分流与不分流问题

分流？不分流进样口的参数设定 气相色谱仪进样器参数的设置，与测定的样品对象和样器的类型都关。参数设置适宜，色谱峰分离效果好；设置不当，可能导致本来能够分开的组分实际上没有分开。因此，实验中常常优化进样参数。根据经验，部分进样参数的设置，如进样量、洗针次数等是相同的，故我们以最为常用的手动进样器为例，探讨一下进样器参数设置对分离有何影响。进样器的参数设置不当，可能会出现如下情况：进样量 进样量的大小直接影响定量结果。若进样量过大，色谱峰峰形不对称，峰变宽，分离度变小，或保留值发生变化，峰高、峰面积与进样量不成线性关系，无法定量；若进样量太小，会因检测器灵敏度不够，不能检出。对于填充柱，进样量影响不是太大，但进样量不当也会造成出现混合峰；用FID时，进样量太大会使火焰熄灭。进样速度 进样速度要快，若进样缓慢，样品汽化后被载气稀释，导致峰形变宽、峰不对称，既不利于分离也不利于定量；进样针的清洗 进样针如没清洗干净，上一次进样的残留样品会干扰下一次的分析，即进样针的“记忆效应”，会影响分析结果。解决方案进样器参数包括进样量、进样时间、进样针的清洗次数以及具体进样技术等，下面分别介绍。进样量与进样时间色谱柱最大允许进样量可以通过实验确定。其它实验条件不变，仅逐渐加大进样量，直至所出的峰的半峰宽变宽或保留值改变时，此进样量就是最大允许进样量。如内径3-4mm，柱长2m，固定液用量为15-20%的填充柱，液体进样量为0.1-10L；采用氢火焰离子化检测器（FID）时，进样量一般小于1L。进样时，要求速度快，这样可以使样品气化后随载气以浓缩状态进入柱内，峰的原始宽度窄，有利于分离。进样器的“记忆效应”为了减小或消除样品记忆效应的干扰，更换样品时要清洗，用同一样品多次进样时也要用样品润洗进样器。进样器暂时不用时，更要彻底清洗，否则残留其中的样品可能将针芯粘牢，造成进样器报废。使用自动进样器的用户，也应注意保证进样器的清洁。进样技术的影响定量分析的精密度与准确度，除仪器本身的原因外，主要依赖于进样的重复性和操作技术。针对不同规格毛细管柱及特殊的进样方式（柱上进样、分流/不分流进样等），对插针的快慢、位置、深度和操作人员的熟练程度以及刻度读数的准确度都有一定的要求。以毛细管柱为例，大口径柱毛细管柱，一般不分流，熟练的操作人员较容易得到合适的样品进样量；对于中口径、细口径分流进样的毛细管柱，分流进样，当分析样品的组份浓度范围和沸点范围均较宽时，易产生分流失真，浓度低和沸点高的组份样品回收率低，精密度也差。这种情况，可选择程序升温分流/不分流进样系统，这样可得到较好的实验结果。如何确定分流进样or不分流？分流/不分流进样口是毛细管柱气相色谱法最常用的进样口，它既可用作分流进样，也可用作不分流进样。从结构上看，分流/不分流进样口与填充柱进样口有明显的不同:一是前者有分流气出口及其控制装置，二是除了进样口前有一个控制阀外，在分流气路上还有一个柱前压调节阀，三是它们的使用的衬管结构不同。不分流衬管为直通型，而分流衬管内部多弯曲或内部另有装置。分流进样主要有下列优点: 分流进样适合于大部分可挥发样品（如气体和液体样品）； 当需要大的进样量时，可避免色谱柱超载，如化学试剂中的低沸点杂质的测定； 当不了解样品组成或已知样品相对较“脏”，选分流进样，因分流时大部分样品从分流口排出，不进入色谱柱，一定程度上可防止色谱柱被污染。一般，分流进样能满足分析要求（如灵敏度等）时，可首先分流进样。影响分流进样的因素很多，主要有： 样品的性质，如沸点、极性、粘度、分子大小、汽化时蒸气膨胀因子等； 仪器因素，a.汽化室、分流口等是否正确安装，要求进样针全部插入后，针尖能到达汽化温度最高处，石英玻璃毛也应装在此处；色谱柱进口端应位于分流点之上，同时，衬管和色谱柱是同轴的；b.