GC-进样口

分流进样和不分流进样在操作参数的设置,对样品的要求以及衬管结构方面也有很大区别,下面分别讨论之.
分流进样
(一)载气流路和衬管选择
分流进样时载气流路如图4-2a所示.进入进样口的载气总流量由一个总流量阀控制,而后载气分成两部分:一是隔垫吹扫气(1～3mL/min),二是进入汽化室的载气.进入汽化室的载气与样品气体混合后又分为两部分:大部分经分流出口放空,小部分进样色谱柱.以总流量为104 m1/min为例,如果隔垫吹扫气流设置为3m1/min,则另101mL/min进入汽化室.当分流流量为100mL/min时.柱内流量为lml/min,这时分流比为100:1.注意.此仪器设计将柱前压调节阀置于分流气路上,这就可在总流量不变的情况下,改变柱前压.柱前压越高,柱流速越大,分析速度越快.而要在柱前压不变(柱流速不变)的条件下改变分流比,则必须调节总流最.总流量越大,分流比越大.
分流进样口可采用多种衬管,用于分流进样的衬管大都不是直通的,管内有缩径处或者烧结板,或者有玻瑞珠,或者填充有玻璃毛.这主要是为了增大.与样品接触的比表面,保证样品完全汽化.减小分流歧视〔见下面关于分流歧视问题的讨论).同时也是为了防止固体颗粒和不挥发的样品组分进入色谱柱.注意,填充物应位于衬管的中间,即温度最高的地方,也是注射器针尖所到达的地方,这样对提高汽化效率,减少注射器针尖对样品的歧视更为有效.另外,玻璃毛活性较大,不适合于分析极性化合物.此时可用经硅烷化处理的石英玻璃毛.
衬管的上端常用"O"形硅橡胶环密封.用一段时间后该环会老化而造成漏气.故要及时更换.当进样口温度超过400℃时,最好采用石墨密封环.
(二)样品的适用性
分流进样适合于大部分可挥发样品,包括液体和气体样品,特别是对一些化学试剂(如将剂)的分折.因为其中一些组分会在主峰前流出.而且样品不能稀释,故分流进样住往是理想的选择.此外,在毛细管GC的方法开发过程中,如果对样品的组成不很清楚.也应首先采用分流进样口对于一些相对"脏"的样品,更应采用分流进样,因为分流进样时大部分样品被放空,只有一小部分样品进入色谱柱,这在很大程度上防止了柱污染.只是在分流进样不能满足分析要求时(灵敏度太低),才考虑其他进样方式,如不分流进样和柱上进_样等.
总之,分流进样的适用范围宽,灵话性很大.分流比可调范围广,故成为毛细管GC的首选进样方式.
不分流进样
(一) 载气流路和衬管选择
不分流进样与分流进样采用同一个进样口,顾名思义,不分流进样就是将分流气路的电磁阀关闭[图4-2(b)],让样品全部进入色潜柱.这样做的好处是显而易见的,既可提高分析灵敏度,又能消除分流歧视的影响.然而,在实际工作中,不分流进样的应用远没有分流进样普遍,只是在分流进样不能满足分析要求时(主要是灵敏度要求),才考虑使用不分流进样.这是因为不分流进样的操作条件优化较为复杂.对操作技术的要求高.其中一个最突出的问题是样品初始谱带较宽(样品汽化后的体积相对于柱内载气流量太大).汽化的样品中溶剂是大量的,不可能瞬间进入色谱柱,结果溶剂峰就会严重拖尾,使早流出组分的峰被掩盖在溶剂拖尾峰中[如图4-3(a)所示],从而使分析变得困难,甚至不可能.有人也将这一现象叫做溶剂效应.
