分流和不分流进样是将样品引入气相色谱仪的两种非常常用的技术。分流进样通常可提供出色的色谱性能,因为样品会通过进样口快速转移到色谱柱上,从而在几乎没有时间的情况下导致尖峰出现在进样口内发生不利的相互作用。分流进样的缺点是大部分样品被排出并丢失,因此有时在进行痕量分析时需要使用不分流进样。
在不分流进样期间,分流出口关闭,总入口流量基本等于色谱柱流量。由于毛细管色谱柱的流速通常相对于总入口体积而言较慢,因此可能难以在狭窄的带中将样品转移至色谱柱,导致峰形变宽或峰形差。样品在热入口中的停留时间较长也会导致不利的相互作用,例如吸附和化学反应,优化不分流进样需要仔细选择进样口衬管,并使用合适的进样口温度,不分流保持时间,初始烘箱温度和溶剂。本文讨论不分流进样的优化条件。
一、 衬管选择
(1)几何形状和填料:玻璃入口衬管用作腔室,液体样品在其中蒸发并转移到色谱柱中。衬管的形状以及填充材料的存在与否会影响其热容量和流动动力学,最终影响化合物的响应以及进样对进样的重复性。
图1显示了普通与不分流进样一起使用的衬管的烃峰面积响应的比较,包含玻璃棉的单锥度衬管以及带有开瓶器阻塞的双锥度环衬管,在从C8到C40的所有碳氢化合物中均表现出最佳的总体响应。
玻璃棉和螺旋都提供了额外的表面积,这增加了衬里的热容量,并可以更好地汽化高沸点的分析物。玻璃棉和螺旋结构还可以通过增强与载气的混合来帮助提高重现性。除了这些优点之外,玻璃棉还可以通过捕获相对不挥发的基质材料以及颗粒和隔垫来保护色谱柱。相反,随着分析物沸点的增加,空的直线衬管和单锥度衬管显示出越来越差的汽化潜能。这种现象称为分子量判别。如果要分析沸点相对较低的分析物,可能不需要使用石英棉或某种类型的障碍物才能完全蒸发。但是,由于缺乏对非易失性基质组分的保护,色谱柱的维护间隔可能更频繁,总寿命较短。
在进行不分流进样时,建议使用底部锥度,因为它有助于将样品引导至色谱柱,同时也尽量减少与密封件的接触,入口密封垫通常较冷,与之接触会凝结高分子量分析物,从而导致损失。
(2)惰性:衬管通常是由硼硅酸盐玻璃制成的,该玻璃包含活性位点(例如硅烷醇)以及金属杂质。这些活性位点可能与敏感的分析物相互作用,从而导致吸附损失以及化学反应性。不分流进样更容易发生不良相互作用,因为进样口流速缓慢且分析物停留时间较长,需要进行表面处理或钝化处理以覆盖活性部位并产生惰性表面,从而保持分析物的完整性。
失活通常涉及衬里表面的硅烷化,并且可以用液相或气相试剂进行。常用的玻璃器皿减活剂二甲基二氯硅烷(DMDCS)用作液体减活剂,其步骤非常简单,大多数实验室可以在室内进行。许多仪器和消耗品制造商改用专有的钝化试剂进行化学气相沉积,因为通常可以实现出色的惰性。失活质量可能会因所使用的过程而异,并会影响活性分析物的响应,因此,重要的是要找到适合特定分析物的失活。
衬管石英棉的高表面积也可能使其难以完全失活,从而可能使分析物暴露于活性位点。有些衬里预先装有已停用的石英棉,即使活性分析物也可以使用石英棉。但是,在某些情况下,可能需要选择不含石英棉的衬里。
使用具有底部锥度的衬管有利于不分流进样,因为它有助于减少或防止与进样口的底部金属密封件接触,分析物也可以在此发生反应。
