GC毛细管色谱柱的使用与维护课件.pptx

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1、毛细管柱的使用与维护,steven2019年8月,毛细管柱的使用与维护steven,1. 毛细管柱的介绍2. 毛细管柱的选择3. 毛细管柱的安装4. 毛细管柱的老化5. 毛细管柱的维护,毛细管柱的使用与维护,1. 毛细管柱的介绍毛细管柱的使用与维护,组成固定液内径柱长膜厚极性柱温应用各条件对分离的影响,一、毛细管柱的介绍,组成一、毛细管柱的介绍,通常来说，一根毛细管色谱柱由两部分组成管身和固定相。管身一般使用熔融二氧化硅或不锈钢作为基本材质；固定相大部分是液体或胶状的高分子量，具有高热稳定性的聚合物，最常用的是聚硅氧烷和聚乙二醇，另外还有一类是小的多孔粒子组成的聚合物或沸石(例如氧化铝、分子筛

2、等)。管身通常在其表面涂上一层聚酰亚胺做为保护层。涂层后的熔融石英毛细管呈褐色：但是涂层后的毛细管之间的颜色却不尽相同。色谱柱的颜色对于其色谱性能没有什么影响。经过持续的较高温度处理后聚酰亚胺涂层管的的温度会变得比以前更深：标准的聚酰亚胺涂层管熔融石英管的温度上限为360，高温聚酰亚胺涂层管的温度上限为400。,组成,通常来说，一根毛细管色谱柱由两部分组成管身和固定相。组成,聚硅氧烷聚乙二醇气-固固定相键合和交联固定相,固定液,聚硅氧烷固定液,0.53mm-具有近似填充柱的负荷量，总柱效则远远超过填充柱。达到同样的分离度时，0.53mm大口径柱的分析时间显著快于填充柱。可方便的采用柱上进样或直

3、接进样技术，适合于分析不太复杂的样品，是填充柱理想的替代柱。0.32mm-柱效稍低于0.25mm常规柱，负荷量大于常规柱的60%，用特制注射针可做柱上进样。0.25mm-最常用的内径规格。有较高的柱效，负荷量较低，必须分流进样或无分流进样。用于复杂多组份样品分析。0.20mm-柱效高,负荷量低，流失较小，适合与质谱等灵敏检测器联用。,内径,0.53mm-具有近似填充柱的负荷量，总柱效则远远超过,512m 短柱：分离少于10个组份（不包含难分离物质对）的简单样品。2530m 中长柱：分离1050个组份的样品。50m 长柱：分离大于50个组份或包含有难分离物质对的复杂样品。,柱长,512m 短柱：

4、分离少于10个组份（不包含难分离物质对）的,0. 10. 2m 薄液膜：低负荷量，高温下流失较小，适合于高沸点化合物的分析，适于配高灵敏检测器。0.250.33m 标准液厚：一般商品柱的标准液膜。0.55.0m 厚液膜：较高的样品负荷量，在高温下流失较大，适于分析低沸点样品。,膜厚,0. 10. 2m 薄液膜：低负荷量，高温下流失较小，适,基本原则是分析物与固定相有相似化学性质时才会相互作用。非极性分子通常仅由C和H组成并且无偶极矩，直联（正烷）是常见的非极性化合物的例子。极性分子主要由C和H组成同时也有其他原子，如：N、O、P、S或卤素。样品包括有醇类、胺类、硫醇类、酮类、有机卤化物等。可极

5、化物质主要由C和H组成同时包含不饱和键。通常有：炔和芳香族化合物。,极性,基本原则是分析物与固定相有相似化学性质时才会相互作用。极性,一根色谱柱通常有两个温度极限，温度下限和温度上限。如果在低于温度下限的条件下实验，得到的色谱峰又圆又宽(柱效降低)。但是色谱柱并不会受到什么损坏。这样并不能发挥色谱柱的正常功能。在达到下限温度或者高于下限温度时，得到的色谱峰会有明显的好转。 温度上限般有两个固定的数值。较低的是恒温极限，在该温度下色谱柱可以正常地使用，柱流失的寿命不会受到影响。较高的数值是程升极限，在此温度下色谱柱使用时间如果在1015分钟内，色谱柱的流失和寿命不会受到太大的影响。但如果持续时间

