是指氣相毛細管柱色譜儀分析中，在一定分流比條件下，不同樣品組分的實際分流比不同，造成進入色譜柱的樣品組成與原樣品組成不同，從而影響定量分析準確度。

（1）造成分流歧視的原因：

分流進樣對某些樣品適應性差的主要原因是樣品氣化時失真。造成樣品氣化失真的原因是多方面的，隨著對樣品進樣的實踐和深入研究，人們終于認識到樣品的蒸發步驟、隔墊和注射器手動進樣等才是造成樣品氣化失真的根本原因。因此，為了獲得滿意的重復性和定量精度，除了在設計分流進樣結構時盡量減小樣品失真，更主要的是實現非失真進樣。

1）注射方式影響，如“熱針”進樣和溶劑消除進樣等。

2）進樣速度太慢、太快和進樣本身不重復等。

3）不均勻氣化。由于樣品中各組分的極性不同，沸點各異，因而氣化速度各不相同。這些導致沸點不同的組分到達分流點時，氣化狀態可能不完全相同。氣化不完全的組分比完全氣化的組分可能多分流一些樣品。

4）不同樣品組分在載氣中的擴散速度不同，擴散速度與溫度成正比。盡量使樣品快速氣化是消除分流歧視的重要措施。

5）強極性、不穩定樣品在襯管和隔墊表面的吸附和分解等。

6）分流比的大小影響分流歧視。一般來說，分流比越大，越有可能造成分流歧視。在樣品濃度和柱容量允許的條件下，分流比小些有利。

7）柱入口處氣體粘度的變化和溶劑重新冷凝使柱阻力變化，造成分流比改變。

（2）消除分流歧視的措施：

1）盡量使樣品快速氣化，包括采用較高的氣化溫度和合適的襯管（添加經硅烷化處理的石英玻璃棉）。

2）初始柱溫盡可能高些。氣化溫度和柱溫差別小，樣品在氣化室經歷的溫度梯度小，可避免氣化后的樣品發生部分冷凝。

3）安裝色譜柱時，保證柱入口端超過分流點，保證柱入口端處于氣化室襯管的中央（氣化室內色譜柱與襯管同軸）。

盡管分流進樣有歧視問題，但仍然是GC中最常用的進樣方式。實際工作中，分流歧視很難完全消除，只要操作重現，一定程度的歧視是重現的，可通過標準樣品的校準來消除歧視效應對定量準確度的影響。

5、操作參數：

氣相毛細管柱分析以分流進樣作為進樣方式，主要是由于它的簡易性而不是它的可靠性，因此，在常規分析時被廣泛應用。實驗表明，對于揮發性或極性相近和沸點低于正二十烷沸點的樣品，通過主要操作參數的優化選擇，可得到比較滿意的定量精度。

（1）氣化溫度：

氣化溫度一般選擇在接近或等于zui高沸點組分的溫度，以保證所有組分能氣化。氣化溫度高可能有利于減小初始譜帶寬度，但溫度太高可能使樣品某些組分分解和降解，反而產生樣品歧視。更合理的方法不是提高氣化溫度而是選用合適的襯管，以增加熱容量和樣品與襯管接觸的表面積。對于未知新樣品建立分析方法時，氣化溫度可從300℃開始試驗選擇。

（2）分流比：

分流比大小要根據樣品濃度和進樣量調整，一般范圍為1：20～1：200。分流比小時，分流歧視可能小些，但初始譜帶會變寬。但分流比小，適合程序升溫技術。分流大時，有利于峰形，但分流歧視可能比較嚴重。在分析要求不高時，選擇分流比大些比較有利。實際工作中，要視樣品濃度選用合適的分流比后再確定進樣量。

隨著柱溫升高、柱流量變化和氣化溫度變化等，分流比對針型閥的流量特性有影響，計算分流比和重新調整分流閥時，一定要在色譜柱和分流進樣器溫度恒定后進行。

（3）載氣流量：

載氣總流量是載氣流量、分流流量和隔墊吹掃氣流量的總和。對于配EPC控制的氣路，各流量可在較大范圍內自動設定調整，但用穩壓閥調節柱前壓供氣時，要注意穩壓閥的壓力和流量特性。原則上講，在分析要求允許的情況下，柱前壓高些或分流比大些，有利于各流量的穩定和分析重復性。

在柱前壓較高時，隔墊吹掃氣流量可能超過5mL/min，此時它的分流作用不能忽略。尤其當隔墊密封性能欠佳時，對進樣失真的影響會更大。在分析要求允許的情況，可以把吹掃氣路關閉操作。

（4）分流點：

分流點是指色譜柱進口、襯管填充物和注射針尖的相對位置。分流點不同對進樣歧視程度不同。

為了減小進樣歧視，色譜柱入口在氣化室中的較佳位置可通過多次試驗確定。安裝色譜柱時，保證柱入口端超過分流點，保證柱入口端處于氣化室襯管的中央（氣化室內色譜柱與襯管同軸）。每次重復安裝時，一定要嚴格按相同尺寸安裝。

