气相色谱毛细管色谱柱的

游走的仪器人

2024/09/24

私聊

气相色谱（GC）

气相色谱细管色谱柱的安装、选择应用和维护保养

一、气相色谱柱的组成

1、柱管气相色谱柱的柱管可以由玻璃、石英、不锈钢或聚四氟乙烯等材料制成，其中石英和不锈钢最为常见。毛细管柱通常使用石英材质作为柱管，因为它能耐高温，而填充柱则使用不锈钢材质柱管，以承受压力。

2、填充物毛细管柱：根据填充型固定液涂渍方法不同，可分为：

A、涂壁开管柱（WCOT）：将内壁经预处理，再把固定液涂在毛细管内壁上。

B、载体涂渍开管柱（SCOT）：为了增大开柱管内固定液的涂渍量，在管壁上涂一层很细的多孔性颗粒，然后在多孔性层上涂渍固定液，液膜厚，适于痕量分析。

C、多孔层空心柱（PLOT）：在管壁上涂一层多孔性吸附剂固体微粒，不再涂固定液。实际是一种气固色谱开柱管。现在也有一种大口径开管柱，可容许更大样品量，尽管柱效低些，但大大高于填充柱。

3. 固定相固定相可以是非极性、极性或手性材料，涂在毛细管内壁或多孔性颗粒上，它决定了分析物中各组分的保留行为。

4. 柱端封口两端通常有精细的筛板或过滤器，防止固定相颗粒移动，同时允许气体流动。

二、气相色谱住的选择

1、一般我们根据目标物的极性差异或者沸点差异选择气相柱产品。

目标物特点	选择柱子类型
目标物极性差异不明显，沸点差异明显	选择非极性-1或弱极性-5柱
目标物沸点差异不明显，极性差异明显	选择极性Wax柱
目标物极性沸点都有差异	各种类型的柱子都可以尝试

2、色谱柱长度的选择：一般来说，色谱柱长度从10-150米不等，可能还有更长的。10-15米的短柱主要分析较简单的样品，或者一些有特定需求的样品，比如PBDE样品容易分解，一般可以选用15米的色谱柱，也可用10米的色谱柱。30米色谱柱是最常用的规格，大多数标准推荐的都是这个长度。60-150米色谱柱，主要分析一些比较复杂的样品，比如VOC多用60米柱子，之前做变性燃料乙醇，用到了150米的色谱柱，一个多小时出一针，一个样品要做2针（平行），比较慢，总之，柱子越长，分析时间越长。

3、色谱柱内径：主要有0.25mm、0.32mm及0.53mm三个规格，柱子内径直接影响柱效和柱容量。

柱子内径规格	特点
0.25mm	柱效较高，柱容量较低，能满足常规检测需求，是最常用的规格
0.32mm	柱效居中，柱容量也居中，不是很常用
0.53mm	有点接近填充柱的效果

4、膜厚：膜厚的规格范围比较广，有的低于0.1μm，有的高于2μm，但是常用的规格还是介于0.25-0.5μm之间，膜厚直接影响各组分的保留时间和馏出温度，膜厚大时，组分在固定相上的保留时间长，组分的保留时间就长。一般沸点高、样品较简单的选择0.25μm及以下的膜厚；沸点低、组分多、样品复杂的情况选择1μm及以上的膜厚。

5、固定液的选择：固定液决定色谱柱的极性，一般分为非极性、弱极性、中等级性和强极性。根据相似相溶的原则，极性越相近，固定液对物质的吸附性越强，保留时间就越长。

色谱柱极性	色谱柱的固定相
非极性	各个品牌“-1”的型号基本都是非极性柱，一般为100%二甲基聚硅氧烷固定液
弱极性	如“-5”型号，典型的是“5%-苯基-二甲基聚硅氧烷”，有的还会带有“乙烯基”
中等级性	“-50”、“-1701”、“-225”等都属于中等极性
强极性	如“-FFAP”、“-WAX”等
介于弱极性与中等极性之间	“-624”色谱柱是测试挥发性有机物的主流色谱柱，“-VRX”色谱柱