6、过长，则会增加色谱柱的流失，缩短色谱柱的寿命，固定相和熔融石英管的惰性都有可能被破坏。,柱温,一根色谱柱通常有两个温度极限，温度下限和温度上限。柱温,固定液：当用同等长度的柱子，固定液颗粒细的分离效率就要比粗的好些。固定液含量比例过大有损于分离，比例过小会使色谱峰拖尾。 内径：柱内径小分离效果好，柱内径大处理量大，但柱内径过大，将导致担体不能均匀地分布在色谱柱中。柱长：柱管增长，可改善分离能力，短则组分馏出的快些。膜厚：薄膜比厚膜洗脱组分快、峰分离好、温度低。 极性：分析物与固定相有相似化学性质时才会相互作用。柱温：提高柱温可缩短分析时间；降低柱温可使色谱柱选择性增大，有利于组分的分离和色谱柱

7、稳定性提高，柱寿命延长。,应用各条件对分离的影响,固定液：当用同等长度的柱子，固定液颗粒细的分离效率就要比粗的,DB-5MS： 5%二苯基-95%二甲基硅氧烷共聚物，低流失，30m0.25mm0.25umHP-5MS：5%二苯基-95%二甲基硅氧烷共聚物，非极性，低流失，30m0.25mm0.25umDB-5HT： 5%二苯基-95%二甲基硅氧烷共聚物，非极性， 键合交联，可用溶剂清洗，高温，15m0.25mm0.10umDB-XLB：弱极性，聚硅氧烷类固定相，专利技术，弱极性，低流失，键合交联，可用溶剂清洗，30m0.25mm0.25umHP-5：5%二苯基-95%二甲基硅氧烷共聚物，非极性

8、， 30m0.32mm0.25um,我们现在使用的色谱柱,DB-5MS： 5%二苯基-95%二甲基硅氧烷共聚物，低流失,膜厚长度内径其他因素,二、毛细管柱的选择,膜厚二、毛细管柱的选择,薄膜比厚膜洗脱组分快、峰分离好、温度低。 一般而言，色谱柱的膜厚为0.25到0.5m。对于流出达300的大多数样品（包括蜡、甘油三脂、甾族化合物等）能够很好的分析。对于更高的洗脱温度，可以用0.1m的液膜。而厚液膜对于低沸点化合物有利，对于流出温度在100200之间的物质，用11.5m的液膜效果较好。超厚膜（35m）用于分析气体、溶剂和可吹扫出来的物质，以增加样品组分与固定相的相互作用。另一个选择厚膜的原因是当

9、用大口径柱时保持分离度和保留时间。由于这个原因，大口径柱都只有厚膜。厚膜的流失较大，温度极限必须随膜厚度增加而下降。,膜厚,薄膜比厚膜洗脱组分快、峰分离好、温度低。 膜厚,一般情况，15m柱用于快速筛选简单混合物或分子量极高的化合物。30m柱是最普遍的柱长。超长柱（50、60或100m、150m）用于非常复杂的样品。柱长度在柱性能上不是一个重要参数，例如：加倍柱长，恒温分析时间则加倍但峰分辨率仅增大约40%。如果分析只是比较好但不是特别好时，有比增加柱长度更好的办法来改进分析结果，如考虑更薄的膜，优化载气流量或用程序升温等。分析活性极强的组分是一种特殊情况。如果样品与柱材质接触，那么峰会严重拖

10、尾。较厚的膜、相对短的柱可以由于较少的柱材和较厚的固定液体掩盖其表面以屏蔽活性表面从而减少相互作用的机会。,长度,一般情况，15m柱用于快速筛选简单混合物或分子量极高的化合物,增加直径意味着需要更多的固定相，即使厚度不增加，也有较大的样品容量。同时也意味着降低了分离能力且流失较大。小口径柱为复杂样品提供了所需的分离，但通常因为柱容量低需要分流进样。如果分离度的降低能够接受的话，大口径柱可以避免这一点。当样品容量是主要的考虑因素时，如：气体、强挥发性样品、吹扫和捕集或顶空进样，大内径甚至PLOT柱可能比较合适。同时色谱柱内径的选择中要考虑仪器的限制和要求。填充柱的进样口可以使用大口径毛细管柱（0

11、.53mm内径），而小口径柱就不一定能够被连接在仪器上使用。毛细管柱的进样口一般可以用于所有内径范围的毛细管柱。（0.1mm、0.25mm、0.32mm、0.53mm）直接联用的GC/MSD和MSD需要小口径柱，因为真空泵不能处理大口径柱的大流量。查明你的整个系统看看你适合那些柱内径的色谱柱。,内径,增加直径意味着需要更多的固定相，即使厚度不增加，也有较大的样,固定相极性柱温上限和下限柱子类型色谱柱容量柱流失,其他因素,固定相其他因素,注意事项安装毛细管柱,三、毛细管柱的安装,注意事项三、毛细管柱的安装,1、石英毛细管柱的聚酰亚胺保护层如果被破坏，破损处变得很脆，易在此处发生断裂，引起柱效和谱

