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文檔簡介

1、毛細(xì)管氣相色譜簡單知識一、毛細(xì)管柱與填充柱的區(qū)別與填充柱相比,毛細(xì)管柱的特點為:分離效能高2.分析速度快3.樣品用量少可在幾十分鐘內(nèi)分離出包含幾百種化合物的汽油餾分,然而樣品用量僅有數(shù)微克在快速分析方面,可在幾秒鐘內(nèi)分離含十幾個組份的樣品。其獨特的特點在于:滲透性大,分析速度快傳質(zhì)阻力小,可用長柱,并得高的總柱效。色譜動力學(xué)認(rèn)為:填充柱可看作是一束長毛細(xì)管的組合,其內(nèi)徑約等于粒子粒度,因其彎曲,多徑擴(kuò)散嚴(yán)重,故理論板數(shù)少。毛細(xì)管柱完全沒有這些缺陷,故理論板數(shù)可高大106數(shù)量級。用毛細(xì)管柱,有利于:提高色譜分離能力,加快色譜分析速度,促進(jìn)色譜的應(yīng)用都是十分必要的:二、毛細(xì)管色譜法的相關(guān)理論在毛細(xì)

2、管柱,柱內(nèi)只有一個流路,故多徑項2ldp為0,彎曲因子g=1,且用其液膜厚代替了填充柱中載體的顆粒直徑dp。2毛細(xì)管柱的最小理論板高毛細(xì)管柱的HU圖也是一個雙曲線,在U值是最佳值時,H值最小。式中Cg、C1的大小取決于分配系數(shù)及柱的幾何性(以相比B為代表),但一般毛細(xì)管柱液膜薄,B值較大,液相傳質(zhì)阻力C1項不起控制作用。當(dāng)被測物質(zhì)的k10時,如果每米理論板數(shù)大于1000/d時,則所用柱子的性能較好表中為K值很大時最好柱效(每米板數(shù))值,其值由H/L=1000/d一般認(rèn)為直徑在0.10.7mm較好小于0.1mm,入口壓力增加,柱負(fù)荷減少大于0.7mm,雖柱負(fù)荷增大,但柱效下降目前流行0.53mm

3、的大口徑管,不必分流。3載氣線速從速率方程可知,最小板高時的最佳線速為:如果Cl很小,則有:可見,細(xì)管徑,輕載氣更適合于快速分析。4樣品容量一根色譜柱的最大允許進(jìn)樣量,約為一塊理論板的有效體積??梢娮畲笤试S進(jìn)樣量與柱半徑、柱長、分配比成正比,與塔板數(shù)成反比比較填充柱和毛細(xì)管柱的柱容量一根長20米,內(nèi)徑為0.25毫米的毛細(xì)管柱,一般可涂上6mg的固定液,柱內(nèi)體積而一根長兩米,內(nèi)徑3毫米的不銹鋼填充柱,柱內(nèi)體積按12:100的液載比,可涂上800mg固定液。可見,一根2米長的填充柱中固定液的含量是一根20米長毛細(xì)管柱中固定液含量約150倍,故允許進(jìn)樣量也在一百倍以上。5、柱效能毛細(xì)管柱每米塔片數(shù)通

4、常在20005000之間,長20米的毛細(xì)管柱總柱效為4萬至10萬。填充柱每米塔片數(shù)在10001500之間,長2米的填充柱的柱效為20003000所以毛細(xì)管柱的總柱效可以比填充柱高10100倍。根據(jù)上式,分離度正比于總塔片數(shù)N。即毛細(xì)管柱色譜總效高,其分離效能也高。如果柱效高,K值也大是最理想的,目前流行大孔厚膜毛細(xì)管柱可望具有這兩重性質(zhì)。6、分析時間根據(jù)公式,樣品的保留時間正比于柱長,在以氮為載氣時,毛細(xì)管柱的線速可達(dá)16厘米/秒,而填充柱在4厘米/秒毛細(xì)管柱可采用很高的載氣線速來縮短保留時間。且毛細(xì)管柱的K值比填充柱小,因此保留時間小。故:毛細(xì)管柱上可實現(xiàn)快速分析。三、毛細(xì)管柱的色譜系統(tǒng)與填

