液相色譜的柱子通常分為正相柱和反相柱。正相柱大多以硅膠為柱,或是在硅膠表面鍵合-CN,-NH3等官能團(tuán)的鍵合相硅膠柱;反相柱填料主要以硅膠為基質(zhì),在其表面鍵合非極性的十八烷基官能團(tuán)(ODS)稱為C18柱,其它常用的反相柱還有C8,C4,C2和苯基柱等。另外還有離子交換柱,GPC柱,聚合物填料柱等。下面介紹一下反相色譜柱的選擇和使用:
一、反相色譜柱的選擇
1.柱子的PH值使用范圍
反相柱優(yōu)點(diǎn)是固定相穩(wěn)定,應(yīng)用廣泛,可使用多種溶劑。但硅膠為基質(zhì)的填料,使用時(shí)**要注意流動(dòng)相的PH范圍。一般的C18柱PH值范圍都在2-8,流動(dòng)相的PH值小于2時(shí),會(huì)導(dǎo)致鍵合相的水解;當(dāng)PH值大于7時(shí)硅膠易溶解;經(jīng)常使用緩沖液固定相要降解。一旦發(fā)生上述情況,色譜柱人口處會(huì)塌陷。同樣填料各種不同牌號(hào)的色譜柱不盡相同。如果流動(dòng)相PH較高或經(jīng)常使用緩沖液時(shí),建議選擇PH范圍大的柱子,例如戴安公司的Acclaim柱PH2-9或Zorbax的PH2-11.5的柱子。
2.填料的端基封尾(或稱封口)
把填料的殘余硅羥基采用封口技術(shù)進(jìn)行端基封尾,可改善對(duì)極性化合物的吸附或拖尾;含碳量**了,有利于不易保留化合物的分離;填料穩(wěn)定性好了,組分的保留時(shí)間重現(xiàn)性就好。如果待分析的樣品屬酸性或堿性的化合物,***好選用填料經(jīng)端基封尾的色譜柱。
二、液相色譜柱的使用
色譜柱在使用前,***好進(jìn)行柱的性能測(cè)試,并將結(jié)果保存起來(lái),作為今后評(píng)價(jià)柱性能變化的參考。在做柱性能測(cè)試時(shí)要按照色譜柱出廠報(bào)告中的條件進(jìn)行(出廠測(cè)試所使用的條件是***佳條件),只有這樣,測(cè)得的結(jié)果才有可比性。但要注意:柱性能可能由于所使用的樣品、流動(dòng)相、柱溫等條件的差異而有所不同。
1、樣品的前處理
a、***好使用流動(dòng)相溶解樣品。
b、使用預(yù)處理柱除去樣品中的強(qiáng)極性或與柱填料產(chǎn)生不可逆吸附的雜質(zhì)。
c、使用0.45μm的過(guò)濾膜過(guò)濾除去微粒雜質(zhì)。
2、流動(dòng)相的配制
液相色譜是樣品組分在柱填料與流動(dòng)相之間質(zhì)量交換而達(dá)到分離的目的,因此要求流動(dòng)相具備以下的特點(diǎn):
a、流動(dòng)相對(duì)樣品具有**的溶解能力,保證樣品組分不會(huì)沉淀在柱中(或長(zhǎng)時(shí)間保留在柱中)。
b、流動(dòng)相與樣品不產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)c、流動(dòng)相的黏度要盡量小,以便得到好的分離效果;降低柱壓降,延長(zhǎng)泵的使用壽命(可運(yùn)用提高溫度的方法降低流動(dòng)相的黏度)。
d、流動(dòng)相的物化性質(zhì)要與使用的檢測(cè)器相適應(yīng)。如使用UV檢測(cè)器,***好使用對(duì)紫外吸收較低的溶劑配制。
e、流動(dòng)相沸點(diǎn)不要太低,否則容易產(chǎn)生氣泡,導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)無(wú)法進(jìn)行。
f、在流動(dòng)相配制好后,**要進(jìn)行脫氣。除去溶解在流動(dòng)相中的微量氣體既有利于檢測(cè),還可以防止流動(dòng)相中的微量氧與樣品發(fā)生作用。
3、流動(dòng)相流速的選擇
因柱效是柱中流動(dòng)相線性流速的函數(shù),使用不同的流速可得到不同的柱效。對(duì)于一根特定的色譜柱,要追求***佳柱效,***好使用***佳流速。對(duì)內(nèi)徑為4.6mm的色譜柱,流速一般選擇1ml/min,對(duì)于內(nèi)徑為4.0mm柱,流速0.8ml/min為佳。
