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离子色谱仪样前处理|超声波清洗机日常维护与保养
作者:  浏览量:888  发布时间:2019-03-01 10:06:09

毛细管色谱柱

毛细管色谱柱是目前气相色谱中用到Z多的色谱柱,可以说是气相色谱分离的核心。有朋友问报废的色谱柱还有用吗?对于这个问题,小编在本文中发表了自己的看法供参考。


一、毛细管色谱柱的应用领域

自从1957年高雷(M.J.E.Golay) 开创了开管柱气相色谱法(Open-Tubular ColumnChromatogra phy)之后,毛细管柱成为近年来发展极为迅速的一个领域,它的高效分离能力使它能够广泛应用于许多分析问题,是目前分离、分析复杂有机化合物的重要工具。毛细管柱的应用也在我国逐渐普及,许多新制定的国家、行业标准也都采用毛细管柱。毛细管柱是今后色谱分析的发展方向。


二、毛细管色谱柱的应用

分析时,选择Z佳的毛细管柱可能是一件非常困难的任务。虽然没有色谱柱选择的简易技巧、捷径、窍门或秘诀,但却有些指南和概念来简化此过程。


一根色谱柱的规格描述包括其固定相的种类和内外部尺寸(柱内径、长度和膜厚等)。不同规格的色谱柱,对样品的分离结果影响也不尽相同,如样品分离的洗脱顺序、保留时间、分离度和峰形/峰高等。另外,在实际分析应用中,色谱柱的性能指标,如惰性、塔板数和柱流失率等,同样会严重影响到样品的分离效果。


三、毛细管柱的种类

一般将毛细管柱分为四种类型:壁涂开管柱(WCOT)、载体涂渍开管柱(SCOT)、交联毛细管柱(CLOT)和多孔层开管柱(PLOT)。经典的毛细管柱为壁涂开管柱(WCOT——WallCoated Open Tubular Column),管内经预处理后将固定液直接涂渍在内壁上。因其制备难、柱子的重复性差、内表面小、涂渍量小和相比β值大,将导致有效塔板数和实际分离能力不高,且热稳定性也较差,已很少使用。


多孔层壁涂柱(PLOT——PorousLayer Open Tubular Column):内壁上仅涂一层多孔性吸附剂微粒,是毛细管气固色谱柱。


载体壁涂柱(SCOT——SupportCoated Open Tubular Column):内壁上先涂一层载体,载体上再涂固定液。固定液膜可以较厚,柱容量也较大。必须注意,以上两种柱子中的载体只是涂布于毛细管柱的壁上,而非充满整根柱子。


交联毛细管柱(CLOT——Cross-LinkedOpen Tubular Column):涂好固定液后再用偶联剂交联键合,柱子性能有很大改善,能耐高温,抗水、抗溶剂。


其中,PLOT柱主要用于永久气体和低分子量有机化合物的分离;SCOT柱所用固定液的量大一些,故柱容量大一些,但由于制备技术复杂,应用也不太普遍。毛细管GC中的主力军是CLOT,其柱材料大多用熔融石英,即所谓弹性石英柱。


四、毛细管气相色谱柱的选择

1、固定相的选择原则和方法

理论上讲,选择固定相首选遵循相似性原则,即:用非极性固定相分析非极性物质,用极性固定相分析极性物质,用含芳香基团的固定相分析芳香族化合物。在填充柱时代,这个想法是非常正确的,因为那个时候,分离度是首先需要把握的关键因素,分不开,就没办法想其它。它的理由在于塔板理论的推论,即:组分在固定相中有越大的溶解度差异,就会产生越大的分离度。


但是在毛细管色谱时代,分离度不再始终是分析的首选问题。毛细管具有几十万块塔板,如此大的柱效率,以至于不再需要充分考虑分离问题了。这个时候,样品兼容性、使用温度、稳定性、柱流失情况等,都可能成为选择的主要理由。


例如分析甲醇乙醇丙醇等低级醇类,正常应选择wax类高极性色谱柱。但是在杂质较少的情况下,选择DB-1这样的非极性柱具有更高的灵活性和使用寿命。具体选择要依据以下规则:

i.因为非极性毛细管柱具有明显的稳定性、高使用温度、良好的色谱峰形等有利因素,因此易分离物质应首先选用极性小的色谱柱。

ii.分析氢键型物质用氢键型PEG柱更佳。

iii.轻烃或永久气体用PLOT柱更佳。

iv.高苯基固定相对芳香族物质保留能力更强。但是分析二甲苯等芳烃异构体,首选Wax类强极性色谱柱。


在过去的几十年中,所有的GC应用中,非极性色谱柱的使用率高于中等极性柱和极性柱。一般来说,非极性柱,如HP-5MS柱,可应用与于50%以上的分析。而极性或中等极性柱,如PEG柱,大概适用于25%的分析应用中。通常,我们会先选择非极性色谱柱,而极性色谱柱会选择性的用于比较简单的样品(较少种类化合物组成的样品)。


在选择适用的固定相时,分析设备和分析条件也是需要参考的指标。如检测器的种类、载气和进样体积等。


如果我们不考虑对样品选择性和检测灵敏度的影响,那么就使用检测器低响应固定相的色谱柱。比如说含氰基的固定相,像1301、1701、624等这样的色谱柱就尽量不要与NPD(氮磷检测器)连用。对于超低流失的固定相,如-1MS或-5MS的柱子,因为它们可以保证Z低的检测基线和噪声水平,所以在做低或超低检测限样品时,超低流失色谱柱是Z好的选择。如果我们使用的载气不纯,或是设备中有气体泄漏,这样的问题无法解决或无法及时解决,为了不使柱固定相过早的被破坏,高温适用固定相的色谱柱是相对好的选择。