5、充柱系統(tǒng)基本一樣。因毛細(xì)管柱內(nèi)徑細(xì),柱容量小,出峰快、峰形窄,因此對色譜儀本身(如進(jìn)樣系統(tǒng)、檢測器、記錄器等)有些特殊的要求。1、進(jìn)樣系統(tǒng)毛細(xì)管柱進(jìn)樣量必須極小(一般液樣102103微升,氣樣約1微升)。要引進(jìn)如此微量樣品,可采用分流法進(jìn)樣。即在氣化室出口分兩路,絕大部分放空,極小部分進(jìn)柱子,這兩部分比例叫分流比。分流法又分為動態(tài)法和靜態(tài)法兩種。對分流器的要求為使分流后的樣品不改變組成:1、分流后樣品混合物中各峰的相對大小應(yīng)與未分流的嚴(yán)格一致。2、分析不同濃度的混合物時,峰面積必須正比于濃度。3、當(dāng)柱溫、分流比、流速改變時各色譜峰的相對大小要保持恒定。A動態(tài)分流法是目前毛細(xì)管柱進(jìn)樣系統(tǒng)最常用的

6、分流方法,不同儀器上的分流有不同的形式。對分流器設(shè)計要求:整個分流器要保持在氣化室的溫度下,防止樣品冷凝;分流前要有一定的混合體積,使試樣、載氣完全混勻,放空管體積至少要等于樣品氣化后的體積加載氣體積。A為氣化樣品與載氣混合部分,B為分流點,C為噴嘴,引起放空部分與進(jìn)入部分在分流過程中進(jìn)一步混合,確保寬沸程樣品分流后不失真。然后通過放空閥調(diào)節(jié)分流比。這種分流器只是在進(jìn)樣時才打開開關(guān)閥,幾秒鐘后就關(guān)閉大部分載氣,而留下一點出氣,防止試樣反擴(kuò)散進(jìn)柱中。簡易分流器在一般填充柱氣化室出口,并排插入兩根同內(nèi)徑不同長度的不銹鋼毛細(xì)管,墊上硅橡膠構(gòu)成,其長度比即分流比。注意在分流前要有一段混合體積,內(nèi)裝硅烷

7、化玻璃球,可保證分流后組成不失真。2、尾吹毛細(xì)管柱內(nèi)流動相流速低,流量小,組分會因柱后死體積突然增加而發(fā)生嚴(yán)重的縱向擴(kuò)散,從而導(dǎo)致峰形展寬,有可能使在柱中以分離的組分在柱后再次重疊,影響分離。也可在使用FID時受阻于引入的H2壓力而出柱困難。增加尾吹氣將改善這一狀況。3、檢測器因流速低,且內(nèi)徑細(xì),只能分析小量樣品,約105106克,有的組份如占1.0%,貝U相當(dāng)于107108克,要求高靈敏度檢測器??焖俜治鰰r因峰寬只有幾秒或少于1秒,要求檢測器、記錄器響應(yīng)時間快,則檢測器和記錄器的時間常數(shù),應(yīng)少于最早峰峰寬的流出時間的1/20。適用的檢測器有:高靈敏度的離子化檢測器,常用FID。(靈敏度高,死

8、體積趨近于零,響應(yīng)時間快等。)也可用氬離子化和電子捕獲檢測器,此時需在毛細(xì)管出口外加吹洗氣以降低檢測器死體積。也可應(yīng)用特制的微型熱絲檢測器,微型熱敏電阻檢測器,但因其屬于非商品化檢測器,使用頻率不高。4、記錄系統(tǒng)因毛細(xì)管色譜峰很窄,應(yīng)配備快速記錄系統(tǒng)。曾經(jīng)用示波儀或電流計型記錄器記錄,其滿刻度筆速0.1秒。目前的各種色譜數(shù)據(jù)處理機(jī)和色譜工站已完全能滿足記錄系統(tǒng)的要求。5、毛細(xì)管柱的種類經(jīng)典的毛細(xì)管柱為壁涂開管柱(WCOTWallCoatedOpenTubularColumn)。因其制備難、柱子的重復(fù)性差、內(nèi)表面小、涂漬量小和B值大,將導(dǎo)致有效塔板數(shù)和實際分離能力不高,且熱穩(wěn)定性也較差,故已幾無