當(dāng)選用***佳流速時(shí),分析時(shí)間可能延長(zhǎng)??刹捎酶淖兞鲃?dòng)相的洗滌強(qiáng)度的方法以縮短分析時(shí)間(如使用反相柱時(shí),可適當(dāng)增加甲醇或乙腈的含量)。
注意:
a.含水流動(dòng)相***好在實(shí)驗(yàn)前配制,尤其是夏天使用緩沖溶液作為流動(dòng)相不要過(guò)夜。***好加入疊氮化鈉,防止**生長(zhǎng)。
b.流動(dòng)相要求使用0.45μm濾膜過(guò)濾,除去微粒雜質(zhì)。
c.使用HPLC級(jí)溶劑配制流動(dòng)相,使用合適的流動(dòng)相可延長(zhǎng)色譜柱的使用壽命,提高柱性能。
三.色譜柱的維護(hù)
1.色譜柱的平衡
反相色譜柱由工廠測(cè)試后是保存在乙腈/水中的。新柱應(yīng)先使用10-20倍柱體積的甲醇或乙腈沖洗色譜柱。請(qǐng)**確保您分析樣品所使用的流動(dòng)相和乙腈/水互溶。每天用足夠的時(shí)間以流動(dòng)相來(lái)平衡色譜柱,您就會(huì)在處理問(wèn)題方面獲得**的"補(bǔ)償",而且您的色譜柱的壽命也會(huì)變得更長(zhǎng)!操作步驟:
a.平衡開(kāi)始時(shí)將流速緩慢地提高,用流動(dòng)相平衡色譜柱直到獲得穩(wěn)定的基線(緩沖鹽或離子對(duì)試劑流速如果較低,則需要較長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)平衡)
b.如果使用的流動(dòng)相中含有緩沖鹽,應(yīng)注意用純水"過(guò)渡"即每天分析開(kāi)始前必須先用純水沖洗30分鐘以上再用緩沖鹽流動(dòng)相平衡;分析結(jié)束后必須先用純水沖洗30分鐘以上除去緩沖鹽之后再用甲醇沖洗30分鐘保護(hù)柱子。
2.色譜柱的再生
長(zhǎng)期使用的色譜柱,往往柱效會(huì)下降(柱子的理論塔板數(shù)減低)??梢詫?duì)色譜柱進(jìn)行再生,在有條件的實(shí)驗(yàn)室應(yīng)使用一個(gè)廉價(jià)的泵進(jìn)行柱子的再生。
建議用來(lái)沖洗柱子的溶劑體積
色譜柱尺寸柱體積所用溶劑的體積
125-4mm1.6ml30ml
250-4mm3.2ml60ml
250-10mm20ml400ml
選擇再生方法:
極性固定相(如Si,NH2*,DIOL基色譜填料)的再生:
正庚烷→→乙酸乙酯→丙酮→乙醇→水**
非極性固定相(如反相色譜填料RP-18,RP-8,CN等)的再生:水→乙腈→(或異丙醇)→乙腈→水
注意:
a.在對(duì)NH2改性的色譜柱進(jìn)行再生時(shí),由于NH2可能以銨根離子的形式存在,因此應(yīng)該在水洗后用0.1M的氨水沖洗,然后再用水沖洗至堿溶液**流出稀硫酸可以用來(lái)清洗已污染的色譜柱,如果簡(jiǎn)單的用有機(jī)溶劑/水的處理不能夠**洗去硅膠表面吸附的雜質(zhì),在水洗后加用0.05M稀硫酸沖洗非常有效。
3.色譜柱的維護(hù)
a.使用預(yù)柱保護(hù)分析柱(硅膠在極性流動(dòng)相/離子性流動(dòng)相中有**的溶解度)
b.大多數(shù)反相色譜柱的pH穩(wěn)定范圍是2-7.5,盡量不超過(guò)該色譜柱的pH范圍
c.避免流動(dòng)相組成及極性的劇烈變化
d.流動(dòng)相使用前必須經(jīng)脫氣和過(guò)濾處理
e.如果使用極性或離子性的緩沖溶液作流動(dòng)相,應(yīng)在實(shí)驗(yàn)完畢柱子沖洗干凈,并保存于甲醇或乙腈中
f.氯化物的溶劑對(duì)其有**的腐蝕性,故使用時(shí)要注意,柱及連接管內(nèi)不能長(zhǎng)時(shí)間存留此類溶劑,以避免腐蝕
