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【绝对原创】分流进样时歧视效应的一点总结!

气相色谱(GC)

  • 1.前言
    去年杜版主搞了个帖子,专门讨论了歧视效应的问题,大家讨论的很热烈,学到了不少东西,今天结合我做过的一点实验,总结一下。去年,出口到国外的产品中我方做出的纯度结果和外方做出的有较大的偏差,主要原因是一个出峰较晚的物质(经MS确认为两分子聚合产物,高沸点)差别较大,后来经过反复比较我方和外方的分析条件,发现了问题,我方用的是DB-1毛细管柱,分流进样,而外方用的WBI,不分流进样,考虑到可能是歧视效应的影响,因此做了一些实验验证了一下。基于此,简单的就下面几个问题说一点不成熟的看法,欢迎大家拍砖!
    2.定义
    歧视效应是指在分流进样状态下低沸点组分测定含量偏高而高沸点组分测定含量偏低的现象。
    3.产生机理:详细的机理还不清楚,很多资料上谈到这个问题的时候简单一句话:不均匀汽化产生。具体是怎么个不均匀法也没有具体的说法,至今还是个迷!岛津的仪器说明书上有个说明歧视效应的示意图,它说歧视效应是由针尖残留的高沸点物质导致的,言外之意就是不分流进样也应该有歧视效应,这显然是错误的!如图所示。


    4.文献报道特别少的原因:文献报道中的气相色谱定量方法多是内标、外标法,很少有归一化法的文献报道,也难怪,归一化法只能做相对的百分含量,应用起来有很大的局限性;而对内标和外标法来说,歧视效应带来的是系统误差(您不会选择沸点差别太大的物质做内标物吧?),优化起来也没有多大意义,而对归一化法就不一样了,歧视效应带来的影响是非常明显的,这可以从下面的实验结果中看出来!
    5.实验结果如图所示。


    从实验数据上来看,不能简单的说分流比越小歧视效应越明显等,只能说在选定的色谱条件下,A、B、C三种物质在分流比30的时候歧视效应要比分流比为120的时候明显,至于分流比在0-30之间是个什么变化趋势不能想当然,还得以实验结果来验证,由于那个分流区间用的较少,因此没做。
    6.题外话 通过这个帖子,如果你了解了什么是歧视效应,歧视效应在什么情况下对分析结果影响大,我的目的就达到了。至于产生的机理,就不管它了,我是没有弄清楚,如果有高手弄清楚了的话,也分享一下啊!
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  • 独钓寒江雪

    第1楼2009/04/13

    阿宝有没有用外方的柱子不分流试过?

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  • 阿宝

    第2楼2009/04/13

    和外方一模一样的主子没有找到,找到个类似的柱子试了,结果和外方一致!!!说明了歧视效应确实存在!!!

    hzhhqt 发表:阿宝有没有用外方的柱子不分流试过?

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  • 皮皮鱼

    第3楼2009/04/14

    粗略谈一下吧。时间不早了,无法讲很细了。

    首先,你把进样的针头效应或者叫进样歧视 和 分流歧视 两个概念弄混了。
    针头效应是由于针头残留造成的。通过在衬管中装填石英棉和自动进样器快速进样能够有效消除的。它与分流比无关,总是低沸点组分测定结果偏大。分流歧视原因复杂的多,结果谁偏大不好说。

    其次,谈谈分流歧视产生的几个原因。
    分流歧视是样品进入汽化室后,不同沸点组分气化速度不同造成的误差。第一种:大量低沸点溶剂和低沸点组分先气化,造成衬管内局部高压;高沸点组分气化时,低沸点组分已经通过,衬管压力已经恢复正常。由于压力不同,分流比不同,大压力下分流出口流量更大,因此低沸点组分进入色谱柱量较小。第二种:高沸点组分气化过慢,随载气流动到达柱头时尚未完全气化,因此直接从分流出口流出一部分液体。造成高沸点组分进入色谱柱量较小。第三种:高沸点组分和低沸点组分高温下得到了良好气化,可是色谱柱温度过低,在衬管中形成温度分布。当高沸点组分到达柱头之前已经发生冷凝,随分流气被排出,因此造成重组分进入色谱柱的量较少。后2种情况,总的结果都是接近的,但解决方法并不同。总的来说,应该尽量提高汽化室温度,提高柱箱初始温度,毛细管柱进入玻璃衬管位置必须合理,毛细管要正好位于衬管中心,这些是消除分流歧视的办法了。