9、人使用。其他的幾種柱子及其性能如下。多孔層壁涂柱(PLOTPorousLayerOpenTubularColumn):先涂上吸附劑或惰性固體于柱壁,再涂漬固定液。載體壁涂柱(SCOTSupportCoatedOpenTubularColumn):把載體和固定液同時涂于壁上制備而成。必須注意,以上兩種柱子中的載體只是涂布于毛細(xì)管柱的壁上,而非充滿整根柱子。熔融石英毛細(xì)管柱(FSOTFusedSilicaOpenTubularColumn):其表面惰性度好,能耐高溫,最主要的是有彈性,不易折斷。交聯(lián)毛細(xì)管柱(CLOTCross-LinkedOpenTubularColumn):涂好固定液后再用偶聯(lián)

10、劑交聯(lián)鍵合,柱子性能有很大改善,能耐高溫,抗水、抗溶劑。大口徑毛細(xì)管柱:一般口徑在0.53毫米,液膜厚度為0.882.65微米,負(fù)載大,可不經(jīng)分流而直接進(jìn)樣分析。微型填充柱(Micro-packedColumn):制備過程和填充柱基本相似,只是所填的載體粒度很小。微填充柱寬有很高的柱效,最低板高可達(dá)0.20.3毫米毛細(xì)管柱使用技術(shù)及常見故障1.毛細(xì)管的安裝毛細(xì)管柱的安裝常為人們所忽視,往往會出現(xiàn)填充色譜柱多年的技術(shù)人員,剛使用毛細(xì)管柱時,做出的色譜圖還不如填充柱的色譜圖,這使人們很難理解。但究其原因,多數(shù)是由于毛細(xì)管柱的安裝和操作上的毛病,而不是柱子本身和儀器系統(tǒng)的問題。因此,一根好的毛細(xì)管柱

11、和設(shè)計得很好的色譜系統(tǒng),還必須使柱子在系統(tǒng)中安裝得合理,才能做出好的結(jié)果。1.1毛細(xì)管柱與進(jìn)樣器的連接對于分流進(jìn)樣,毛細(xì)管柱的入口端一定要伸過分流進(jìn)樣器的分流出口,亦就是使毛細(xì)管柱的入口處于載氣的高流速區(qū)域。如果毛細(xì)管柱的入口在分流進(jìn)樣器的分流出口以下,處于載氣的低流速區(qū)域,得到的色譜圖還不如填充柱,所以必須將毛細(xì)管的入口伸過分流進(jìn)樣器的分流出口,這樣才會得到尖銳的峰形。對于分流/不分流進(jìn)樣,毛細(xì)管的入口應(yīng)接到進(jìn)樣器的底部,這樣可以使汽化管中的樣品完全進(jìn)入柱子,也不會出現(xiàn)氣流清洗不到的死區(qū)”。1.2毛細(xì)管柱與檢測器的連接在毛細(xì)管連接到檢測器之前,先接通載氣,看一下柱子的出口是否有載氣通過,(將

12、柱子出口浸入清水中看是否有氣泡出現(xiàn))如果沒有載氣從柱子出來,說明柱前的系統(tǒng)中有的地方漏氣或柱子堵塞,應(yīng)找出原因加以解決。然后將柱子的末端盡可能的伸到檢測器(FID)的噴嘴以下的12厘米處(但不能超過噴嘴,并使柱子的出口處于氣流的最高流速區(qū)域(即氫氣引入口以上),如果柱子不能直接伸到檢測器的噴嘴下12厘米處,但必須伸到尾吹氣入口的上部使柱子的末端處于氣流的高速區(qū)域。1.3分流比的測定與選擇分流比可以定義:樣品完全汽化時與載氣充分混合后,樣品通過分流進(jìn)樣器進(jìn)入柱子的流量FC與通過分流器的流量F分流之比:分流比=FC/F分流(式1)有的人把分流比定義為:樣品進(jìn)入汽化室后,進(jìn)樣器中總的流速=FC十F分

