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說一說氣相色譜儀的分流-不分流進(jìn)樣

2021-03-17 [8824]

關(guān)于氣相色譜不分流進(jìn)樣模式的問題,有很多標(biāo)準(zhǔn)上的描述難以理解。以《HJ 621-2011 水質(zhì)  氯苯類化合物的測定  氣相色譜法》為例,其中關(guān)于進(jìn)樣方式的描述如下:

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很多人對此大的疑問是:為什么不分流進(jìn)樣了,還要有分流比?0.5min后分流又是什么意思?

在解釋這些問題之前,首先從毛細(xì)柱進(jìn)樣口的結(jié)構(gòu)談起。


1、毛細(xì)柱進(jìn)樣口的基本結(jié)構(gòu)

對于毛細(xì)柱進(jìn)樣口,其主要包括三部分氣體流量控制:載氣流量、分流流量和隔墊吹掃流量。


載氣的作用是以一定的流速將氣體樣品或經(jīng)氣化后的樣品帶入色譜柱進(jìn)行分離;分流的作用是將氣化后的樣品按照一定比例排出進(jìn)樣口;隔墊吹掃的作用主要是消除進(jìn)樣時可能帶入的雜質(zhì)和消除進(jìn)樣口密封墊在高溫時釋放出的雜質(zhì)。一般而言,載氣、分流和隔墊吹掃的相對位置為:隔墊吹掃在上方,載氣在中間,分流管路在下方。

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2、毛細(xì)柱進(jìn)樣口的分流模式


對于毛細(xì)柱進(jìn)樣口,分流進(jìn)樣模式是其基本功能。對于分流進(jìn)樣模式,在進(jìn)樣期間,液體樣品進(jìn)入進(jìn)樣口后迅速氣化。在載氣的推動下,少量樣品進(jìn)入色譜柱,大部分樣品從分流出口排出。進(jìn)入色譜柱的樣品和分流出口排出的樣品的比例可以通過調(diào)節(jié)色譜柱流量和分流流量的比例來控制。一般將分流流量和色譜柱流量的比稱之為分流比。下圖為實(shí)現(xiàn)毛細(xì)柱進(jìn)樣口分流功能部件的示意圖:

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分流進(jìn)樣主要用于高濃度樣品分析,大部分樣品從分流出口排出。它也用于不能稀釋的樣品。

對于分流進(jìn)樣模式,其流量的關(guān)鍵點(diǎn)是:在儀器正常工作的任何時刻,包括進(jìn)樣前、進(jìn)樣瞬間和進(jìn)樣后任意時刻,分流調(diào)節(jié)閥保持開啟,且分流比保持不變。


說明:

(1)本段描述不考慮存在“載氣節(jié)省”特殊功能的情況;

(2)本段描述強(qiáng)調(diào)分流比保持不變,而不是分流流量或柱流量保持不變。如果儀器進(jìn)樣口采用恒定流量控制模式,那么柱流量、分流流量和分流比均保持不變;如果儀器進(jìn)樣口采用恒定壓力(柱前壓)控制模式,在進(jìn)行程序升溫的分析中,柱流量和分流流量會隨柱箱溫度的升高而改變,但是分流比(分流流量/柱流量)不會改變。


3、毛細(xì)柱進(jìn)樣口的不分流模式

對于當(dāng)前的多數(shù)儀器廠家而言,其氣相色譜儀器均可以實(shí)現(xiàn)毛細(xì)柱進(jìn)樣口的不分流進(jìn)樣(也稱之為無分流進(jìn)樣),能夠進(jìn)行分流進(jìn)樣和不分流進(jìn)樣兩種模式的毛細(xì)柱進(jìn)樣口也被稱之為分流/不分流進(jìn)樣口。不同廠家實(shí)現(xiàn)不分流進(jìn)樣模式的氣路控制方式略有不同。


3.1、字面意義的不分流進(jìn)樣

從不分流進(jìn)樣的字面意義上來講,不分流進(jìn)樣指的是將毛細(xì)柱進(jìn)樣口的分流出口(分流調(diào)節(jié)閥)在整個分析過程中關(guān)閉,讓樣品全部進(jìn)入色譜柱;此種情況下,樣品進(jìn)入色譜柱,靈敏度較高并且可以消除分流歧視現(xiàn)象(分流歧視:指假設(shè)設(shè)置分流比10:1,但是由于進(jìn)樣口設(shè)計(jì)原因和樣品性質(zhì),導(dǎo)致實(shí)際組分的分流狀況并不是10:1,且不同組分有所不同)。