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【***** 使用手冊(cè)】氣相色譜操作條件的選擇,常常決定是否能夠達(dá)到分離的目的,而選擇試驗(yàn)條件的主要依據(jù)是范氏方程和分離度與各種色譜參數(shù)的關(guān)系式。氣相色譜柱分析條件的選擇主要包括柱溫、載氣種類和流速等的選擇。適當(dāng)?shù)姆治鰲l件,可以在較短的時(shí)間內(nèi)完成分析工作,并達(dá)到良好的定性定量目的。在日常工作中,如何進(jìn)行色譜柱分析條件的選擇呢? 柱溫的選擇 柱溫是影響分析時(shí)間和分離度的重要因素。選擇柱溫的依據(jù)是樣品的沸點(diǎn)范圍,固定液的配比,允許使用溫度,以及檢測(cè)器的靈敏度?! ≈鶞刂饕绊懛峙湎禂?shù)、容量因子以及組分在流動(dòng)相和固定相中的擴(kuò)散系數(shù),從而影響分離度和分析時(shí)間。選擇溫柱的原則,一般是在使難分離物質(zhì)對(duì)達(dá)到要求的分離度條件下,盡可能采用低溫柱,其優(yōu)點(diǎn)是可以增加固定相的選擇性,降低組分在流動(dòng)相中的縱向擴(kuò)散,提高柱效,減少固定液的流失、延長(zhǎng)柱壽命和降低檢測(cè)器的本底?! √岣咧鶞乜梢允贡A魰r(shí)間減少,加快分析速度,使樣品中組分**流出,但是分離效果不好。降低柱溫,樣品有較大的分配系數(shù),選擇性高,有利于分離。但溫度過(guò)低,容易引起峰形拖尾或前伸,并且分析時(shí)間長(zhǎng)??筛鶕?jù)固定液的使用溫度極限和樣品組分沸點(diǎn)調(diào)節(jié)柱溫。 對(duì)于高沸點(diǎn)混合物,在保證分離**的前提下,盡量降低柱溫??稍诘陀诜治鑫锓悬c(diǎn)180℃~200℃的柱溫下進(jìn)行分析;對(duì)沸點(diǎn)不太高(200~300℃)的樣品,柱溫可選100℃以下;對(duì)于氣體、氣態(tài)烴等低沸點(diǎn)混合物,一般選擇室溫或50℃以下進(jìn)行分析。對(duì)于寬沸程樣品,需采用程序升溫法進(jìn)行分離,即柱溫按預(yù)先設(shè)定的程序隨時(shí)間成線性或非線性增加,從而獲得分離效果。 載氣的選擇 一般說(shuō)來(lái),痕量分析或毛細(xì)管色譜的載氣純化程度,要高于常規(guī)分析。特別是電子捕獲、熱導(dǎo)池檢測(cè)器,載氣純度直接影響靈敏度和穩(wěn)定性,**要嚴(yán)格凈化?! 「鶕?jù)分析對(duì)象,對(duì)于色譜柱的類型,操作儀器的檔次和具體檢測(cè)器,若使用不合要求的低純度氣體,不良影響有以下幾種可能: a.樣品失真或消失:如H2O氣使氯硅樣品水解; b.色譜柱失效:H2O,CO2使分子篩柱失去活性,H2O氣使聚脂類固定液分解,O2使PEG固定液斷鏈; c.有時(shí)某些氣體雜質(zhì)和固定液相互作用而產(chǎn)生假峰; d.對(duì)柱保留特性的影響:如H2O對(duì)聚乙二醇等親水性固定液的保留指數(shù)會(huì)有所增加,載氣中氧含量過(guò)高時(shí),無(wú)論是極性或是非極性固定液柱的保留特性,都會(huì)產(chǎn)生變化,使用時(shí)間越長(zhǎng)影響越大; e.檢測(cè)器:TCD:信噪比減小,無(wú)法調(diào)零,線性變窄,文獻(xiàn)中的校正因子不能使用,氧含量過(guò)大,使元件在高溫時(shí)加速老化,減少壽命;FID:特別是在Dt≤1×10-11/S下操作時(shí),CH4等有機(jī)雜質(zhì)會(huì)使基流激增,噪聲加大不能進(jìn)行微量分析; f.在做程序升溫操作時(shí),載氣中的某些雜質(zhì),在低溫時(shí)保留在色譜柱中,當(dāng)柱溫升高時(shí)不但引起基線漂移,還可能在譜圖上出現(xiàn)比較寬的“假峰”; g.