12、峰效果的明显下降。所以：A、避免色谱柱使用在370或更高的温度条件下； B、防止色谱柱被磨损和擦伤（例如：安装中注意柱体不应与柱温箱的内壁锐边过分接触，以免轻微震动引起的擦伤）；C、避免过分的弯曲.扭曲柱体。 2、注意对色谱柱中涂覆固定相的保护。色谱柱切开封口后，应当立即安装在设备上，并保持干燥.无氧的纯净载气通过柱体直至色谱柱被卸除封存。使用中要阻止来在隔垫.卡套磨损等外来杂质进入色谱柱。 3、保证石英毛细管柱切割后切口觉得洁净和平滑，所以柱口要仔细地切割和检查。切割过程中，首先使用宝石头笔或陶瓷切片在柱上轻轻地刻划，划破表面的保护层；然后捏住划痕处的两端，轻轻地弯曲折断柱体。检查断口时建议

13、使用20以上的放大镜，如果断口不洁净.不平滑，重新切割。在安装卡套和螺母时，将端口朝向下，防止切割碎片被带入柱中。,注意事项,1、石英毛细管柱的聚酰亚胺保护层如果被破坏，破损处变得很脆，,1. 完成仪器维护，将所有的加热区冷却降温。 2. 安装载气净化装置去除载气中的水、氧气等以延长柱子寿命；并定期更换。 3. 进样垫和衬管要定期更换，以免漏气及污染物沉积，导致老化时基线不稳并影响分析工作。 4. 检查毛细管柱有否断裂或损伤。从柱子两端割掉1-2cm，通常使用毛细管切割器或其他切割器（切割后用放大镜检查切口平整，否则从新切割）。 5. 保持柱端向下，以免碎屑进入毛细管柱内，套上一个螺帽和一个新

14、的卡套，套入距离按所用气相色谱仪要求的插入距离为准。 6. 套管安装好后，检查是否在套入螺帽和卡套时因用力不当折断毛细管端口；如是，按步骤4要求切割柱进样端口，并将螺帽和卡套位置相应后移。 7. 插入柱子进样端到进样口，并确保插入位置适当。 8. 用手拧紧螺帽，直到柱子刚好不上下滑动。通常再用扳手多拧紧四分之一圈。,安装毛细管柱,安装毛细管柱,9. 接通载气并调节载气压力以得到合适的流速。 10. 将柱子另一端浸入无毒溶剂中观察冒泡以检查是否有载气通过（以免漏气状况导致柱内无载气通过而受热损伤柱子）。检查过后将毛细管端口擦拭干净，保证柱端无溶剂残留，再进行下一步安装。 11. 安装柱子检测端到

15、检测器位置，方法同进样端安装（参考5-9步骤） 12. 根据分析方法和测试报告调整分流和隔膜吹扫隔垫流量。 13. 对进样口和检测器进行检漏。14. 进常规标准样品或特定混标检测峰形是否正常。如果所有峰形有托尾，再次检查进样端是否旋紧吻合。如果出峰慢，检查检测器设备和流速。每一根新柱都有柱性能测试图，在相同实验条件和测试样品的条件下，我们应该得到与标准测试相同或相似的图谱。如果实验重复差，请检查并解决问题。 15. 校对仪器并进行样品分析。,安装毛细管柱,安装毛细管柱,新柱子老化柱污染老化,四、毛细管柱的老化,新柱子老化四、毛细管柱的老化,老化目的: 除去管柱内剩余的溶剂!固定液的低沸程馏分及

16、易挥发的杂质,同时使固定液更均匀、牢固地分布于载体或管壁上。老化作用: 1 降低由于柱子流失(溶剂!轻馏分)而引起的本底噪声。 这对于使用高灵敏度的检测分析是很重要的,如用氢火焰离子化检测器,一般认为流失能引起噪声和不稳定的基线。真正的柱流失常常有如同噪声状的正向漂移。 2 提高定量的准确度.这一点一般易被忽视,假若要求分析结果的相对偏差等于或低于3%时,应在固定液的最高使用温度下历时648h(视固定液的性质决定)。,老化目的和作用,老化目的:老化目的和作用,1. 色谱柱在安装前请确认使用的载气为高纯载气（99.999%）。 建议使用钢瓶气，加载脱氧管。 2. 请确保气路系统的密封性良好，尽可

