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如何设置和优化气相色谱仪的升温条件

2020-05-27 [2887]

温度是影响气相色谱分离度的重要参数之一,在详细讲解之前,我们先来看一下分离度方程:

上海灵华气相色谱仪

左边的Rs代表分离度,右边的N代表柱效,α代表选择性,K代表选择因子。


                                                                                            保留因子

对于化合物保留,一般来说,温度降低,保留增强,温度升高,保留变弱。

柱温每上升30度,保留时间降低50%。

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                                                                                            选择性

对于选择性α,降低温度,可以优化分离度。

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                                                                                            柱效

另外,温度还在一定程度上影响到柱效,温度升高时,出峰变快,峰展宽变小,柱效也就升高。

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气相色谱方法又分为恒温方法和程序升温方法。


                                                                                            恒温方法

在恒温方法中,色谱柱的温度保持不变。

它对于沸点差异不大,保留性质差不多的化合物组比较有效。

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但是,当要分析的物质保留性质差异较大时,较晚出的色谱峰就会出现峰展宽、峰型变差、灵敏度降低等各种问题。

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而较早出的色谱峰又很难达到满意的分离度,这时候我们就需要用程序升温方法了。


                                                                                            程序升温法

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在程序升温的方法中,柱温起始温度较低,让较早出的色谱峰实现比较好的分离。


接下来温度上升,并在较高温度下保持一段时间,可以让后出的色谱峰整体前移,缩短分析时间。


这样保留较强的化合物出峰提前,实现更窄的峰宽和更高的灵敏度。


                                                                                            如何设置和优化程序升温条件

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一般采用上面这个标准的测试升温梯度,做为条件优化的起始:


测试升温梯度

1、初始温度尽量低,比实验室室温高15度就可以了。

2、然后,以每分钟10度的速度升温。

3、后在色谱柱耐受温度以下20度左右停留10分钟,观察所有进样的化合物都能够以不错的分离度全部跑出色谱柱。

4、然后根据得到的色谱图对条件进行进一步的优化。



                                                                                            升温方法选择

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如果所有峰出峰时间的“窗口”小于程序升温时间1/4,那这个方法就可能考虑采用恒温方法。


建议恒温温度比个峰的出峰温度低45度,接下来可以以10度左右上下调整,以得到分离度。

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如果所有峰出峰时间的“窗口”大于程序升温时间1/4,或者恒温分析无法获得满意的分离度,那就需要采用程序升温的方法。


                                                                                            初始温度设定

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对于不分流进样来说,初始柱温通常设定的比溶剂沸点低10到20度,保持1分钟。


因为在不分流模式下,衬管中的气体流速很小,样品需要较长的时间才能跑到色谱柱里,因此,需要使用较低的初始柱温,利用溶剂聚焦来获取更窄的峰宽。

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对于分流进样,衬管里的载气流速很快,样品几秒钟内就会从衬管转移到色谱柱。所以从样品聚焦的角度,对初始温度没有特别的要求。


有时候可以稍微降低初始温度和延长保持时间,来改善靠前出的峰的分离度。


                                                                                            升温速率设定

其次,是升温速率的设定,它对靠中间出的峰的分离度有巨大的影响。

一般来说,升温速率越快,出峰越快,分析时间越短,但是会降低峰的分离度。

所以这是一个效率和效果的博弈,我们期望用短的分析时间,达到满意的分离度。

一般来说,推荐的升温速率可以用这个公式来计算:

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这里的T0为死时间,就是不保留的化合物在色谱柱上的出峰时间。


                                                                                            恒温平台设定

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如果用同一个升温速率,中间有些峰仍然无法实现很好分离的话,可以在这些峰出峰温度以下45度左右设置一个恒温平台,保持2到5分钟后继续升温,这样能够实现更好的分离。


对于复杂的样品,可能需要设置多个升温的平台,才能实现化的分离。


                                                                                            结束温度设定

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后是结束温度的设定。升温的温度一般设置为个色谱峰出峰温度以上20度左右。

但是对于有些复杂基质的化合物分析,我们会把程序升温的结束温度设定的更高一些,对色谱柱进行一段时间的烘烤,防止有些高沸点的化合物在色谱柱中残留,影响后续的检测。

但是要注意不能超过色谱柱的耐受温度哦。


文章来源:色谱学堂