载气流路设计，衬管的结构等； 操作条件，a.温度，如汽化室温度和色谱柱的初温；b.载气流速；c.进样量和进样速度；d.分流比，合适的分流比可减小分流歧视。分流歧视是个啥？分流歧视，是指在一定分流比条件下，不同样品组分的实际分流比与原来设定（或测定）的分流比是不同的，这就会造成进入色谱柱的样品组成与原来的样品组成有差异，从而影响定量分析的准确度。在分流进样中，常常存在分流歧视。影响分流歧视的主要原因有：a.样品组分的 不均匀汽化，以及汽化后的汽化状态差异。即由于样品中各组分的极性、沸点不同，因而汽化速度不同。由于汽化室里的样品随载气流动，且样品从汽化室进入色谱柱的时间很短（以秒计），汽化速度不同，除了导致不同样品组分进入色谱柱时间不同外，不同组分进入色谱柱的汽化状态可能不完全一样。考察相对汽化快的组分与汽化慢的组分在分流口位置的组分浓度，汽化快的样品组分浓度相对偏小；且一般分流流量远大于进入柱内流量，汽化慢、汽化不太完全的组分，可能多从分流口流掉。b.不同样品组分在载气中的扩散速度不同。汽化温度的设置，衬管的选择，样品组分的分子大小不同、极性差异、粘度不同，以及样品汽化时的蒸汽膨胀因子差异，都影响扩散速度。在合适的汽化温度和衬管结构时前提下，分子体积小、粘度小、蒸汽膨胀因子大的组分，扩散速度较快。 扩散慢的组分比扩散快的组分，在分流口位置的浓度大，可能多从分流口分掉。c.分流比的大小，也影响分流歧视。不分流，就没有分流歧视；对于同样的样品，分流越大，越有可能造成分流歧视。如何消减“歧视”？有分流，就有分流歧视。应控制影响分流歧视的这些因素，以减少分流歧视对分离测定的影响。 为减少样品组分的不均匀汽化和汽化后的汽化状态差异，对分离测定的影响，可选择较高的汽化温度。 为减少不同样品组分在载气中的扩散速度不同对分离测定的影响，除了汽化温度的设置外，要选择结构适合分流的衬管。 为减少分流比大小对分离测定的影响，在样品浓度和柱容量允许的前提下，尽力选择小点的分流比。针对具体的样品对象，在汽化温度合适、衬管结构合理的前提下，可以按如下原则确定：如某样品，当重点考察的样品组分，一般大分子、高粘度、蒸汽膨胀因子小，因而扩散速度较慢，易多分流掉。如果该样品组分含量低，分流歧视对分离的出峰情况和定量结果影响很大，宜选择较小的分流比。具体实验时，应结合实验目的，综合考虑这些影响因素。具体工作时，一般先分析样品的性质，初设条件，再通过实验优化，选择能减少分流歧视的条件。如不了解样品的性质，可先选稍大点的分流比测定，再实验优化。案例分析以苯作内标物，用气相色谱法测定混合物中正己烷和甲苯的含量。色谱条件：毛细管柱SE-30（30m 0.25mm0.32m）；柱温，40保持5分钟，15每分钟升到170，保持1分钟；氢火焰离子化检测器（FID）温度260；分流进样量为0.4L。色谱图见图1。为考察分流比和汽化室温度对实验结果的影响，调节分流比，分别为25.27:1 、28.87:1、44.78:1、61.8:1、76.92:1、92.88：1、113：1、127.1：1、146.3：1，实验结果见图2和图3。在分流比为61.8：1时，考察汽化温度对测定结果的影响，见图4。甲苯对苯的相对定量校正因子：190时，1.0955；220，1.1392；250，1.0949由图2、图3、图4、图5可以得出如下结论：分流比过低（1/30）或过高（1/120）时，分流歧视加剧，低沸点组分正己烷的正误差、较高沸点组分甲苯的负误差急剧增加。当分流比为1/30-1/80时正负误差都达最小值，此时的分流歧视最小，即有一个最佳分流比在77附近。进样温度的变化对分析结果也有影响。分流比在1/30-1/80范围内，如61.80：1时，随着进样口温度的升高（190-250），低沸点组分正己烷正误差减小，较高沸点组分甲苯的负误差减小后增加。