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毛細(xì)管柱使用技術(shù)及常見故障

閱讀:1515      發(fā)布時間:2014-3-28
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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*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。然后將柱子的未端盡可能的伸到檢測器(FID)的噴嘴以下的1~2厘米處(但不能超過噴嘴,并使柱子的出口處于氣流的zui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1~2厘米處,但必須伸到尾吹氣入口的上部使柱子的未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*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= 60uπr2 
    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)姆至鞅纫埠苤匾H绻至鞅群苄?,樣品大多?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1:100~200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,*流速0.3~0.4ml/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   
    0.2mm   
    0.25mm   
    0.32mm   
    0.53mm 
    15m    0.06Mpa    0.039Mpa    0.024Mpa    0.009Mpa 
    25m    0.1Mpa    0.065Mpa    0.04Mpa    0.016Mpa 
    30m    0.13Mpa    0.08Mpa    0.048Mpa    0.019Mpa 
     50m    0.22Mpa    0.14Mpa    0.08Mpa    0.032Mpa 
    上表所使用的載氣為氮氣,線速度為20cm/秒。或氫氣,線速度為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 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,以較低的初始溫度程序升溫至zui高使用溫度老化2—3次。各種固定液因其性質(zhì)和生產(chǎn)廠家不同而zui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zui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250℃以下老化使用,可用普通氮氣,在250℃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)、FFAP、含氰基的固定液(OV225、•OV275),一定要用高純氮氣(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zui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l~2次,即可使用。 
    清洗過程應(yīng)注意:①溶劑必須用分析純試劑;②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zui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,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1~2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10 ~10 
    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。樣品濃度大低、放空流量太大。注射針堵塞等原因都可能造成不出峰。 

1.7.2色譜峰拖尾,拖尾峰引起的原因比較復(fù)雜,毛細(xì)管柱和儀器系統(tǒng)都可能引起拖尾。柱子兩端安裝不正確,沒有超過分流點和尾吹點;或者是安裝好后又在接頭處斷裂;柱外死體積較大;尾吹氣流量小,樣品在柱內(nèi)或者系統(tǒng)內(nèi)壁非線性吸附;汽化室污染,此時應(yīng)檢查柱子的連接是否正確,有無斷裂,尾吹氣流量是否合適,強(qiáng)極性組份在金屬、載體、固定液和載氣以及固定液和玻璃界面上都會發(fā)生吸附作用,這些表面吸附作用可以通過表面純化來解決。是將系統(tǒng)全玻璃化,并使用石英毛細(xì)管柱,或?qū)悠愤m當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)化。 
     
    前伸峰是由于進(jìn)樣量太大,柱子超負(fù)荷,進(jìn)樣器或柱溫太低引起的、只要提高儀器的靈敏度,減小進(jìn)樣量,提高進(jìn)樣器溫度或柱溫,就能或少解決色譜峰的前伸問題。

 毛細(xì)管色譜柱在氣相色譜儀分析中是一個核心部分,正確使用毛細(xì)管色譜柱對氣相色譜儀分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和延長毛細(xì)管色譜柱的使用壽命至關(guān)重要,現(xiàn)根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)整理如下資料供氣相色譜儀分析工作者參考:
     1. 在沒有載氣通過時,柱的固定液熱分解較迅速,所以在柱箱(爐)升溫前總是應(yīng)該先通上載氣(這與TCD操作要求相似),柱箱冷卻后才能把載氣關(guān)上。

    2. 載氣中若夾帶灰塵或其它顆粒狀物體就會導(dǎo)致柱迅速損壞,因此在載氣進(jìn)入儀器管線前需加凈化器。(帶填充劑的汽化室玻璃襯管必須注意不能帶有微?;蚧覊m吹出)

    3. 載氣中的水分通過固定液的液膜吸附在柱管表面上,將取代或破壞固定液液膜,所以,固定液極性越強(qiáng),越需要采用干燥的載氣,例如:象OV-1、SE-30、SE-54、OV-101對載氣干燥要求不高,而PEG20M、FFAP和SP1000對載氣要求就很高。但在涂布于碳酸鋇沉積層上的柱子情況就恰恰相反,涂極性固定液的柱子能經(jīng)受含水樣品的直接進(jìn)樣,而涂非極性固定液的柱反而不能經(jīng)受含水樣品。