另外,除非方法需要,我们尽量选择键合固定相的色谱柱,对比非键合相和非交联相色谱柱,交联键合固定相色谱柱对样品种类和进样体积的耐受力更强,柱性能下降的Z慢。


在做应用方法确证时,我们可同时使用非极性柱和极性柱,对色谱峰鉴定或分离结果进行确证。通常我们做农药分析方法确证时,选用-5MS和 -1701/-35色谱柱;做残留溶剂分析方法确证时,选用-5MS和-624/-VMS色谱柱;做醇类或FAME分析方法确证时,选用PEG和含氰基固定相色谱柱;做汽油中氧化物分析方法确证时,选用-1和PEG色谱柱。


2、色谱柱内径的选择

标准色谱柱内径(ID)尺寸为0.2mm、0.25mm、0.32mm和0.53mm。少数方法会使用到0.1mm和0.8mm内径的柱子。0.25mm是Z常用的色谱柱内径尺寸,而0.53mm的色谱柱通常是替代填充柱用于大体积进样的方法应用。


色谱柱内径的大小对分离效果的影响是明显的。越细的色谱柱,其塔板数就越高,柱效就越高,但同时样品承载容量越小,进样体积就需要减少。但内径越小,通常意味着柱容量的减小,在分析低含量组分时,对检测器灵敏度和进样口分流能力的要求越高。因此在选择内径的时候,首先考虑的是样品分析难点,是在于分离还是检测。对于分离困难的样品,首选较小口径的色谱柱;对于含量过低检测困难的样品,首选较大口径的色谱柱。在容易分离的情况下,一般选择小口径毛细管柱可以缩短柱长,减小分析时间。


3、色谱柱长度

色谱柱的长短直接影响到保留时间和分离效率。实验室应用的色谱柱长多为5m、7.5m、10m、12.5m、15m、25m、30m、50m、60m、75m、100m和105m等。Z常见的色谱柱长度是30m。


对于快速分析来说,除了选择适当的内径,柱长度也短许多(例如5~15mx 0.25mm)。只有这样,才有可能在Z短的时间内,得到Z佳的分离效果和分析结果。


如果方法需要改进提高分辨率,较长的色谱柱,如60m或100m,是理想的选择。分辨率与柱长的平方根成正比。需要注意的是,像一根60m长的色谱柱相对于30m的柱子,其分辨率提高近40%,但分析时间会成倍增长。


在挥发物的分析应用中,为了改善分离效果,常使用较长的柱型,如50m、60m和100m等。在气态样品和精细烃分析应用中,较长色谱柱的使用较为普遍。


更长的色谱柱会影响柱惰性、柱流失和柱效等多个方面。同时,需要更高的载气压力或更换载气的种类(如把氮气更换成氢气/氦气)。


4、色谱柱膜厚

商品化色谱柱的膜厚规格一般是0.1μm、 0.15μm、 0.25μm、 0.5μm、 1.0μm、 1.5μm、 3μm、5μm等等。实验室中Z常见的色谱柱膜厚为0.25μm、0.5μm和1μm。膜厚主要影响两个指标:保留时间和样品负载能力。


另外,色谱柱适用温度范围、分析时间和分析结果的准确性和可靠性等也与膜厚有关。例如一根内径为0.25mm,膜厚为0.1μm的色谱柱可以达成快速分离的效果,甚至可以改进分辨率,降低色谱柱的流失,适用于更宽泛的温度范围等。膜厚会影响到色谱柱惰性,而这个指标在有些应用中是非常重要的。同时膜厚对色谱柱样品承载能力的影响也是很明显的。


0.25μm× 0.25mm、0.5μm × 0.32mm、1μm或1.5μm × 0.53mm规格的色谱柱在分离效果、保留性能、分辨率、惰性和柱流失等指标方面较为均衡,使用也较多。


膜厚与柱内径的关系体现在相比(β)上。相比β是色谱柱中气相容积和固定相容积之比,计算公式为β=r/2d,其中r为色谱柱半径,d为液膜厚度。相比是决定一个固定长度色谱柱中组分流出时间的决定性因素。如果有两根相同相比和固定相的色谱柱,内径不同,在相同的温度条件下,两根色谱柱的分离效果和保留性能相同或相似。


需要注意的是:相比只是决定保留时间的主要因素,但并不是决定理论塔板数(柱效率)的主要因素。决定柱容量(Z小检出量)的主要因素是内径和膜厚,决定柱效率的是内径,决定保留时间的是相比。在综合平衡柱容量、柱效率、分析时间三方面因素的时候,需要注意相比的影响。


Z后要强调的一点是,选择色谱柱是必须要看具体的分析任务。如果是做法规分析,则必须按有关法规的要求选择色谱柱。如一些产品的质量检验,尽管用毛细管柱可以得到更好的分析结果,且分离效率高、分析速度快,但若国家标准或行业标准规定用填充柱,那就应该用填充柱,否则分析结果不被法规所认可。当然,作为方法开发的研究,用毛细管柱常常是有利的。


五、报废的毛细管色谱柱还有用吗?

绝大部分废弃的色谱柱柱管是可以回收的。里面的填料对于厂家来说,不可能再回收利用的。因为要保证厂家产品的批与批重现性,填料非常重要,绝对不能马虎。但是回收的柱管,如果装上新填料再销售,那个卖相不好看,表面的划痕很多,严重影响我们的品牌形象,给谁谁都不会要的啊。除非有些国产色谱柱厂家的色谱柱销售价格1000元左右的,我觉得可以用这种柱管,因为价格便宜,客户不会那么挑剔了。


另外报废的毛细管色谱柱还是可以用来做培养公司新人时作练习切割色谱柱用,发挥余热也是不错的。你觉得呢?有更好的建议么?欢迎来电交流。


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