    最后,对你的分析结果做一个点评。
    从你的分析结果可以看到,不同分流比下,并不是低沸点组分结果总是偏大。低分流比下,高沸点组分C浓度测定结果严重偏低,而高分流比下情况较好。个人认为是温度梯度的影响,高分流比下流速快,不容易冷凝。同时,高分流比下低沸点组分A偏低,说明存在较大气化压力差异,存在气化速度造成的压力冲击,高分流比下,流速快,轻组分损失快。注意,如果不存在这个问题,那么轻组分测定值总是应该比真实值高的。建议:减小进样量,提高汽化室温度,提高柱箱温度,选择合适的分流比。别问我分离度保证不了怎么办。。。。。。正是因为如此,大家才默认有分流歧视也无所谓的。宽沸点样品在进样、分流上都很难,这是公认的事实了。

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  • 辣椒王

    第4楼2009/04/14

    谢谢两位的经验之谈,大概看懂了一些。

    有个小问题问yuen老师,
    第一种情况下:大量低沸点溶剂和低沸点组分先气化,造成衬管内局部高压;高沸点组分气化时,低沸点组分已经通过,衬管压力已经恢复正常。由于压力不同,分流比不同,大压力下分流出口流量更大,因此低沸点组分进入色谱柱量较小。

    由于有大量低沸点试剂和组分先气化了,那么进入色谱柱的组分成分应该是低沸点物质较多啊,为什么结论是“低沸点组分进入色谱柱量较小”?

    多谢指点。

    yuen72 发表:粗略谈一下吧。时间不早了,无法讲很细了。

    首先,你把进样的针头效应或者叫进样歧视 和 分流歧视 两个概念弄混了。
    针头效应是由于针头残留造成的。通过在衬管中装填石英棉和自动进样器快速进样能够有效消除的。它与分流比无关,总是低沸点组分测定结果偏大。分流歧视原因复杂的多,结果谁偏大不好说。

    其次,谈谈分流歧视产生的几个原因。
    分流歧视是样品进入汽化室后,不同沸点组分气化速度不同造成的误差。第一种:大量低沸点溶剂和低沸点组分先气化,造成衬管内局部高压;高沸点组分气化时,低沸点组分已经通过,衬管压力已经恢复正常。由于压力不同,分流比不同,大压力下分流出口流量更大,因此低沸点组分进入色谱柱量较小。第二种:高沸点组分气化过慢,随载气流动到达柱头时尚未完全气化,因此直接从分流出口流出一部分液体。造成高沸点组分进入色谱柱量较小。第三种:高沸点组分和低沸点组分高温下得到了良好气化,可是色谱柱温度过低,在衬管中形成温度分布。当高沸点组分到达柱头之前已经发生冷凝,随分流气被排出,因此造成重组分进入色谱柱的量较少。后2种情况,总的结果都是接近的,但解决方法并不同。总的来说,应该尽量提高汽化室温度,提高柱箱初始温度,毛细管柱进入玻璃衬管位置必须合理,毛细管要正好位于衬管中心,这些是消除分流歧视的办法了。

