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投影板检测:气相色谱分析方法开发需要注意这几点

摘要: 气相色谱分析方法开发需要注意这几点摘要气相色谱在日常应用中大家普遍将注意力集中在色谱柱、检测器等关键部件上,而同等重要的进样口维护及相关参数设置等却常常被大家忽略,本文从气相色谱的相关概念出发,介绍其原理,以期为气相相关问题的解决提供思路,不足和缺陷之 ...
气相色谱分析方法开发需要注意这几点

摘要

气相色谱在日常应用中大家普遍将注意力集中在色谱柱、检测器等关键部件上,而同等重要的进样口维护及相关参数设置等却常常被大家忽略,本文从气相色谱的相关概念出发,介绍其原理,以期为气相相关问题的解决提供思路,不足和缺陷之处,望同行批评指正。

气相色谱的几个概念

隔垫:样品导入色谱柱的关键元件之一,隔垫将样品流路与外部隔开,起阻挡作用。

隔垫吹扫:隔垫吹扫就是有一股气流在进样口隔垫下,横向吹,其作用1、消除进样时可能带入的杂质。2、消除进样口密封垫在高温时释放出的杂质。流量设置一般为1-3ml/min。

衬管:玻璃衬管是气化室的一部分,进样的物质要在这里加热气化。衬管的作用就是加速物质气化,防止未气化的杂质沾到加热器上,防止杂质进入色谱柱。衬管的选择应考虑以下几个方面;

1、分流进样,需满足分流后进入色谱柱的这部分样品能够完全代表所有的样品,这就要确保样品在衬管内能够完全的汽化并且充分的混合均匀。选择分流进样衬管时,需考虑:1)与分流板结合处(即衬管的下端)应该是开口。2)样品要能够在衬管内完全的汽化并混合均匀,建议使用惰性石英棉,增大样品面积,使样品迅速汽化。3)腔体要有相应的设计及填充物,确保汽化之后的样品混合均匀。4)对于反应性极性化合物、热不稳定化合物等不建议大面积使用石英棉。

2、不分流进样,即将所有的汽化的待测的组分都进入到色谱柱内,衬管建议选择一端收口的鹅颈型衬管。

3、柱上进样,待分析的化合物的组分沸点范围分布相当广泛,或者组分的沸点较高,要将所有的样品组分都打到柱子里,然后在柱子内程序升温,实现化合物分离,此时衬管应有一个极细的收口,使样品能完全的进入到色谱柱内。

4、其它,专用衬管如PTV专用衬管、填充柱专用衬管等。

分流歧视: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:

1、样品组分的不均匀气化(如低沸点化合物的气化过程比高沸点化合物快的多),以及气化后的状态差异。

2、不同样品组分在载气中的扩散速度差异。

3、分流进样。

消减“分流歧视”的方法;

1、选择适合分流的衬管

2、色谱柱选择较高的气化温度

3、选择较小的分流比。通常样品组分含量低时,分流歧视对分离的出峰情况和定量结果影响较大(如重现性差)。

尾吹气:又叫补充气或辅助气,通常毛细管柱采用尾吹气,因为毛细管柱内载气流量低,无法满足检测器最佳的操作条件,在色谱柱后增加一路载气直接进入检测器,就可以保证检测器在高灵敏度状态工作。尾吹气的另外一个作用是消除检测器死体积的柱外效应,因为经分离的化合物流出色谱柱后,可能由于管道体积增大而出现体积膨胀,导致流速减缓,谱带展宽。通常尾吹气的流量应根据检测器和色谱柱的尺寸而定。

顶空进样参数优化及相关要求

1、平衡温度

应根据供试品中残留溶剂的沸点选择顶空平衡温度,一般应低于溶解供试品所用溶剂的沸点10℃以下,能满足检测灵敏度即可。对于沸点较高(如200℃以上),可以尝试采用直接进样的方式。样品的平衡温度与蒸气压直接相关,它影响分配系数。

一般来说,温度越高,蒸气压越高,顶空气体的浓度越高,分析灵敏度就越高。但是实际工作中往往是在满足灵敏度的条件下选择较低的平衡温度。因为过高的温度可能导致某些组分的分解和氧化(样品瓶中有空气),还可以使顶空气体的压力过高(特别是使用有机溶剂时)。日常检测中必须保证温度的重现性,除了平衡温度外,取样管、定量管,以及与GC的连接管都要严格控制温度。这些温度往往要高于平衡温度,以避免样品的吸附和冷凝。

2、平衡时间

顶空平衡试验一般为30~45分钟,以保证供试品溶液的气-液两相有足够的时间达到平衡,通常不超过60分钟,时间过长,可能引起顶空瓶的气密性变差,导致定量准确性的降低。平衡时间本质上取决于被测组分分子从样品基质到气相的扩散速度。扩散速度越快,即分子扩散系数越大,所需平衡时间越短。另外,扩散系数又与分子尺寸、介质黏度及温度有关。温度越高,黏度越低,扩散系数越大。所以,提高温度可以缩短平衡时间。由于样品的性质千差万别,所以平衡时间很难预测。一般要通过实验来测定。顶空进样,平衡时间往往要比分析时间长,换言之,顶空GC的分析周期往往是由平衡时间决定的。故缩短平衡时间是提高顶空GC分析速度的关键。

3、装样体积

市售样品瓶的体积有5-22ml多种,具体选用哪种,一要根据仪器要求而定,二要看样品情况而定。样品量是指顶空样品瓶中的样品体积,有时也指进入GC的样品量。其实后者应称为进样量。

