手細(xì)管氣相色譜法

1毛細(xì)管氣相色譜法

26.1概述

毛細(xì)管柱氣相色譜法是1957年由美國學(xué)者Golay在填充柱氣相色譜法的基礎(chǔ)上提出來的。用內(nèi)壁涂漬一極薄而均勻的固定液膜的毛細(xì)管代替填充柱，這種柱子分離能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于填充柱。由于這種柱子的固定液涂在內(nèi)壁上，中心是空的，故稱為開管柱（opentubularcolumn），習(xí)慣上稱為毛細(xì)管柱。3毛細(xì)管色譜柱材質(zhì)（1）不銹鋼優(yōu)點：彈性好、不易破裂、導(dǎo)熱性好、和儀器連接方便等。缺點:柱效低，有一定催化性、吸附性，不透明、不易涂漬固定液等。后來少用。4毛細(xì)管色譜柱材質(zhì)（2）玻璃

優(yōu)點：1960年，發(fā)明了玻璃毛細(xì)管拉制機(jī)，玻璃成為理想的色譜柱材質(zhì)。具有非催化性表面、透明、易加工價廉。缺點：易碎，與儀器部件連接困難；玻璃表面的羥基有較強(qiáng)的活性，造成組分吸附、峰拖尾等。5毛細(xì)管色譜柱材質(zhì)（3）石英

1979年，出現(xiàn)了石英毛細(xì)管柱，它具有化學(xué)惰性好、熱穩(wěn)定性好和機(jī)械強(qiáng)度高、有彈性等，已得到廣泛的應(yīng)用。6毛細(xì)管柱的類型

大?。簝?nèi)徑0.1～0.5mm；長度：幾十至幾百米。

分類：按柱內(nèi)固定液涂漬方法不同涂壁空心柱（WCOT）：固定液直接涂在管內(nèi)壁；涂載體空心柱（SCOT）：先在管內(nèi)壁涂上一層很細(xì)的多孔物質(zhì)，然后再涂固定液；7毛細(xì)管柱的類型多孔層空心柱（PLOT）：在管內(nèi)壁涂上一層多孔性吸附劑微粒，不再涂固定液（氣－固色譜）；化學(xué)鍵合相毛細(xì)管柱：將固定液用化學(xué)鍵合的方法鍵合到柱的內(nèi)壁，大大提高熱穩(wěn)定性；交聯(lián)毛細(xì)管柱：由交聯(lián)引發(fā)劑將固定相交聯(lián)到毛細(xì)管管壁上，耐高溫，抗溶劑抽提，液膜穩(wěn)定，柱效高，柱壽命長。8毛細(xì)管柱與填充柱性能比較9毛細(xì)管色譜柱的特點

自加工困難，需購買成品柱高分辨率（理論塔板數(shù)10萬以上）省時和高分離效能任選省時－－短柱，高流速高分離－－長柱、膜薄、適當(dāng)?shù)牧髁?/p>

3種類型WCOT，SCOT，PLOT

適于復(fù)雜樣品的分析（30個峰以上）10

外購毛細(xì)管柱要注明四要素：長度

10、25m（有時50m）內(nèi)徑

0.1mm，0.22mm，0.32mm，0.53mm固定液種類少，CBP-1,5,10,20理論塔板數(shù)高(10萬以上)膜厚

1.0-5.0μm材質(zhì)熔融石英、玻璃(惰性、彈性)11毛細(xì)管柱使用的固定液牌號固定液極性對應(yīng)名稱最高使用溫度CBP1聚甲基硅氧烷非極性O(shè)V-1，SE-30320℃CBP55%聚苯基甲基硅氧烷弱極性SE-52，54320℃CBP10氰基硅油中極性O(shè)V1701240℃CBP20聚乙二醇強(qiáng)極性PEG-20250℃

12毛細(xì)管色譜法特點

分離效能高，柱效好，峰形狹窄、對稱；分析速度快；操作條件嚴(yán)格，允許進(jìn)樣量小，對進(jìn)樣技術(shù)與檢測器要求高；適于分析復(fù)雜的有機(jī)混合物，如石油化工產(chǎn)品、環(huán)境污染物、天然產(chǎn)物等。13145.2進(jìn)樣方法1.大口徑毛細(xì)管柱直接進(jìn)樣