(3)体积:将液体样品注入热的入口衬管后,溶剂在转移到气体中时会大大膨胀。如果溶剂膨胀超出衬管的界限,则气体管线可能会被污染,并且重现性可能受损。膨胀量取决于溶剂,入口温度和入口压力。对于不分流进样,通常首选使用较大内径(3–5毫米)的衬管,这样可以最大程度地扩大溶剂的体积。如果使用膨胀系数低的溶剂,则可以使用内径较窄的衬管。这样做的好处是将分析物更快地转移到色谱柱上,这有助于防止谱带展宽,并减少了衬管内发生不良相互作用的时间。
二、进样口温度
(1)进样口温度:进样口温度会对分析物的响应影响较大,因为更高的温度会增加热能,从而将半挥发性化合物转变为气态,但较高的入口温度也会导致热不稳定化合物的降解增加。通常需要合适的入口温度,该温度可为高沸物提供良好的响应平衡,并使敏感化合物的降解降至最低。
图2a显示了在200℃至300℃的各种入口温度下,沸点为550℃的多环芳烃(PAH)苯并萘的响应。随着温度继续升高超过250ºC,峰面积的增益变得不重要。另一方面,异狄氏剂是一种不耐热的氯化农药,在较高的入口温度下显示出更高的化学反应性,从而导致其降解产物,异狄氏剂醛和异狄氏剂酮的形成增加(图2 b)。
三、不分流的保留时间
在不分流的保留时间内,所有分析物流都流向色谱柱。相对于分析物,将导致大量溶剂转移至色谱柱,如果将太多溶剂加到色谱柱上,可能会干扰
早期洗脱分析物或导致基线升高;因此,必须在预定时间打开分流口,以允许多余的溶剂离开入口。另一方面,不分流的保持时间太短,汽化和分析物可能会转移不足。
图3展示了不分流保留时间对分析物和溶剂响应的影响。假设所有其他参数也均已优化,则在打开分流出口之前,用载气对入口衬里总体积进行1.5到2倍的扫描,大多数分析物提供足够的时间以实现足够的蒸发。如果溶剂峰干扰最易挥发的化合物,则可能需要更短的保持时间。
四、柱温箱参数
初始柱箱温度:不分流进样固有的低流速意味着分析物向色谱柱的完全转移可能很慢,导致分析物扩散或谱带展宽,最终导致峰变宽,影响定量和检测限。为了抵消这种不良影响,必须在分析柱的顶部冷凝分析物,这是通过使用较低的初始烤箱温度来实现的。
从低于溶剂沸点的柱箱温度开始,将在塔顶冷凝溶剂,这将捕集分析物(“溶剂效应”)。这将产生一个狭窄的起始带,从该起始带可以开始色谱分离。如果感兴趣的分析物的沸点明显高于溶剂(> 200°C),则另一种方法是将起始柱箱温度设置在最早洗脱的分析物的沸点以下。这将确保分析物在紧紧的条带中冷凝在色谱柱的顶部,即使溶剂没有。图4展示了烤箱初始温度对峰形的影响。
五、溶剂极性
溶剂极性与色谱柱极性匹配对于获得良好的峰形非常重要。一般的化学规则是“像一样溶解”,因为将极性溶剂(例如甲醇)注入非极性色谱柱(例如1型(二甲基聚硅氧烷))会导致溶剂成珠状而不是溶解到色谱柱的相中。这会导致峰形分裂和变形,重现性低。
成功的不分流分析需要仔细优化许多参数。请记住,这些参数中有许多是相互关联的,选择其中一个会影响其他参数。例如,使用具有较高热容量的衬套可能会导致使用较低的入口温度设定点的能力。使用较低的入口温度可能需要较长的不分流保持时间,依此类推。了解调整每个参数的效果是有效方法开发的最终目标;没有一种“千篇一律”的方法适用于所有分析。分析物的化学性质以及所使用的溶剂将影响特定的不分流方法的最佳条件!
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