消除这种溶剂效应可从几个方面考虑,但就载气的流路来说,主要是采用所谓瞬间不分流技术.即进样开始时关闭分流电磁阀,使系统处于不分流状态[图4-2(b)].待大部分汽化的样品进入色醉柱后,开启分流阀,使系统处于分流状态[图4-2(a)].这样,汽化室内残留的溶剂气体(当然包括一小部分样品组分)就很快从分流出口放空,从而在很大程度上消除了溶剂拖尾[如图4-2(b)所示].分流状态一直持续到分析结束,注射下一个样品时再关闭分流阀.所以我们说,不分流进样并不是绝对不分流,而是分流与不分流的结合.这里,确定一个瞬间不分流时间(从进样到开启分流阀的时间)往往是分析成败的关键.原则上讲,这一时间应足够长.以保证绝大部分样品进人色谱柱,避免分流歧视的影响;同时又要尽可能短,以最大限度地消除溶剂抢尾,使早流出峰的分析更为准确.这显然是有矛盾的.在实际工作中,常常是根据样品的具体情况(如溶剂沸点,待测组分沸点和浓度等)或操作条件来确定一个优化的折衷点.研究结果表明,这一时间值一般在30～80S之间.文献报道多采用0.75min,即从进样到开启分流阀的时问为0.75min,通常能保证95%以上的样品进入色谱柱,本节后而将介绍如何用实验方法确定优化的不分流时间.
衬管的尺寸是影响不分流进样性能的另一个重要因素.为了使样品在汽化室尽可能少地稀释,从而减小初始谱带宽度,衬管的容积小一些有利,一般为0.25～1mL,且最好使用直通式衬管.当用自动进样器进样时,因进样速度快,样品挥发快,故建议采用容积稍大一些的直通式衬管.对于干净样品,衬管内可不填充玻璃毛,对于相对脏的样品,则需要填充玻瑞或石英毛,以保证分析的重现性并保护色谱柱不被污染.但要注意,由于不分流进样时样品在汽化室滞留的时间比分流进样时长,热不稳定化合物的分解可能性也大,故衬管和其中填充的石英毛都必须经硅烷化处理,且要及时清洗,更换和重新硅烷化.
(二)样品的适用性
不分流进样具有明显高于分流进样的灵敏度,它通常用于环境分析(如水和大气中痕量污染物的检测),食品中的农药残留监测,以及临床和药物分析等.这些药品往往都比较脏,所以样品的预处理是保护色谱柱所必须注意的问题.此外,待测痕量组分如果在溶剂拖尾处出蜂,还可采用溶剂聚焦的方法来提高分析灵敏度.
不分流进样对样品溶剂有较严格的要求.因为进样口温度,色谱柱初始温度,瞬间不分流的时间和进样体积都与溶剂沸点有关.一般地讲,使用高沸点溶剂比低沸点溶剂有利,因为溶剂沸点高时,容易实现溶剂聚焦,且可使用较高的色谱柱初始温度,还可降低注射器针尖歧视以及汽化室的压力突变.表4-2列出了常见的溶剂及其沸点和实现溶剂聚焦宜采用的色谱柱初始温度.
另一方面,洛剂的极性一定要与样品的极性相匹配,且要保证溶剂在所有被测样品组分之前出峰,否则早流出的峰就会被溶剂的大峰掩盖.同时,溶剂还要与固定相匹配,才能实现有效的溶剂聚焦.必要时可采用保留间隙管来达到聚焦的目的.
对于高沸点痕量组分的分析,不分流进样就容易多了.此时可以不考虑溶剂的沸点,因为有周定相聚焦就完全能保证窄的初始谱带,采用高的初始柱温还可缩短分析时间.事实上,不分流进样应是分析高沸点痕最组分的首选方法.