17、能防止空气中的氧气渗透进入系统，以延长色谱柱的使用寿命。 3. 色谱柱在安装时，在载气已经打开的情况下，请先安装进样口一端，然后检查确认色谱柱有气体通过；选择合适的流速；老化升温前，在室温下吹扫色谱柱10-20分钟。 4. 对毛细管柱进行老化：一般来说，使柱温箱温度由室温程序升温，终点温度为待测样品操作条件温度以上20，或该柱的最高使用温度以下20。达终点温度后恒温3-4小时或更长。5.一般来讲，涂有极性固定相以及较厚涂层的色谱柱老化时间较长，而弱极性固定以及较薄涂层的色谱柱所需时间较短。而PLOT色谱柱的老化要领有各不相同，须按色谱柱供应商提供的老化条件进行老化。,新柱子老化,1. 色谱柱在

18、安装前请确认使用的载气为高纯载气（99.999,如果柱子受到污染, 可在推荐的最高色谱柱温度低20 度的条件下，老化柱子。老化的时间应适当比新柱的要长，一般为6-12 小时！（视污染情况而定）一般推荐的老化温度为： Tcond = Tmax/2 - Tapp/2 + Tapp 这里: Tcond = 老化温度 Tmax = 色谱柱推荐采用的最高温度 Tapp = 应用中使用的最高温度 在老化柱子时，一定不要将毛细管接在检测器上，应将那一端放空，同时将检测器用闷头堵上。如果是FID，容许接在上面，但应该将检测器温度升上去。,柱污染老化,如果柱子受到污染, 可在推荐的最高色谱柱温度低20 度的条件

19、,升温速率/min 温度 保持时间min 50 30 5 100 30 5 250 60 5 300 120,举例,升温速率/min 温度 保持,毛细管色谱柱的破损固定相损伤色谱柱污染色谱柱维护,五、毛细管柱的维护,毛细管色谱柱的破损五、毛细管柱的维护,聚酰亚胺涂层破损；裂痕扩延；柱子断裂。,毛细管色谱柱的破损,聚酰亚胺涂层破损；毛细管色谱柱的破损,固定相损伤则是一个更为常见的问题。固定相损伤往往会造成对极性溶质柱活性的增加、柱效的下降和柱流失加重等后果。其症状为由于柱活性的增加，造成出现脱尾峰和峰高强度降低；由于柱效和分辨率的下降，出现峰变宽和由于过量的柱流失造成基线漂移。如果固定相损伤比较

20、严重，那么柱活性升高、柱效下降和过量柱流失会同时发生。3种最常见的操作错误可导致固定相损伤。 首先，超出固定相使用温度上限加热或没有充分的载气流下加温都会损害柱子性能。 其次，在升温过程中，固定相意外与氧接触会导致固定相降解。这就需要在升温前，要充分用载气将柱内氧赶尽。 最后，污染的溶质或样品也可以损伤固定相。,固定相损伤,固定相损伤则是一个更为常见的问题。固定相损伤往往会造成对极性,通常，色谱工作者涉及两种类型污染，第一种不能洗脱的非挥发性物质；第二种最终能从柱子洗脱出来的半挥发性物质。柱子污染的症状为，产生吸附，出现鬼峰、脱尾峰、前延峰，发生分解，造成柱固定相过度流失和柱选择性改变。潜在的

21、污染源包括：注射的样品、橡胶隔膜和金属垫碎屑、载气和捕集器中杂质以及其它来自外部如器皿和注射器中的杂质。,色谱柱污染,通常，色谱工作者涉及两种类型污染，第一种不能洗脱的非挥发性物,接保护柱在分析柱前连接一段保护柱是一种经济而实用减少柱污染的有效方法。割柱头-如果污染物位于柱子前端，那么色谱柱的性能会立即得到改善。冲洗柱子-通常会洗脱出绝大多数非挥发性和半挥发性组分。冲洗的方式是按照正常载气流速的反方向，从检测器端至进样口端方向进行冲洗。在所有冲洗结束之后，色谱柱重新使用之前，要用氮气通过柱子吹干30min-45min。在柱子加温之前，要用载气慢速吹干以防止损害固定相。高温老化色谱柱-仅仅去除挥发性和半挥发性组分。如果污染物粘附在进样口或污染物是非挥发性的，那么长期高温老化色谱柱则难以解决这一问题。如果污染物是活性和非挥发性的，那么长期高温老化色谱柱则会缩短柱子的使用寿命。高温老化色谱柱一般不超过1h-3h。色谱工作者应当认识到：只有半挥发和挥发性组分可以去除，当认为一根柱子被污染时，首先考虑的是应该对柱子进行冲洗，然后如果必要的话，才考虑高温老化方式。,色谱柱维护,接保护柱在分析柱前连接一段保护柱是一种经济而实用减少柱污染,