三、毛细柱的安装

1、检查气体过滤器、载气、进样垫和衬管等。检查气体过滤器和进样垫，保证辅助气和检测器的通气畅通，如果以前做过较脏样品或活性较高的化合物，需要将进样口的衬管清洗或更换。

2、将螺母和密封垫装在色谱柱上，并将色谱柱两端小心切平，切面要平滑整齐。

3、将色谱柱连接于进样口上。色谱柱在进样口中插入的深度应根据所使用的GC仪器不同而定，正确合适的插入能最大可能地保证试验结果的重现性。通常，色谱柱的入口应保持在进样口的中下部，即处于进样针穿过隔垫完全插入进样口后针尖与色谱柱入口相距1～2cm。避免用力弯曲挤压毛细管柱，并小心不要让标记牌等带有锋利边缘的物品与毛细管柱接触摩擦，以防毛细管柱断裂受损。色谱柱正确插入进样口后，将连接螺母拧上，拧紧后（用手拧不动了）用扳手再多拧1/4—1/2圈，保证安装的密封程度。不紧密的安装，不仅会引起装置的泄漏，而且有可能对色谱柱造成永久损坏。

4、接通载气，当色谱柱与进样口接好后，通入载气，调节柱前压以得到合适的载气流速。将色谱柱的出口端插入装有已烷的样口瓶中，正常情况下可以看见瓶中稳定持续的气泡。如果没有气泡就要重新检查载气装置和流量控制器等是否设置正确，并检查整个气路有无泄漏，待所有问题解决后，将色谱柱出口从瓶中取出，保证柱端口无溶剂残留，再进行下一步的安装。

5、将色谱柱连接于检测器上。色谱柱与检测器的连接安装和所需注意的事项和色谱柱与进样口连接大致相同。如果在应用中系统所使用的ECD或NPD等，那么在老化色谱柱时，应该将色谱柱与检测器断开，这样检测器可避免被污染。

6、确定载气流量，再对色谱柱的安装进行检查。注意：如果不通入载气就对色谱柱进行加热，会快速且永久性的损坏色谱柱。

7、色谱柱的老化。色谱柱安装和系统检漏工作完成后，就可以对色谱柱进行老化，对色谱柱加热至一恒定温度，通常取其温度上限。特殊情况下，可加热至高于最高使用温度10～20℃左右，但是一定不能超过色谱柱的温度上限否则极易损坏色谱柱。当达到老化温度后，记录并观察基线，初始阶段基线应持续上升，在达到老化温度后5～10min开始下降，并且会持续分钟，当达到一个固定的值后就会稳定下来。如果在小时后基线仍无法稳定，或者在15～20分钟后仍无明显的下降趋势，那么有可能系统装置有泄漏或者污染。遇到这样的情况，应立即将柱温降到40℃以下，尽快地检查系统并解决相关的问题，如果还是继续老化，不仅对色谱柱有损坏而且始终得不到正常稳定的基线。

8、设置确认载气流速。对于毛细管色谱柱使用载气首选高纯度氮气或氢气，载气的纯度最好大于99.95%，而其中的含氧量越小越好。如果您使用的是毛细管色谱柱，那么依照载气的平均线速度（cm/s），而不是利用载气流量（ml/min）来对载气做出评价，因为柱效的计算采用的是载气平均线速度。推荐平均线速度值：氮气：10～20cm/s 氢气：20～25cm/s
在载气的管线中加入气体过滤装置不仅可以延长色谱柱寿命，而且很大程度地降低了背景噪音，建议最好安装一个高容量脱氧管和一个载气净化器。使用ECD系统时，最好能在其辅助气路中也安装一个脱氧管。