填充柱进样口是目前最为常用、也是最简单、最容易操作的GC进样口，其基本结构见图3-3。该进样口的作用就是提供一个样品汽化室，所有汽化的样品都被载气带入色谱柱进行分离。进样口可以配置，也可以不配置隔垫吹扫装置。这种进样口可连接玻璃或不锈钢填充柱，还可以连接大口径毛细管柱作直接进样分析。下面分别进行讨论。
一、填充柱进样
1、  柱连接
采用玻璃柱或不锈钢柱时，连接方法是不同的，需使用不同的接头（又叫插件）。玻璃柱可直接插入汽化室，由一个固定螺母加石墨垫密封。此时插入汽化室的色谱柱部分不应有填料在其中，否则会在高温下分解而干扰分析。这段空的色谱柱又起到了玻璃衬管的作用（相当于填充柱柱上进样），防止了样品与汽化室不锈钢表面的接触。若需进一步减小汽化室死体积，可在柱端插入一个玻璃或石英套管。玻璃填充柱常用于分析极性化合物，如农药分析等。
当采用不锈钢柱时，柱端接在汽化室的出口片，用螺母和金属压环密封。这时应在汽化室安装玻璃衬管，以避免极性组分的分解和吸附（衬管结构见图3-7）。在日常分工作中还要注意及时更换和清洗衬管。
2、  样品的适用范围
只要柱的分离能力可满足要求，填充柱进样口适合于各种各样的可挥发性样品。由于所有汽化的样品都进入色谱柱，且填充柱柱容量大，故定量分析准确度很高。如果色谱柱能完全分离所测组分，则灵敏度一般也没问题。对于热不稳定的样品，最好采用玻璃柱，将样品直接进入柱头；而对“脏”的样品则应采用衬管，以防止污染物进入色谱而造成柱性能下降。
3、  操作参数设置
（1）进样口温度  该温度应接近于或略高于样品中待测高沸点组分的沸点。温度太高
可能引起某些热不稳定组分的分解，或当进样量大时，造成样品倒灌。如果温度太低，晚流出的色谱峰会变形（展宽、拖尾或前伸）。
（2）载气流速  内径为2mm左右的填充柱，载气流速一般为30ml/min（氦气）。用氢
气作载气时流速可更高一些，用氮气时则要稍低一些。实际样品要依据具体分离情况进行载气流速的优化。
（3）进样量和进样速度  填充柱的柱容量大，进样量一般为1~5（u），甚至更高。由于填充柱进分离效率有限，进样速度的快慢对结果影响不大，只要进样量和进样速度重现，手动进样和自动进样所得结果的分析精度没有太大差别。
二、大口径毛细管柱直接进样
1、柱连接
所谓直接进样就是指用大口径（≥0.53mm内径）毛细管柱接在填充柱进样口，像填充柱进样一样，所有汽化的样品全部进入色谱柱。大口径毛细管柱的柱容量介于填充柱和常规毛细管柱之间，其柱内载气流速可以高达20ml/min左右，故采用填充柱进样口是可行的，只是将柱接头和衬管稍作改进即可。
将填充柱接头换成大口径毛细管专用连接大口径柱。图4-1所示是几种不同的连接方式，区别主要在于衬管的结构和有无隔垫吹扫。图中（a）是最常用的衬管，适合于柱流速高的大部分分析，且有隔垫吹扫装置。但当进样量大时，有可能发生倒灌问题（因为衬管容小，样品汽化后体积膨胀，汽化室压力可能超过柱前压，从而使样品气体反扩散进入载气管路中），这时可用图中(b)所示大体积衬管，其上部的锥形可防止样品的倒灌，下部的锥形则可保证品快速进入色谱柱。图中（c）所示的衬管可以看成了对（a）的改进，（d）则是为柱内直接进样而设计的，其色谱柱端伸入到衬管中，样品直接进入柱头汽化。
2、样品的适用范围
基本与填充柱分析相同，对热不稳定的样品宜采用柱内直接进样，“脏”的样品则采用普通直接进样，利用衬管来保护色谱柱不被污染。
3、操作参数设置
（1）进样口温度  一般应高于待测组分沸点10~25℃。
（2）载气流速   从减小初始谱带宽度的角度看，载气流速越快
越好。但由于填充柱进样口的载气控制常常是恒流控制模式，其稳定流速不应低于15ml/min，而这正是大口径毛细管柱的流量上限。所以当需要载气流速低于10 ml/min时（0.53mm内径柱的最佳流量为3.5 ml/min），应在气路中增加一个限流器，以稳定流速。
4（3）进样量和进样速度  由于大口径柱容量小于填充柱，故进样量一般不应超过1ul。进样量大时很容易造成柱超载。同时，进样速度慢一些可以减少倒灌的可能性，改善早流出峰的分离度。 
5 挥发性物质分析接口顶空气相色谱法