直接進(jìn)樣指用大口徑（0.53mm內(nèi)徑）毛細(xì)管柱接在填充柱進(jìn)樣口，像填充柱一樣，所有汽化的樣品全部進(jìn)入色譜柱。

151.大口徑毛細(xì)管柱直接進(jìn)樣a.柱連接大口徑毛細(xì)管柱的柱容量介于填充柱和常規(guī)毛細(xì)管柱之間，其柱內(nèi)載氣流速可高達(dá)20mL/min左右，但要將填充柱接頭換成大口徑毛細(xì)管柱專用接頭。16柱容量

柱容量是指色譜峰沒有明顯變形，樣品能夠進(jìn)入到色譜柱中的最大允許量?？稍黾又萘康囊蛩?膜厚(df).

溫度.

內(nèi)徑(ID).

固定相的選擇性.如果過載，可導(dǎo)致:

峰變寬.

不對稱.

拖尾或前伸峰.171.大口徑毛細(xì)管柱直接進(jìn)樣b.樣品的適用范圍基本與填充柱分析相同，對熱不穩(wěn)定的樣品宜采用柱內(nèi)直接進(jìn)樣；“臟”樣品采用普通直接進(jìn)樣，利用襯管來保護(hù)色譜柱不被污染。

181.大口徑毛細(xì)管柱直接進(jìn)樣c.操作參數(shù)設(shè)置

進(jìn)樣口溫度：一般應(yīng)高于待測組分沸點10-25℃。進(jìn)樣量和進(jìn)樣速度：不超過1μL；進(jìn)樣速度宜慢，以減少倒灌，改善早流出峰的分離度。191.大口徑毛細(xì)管柱直接進(jìn)樣c.操作參數(shù)設(shè)置載氣流速：填充柱進(jìn)樣口的載氣控制是恒流控制模式，其穩(wěn)定流速不應(yīng)低于15mL/min

，而這正是大口徑毛細(xì)管柱的流量上限，故載氣流速低于10mL/min（0.53mm內(nèi)徑柱的最佳流量為3.5mL/min）時，應(yīng)在氣路中增加一個限流器，以穩(wěn)定流速。

202.分流/不分流進(jìn)樣分流(split)進(jìn)樣

允許樣品中的代表部分進(jìn)入到色譜柱中（適于當(dāng)被測物濃度較高時）。不分流(splitless)進(jìn)樣

樣品中絕大部分進(jìn)入到色譜柱中（類似于直接進(jìn)樣）。21a.儀器分流/不分流進(jìn)樣口原理示意圖

樣品在玻璃襯管汽化，均勻汽化的樣品通過分流點(柱尖端Colomntip).22b.樣品的適用性

適用范圍寬（大部分可揮發(fā)樣品，包括液體和氣體樣品），靈活性很大，分流比可調(diào)范圍廣。對于一些相對“臟”的樣品，更應(yīng)采用分流進(jìn)樣，可將大部分樣品放空，防止色譜柱污染。23注意：

可能會有進(jìn)樣歧視現(xiàn)象。對寬沸程的樣品易產(chǎn)生非線性分流，使樣品失真。

不適于高純度物質(zhì)和痕量組分(<50ppm)的分析24c.操作參數(shù)設(shè)置溫度進(jìn)樣口溫度應(yīng)接近于或等于樣品中最重組分的沸點，以保證樣品快速汽化，減小初始譜帶寬度。未知新樣品，可設(shè)置為300℃進(jìn)行試驗。25c.操作參數(shù)設(shè)置載氣線流速氦氣30-50cm/s；氮氣20-40cm/s;氫氣40-60cm/s。分流比范圍為20:1-200:1，樣品濃度大或進(jìn)樣量大時，分流比可相應(yīng)增大，反之則減小。26c.操作參數(shù)設(shè)置進(jìn)樣量：不超過2μL，最好小于0.5μL。進(jìn)樣速度：越快越好，一是防止不均勻汽化，二是保持窄的初始譜帶寬度。27d.分流歧視問題分流歧視指在一定分流比條件下，不同樣品組分的實際分流比是不同的，這就會造成進(jìn)入色譜柱的樣品組成不同于原來的樣品組成，從而影響定量分析的準(zhǔn)確度。28d.分流歧視問題引起分流歧視的原因：