9、柱流失检测。在色谱柱老化过程结束后，采用程序升温作一次空白试验（不进样），一般是以10℃/min从50℃升到最高使用温度，达到最高使用温度后保持10min，这样我们就会得到一张流失图。这些数值可以后作对比试验，并且对实验问题的解决有帮助。在空白试验的色谱图中，不应该有色谱峰出现，如果出现了色谱峰，通常可能是从进样口带来的污染物。如果在正常的使用状态下，色谱柱的性能开始下降，基线的信号值会增高。另外，如果在较低的温度下，基线信号值明显大于初始值，那么有可能是色谱柱和系统有污染。

四、色谱柱常见的故障和注意事项

1、色谱柱断裂。避免色谱柱接触尖锐的边角，并避免太紧缠绕或弯曲色谱柱。断裂的色谱柱可以切掉部分或采用无死体积的接头连接使用。

2、热损坏。不要超过使用温度上限（等温上限是色谱柱能够长期使用的温度，程序升温的上限是色谱柱在该温度下工作5~10min）。

3、氧化损坏。载气流路中管路、接头、进样口、隔垫等的泄漏都会造成色谱柱暴露于氧气中。预防措施是定期检漏、更换隔垫、高质量的载气、安装氧气捕集阱、在载气瓶使用完之前更换。

4、化学损坏。无机或矿物酸和碱是引起固定相化学损坏的主要原因。为了避免酸碱在柱前端积聚，可以安装保护柱并定期截去柱头一段。

5、色谱柱污染。毛细管柱拆下后应该贮存在原来的盒子里，并用GC隔垫密封柱两端，重新安装时从柱头截去2~4cm以确保隔垫碎屑不会堵塞在色谱柱内。色谱柱使用中必须保证柱内通有载气，只有当柱箱、进样口、检测器降温后才能关闭载气。

五、色谱柱的维护保养

1、针对气相色谱柱的维护保养，主要是对色谱柱进行老化。老化的目的有三个：
A、去除固定相表面不稳定的流失碎片；
B、使固定液更加牢固、均匀的分布在载体表面；
C、可以去除色谱柱中残留的污染物。
2、需要对色谱柱进行维护保养的几种现象：

A、新的色谱柱在正式使用前需要进行老化；

B、当色谱柱使用很长时间，导致仪器基线变差，对检测结果有影响时，需要进行老化；

C、当色谱柱放置很长时间，使用前也需进行老化；

D、若仪器没有配备UPS不间断电源，在分析过程中如遇突然断电，可能会导致样品残留在色谱柱中，干扰下一次的样品分析，使用前也需进行老化（色谱柱处于高温时，停电导致断开了载气供给，会加速色谱柱填料的流失，尤其是对强极性的色谱柱，比如WAX色谱柱，大大减少了色谱柱的使用寿命，所以一般安装时工程师会建议给仪器配备UPS不间断电源，当市电断电后，可以使用UPS不间断电源让仪器降温关机，进而保护仪器和色谱柱）。
3、气相色谱柱的维护
A、安装完色谱柱后，都要在进样前进行老化。具方法是，先通载气，然后将柱温从45℃左右以5-10℃/min的速率程序升温到色谱柱的最高使用温度以下30℃（如HP-5柱可到280℃）或者实际分析操作温度以上30℃（如分析时用240℃，老化温度应为270℃），并在高温时恒温30到120min，直到所记录的基线稳定为止。如果基线难以稳定，可重复进行几次程序升温老化，也可在高温下恒定更长的时间。注意，一定要等到基线稳定后，才可做空白运行或进样分析。色谱柱使用一段时间后，柱内会滞留一些高沸点组分，这时基线可能出现波动或出现鬼峰。解决此问题的办法也是老化。

B、新购买的色谱柱一定要在分析样品前先测试柱性能是否合格。具体办法是按照出厂时的测试条件进行验收，如不合格，可以退货或更换新色谱柱，这样做可以避免不必要的经济损失。