儀器影響:各類過(guò)濾器加速失效;調(diào)節(jié)閥(穩(wěn)壓閥,穩(wěn)流閥,針形閥) 被污染,氣阻堵塞,調(diào)節(jié)精度降低或失靈;氣路系統(tǒng)被污染,若要恢復(fù)儀器在高靈敏度情況下操作,有時(shí)要吹洗很長(zhǎng)時(shí)間(可能一周以上), 污染嚴(yán)重時(shí)有時(shí)再也無(wú)法恢復(fù);對(duì)于FID,水蒸氣會(huì)影響分析結(jié)果,直至影響檢測(cè)器的壽命;對(duì)ECD和TCD的壽命明顯,這點(diǎn)應(yīng)引起用戶特別注意?! ≥d氣的壓力和流速 載氣壓力對(duì)柱效率有直接的影響。如提高柱內(nèi)壓力,有助于提高柱效率。但只提高入口壓力,使流速加大且壓降太大時(shí),反而會(huì)降低柱效率,因此也必須提高出口壓力。一般采用在柱后加裝適當(dāng)氣阻的方法來(lái)解決這一問(wèn)題?! ≥d氣流速主要影響分離效率和分析時(shí)間。為獲得高柱效,應(yīng)選用佳流速,但所需分析時(shí)間較長(zhǎng)。為縮短分析時(shí)間,一般選擇載氣速度要高于佳流速,此時(shí)柱效雖稍有下降,卻節(jié)省了很多分析的時(shí)間。常用的載氣速度流速為20~80mL/min?! ?duì)于FID 或FPD 檢測(cè)器,氫氣和空氣的比例是影響分離度和靈敏度的重要因素,只有反復(fù)試驗(yàn),才能確定適合的比例。對(duì)于填充柱色譜柱,載氣流入方向要盡量與色譜柱內(nèi)固定相裝填方向一致,以減小壓差,提率?! ∵M(jìn)樣量的選擇 進(jìn)樣量的多少直接影響譜帶的初始寬度。因此,只要檢測(cè)器的靈敏度足夠高,進(jìn)樣量越少,越有利于得到良好的分離。一般情況下,柱越長(zhǎng),管徑越粗,組分的容量因子越大,則允許的進(jìn)樣量越多。一般氣體進(jìn)樣量在1~10mL,液體進(jìn)樣量在0.5~10μL 之間,可取得較好的分析效果。此外,進(jìn)樣速度要快,進(jìn)樣時(shí)間要短,以減少縱向擴(kuò)散,有利于提高柱效?! 饣瘻囟鹊倪x擇 氣化溫度取決于樣品的揮發(fā)性、沸點(diǎn)范圍及進(jìn)樣量等因素。氣化溫度選擇不當(dāng),會(huì)使柱效下降。通常氣化室的溫度選擇為樣品沸點(diǎn)或高于沸點(diǎn),以保證樣品能瞬間氣化;但不要超過(guò)沸點(diǎn)50℃以上,以防止樣品分解?! ?duì)于一般的氣相色譜分析,氣化溫度比柱溫高10~50℃即可。但對(duì)于某些高沸點(diǎn)組分或熱穩(wěn)定性差的組分,在其沸點(diǎn)左右分析會(huì)產(chǎn)生分解現(xiàn)象。此時(shí)應(yīng)采取的措施是減少進(jìn)樣量,采用高靈敏度檢測(cè)器,氣化室溫度的選擇應(yīng)低于其沸點(diǎn)100~200℃?! 囊陨辖榻B的選擇原則可以看出,各種條件往往同時(shí)影響色譜柱的選擇性和效率,它們之間既密切聯(lián)系又互相制約。因此在實(shí)際分析中,要作綜合考慮,靈活地運(yùn)用這些原則,既要保證良好的選擇性,又要保證分離效率,合理地選擇佳色譜分析條件。
當(dāng)色譜柱使用一段時(shí)間以后,柱內(nèi)由于各種原因,滯留了一些高沸點(diǎn)組分或氧化物等,除柱效有所下降外,還可能出現(xiàn)基線波動(dòng)或“鬼峰”。為了去除污染物,使柱效和基線恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài),稱為色譜柱的再生。色譜柱的再生和柱老化有**區(qū)別和不同,它是柱在使用一段時(shí)間柱性能下降,經(jīng)處理后盡量恢復(fù)到原來(lái)性能的過(guò)程。A、色譜柱在以下幾種情況必須再生處理a.使一段時(shí)間,柱效明顯下降;b.柱被污染,特別是在程序升溫時(shí),基線漂移和噪聲超過(guò)容忍程度或出現(xiàn)“鬼峰”;c.柱頭塌陷,柱床短路或斷位(在玻璃柱中容易發(fā)現(xiàn)),而出現(xiàn)尖峰或雙重峰;d.