13、流與柱流速FC之比:分流比=FC/(FC+F分流)(式2)例如,柱子出口流速為1ml/分,分流器放空的流速為99ml/分,則分流比為100:1,因為柱流速FC比分流流速小得多,所以(式1)、(式2)的結(jié)果很相近,F(xiàn)C和F分流可通過皂沫流量計測量。如果載氣通過毛細(xì)管柱的流量很小,用皂沫流量計不容易測量,F(xiàn)C也可以通過計算求出:FC=60unr2其中u為載氣的平均線速度,單位厘米/秒。u可以通過進(jìn)樣后用某物質(zhì)的保留時間求得,某物質(zhì)可以用甲烷、甲醇等均可,要求是色譜柱對該物質(zhì)的吸附要小,一般以甲烷為宜,具體計算方法為:u=柱長(厘米)/保留時間(秒)分流比及分流有大小靠分流閥進(jìn)行調(diào)節(jié),選擇適當(dāng)?shù)姆至?/p>

14、比也很重要。如果分流比很小,樣品大多數(shù)進(jìn)入柱子、容易使峰變寬,形成前伸峰。分流比一般選擇在1:100200之間,這時樣品的起始組分的譜帶擴(kuò)展很小,出峰尖銳。對一根0.25mm內(nèi)徑的毛細(xì)管柱,用N2作載氣,最佳流速0.30.4ml/分,則分流流量調(diào)到50ml/分左右即可。在毛細(xì)管分流進(jìn)樣系統(tǒng)中一般以柱頭壓力來恒量柱流量的大小,下表給出一些常用的毛細(xì)管柱在標(biāo)準(zhǔn)線速度的情況下的柱頭壓力.柱內(nèi)徑柱長度0.2mm0.25mm0.32mm0.53mm15m0.06Mpa0.039Mpa0.024Mpa0.009Mpa25m0.1Mpa0.065Mpa0.04Mpa0.016Mpa30m0.13Mpa0.0

15、8Mpa0.048Mpa0.019Mpa50m0.22Mpa0.14Mpa0.08Mpa0.032Mpa上表所使用的載氣為氮氣,線速度為20cm/秒?;驓錃猓€速度為40cm/秒。1.4尾吹氣流量的測量與選擇毛細(xì)管色譜分析用FID檢測器時,一定要加尾吹氣,一般用空氣或N2氣。加尾吹氣的作用之一是減少柱后死體積對色譜峰造成的擴(kuò)散,之二是保證FID有合適的氮氫比。FID系質(zhì)量型檢測器,適當(dāng)?shù)卦黾游泊禋饪商岣邫z測的靈敏度,但尾吹氣太高,會引起基線不穩(wěn)以至滅火.尾吹氣流速對峰高的影響尾吹氣太低,會引起色譜峰拖尾、對毛細(xì)管柱效損失大大。尾吹氣流量一般在20-30ml比較適合,可用皂沫流量計來測量。1.5

16、毛細(xì)管柱的老化涂漬好的毛細(xì)管柱首先要經(jīng)過充分的老化,以除去固定液中的低分子量物質(zhì),一般商品毛細(xì)管柱,在制造出廠前都已經(jīng)過充分老化;但柱子一經(jīng)從儀器上拆卸下來,較長時間接觸空氣,在下一次使用之前,最好以較低的初始溫度程序升溫至最高使用溫度老化23次。各種固定液因其性質(zhì)和生產(chǎn)廠家不同而最高使用溫度有所不同,所以要注意毛細(xì)管柱的說明,生產(chǎn)毛細(xì)管柱的廠家應(yīng)注明最高使用溫度。老化中應(yīng)注意載氣的流速不易過大,否則會破壞均勻的液膜。一般非極性柱在250C以下老化使用,可用普通氮氣,在250C以上高溫使用時,必須使用高純氮氣或普通氮氣經(jīng)脫氧后使用,以延長柱子的使用壽命。對極性柱,尤其是PEG類(聚乙二醇)、F