（5）進樣量：

進樣量一般不超過2μL，最好控制在1μL以下。因為襯管容積有限，液體氣化時體積要膨脹數百倍。

進樣量還和分流比相關，分流比大時，進樣量可大些。

（6）進樣速度：

進樣速度越快越好，以防樣品不均勻氣化，保持窄的初始譜帶寬度。快速自動進樣往往比手動進樣的效果好。

（7）柱溫：

如果程序升溫，初始柱溫應高于溶劑沸點，進樣后應快速升溫。

6、應用：

（1）適用于不能稀釋后進行分析的樣品（如溶劑）和濃度較高的樣品。

（2）適用于絕大部分化學性穩定、可揮發的氣體和液體樣品（濃度在0.001%～10%，沸點低于正二十烷沸點），特別是一些化學試劑的分析。

（3）在溶劑峰之前有很重要的小峰流出。樣品中一些組分在主峰前流出，而且樣品不能稀釋，分流進樣往往是理想的選擇（如白酒中甲醇和香味成分的分析）。

（4）進樣時間長（如閥進樣）的樣品分析。

（5）在色譜方法開發過程中，如果對樣品組成不是很清楚，應首先采用分流進樣。

（6）對于“臟”樣品應采用分流進樣。因為分流進樣時大部分樣品被放空，只有小部分樣品進入色譜柱，在很大程度上防止了色譜柱污染。

二、不分流進樣系統：

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然的選擇了。實際工作中，不分流進樣的應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。

1、結構：

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。此現象稱為氣化室溶劑效應。

1）瞬間不分流進樣：

進樣開始時關閉分流閥，使系統處于不分流狀態，待氣化的樣品基本或大部分進入色譜柱后開啟分流閥，使系統處于分流狀態，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象。分流狀態一直持續到分析結束，注射下一個樣品時再關閉分流閥。

不分流進樣并不是不分流，而是分流與不分流相結合，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、溶劑性質、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確。這顯然是矛盾的。實際工作中，瞬間不分流時間要根據樣品的具體情況（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，而不影響分析準確度。對于低沸點樣品，不分流時間要盡可能短些，zui大限度地消除溶劑峰拖尾，以保證分析準確度。

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值應大于5）作為測定指標，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*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。

再進一步微調不分流時間，使同一組分的峰面積達到*次分析時峰面積的95%～99%，此時的瞬間不分流時間即為最優時間。

（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。

zui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。

襯管內徑比分流進樣的小，最好使注射針緊貼在襯管內孔的周圍，阻止樣品反沖。

當用自動進樣器進樣時，因進樣速度快，樣品揮發快，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，襯管內可不填充玻璃棉。

3）對于“臟”樣品，襯管內要填充玻璃棉或石英玻璃棉，以促進樣品氣化，保證分析重現性，防止不揮發性組分和機械雜質進入色譜柱，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硅烷化處理，要及時清洗、更換和重新硅烷化。

（3）柱溶劑效應：

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zui厚），組分蒸氣塞的前沿在溶劑膜上保留較強，隨著溶劑的揮發其后沿保留較弱，使峰變窄。此現象稱為柱溶劑效應。

不分流進樣時，要獲得良好的柱溶劑效應必須滿足以下條件：

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）要選擇適當的溶劑，如二氯甲烷、氯仿、二硫化碳、己烷和異辛烷等。不宜使用極性和芳香烴溶劑，因為這些物質的氣化溫度高，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。

2、譜帶展寬：

氣相毛細管柱色譜儀的譜帶展寬有時間性譜帶展寬和空間性譜帶展寬等。

（1）時間性譜帶展寬：

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毛細管柱，溶劑峰會嚴重拖尾，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。這種由于進樣時間延長引起的色譜峰展寬稱為時間性譜帶展寬。時間性譜帶展寬可采用柱溶劑效應和熱濃縮來抑制。

所謂柱溶劑效應是指進祥時柱溫比溶劑沸點低15～30℃，當不分流進樣完畢后，打開分流閥，用載氣吹掃氣化室中殘留的溶質和溶劑，同時柱溫開始升高，溶劑開始蒸發，溶質以窄的起始譜帶開始進行分離的過程。

所謂熱濃縮是指進樣時柱溫比溶質沸點低很多，使溶質冷凝在柱頭上，同時柱溫比溶劑沸點高很多，使溶劑保留為氣態的過程。在此條件下不會出現柱溶劑效應。如果柱溫比溶質沸點低150℃以上，熱濃縮會有效地把溶質濃縮到很窄的區帶上。

（2）空間性譜帶展寬：

不分流進樣分析中，由于柱溶劑效應使溶劑濃縮成一個窄的區帶液層，但溶劑冷凝后形成一個幾厘米長的液層。因液層太厚而不穩定，在載氣的吹拂下向前方擴散，形成一個溶劑溢流區，溶質也分布于整個溢流區，從而使色譜峰展寬。這種由于溶劑溢流造成的色譜峰展寬稱為空間性譜帶展寬。空間性譜帶展寬可采用保留間隙進樣來抑制。

保留間隙柱是接在毛細管色譜柱前的一段未涂固定液的毛細管柱，所有溶質在保留間隙柱中都沒有保留作用，即k＝0。溶劑溢流區處于保留間隙柱中，溶質隨著溶劑的前進和蒸發被濃縮和集中于涂有固定液的色譜柱起始段，從而克服空間性譜帶展寬。

保留間隙進樣是氣相色譜中十分有用的技術。保留間隙柱長度決定于溶劑溢流區長度，因而保留間隙柱長度就決定于樣品體積和溶劑性質。當進樣量l～2μL時，保留間隙柱長度為0.5～1m。若進樣量更大，保留間隙柱相應增長。