樣品不均勻汽化即樣品中各組分的極性不同，沸點各異，因而汽化速度各不相同；

分流比的大小分流比越大，越有可能造成分流歧視。29d.分流歧視問題如何消除分流歧視？色譜柱的初始溫度盡可能高一些，以減小汽化溫度和柱箱溫度之差，避免汽化后的樣品發(fā)生部分冷凝色譜柱的安裝，一是要保證柱入口端超過分流點，二是保證柱入口端處于汽化室襯管的中央，即汽化室內(nèi)襯柱與襯管是同軸的30

將樣品直接注入處于室溫或更低溫度下的色譜柱內(nèi)，然后再逐步升高溫度使樣品組分依次汽化通過色譜柱進(jìn)行分離。3.冷柱上進(jìn)樣31

島津冷柱頭進(jìn)樣器OCI-G9323.冷柱上進(jìn)樣優(yōu)點：消除了進(jìn)樣口對樣品的歧視效應(yīng)因為液體樣品直接進(jìn)入柱內(nèi)，進(jìn)樣過程中樣品不會汽化，且沒有分流問題

避免了樣品的分解不接觸可能有催化作用的汽化室內(nèi)表面，不經(jīng)受高溫，更適于分析熱不穩(wěn)定的化合物333.冷柱上進(jìn)樣缺點：進(jìn)樣體積小大的進(jìn)樣量易造成柱超載

操作復(fù)雜對初始柱溫、溶劑性質(zhì)、進(jìn)樣速度等要求嚴(yán)格，且要用特殊的注射器毛細(xì)管柱易受污染樣品記憶效應(yīng)較明顯冷柱上進(jìn)樣口需另購儀器成本高34

因此，冷柱上進(jìn)樣不如分流/不分流進(jìn)樣使用普遍，主要在分析熱不穩(wěn)定化合物或要求準(zhǔn)確度、靈敏度和精密度極高時使用。354.程序升溫汽化進(jìn)樣程序升溫汽化（PTV）進(jìn)樣

將液體或氣體樣品注射入處于低溫的進(jìn)樣口襯管內(nèi)，然后按設(shè)定程序升高進(jìn)樣口溫度。36

消除了注射器針頭的樣品歧視；抑制了進(jìn)樣口歧視（即分流歧視）；可除去溶劑和低沸點組分，實現(xiàn)樣品濃縮；不揮發(fā)物可滯留在襯管中，保護(hù)色譜柱；有多種操作模式，即分流、不分流模式等；重現(xiàn)性好，接近于冷柱上進(jìn)樣。特點376.3毛細(xì)管氣相色譜柱的制備及維護(hù)1.預(yù)處理（P109-111）1）粗糙化a.沉積石墨化炭黑b.沉積氯化鈉c.沉積二氧化硅一、毛細(xì)管氣相色譜柱的制備382）去活（P111-114）（1）石英毛細(xì)管柱的水熱處理（2）石英毛細(xì)管柱的去活

a.硅烷化去活三甲基氯硅烷（TMCS）、六甲基氯硅烷（HMDS）

b.聚硅氧烷高溫裂解去活

c.含氫硅油裂解去活

d.全硅烷化去活用硅烷胺、環(huán)硅氧烷、含氫的硅烷氧烷進(jìn)行全硅烷化去活。391）毛細(xì)管柱固定相的要求：熱穩(wěn)定性好的高聚物，熔點低，粘度大對石英毛細(xì)管內(nèi)壁具有較好的濕潤能力最好含有交聯(lián)基團(tuán)，如：乙烯基具有選擇性基團(tuán)，便于分離異構(gòu)體2.毛細(xì)管色譜柱固定相的涂漬402）聚硅氧烷毛細(xì)管氣相色譜固定相聚二甲基硅氧烷、含（苯基、氰基）的聚硅氧烷、含氟聚硅氧烷含乙烯基等易交聯(lián)的聚硅氧烷手性分離用聚硅氧烷（如Frank等把L-纈氨酸-叔丁酰胺接枝到聚硅氧烷上）、環(huán)糊精衍生物413）色譜柱的涂漬（P115-116）