    4. 對于那些能被氧化的固定液(如PEG20M、Caxbowax、FFAP等)對載氣除氧也很重要,在N2和He中往往含O2較高,而H2中含O2少,所以,ECD-CS、FID-CS常用高純N2作載氣,TCD-CS用H2作載氣,可用105催化劑常溫下除O2。同時,停機(jī)使用時,應(yīng)將排空端密封住,以防止空氣中的O2對柱固定液的氧化作用。

    5. 在大多數(shù)情況下,柱的壽命與它的使用溫度成反比。采用稍低些的溫度上限,可顯著提高柱的壽命,程序升溫到較高溫度所維持的時間短對柱的壽命影響較小。
     ①.聚二甲基硅酮類固定相:OV-1 , SE-30 (彈性體,OV-101 , SF96 , DC2000 流體),使用溫度上限為300C,但把溫度上限改為280℃,可使柱子壽命顯著延長。一般來說,彈性體類固定液比流體類更穩(wěn)定些,SF96 , DC200因含有較高水平的殘留催化劑和不純物,不宜作GC/MS分析。
     ②聚苯基乙基硅酮:SE52 (彈性體,5%苯基),SE54(彈性體,5%苯基,1%乙烯基),DC10(液體,35%苯基),OV17(液體,50%苯基)實際上限250℃。SE-52、SE54在280時穩(wěn)定性很好,常用于GC/MS分析,并能容納超負(fù)荷的大進(jìn)樣量。苯基含量增加、穩(wěn)定性要差點。 
     ③聚氰丙基硅酮是極性強(qiáng)的硅酮固定液:OV225(液體,25%氰丙基,25%苯基),Silav10c、SP2340(液體,75%氰丙基),實際溫度上限是250℃。
     ④聚乙二醇型(Carbowax or PEG)固定液是乙烯氧化物聚合體的混合物,其名稱反映了他們分子量變化范圍的平均值。Carbowax 20000(臘狀固體),F(xiàn)FAP(兩終端都是對苯二甲酸的Carbowax 20000),實際溫度上限是220℃。

    6. 水、醇(尤其是甲醇)、二硫化碳這類的溶劑,有著非常強(qiáng)的置換固定液的能力,因此用于有意將相當(dāng)大量的溶劑聚集在柱上(溶劑效應(yīng))的不分流進(jìn)樣法以及柱上進(jìn)樣法的溶劑,應(yīng)根據(jù)它們對柱壁的吸附親和力(或固定液被置換的可能性)小心的加以選擇。(例如:甲醇不宜用于PEG20M,丙酮往往會引起引起硅酮降解。)

     7. 毛細(xì)管柱zui大特點是高的柱效,但是必須清楚一般所測得的柱效不僅反映了柱的質(zhì)量,而且還包括進(jìn)樣過程的整個系統(tǒng)的效率的總質(zhì)量,也就是說,自樣品進(jìn)入系統(tǒng)的一瞬間開始到記錄筆繪出色譜峰為止,每一個能影響峰的加寬或分離的因素,如進(jìn)樣器、柱的連接、輔助氣引入位置、管路死體積、進(jìn)樣器內(nèi)襯的毛病等等,都一定會影響柱效。

    8. 一根好的柱子,由于安裝不當(dāng),可以造成理論塔板數(shù)降低,峰形增寬或拖尾、活性物質(zhì)的吸附性拖尾或消失、靈敏度降低或組分分離不佳等等。

    9. 進(jìn)樣器與色譜柱連接方式:
    ①.分流進(jìn)樣方式:分流點要求位于載氣流速較高的區(qū)域。
    ②不分流進(jìn)樣方式:色譜柱不伸進(jìn)進(jìn)樣器內(nèi),避免造成氣流掃不到的區(qū)域,通常直接連接到進(jìn)樣器的末端。 
    ③檢測器與色譜柱出口端連接:對FID不僅插入深度要超過尾吹和H2氣的進(jìn)口,而且應(yīng)盡可能將柱出口端插到FID的噴嘴下面1mm處為佳,對Micro TCD應(yīng)插到TCD氣體入口處為佳??梢愿纳戚p度拖尾。

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