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如何提高气相色谱分析试验检测器灵敏度?

时间:2017-6-12 9:31:52 浏览次数:

  
如何提高气相色谱分析试验检测器灵敏度?所用气相色谱仪特点不同,提高检测器灵敏度的有效手段不同。目前,对提高检测灵敏度的研究主要集中在样品的柱前处理上, 如,冷柱头进样技术、吹扫捕集、萃取、热脱附进样技术等。
提高气相色谱灵敏度的方法
如何得到更高灵敏度的气相色谱呢?
主要是使用溶剂浓缩的方法,溶剂浓缩的目的是不使用分流进样仍然可以得到尖锐的峰形,惟有如此,才能获得更好的灵敏度以及更好的分离度。
溶剂浓缩由两种方法产生:
第一种是在不分流进样和直接进样时使用:
这种方法需要调节柱温箱,与前者不同的地方是溶剂和分析化合物必须同时在进样时在较冷的色谱柱上冷却凝结;
这些凝结的样品在色谱柱表面形成“样品泛滥带”(flooded zone);
当溶剂逐渐挥发时,样品泛滥带的面积就逐渐缩小,“样品泛滥带”分析物的浓度就渐渐增加。
等到溶剂完全挥发后,分析物就在很小的柱表面范围上凝结。
第二种是当不分流进样时,液体的样品挥发后,在较冷的色谱柱上冷却凝结:
载气的体积比液体大很多,所以,当样品冷凝结时,样品就浓缩在色谱柱的一个小范围内。
所以说不论哪种方法,分析物或是溶剂和分析物必须在柱子的小面积上凝结。
※影响样品在色谱柱上凝结速度的因素有:
色谱柱的初始柱温,溶剂的挥发性,还有就是色谱柱固定相的比例。
色谱柱柱温的初始温度:
1.基本是最容易也是最快做到的方法,一般说来初始温度愈低的话,分析物凝结的愈好。
2.建议初始温度最好设在比最快出峰分析物的沸点低摄氏50度左右,温度保持的时间最好就是非分流的保持时间。
第二个重要的因素:
色谱柱“固定相比例”(phase ratio):
愈低的固定相比例,意味着越厚的膜厚,膜越厚样品和溶剂越容易溶解在固定相。要改变此因素,也只能试试不同的柱子。这是当改变初始温度不可能达到的时候使用的方法。
最后一个可以改变的因素就是样品本身:
大部分时候,样品本身没法改变,但是,可以使用不同的溶剂以增加其效果,例如,溶剂的沸点与初始温度的差别愈大愈好,例如,柱温初始温度是摄氏30度时,样品使用的溶剂是乙酸乙酯(沸点摄氏77.1度)会比使用二氯甲烷溶剂好(沸点摄氏39度)。
气相色谱分析实验中,如何提高FID的灵敏度?
(1)   提出问题:
灵敏度可以反映一台仪器对待测组分响应值的大小,与信噪比或检测限结合可评价一台仪器的综合性能指标。在相同检测限下,仪器的灵敏度越高,仪器性能越好。那么如何提高FID的灵敏度呢?
(2)  分析原因:
灵敏度:
单位物质量通过检测器时,产生的电信号大小称为检测器对该物质的灵敏度。以响应信号(R)为纵坐标,进样量(Q)为横坐标作图,可得到通过原点的直线,该直线的斜率就是检测器的灵敏度,以S表示:S=△R/△Q
影响FID灵敏度的因素:
可以分为FID内因(硬件方面)与外因(操作方面);
FID硬件方面的因素包括喷嘴孔径的大小、收集极与极化极间的位置、极化极与喷嘴的相互位置等;操作方面的影响因素包括氮气/氢气(N2/H2)流量比、放大器输入电阻的大小及输出电路衰减值、进样口、色谱柱、气路和FID喷嘴的清洁度等;
(3)  解决方案:
因为FID硬件方面对灵敏度的影响,在色谱仪出厂时已经基本确定,对于操作者而言,已经不能改变。下面主要从操作方面介绍如何提高FID的灵敏度。
①氮气/氢气(N2/H2)流量比N2/H2流量比会明显影响灵敏度:
各生产厂家的结构设计不同,N2/H2比最佳值也不同,可用实验来确定,一般情况下,N2流量比H2流量大些,一般N2:H2是(1:1.5)~(1:1)范围为宜。若喷嘴孔径为φ0.4mm,载气流量可在20~30mL/min;若喷嘴孔径为φ6mm以上,流量可在40~50mL/min左右为佳。其中,毛细管色谱的尾吹气,除了减少组分的柱后扩散效应外,另一个主要作用是保证最佳N2/H2比,用来保证最佳灵敏度。
②空气流量:
空气流量小于200mL/min时,流量大小对灵敏度有一定影响,一般大于250mL/min条件下,空气流量对检测器灵敏度有很大的影响。
③放大器输入电阻与输出电路衰减值放大器输入电阻与输出电路衰减:
放大器输入电阻的大小决定放大器的电流放大倍数,影响FID灵敏度,输入电阻大,灵敏度高,但噪声会增大,在调节放大器输入电阻大小时,要兼顾仪器的信噪比。放大器的输出电路衰减值,有1/10、1/25、l/S0,各生产厂家不同,内衰减比例也不同,改变或调节内衰减,也可改变FID灵敏度。如瓦里安公司的FID的灵敏度,可设定为9、10、11、12。数字愈大代表灵敏度愈佳,数值差1代表信号以10倍增减。当然,前提是要保证放大器基线稳定。
④进样口、色谱柱、气路和F1D喷嘴的清洁度:
进样口、气路或FID喷嘴污染,都会导致FID的灵敏度下降,因此在使用过程中需要保持进样口、色谱柱、FID喷嘴和气路的清洁,定期更换进样垫、衬管和石英棉,同时对FID进行清洗。
(4)案例分析:
在采用HP-PONA色谱柱和FID对C1~C8烃类进行定性定量分析时,发现在相同组分同样进样量下,同种物质的峰面积仅为原来的80%,通过对色谱线路进行试漏,排除了管路漏气的因素,说明物质峰面积的下降应该是仪器的灵敏度减低了80%。
※对色谱所用载气氮气、氢气、空气和尾吹气氮气进行了检测后,发现尾吹氮气被关闭。采用毛细管柱时所用载气(氮气)的流量仅为5mL/min,而氢气的流量为40mL/min,氮气与氢气比例严重失调所致。把尾吹气氮气流量调节阀设定到原来位置后,再进行测定,该物质的色谱峰面积恢复了正常。
气相色谱仪的检测限和灵敏度大约在什么数值范围内

小结
GC出厂后它的灵敏度基本上是固定了,我们所能做到的是最大程度地发挥出它固有的性能:
1.优化H2和Air的比例,使样品充分离子化;
2.优化尾吹气流量(25~35mL/min),在改善分辨率的同时,使峰变窄变高,也相当于改善了灵敏度;
3.保持进样口,FID 喷嘴和气路的清洁,定期更换进样垫、衬管和石英棉;
4.用高纯度的气(载气、H2、Air和尾吹气),也能使噪音变小,灵敏度也就增加了;
5.用Low Bleeding的毛细柱,也能使噪音变小,灵敏度也就相应增加了。


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