靜態(tài)涂漬法方法要點：把固定液的稀溶液（2-20mg/mL）用真空系統(tǒng)吸入毛細(xì)管柱中，一端封口，從另一端抽真空，在低于溶劑沸點10-15℃恒溫條件下使溶劑慢慢蒸發(fā)出去，在管壁上留下一層薄薄的液膜。42動態(tài)涂漬法方法要點：以惰性氣體壓力推動固定液溶液通過毛細(xì)管柱，在柱內(nèi)壁上留下一層液膜。固定液濃度一般為10-20%，根據(jù)固定液黏度和極性不同，選擇二氯甲烷或丙酮作溶劑。434)交聯(lián)（1）交聯(lián)的目的：使線形固定相分子成為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使其穩(wěn)定性和耐熱性更好。（2）交聯(lián)方法通過高溫縮合，使毛細(xì)管內(nèi)壁的兩分子Si-OH形成Si-O-Si鍵；聚硅氧烷上的甲基（或乙烯基）經(jīng)引發(fā)劑而產(chǎn)生碳碳鍵，形成Si-C-C-Si，此法普遍使用。44（3）交聯(lián)引發(fā)劑過氧化物引發(fā)劑—叔丁基過氧化物(TBP)、過氧化苯甲酰(BP)、過氧化異丙苯（DCP）等。DCP使用最多。偶氮化合物引發(fā)劑—偶氮叔丁烷(ATB)、偶氮叔辛烷(ATO)、偶氮叔十二烷（ATD），優(yōu)于過氧化物。臭氧引發(fā)劑—由瑞典Buijten在1984年提出。適于液膜薄的毛細(xì)管柱的交聯(lián)。45二、毛細(xì)管色譜柱的最佳用法和維護(hù)方法

柱溫設(shè)定值應(yīng)比毛細(xì)管柱最高使用溫度盡可能低一些（可延長柱子壽命，降低檢測器的噪音）為避免難揮發(fā)組分進(jìn)入柱內(nèi)，應(yīng)很好進(jìn)行樣品前處理；使用玻璃襯管和石英棉；可連接一次性的短的前置柱。為除掉柱內(nèi)殘留的難揮發(fā)組分，可老化柱子、溶劑清洗、除掉柱入口污染的部分。46二、毛細(xì)管色譜柱的最佳用法和維護(hù)方法

老化柱子：柱溫升到柱子最高使用溫度，將高沸點組分氣化排除（保持1-2小時，觀察基線情況）

溶劑清洗：用少量有機(jī)溶劑清洗柱子，將高沸點組分溶解后排除。（流動方向從出口側(cè)到入口側(cè)。用正己烷、三氯甲烷、丙酮即可）

除掉柱入口污染的部分：從入口側(cè)一端折斷5-20cm（使用專用工具，將折斷面折成直角）47高爾夫球場使用的21種農(nóng)藥中，約有18種是用氣相色譜儀分析的。所需的檢測器為火焰光度檢測器（FPD），火焰熱離子檢測器（FTD），電子捕獲檢測器（ECD）。各檢測器檢測范圍如下（有的組分重復(fù)出現(xiàn)，它表示用哪種檢測器都可以）毛細(xì)管氣相色譜應(yīng)用實例48檢測農(nóng)藥種類和所用的檢測器49

１．用ECD檢測４種農(nóng)藥各組分濃度為100ppb,進(jìn)樣1μl獲得的結(jié)果。分析條件儀器：島津GC-14A

色譜柱：CBP1-S25-050(25m×0.3mmφ，0.5μm)

柱溫：50℃(3min)→240℃(10℃／min)

進(jìn)樣口溫度：240℃檢測器溫度：300℃

載氣：He尾吹氣體：N2

進(jìn)樣法：無分流50出峰順序:

丙草安百菌清(TPN)

可菌丹稻瘟靈51２．FTP分析農(nóng)藥儀器：島津GC-14A色譜柱：CBP17-M30(30m×0.25m