    最后,对你的分析结果做一个点评。
    从你的分析结果可以看到,不同分流比下,并不是低沸点组分结果总是偏大。低分流比下,高沸点组分C浓度测定结果严重偏低,而高分流比下情况较好。个人认为是温度梯度的影响,高分流比下流速快,不容易冷凝。同时,高分流比下低沸点组分A偏低,说明存在较大气化压力差异,存在气化速度造成的压力冲击,高分流比下,流速快,轻组分损失快。注意,如果不存在这个问题,那么轻组分测定值总是应该比真实值高的。建议:减小进样量,提高汽化室温度,提高柱箱温度,选择合适的分流比。别问我分离度保证不了怎么办。。。。。。正是因为如此,大家才默认有分流歧视也无所谓的。宽沸点样品在进样、分流上都很难,这是公认的事实了。

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  • vanvan

    第5楼2009/04/14

    经验啊,好贴,学习啦,谢谢。

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  • 阿宝

    第6楼2009/04/14

    说的不错,岛津说明书上说的是进样歧视,而不是分流歧视,明白了这一点!
    还是有一点不太明白,由于压力不同,分流比不同,大压力下分流出口流量更大,因此低沸点组分进入色谱柱量较小,这句话怎么理解?分流比是固定值,怎么会随压力变化而改变?由于样品汽化导致的压力上升和强大的柱前压比起来有那么明显吗?低沸点组分进入色谱柱量小的话测定值应该偏低才对,和实验结果相悖,怎么解释呢?

    yuen72 发表:粗略谈一下吧。时间不早了,无法讲很细了。

    首先,你把进样的针头效应或者叫进样歧视 和 分流歧视 两个概念弄混了。
    针头效应是由于针头残留造成的。通过在衬管中装填石英棉和自动进样器快速进样能够有效消除的。它与分流比无关,总是低沸点组分测定结果偏大。分流歧视原因复杂的多,结果谁偏大不好说。

    其次,谈谈分流歧视产生的几个原因。
    分流歧视是样品进入汽化室后,不同沸点组分气化速度不同造成的误差。第一种:大量低沸点溶剂和低沸点组分先气化,造成衬管内局部高压;高沸点组分气化时,低沸点组分已经通过,衬管压力已经恢复正常。由于压力不同,分流比不同,大压力下分流出口流量更大,因此低沸点组分进入色谱柱量较小。第二种:高沸点组分气化过慢,随载气流动到达柱头时尚未完全气化,因此直接从分流出口流出一部分液体。造成高沸点组分进入色谱柱量较小。第三种:高沸点组分和低沸点组分高温下得到了良好气化,可是色谱柱温度过低,在衬管中形成温度分布。当高沸点组分到达柱头之前已经发生冷凝,随分流气被排出,因此造成重组分进入色谱柱的量较少。后2种情况,总的结果都是接近的,但解决方法并不同。总的来说,应该尽量提高汽化室温度,提高柱箱初始温度,毛细管柱进入玻璃衬管位置必须合理,毛细管要正好位于衬管中心,这些是消除分流歧视的办法了。

    最后,对你的分析结果做一个点评。
    从你的分析结果可以看到,不同分流比下,并不是低沸点组分结果总是偏大。低分流比下,高沸点组分C浓度测定结果严重偏低,而高分流比下情况较好。个人认为是温度梯度的影响,高分流比下流速快,不容易冷凝。同时,高分流比下低沸点组分A偏低,说明存在较大气化压力差异,存在气化速度造成的压力冲击,高分流比下,流速快,轻组分损失快。注意,如果不存在这个问题,那么轻组分测定值总是应该比真实值高的。建议:减小进样量,提高汽化室温度,提高柱箱温度,选择合适的分流比。别问我分离度保证不了怎么办。。。。。。正是因为如此,大家才默认有分流歧视也无所谓的。宽沸点样品在进样、分流上都很难,这是公认的事实了。

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  • 皮皮鱼

    第7楼2009/04/14

    内部低沸点组分气化时,局部压力增加,但是此时分流阀仍处于低压正常分流状态。这时候由于分流流路阻力小,压力升高后组分可以迅速流出,因此压力升高后这里流速增加快一些。而色谱柱流动阻力随压力升高有变化,流速增加小,因此分流比就变了。