所以，本实验选择的汽化温度为220。 影响分流歧视的因素，除了分流比大小、汽化温度等，还与样品的性质有关。正己烷沸点68.74，甲苯沸点110.6；同样色谱条件下甲苯完全汽化后的蒸汽体积约是正己烷的两倍，参考表2.2；与甲苯相比较，正己烷分子体积小，粘度小。同样的色谱条件下，正己烷和甲苯的分流歧视不一样。 比较分流进样和不分流进样对定量结果的影响，分流进样有分流歧视带来的影响。问题8的表1.6，汽化温度从120升到170，邻二甲苯对苯的相对定量校正随着汽化温度的升高，先增大后减小；图2.10，汽化温度从190升到250，甲苯对苯的相对定量校正因子同样是先增大后减小。但是前者的变化幅度，远小于后者。因此，要减小分流歧视对测定结果的影响，选择合适的汽化温度，还需要选择合适的分流比。首先选择一个分流比中间区域范围，如1/30-1/80进行实验，再根据所测定样品组分的性质，缩小范围，通过实验来选择的分流比的大小和汽化温度。同一样品中，不同样品组分的最佳分流比不一定相同；同时测定不同性质的组分，最后取一个都能相对较好的分流比和汽化温度等来进行测定。气化室又是个啥？怎么设置？气化室即进样口内的腔室，其作用是将液体样品瞬间气化，然后再送入色谱柱。气相色谱分析时，对气化室的要求很高。首先，载气在进入气化室与样品接触之前应当充分预热，温度应接近气化室温度。因此，一般将载气管路沿着加热的气化器金属块绕成螺管，或在金属块内钻有足够长的载气通路，使载气能得到充分的预热。为了减小样品扩散的，减少死体积，应保证进样器能直接将样品注入加热区，因此气化室的内径和总体积应尽可能小，另外载气进入气化室后，应将气化了的样品迅速载入色谱柱，避免样品反转入气化室引起色谱峰的扩张，因此要选择合适的载气压力和流量。气化室是保证液体样品瞬间气化的加热器腔体，腔体由不锈钢加工而成。气化室作为一个加热器，必定会涉及到气化温度。作为一个“室“，必定有体积，也有死体积。当然，还有进样口与衬管、垫片等辅助设备。也有相应的指标参数。气化室的一般指标参数如下：气化室温度的选择；气化室的体积；气化室的惰性；色谱柱的初始温度；隔垫吹扫功能。解决方案气化室温度的选择气化室温度的大小，影响:a.柱效；b.定量结果；c.可能导致样品组分的分解。气化室的升温设定方式有两种：恒温和程序升温。恒温气化，是一种经典的气相色谱气化方式。气化室保持一个稳定的温度，让进入的样品瞬间气化，气化后的样品很快被载气“扫”入色谱柱。程序升温气化方式，即初始温度很低，仅气化溶剂，样品开始不气化，然后分段快速升温，瞬间气化样品，再被载气很快“扫”入色谱柱。该方法的优点是可以防止样品的热分解和注射歧视对定量分析的误差。气化室的体积样品注入气化室后，必须与载气充分混合，否则易导致样品分析结果失真。因此，气化室的体积应足够小，以保证样品各组分进入色谱柱后的峰宽尽可能窄，从而减少柱外效应。但体积太小时，又会因样品气化后膨胀而引起压力的剧烈波动， 严重时会造成样品的“倒灌”，反而增大了柱外效应。常见气化室的体积为0.2mL1mL。气化室的惰性气化室内壁应具有足够的惰性，不吸附样品，不催化样品的分解，不与样品发生化学反应。为避免样品与气化室金属内壁接触产生吸附或催化分解反应，在气化室的不锈钢套管中要插入衬管。衬管的内容，可参考问题16-问题18。色谱柱的初始温度分流进样要消除分流歧视，色谱柱的初始温度应尽可能高一些。以减少气化温度和柱温之间的差别，样品在气化室经历的温度梯度小一些，可避免气化后的样品部分冷凝。但柱温过高时，分配系数变小，不利于分离，一般通过实验选择最佳柱温。 隔垫吹扫功能隔垫吹扫，主要是用于消除进样垫分解或垫子的残损物对分析影响等，如鬼峰。