該種字面意義上的不分流進(jìn)樣會帶來一些問題,主要是樣品初始譜帶較寬(樣品汽化后的體積相對于載氣流速較大)。由于樣品中的絕大多數(shù)都是溶劑,氣化后會充滿整個毛細(xì)柱進(jìn)樣口內(nèi)部的襯管,不可能瞬間進(jìn)入色譜柱,會導(dǎo)致溶劑峰嚴(yán)重拖尾,影響溶劑峰之后臨近的組分(下圖a)。分流進(jìn)樣由于將樣品按照一定比例分流,會大大改觀此種現(xiàn)象。

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3.2、不分流進(jìn)樣的改進(jìn)-瞬間不分流進(jìn)樣


為了避免上述拖尾情況,目前的多數(shù)文獻(xiàn)所稱的不分流進(jìn)樣指的是瞬間不分流進(jìn)樣。其工作過程是:

(1)在進(jìn)樣開始時,毛細(xì)柱進(jìn)樣口的分流出口(分流調(diào)節(jié)閥)關(guān)閉;

(2)液體樣品進(jìn)入進(jìn)樣口后迅速氣化,由于此時保持分流出口關(guān)閉,絕大部分的樣品進(jìn)入色譜柱;

(3)在進(jìn)樣后的時間,分流出口(分流調(diào)節(jié)閥)打開,此時從分流出口吹出襯管中剩余的樣品(絕大部分是溶劑,少量的樣品組份);

(4)分流狀態(tài)(即:分流出口(分流調(diào)節(jié)閥)打開)保持到分析過程結(jié)束;

(5)分析過程結(jié)束之后,分流狀態(tài)(即:分流出口(分流調(diào)節(jié)閥)打開)可繼續(xù)保持到下一次進(jìn)樣開始。


上述在進(jìn)樣后的時間打開分流閥,該時間長度一般在30s-80s之間,文獻(xiàn)報(bào)道多采用0.75min,通??梢员WC95%以上的樣品進(jìn)入色譜柱;該時間長度也可以同時實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行優(yōu)化。(《氣相色譜方法及應(yīng)用》,劉虎威)


打開分流調(diào)節(jié)閥的時間長度一般稱之為吹掃時間或者進(jìn)樣時間;打開分流調(diào)節(jié)閥之后分流出口的流量一般稱之為吹掃流量或者分流流量(或者通過分流比描述)。


4、對國標(biāo)中不同描述的再解析

下面摘錄了一些使用不分流進(jìn)樣模式的國標(biāo),并進(jìn)行簡單的解析。


4.1 HJ 621-2011 水質(zhì)  氯苯類化合物的測定  氣相色譜法


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4.2 HJ 676-2013 水質(zhì) 酚類化合物的測定液液萃取-氣相色譜法


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4.3 HJ 715-2014 水質(zhì) 多氯聯(lián)苯的測定氣相色譜-質(zhì)譜法


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4.4 HJ 753-2015 水質(zhì) 百菌清及擬除蟲菊酯類農(nóng)藥的測定氣相色譜-質(zhì)譜法


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其他如《HJ789-2016 水質(zhì) 乙腈的測定 直接進(jìn)樣-氣相色譜法》、《HJ822-2017 水質(zhì) 苯胺類化合物的測定 氣相色譜-質(zhì)譜法》等國標(biāo)也涉及到不分流進(jìn)樣(無分流進(jìn)樣)。


國標(biāo)中如果涉及到不分流進(jìn)樣的進(jìn)樣時間或吹掃時間參數(shù)、吹掃流量或者分流比參數(shù)時候,可以依據(jù)其進(jìn)行設(shè)定。如果不涉及相關(guān)參數(shù),可以查閱相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的編制說明了解其內(nèi)容;或者可以按照常規(guī)的設(shè)定值進(jìn)行簡單的評估:進(jìn)樣時間或吹掃時間參數(shù)一般在30s-80s之間,文獻(xiàn)報(bào)道多采用0.75min,通??梢员WC95%以上的樣品進(jìn)入色譜柱;該時間長度也可以同時實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行優(yōu)化(《氣相色譜方法及應(yīng)用》,劉虎威)。進(jìn)樣時間或吹掃時間參數(shù)對溶劑峰影響較大,吹掃流量或者分流比參數(shù)較為次要。


5、結(jié)語

目前分流進(jìn)樣和不分流進(jìn)樣是使用氣相色譜法或者氣質(zhì)聯(lián)用方法分析中常用的進(jìn)樣模式。一般儀器均可以實(shí)現(xiàn)分流進(jìn)樣;不同廠家實(shí)現(xiàn)不分流進(jìn)樣模式的氣路控制方式略有不同。在使用不分流進(jìn)樣模式時候,應(yīng)當(dāng)理解瞬間不分流的意義。


文章來源:VX 氣相色譜分析