    柱前压不是很强大的,一般不足100kPa,也就1公斤1个大气压吧。1ul的样品进入,在200度温度下气化体积在200-1000ul,如果衬管体积在0.5ml左右,压力瞬间提升大约有50-150kPa呢。溶剂的气化膨胀系数以水为最,超过1000倍的。所以进样量小一点有利于分流歧视,但不利于针头效应。

    针头效应总是低沸点测定值偏大,如果分流歧视也总是低沸点组分测定值偏大,那么你后面2个高分流分析结果就没办法解释了。其实后面2个A测定偏小是因为分流歧视造成的,C测定偏小也是分流歧视造成的,总的结果就是中间组分测定值偏高了。因为中间组分总是两边占便宜的。

    有时间了,就再说说。分流歧视还有其他原因的。第四种,样品气化后,在衬管中流动速度是不同的,越靠近中心流速越快,越靠近衬管壁越慢。如果毛细管柱不在中心或插入距离不正确,则可能造成衬管中混合不均匀时,分流发生差异。第五种,不同沸点组分的分子量不同,他们在气相中的扩散速度也不同,高分流比下载气运动速度快,扩散时间少,因此低沸点组分扩散快,分流好;高沸点组分扩散慢,在中间多,因此分流时进入色谱柱的多,会偏高。

    其实说这么多问题,但是分析中实际上很少关注分流歧视的。一般它不会造成太大影响的。

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  • 阿宝

    第8楼2009/04/14

    谢谢,说的很详细,似乎明白了一点,让我再好好考虑考虑!

    yuen72 发表:内部低沸点组分气化时,局部压力增加,但是此时分流阀仍处于低压正常分流状态。这时候由于分流流路阻力小,压力升高后组分可以迅速流出,因此压力升高后这里流速增加快一些。而色谱柱流动阻力随压力升高有变化,流速增加小,因此分流比就变了。

    柱前压不是很强大的,一般不足100kPa,也就1公斤1个大气压吧。1ul的样品进入,在200度温度下气化体积在200-1000ul,如果衬管体积在0.5ml左右,压力瞬间提升大约有50-150kPa呢。溶剂的气化膨胀系数以水为最,超过1000倍的。所以进样量小一点有利于分流歧视,但不利于针头效应。

    针头效应总是低沸点测定值偏大,如果分流歧视也总是低沸点组分测定值偏大,那么你后面2个高分流分析结果就没办法解释了。其实后面2个A测定偏小是因为分流歧视造成的,C测定偏小也是分流歧视造成的,总的结果就是中间组分测定值偏高了。因为中间组分总是两边占便宜的。

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  • keylua

    第9楼2009/04/14

    说的不错,岛津说明书上说的是进样歧视,而不是分流歧视,明白了这一点!
    还是有一点不太明白,由于压力不同,分流比不同,大压力下分流出口流量更大,因此低沸点组分进入色谱柱量较小,这句话怎么理解?分流比是固定值,怎么会随压力变化而改变?由于样品汽化导致的压力上升和强大的柱前压比起来有那么明显吗?低沸点组分进入色谱柱量小的话测定值应该偏低才对,和实验结果相悖,怎么解释呢?


    我想进样的过程中衬管内的压力是一个由低至高再到低的过程,A、B两种物质在压力升高时气化,歧视会使低沸点组分偏高;如果两种物质在压力降低时气化,歧视会使低沸点组分偏低。至于检测时组分会在那个时段气化,这就很难说了。

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  • diamond

    第10楼2009/04/14

    分流歧视始终是无法避免的问题,最多只是分流歧视的严重程度有差别。估计楼主的定量方法使用了归一化法,归一化法本来就不大合适与分流进样结合,毕竟多组分的分流情况谁都说不清楚(沸点、极性、吸附因素太多),这种说不清楚的情况直接导致结果的不准确,而分流比对结果的影响相比之下已经是次要因素了。所以建议归一化法还是使用不分流,如果一定要用分流,那就要用内标法或是外标法(前提是仪器的分流具有重复性)。

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