在顶空GC分析中,进样量是通过进样时间(压力平衡系统)或定量管(压力控制定量管系统)来控制的,它还受温度和压力等因素的影响。事实上,顶空GC分析中绝对进样量没有多大意义,重要的是进样量的重现性。顶空GC往往只从一个样品瓶中取样一次,要做平行实验时,则需要制备几份样品分别置于不同样品瓶中。这时每份样品的体积是否重现也影响分析结果。待测组分的分配系数越小(在凝聚相中的溶解度越大),样品体积波动所造成的结果误差就越大;反之,分配系数越大,这种影响就越小。

然而,在实际工作中,样品体系的分配系数往往是未知的,因此建议任何时候都要尽量使各份样品的体积一致。具体分析时,样品体积还与样品瓶的容积有关。样品体积的上限是充满样品瓶容积的80%,以便有足够的顶空体积便于取样。常采用样品瓶容积的50%为样品体积。

4、对照品要求

对照品溶液与供试品溶液需使用相同的顶空条件,因为样品瓶中有气-液或气-固两相,甚至气-液-固三相共存。顶空气体中各组分的含量既与其本身的挥发性有关,又与样品基质有关。特别是那些在样品基质中溶解度大(分配系数大)的组分,“基质效应”更为明显。这是顶空进样的一大特点,即顶空气体的组成与原样品中的组成不同,这对定量分析的影响尤为严重。因此,对照品不能仅用待测物的标准品配制,还必须有与原样品相同或相似的基质,否则,定量误差将会很大。

实际应用中一些消除或减少基质效应的方法:

a、利用盐析作用即在水溶液中加入无机盐(如过饱和硫酸钠溶液)来改变挥发性组分的分配系数;

b、在有机溶液中加入水相,这可以减小有机物在有机溶剂中的溶解度,增大其在顶空气体中的含量;

c、调节溶液的pH 对于碱和酸,通过控制pH可使其解离度改变,或使其中待测物的挥发性变得更大,从而有利于分析;

d、降低样品浓度也是减小基质效应的常用方法,但其代价是减低了灵敏度;

e、固体样品中挥发物的扩散速度很慢,往往需要很长时间才能达到平衡。尽量采样全溶的样品溶液,有利于缩短平衡时间;

f、其他消除基质效应的技术,如全挥发技术等,本章节不再讨论。

5、供试品要求

除另有规定外,精密称取供试品0.1~1g/mL,以水为溶剂;对于非水溶性药物,可采用DMF、DMSO或其它适宜的溶剂。

6、样品瓶要求

顶空GC样品瓶的要求是体积准确、能承受一定的压力、密封性能良好、对样品无吸附作用。

7、密封盖要求

密封盖由塑料或金属盖加密封垫组成。有可多次使用的螺旋盖和一次使用的压盖两种。现在自动化仪器多采用一次性使用的铝质压盖,使用压盖器压紧后可以保证密封性能。

分流歧视与基质效应对测定方法的影响

项目对方法的影响措施分流歧视方法重现性差采用合适的衬管、气化温度、分流比减少该影响基质效应方法测定结果偏高或偏低可以采用标准加入法消除

计算方式----标准加入法[2]标准加入法:该方法是气相不同于高效液相的计算方式,2015版《中国药典》通则0521中有这样的描述“当采用顶空进样时,由于供试品和对照品处于不完全相同的基质中,故可采用标准溶液加入法,以消除基质效应的影响;当标准溶液加入法与其他定量方法结果不一致时,应以标准加入法结果为准”。

标准加入法定义:精密称量某个杂质或待测成分对照品适量,配制成适当浓度的对照品溶液,取一定量,精密加入到供试品溶液中,根据外标法或内标法测定杂质或主成分含量,再扣除加入的对照品溶液含量,即得供试品溶液中某个杂质和主成分含量。可采用下述计算公式,加入对照品前后校正因子应相同,即

气相色谱分析方法开发需要注意这几点

则待测组分的浓度CX可通过如下公式进行计算:

气相色谱分析方法开发需要注意这几点

式中CX为供试品组分X的浓度

AX为供试品中组分X的色谱峰面积

ΔCX为所加入的已知浓度的待测组分对照品的浓度

Ais为加入对照品后组分X的色谱峰面积

日常问题及解决方案气相色谱在日常使用中,常听人抱怨“这破仪器太难用了”,但用顺手后,工作效率还是挺高的,气相色谱一下常见的问题及相关的解决方案如下表所示:

问题

可能原因

解决

保留时间/峰面积重现性差

隔垫

老化或更换

玻璃衬管石英棉位置

更换或摆正位置

玻璃衬管污染

更换或清洗

载气气罐几乎为空

更换至少3Mpa压力罐

气体泄漏产生载气流速波动

维护泄漏点

柱过载

稀释样品,增加分流比,改变为更厚的膜

注射剂堵塞

清洗或更换

峰形异常

前延峰

柱过载或进样口温度过低

拖尾峰

进样口温度低;柱被污染;玻璃衬管污染;隔垫吹扫流速低或隔垫碎屑脱落

鬼峰

隔垫吹扫不能被供应

供应隔垫吹扫

显示先前分析的峰

老化色谱柱

样品被污染

重新配制

进样口、注射器或隔垫污染

维护及更换

基线不稳

载气,尾吹气泄漏或质量差

更换

进样口或柱被污染

维护及老化

压缩空气被污染

维护(如更换干燥剂等)

氢气供应时间不够长或没有完全置换出管中的空气

维护(如更换干燥剂等)

参考文献

[1] 气相色谱GC技术及应用.色谱世界.

[2] 2015版《中国药典》附录0861

[3] 气相色谱操作手册

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