C、暂时不用的色谱柱从仪器上卸下后，柱两端应当用一块硅橡胶（可利用废进样隔垫）堵上，并放在相应的柱包装盒中，以免柱头被污染。

D、每次关机前都应将柱箱温度降到50℃以下，然后再关电源和载气。温度高时切断载气，可能会因空气（氧气）扩散进入柱管而造成固定液的氧化降解。

E、仪器有过温保护功能时，每次新安装了色谱柱都要重新设定保护温度（超过此温度值时，仪器会自动停止加热），以确保柱箱温度不超过色谱柱的最高使用温度。

4、气相色谱柱的保养
色谱柱都有一定的寿命，它与所分析的样品状况和维护情况有直接关系。柱寿命完结的主要标志是固定液流失太多而失去了分离能力，柱管堵塞或断裂也是导致柱失效的原因。有时只是因为一些高沸点的极性化合物的吸附而使色谱柱丧失分离能力，这时可对其进行清洗和修理。具体办法是先在高温下老化柱子，用载气将污染物冲洗出来；若柱性能仍不能恢复，就从仪器上卸下柱子，将柱头截去10cm或更长（柱头是最容易被污染的），再安装上测试。这是常用的柱性能恢复措施。如果还不起作用，可再反复注射溶剂进行清洗，常用的溶剂依次为丙酮、甲苯、乙醇、氯仿和二氯甲烷。每次可进样5-10μL，这一办法常常能奏效。如果色谱柱性能还不好，就只有卸下柱子，用二氯甲烷或氯仿冲洗。可用抽真空的办法将溶剂从另一端吸入，也可用对溶剂瓶加压的方法将溶剂压入。溶剂用量依柱子的污染程度而定，一般20mL左右。如果这一方法仍不起作用，说明色谱柱应该报废了。需要说明，只有固定液交联的色谱柱才可用此法清洗，否则会将固定液全部洗掉。

六、色谱柱色谱条件的应用

1、柱载气流量的选择，通过毛细管柱的载气流量要根据毛细管柱的柱长、柱径、膜厚以及被分析物的组成等综合因素设定。高流速虽然可以提高分析效率，但有时可能会因被测物与固定相之间交换不充分而降低柱效。因此，在实际分析中，流速的设定应在满足分离的前提下适当增加，以提高分析效率。对于气相色谱-质谱仪，还要考虑质谱真空泵的抽气量，气流速大还会影响到灵敏度。某些检测器，如电子捕获检测器，仅靠通过毛细管色谱柱的载气流量无法满足工作需求，因此，还需要补充加上尾吹气。另外，有些厂家的仪器采用在毛细管柱的末端加上尾吹气的设计，以减少扩散，改善色谱峰形，提高信噪比。

2、柱温的选择，柱温是影响色谱分离和分析效率的最重要参数，所以要根据分析目的和被测物性质，如：被测物的沸点、被测物极性、被测组分的多少，通过实验优化得到合适的柱温。交联型毛细管色谱柱相对而言柱流失比较少，可以在较高温度下工作。分析中通常采用程序升温模式，从而提高分离度和柱效。

3、初始温度的选择，初温的确定取决于谱图上最早流出峰的分离度，一般应低于样品中最低沸点组分的温度。

4、升温速率的选择，升温速率对色谱分离度和峰形的影响最大，对于多组分分析，可以设置多阶、不同升温速率的升温程序，以得到最好的分离效果和峰形。

5、终点温度的选择，程序升温最终温度的确定主要取决于固定相和被测样品中最高沸点的物质。另外，对于基质复杂的样品，可以考虑在固定相规定最高温度下适当提高温度（但接质谱最好不要这样做），并且在此温度下适当延长保持时间。

6、进样方式的选择，对于毛细管色谱分析有多种进样方式可以选择。残留分析应选择不分流进样或柱上进样，纯度分析则多选择分流进样，分流比根据被测物含量而定。但分流进样对定量精度会有影响，分流比越大定量精度越差。