除分流/不分流操作外，该进样口的程序升温功能还具有进样体积广泛、能分析热不稳定样品，以及通过减少样品制备步骤提高效率等优势。该进样口结合安捷伦的扳转顶盖功能，可在几秒钟之内更换衬管，不需要使用特殊工具或经过培训。通过大体积进样可以提

高灵敏度，并可降低高分子量组分的进样口歧视效应。

气相色谱进样方法概述

气相色谱的进样系统的作用是将样品直接或经过特殊处理后引入气相色谱仪的气化室或色谱柱进行分析，根据不同功能可划分为如下几种：
1、手动进样系统微量注射器

使用微量注射器抽取一定量的气体或液体样品注入气相色谱仪进行分析的手动进样。广泛适用于热稳定的气体和沸点一般在500℃以下的液体样品的分析。用于气相色谱的微量注射器种类繁多，可根据样品性质选用不同的注射器。
固相微萃取（SPME）进样器：固相微萃取是九十年代发明的一种样品预处理技术，可用于萃取液体或气体基质中的有机物，萃取的样品可手动注入气相色谱仪的气化室进行热解析气化，然后进色谱柱分析。这一技术特别适用于水中有机物的分析。
2、液体自动进样器
液体自动进样器用于液体样品的进样，可以实现自动化操作，降低人为的进样误差，减少人工操作成本。适用于批量样品的分析。
3、阀进样系统、气体进样阀
气体样品采用阀进样不仅定量重复性好，而且可以与环境空气隔离，避免空气对样品的污染。而采用注射器的手动进样很难做到上面这两点。采用阀进样的系统可以进行多柱多阀的组合进行一些特殊分析。气体进样阀的样品定量管体积一般在0.25毫升以上。
液体进样阀
液体进样阀一般用于装置中液体样品的在线取样分析，其样品定量环一般是阀芯处体积约0.1-1.0微升的刻槽。
4、吹扫捕集系统
用于固体、半固体、液体样品基质中挥发性有机化合物的富集和直接进气相色谱仪进行分析。
5、热解吸系统
用于气体样品中挥发性有机化合物的捕集，然后热解吸进气相色谱仪进行分析。
6、顶空进样系统
顶空进样器主要用于固体、半固体、液体样品基质中挥发性有机化合物的分析，如水中VOCs、茶叶中香气成分、合成高分子材料中残留单体的分析等。
7、热裂解器进样系统
配备热裂解器的气相色谱称为热解气相色谱(pyrolysis gas chromatography PGC)，理论上可适用于由于挥发性差依靠气相色谱还不能分离分析的任何有机物（在无氧条件下热分解，其热解产物或碎片一般与母体化合物的结构有关，通常比母体化合物的分子小，适于气相色谱分析），但目前主要应用于聚合物的分析。
通常在气相色谱仪的载气（氦气或氮气）中，无氧条件下，将聚合物试样加热，由于施加到聚合物试样上的热能超过了分子的键能，结果引起化合物分子裂解。分子的碎裂包括以下过程：失去中性小分子，打开聚合物链产生单体单元或裂解成无规的链碎片。聚合物热裂解的机理取决于聚合物的种类，但热解产物的性质和相对产率还与热裂解器的设计和热裂解条件有关。影响特征热裂解碎片产率重现性的关键因素有：终点热解温度、升温时间或升温速率和进样量。
用于固体和高沸点液体的热解器分为两类：脉冲型和连续型。目前常用的居里点热解器和热丝热解器属于第一类，炉式热解器属于第二类。此外还有一些特殊的热解器。
PGC应用于聚合物分析包括合成聚合物和生物聚合物。在合成聚合物领域的主要应用包括指纹鉴定、共聚物或共混物组成的定量分析和结构测定如无规、序列和支化。在生物聚合物领域的应用包括研究细菌、真菌、碳水化合物和蛋白质等。此外PGC在其他很多方面也有应用。