17、FAP、含氰基的固定液(OV225、?OV275),定要用高純氮氣(最好高純氮氣經(jīng)過脫)99.99%否則,固定液很快被氧化,以致不能使用。1.6交聯(lián)毛細(xì)管柱的清洗交聯(lián)毛細(xì)管柱最重要的優(yōu)點是當(dāng)柱被可溶性有機(jī)重組分污時,可以用溶劑清洗除去污染物,使柱得以再生,根據(jù)污染的性質(zhì),可適用非極性溶劑(如正戊烷)或極性浴劑(如二氯甲烷、丙酮、苯等)。清洗方法:將溶劑裝入小瓶的2/3處,把毛細(xì)管的出口端(接檢測器的一端)刺過青霉素的橡皮蓋插入溶劑底部。(青霉橡皮蓋較硬,不易被彈性石英毛細(xì)管刺透,可用一金屬絲或注射針預(yù)先刺透,在留的痕跡處插入石英毛細(xì)管)。接著用25ml或50ml的注射針,向小瓶內(nèi)壓入空氣,溶液

18、即會壓入柱內(nèi),直全部溶劑從柱中流出,(如果是20米以上的大口徑毛細(xì)管柱,再加一次溶劑清洗)后,將柱從小瓶中拉出與儀器的進(jìn)樣連接,用載氣將柱中的溶劑吹干后,再把柱的另一端與檢測連接。用程序升溫的方式老化l2次,即可使用。清洗過程應(yīng)注意:溶劑必須用分析純試劑;溶劑在柱浸泡時間不能過長,以防止固定液液膜溶漲,使柱效下降。1.25或50ml注射器2.青霉素小瓶3.毛細(xì)管柱1.7毛細(xì)管色譜分析中常見故障及排除1.7.1進(jìn)樣不出峰這是最常見的問題之一,主要原因有以下凡個方面:漏氣:進(jìn)樣隔墊、柱子兩端的接頭以及放空針形閥前的連接處漏氣。火焰熄滅:調(diào)節(jié)氫氣或尾吹氣流量的大小,看記錄筆是否向一邊偏移,如筆不動,

19、說明火熄了或火沒點著。電路不正常:離子線、放大器、記錄儀連線接錯或接觸不好,放大器有問題。系統(tǒng)堵塞:在上述情況均正常時應(yīng)懷疑系統(tǒng)堵塞,樣品沒有進(jìn)到檢測器,先檢查柱后是否有氣流通過,如果沒有氣流通過,可能柱子堵塞,從柱后折斷12厘米,仍不通氣,再檢查柱前是否堵塞,在確認(rèn)柱子通氣的情況下,檢查柱子到檢測器的連接管路是否堵塞。尾吹氣沒加上:調(diào)節(jié)尾吹流量,如果記錄筆不動(在保證火點著和儀器正常情況下),應(yīng)懷疑流量不夠。關(guān)掉氫氣和空氣,噴嘴口若沒有氣流,證明是氣路堵塞或尾吹管路堵塞。靈敏度太低:可能高壓沒加上,絕緣不好等儀器本身的問題,也有操作上的原因,高太低,衰減大大,記錄儀滿刻度毫伏數(shù)大大等。毛細(xì)管色譜常用1010歐姆的高阻,衰減盡可能小,記錄儀滿刻度1毫伏(噪音可允許的情況下)。如果記錄儀滿刻度只有5毫伏或10毫伏,衰減可相應(yīng)小一些或高阻高一擋。另外,柱子從中間斷開。樣品濃度太低、放空流量太大。注射針堵塞等原因都可能造成不出峰。1.7

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