峰形展寬,保留時(shí)間明顯變化;e.待分離組分和固定相表面非特異性相互作用,引起保留時(shí)間較短的峰拖尾或出現(xiàn)雙峰;B、毛細(xì)管柱再生的幾種方法a.用載氣將色譜柱污染物沖洗出來(lái);b.將柱頭截去100mm 或更長(zhǎng)一些;c.若使用交聯(lián)的色譜柱,可在儀器上反復(fù)注射溶劑進(jìn)行沖洗。常用的溶劑依次為丙酮、甲苯、乙醇、氯仿和二氯甲烷,每次可進(jìn)樣5~10μL;d.交聯(lián)柱在儀器上沖洗無(wú)效時(shí),可把柱拆下來(lái)用二氯甲烷或氯仿沖洗,溶劑用量視柱的污染程度而定,一般20mL 左右。C、色譜柱再生前應(yīng)注意的問(wèn)題當(dāng)分析出現(xiàn)問(wèn)題時(shí),不能只考慮是柱問(wèn)題,而馬上進(jìn)行再生。除上述情況外,還應(yīng)考慮樣品處理、進(jìn)樣技術(shù)、操作有無(wú)失誤、數(shù)據(jù)處理參數(shù)有無(wú)改變等可能帶來(lái)的問(wèn)題。a.襯管、預(yù)柱和檢測(cè)器被污染也會(huì)引起基線不穩(wěn)定、出現(xiàn)“鬼峰”或裂解峰;b.新的注射墊也會(huì)引起基線漂移和出現(xiàn)“鬼峰”;c.襯管密封欠佳、柱安裝死體積或檢測(cè)器固有特性也會(huì)引起較早出現(xiàn)峰的拖尾;d.分析系統(tǒng)發(fā)生變化(如漏氣嚴(yán)重)也可能使保留時(shí)間突變;e.峰變寬,除柱效下降外也可能由柱外效應(yīng)引起;f.進(jìn)樣量太大也會(huì)引起峰變寬、拖尾或保留時(shí)間變短;g.色譜柱長(zhǎng)時(shí)間樣品過(guò)載,保留時(shí)間也會(huì)變小等。D、色譜柱再生時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題1.如前所述和色譜柱老化一樣,不是溫度越高越好,時(shí)間越長(zhǎng)越好;建議不要使用長(zhǎng)時(shí)間烘烤的方法,來(lái)處理受到污染的色譜柱,因?yàn)楹婵緯r(shí),溫度會(huì)把污染的殘留物變成不能溶解的物質(zhì),再用溶劑清洗也無(wú)濟(jì)于事;2.儀器在高靈敏度操作時(shí),如:量程在1×10-11A/mV以下,痕量分析程序升溫過(guò)程中,溫度升到大于180℃后,基線明顯漂移是不可避免的;3.不同類型柱子,再生方法不同;4.樣品種類、組分、進(jìn)樣量不同或操作時(shí)間長(zhǎng)短不同,再生方法也不同;5.儀器本身?xiàng)l件如:氣源種類、純度、凈化條件、進(jìn)樣口結(jié)構(gòu)和操作檢測(cè)器不同,再生柱方法也有區(qū)別;6.高分子量組分污染色譜柱后,高溫再生時(shí)間長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致固定相的老化;使用交聯(lián)或鍵合柱***好用溶劑漂洗再生,漂洗溶劑流動(dòng)方向**要從柱出口注入。應(yīng)該注意,毛細(xì)管柱交聯(lián)鍵合率通常不到90%,因此會(huì)漂洗掉未化學(xué)結(jié)合的液相部分,所以保留時(shí)間和分離狀態(tài)會(huì)有所變化;7.對(duì)于難揮發(fā)物,碳化物是不能通過(guò)再生除去,對(duì)于填充柱***好使用帶襯管氣化室進(jìn)樣器,對(duì)于毛細(xì)管可通過(guò)把柱入口切去30~50cm的方法除去污物段。有條件的可以使用預(yù)柱,把不揮發(fā)的有機(jī)物、無(wú)機(jī)物和顆粒材料阻留在預(yù)柱中,需要時(shí)更換預(yù)柱;8.在某些情況下,色譜柱要在溫度極限附近使用,這時(shí)基線漂移和大噪聲已不可避免,柱的再生要求只能視情況而定;9.不是所有色譜柱通過(guò)再生均能恢復(fù)原來(lái)性能。