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一、大口徑毛細(xì)管柱的直接進(jìn)樣
內(nèi)徑≥0.53mm的毛細(xì)管柱稱(chēng)為大口徑毛細(xì)管柱，由于其內(nèi)徑比一般毛細(xì)管粗，柱的樣品容量為填充柱的1/10～1/20，介于填充柱和常規(guī)毛細(xì)管柱之間，柱內(nèi)載氣流速可高達(dá)10～20mL/min，因此只需將氣化室的內(nèi)襯管和柱接頭稍加改進(jìn)，就可采用填充柱的進(jìn)樣口直接進(jìn)樣。
圖中a、b、c、d為4種裝有改進(jìn)內(nèi)襯管的大口徑毛細(xì)管柱氣化室的結(jié)構(gòu)示意圖。其中僅(a)具有隔墊吹掃功能。圖 (a)為常用的襯管，適合柱流速快的大多數(shù)分析，但當(dāng)進(jìn)樣量大時(shí)，因內(nèi)襯管容積小，樣品氣化后體積膨脹，瞬間氣化室壓力可能超過(guò)載氣柱前壓，會(huì)發(fā)生倒灌，而使樣品蒸氣反擴(kuò)散至載氣管路中。為了防止倒灌可使用圖 (b)，它為具有大容積的襯管，其上部為錐形，可防止樣品倒灌，下部的錐形可保證樣品快速進(jìn)入毛細(xì)管柱。圖 (c)的襯管為對(duì)(a)的改進(jìn)。圖 (d)是為向毛細(xì)管柱內(nèi)直接進(jìn)樣而設(shè)計(jì)的，色譜柱頭一直伸到內(nèi)襯管的上部，樣品可直接進(jìn)入柱頭氣化。
大口徑毛細(xì)管柱直接進(jìn)樣用襯管
二、分流進(jìn)樣
它是毛細(xì)管氣相色譜進(jìn)樣方式，注入樣品后大部分樣品被放空，僅有約1/100的樣品進(jìn)入毛細(xì)管柱，分流比可在1/20～1/200的范圍調(diào)節(jié)。適用于大部分氣體或液體樣品的分析，尤其對(duì)未知樣品使用分流進(jìn)樣，可保護(hù)毛細(xì)管柱不被沾污，防止柱效降低。
分流進(jìn)樣方式，由總流量閥控制載氣的總流量，載氣進(jìn)入氣化室分成兩路，一路作為隔墊吹掃氣，流量?jī)H為1～3mL/min。另一路進(jìn)入氣化室與氣化的樣品蒸氣混合后再分為兩部分，其中大部分經(jīng)分流口放空，僅小部分進(jìn)入毛細(xì)管柱。若載氣總流量為104mL/min,隔墊吹掃氣設(shè)置為3mL/min，則101mL/min進(jìn)入氣化室，當(dāng)分流流量為100mL/min時(shí)，柱內(nèi)流量?jī)H為1 mL/min，此時(shí)分流比為1/100。應(yīng)看到此氣路設(shè)計(jì)將柱前壓調(diào)節(jié)閥安裝在分流氣路上，在載氣總流量不變的情況下，提高柱前壓，使柱流速增大，可加快分析速度;若保持柱前壓不變，通過(guò)調(diào)節(jié)總流量閥可改變分流比，即總流量愈大，分流比也愈大。
分流進(jìn)樣口原理示意圖
1-總流量控制閥;2-進(jìn)樣口;3-隔墊吹掃氣調(diào)節(jié)閥;4-隔墊吹掃氣出口;5-分流器;6-分流(不分流)電磁閥;7-柱前壓調(diào)節(jié)閥;8-柱前壓力表;9-分流出口;10-色譜柱
分流進(jìn)樣時(shí)，氣化室的內(nèi)襯管如圖所示，其大部分都不是直通式，管內(nèi)有縮徑處或裝有燒結(jié)板，在縮口處放置有玻璃珠或硅烷化玻璃毛，以增大與樣品接觸的面積，保證樣品*氣化。填充物應(yīng)位于襯管的中間溫度高處，也是注射器針尖所達(dá)到處，可減少分流歧視。
氣化室的內(nèi)襯管
分流歧視是指在一定分流比的條件下，由于樣品中不同組分的沸點(diǎn)差異，而造成它們的實(shí)際分流比是不同的，因而會(huì)造成進(jìn)入毛細(xì)管柱的樣品組成不同于原始樣品的組成，從而影響定量分析的準(zhǔn)確度。消除分流歧視的方法是在柱容量允許的條件下，依據(jù)樣品濃度盡量采用小的分流比，并盡量使樣品快速氣化。
三、不分流進(jìn)樣
當(dāng)分流進(jìn)樣不能滿足對(duì)分析靈敏度的要求，或分析含有大量溶劑的樣品中痕量組分時(shí)，才使用不分流進(jìn)樣技術(shù)。
為消除溶劑效應(yīng)可采用瞬間不分流技術(shù)，即當(dāng)進(jìn)樣開(kāi)始時(shí)關(guān)閉分流電磁閥，使系統(tǒng)處于不分流狀態(tài)，如圖所示，此時(shí)進(jìn)入系統(tǒng)的載氣，僅為進(jìn)入毛細(xì)管柱和隔墊清掃所需的載氣量(3～5mL/min)，然后向氣化室注入2～3uL樣品，經(jīng)30～80s，待大部分氣化樣品開(kāi)始進(jìn)入毛細(xì)管柱，立即開(kāi)啟分流電磁閥，使系統(tǒng)處于分流狀態(tài)。此時(shí)存留在氣化室的大部分溶劑氣體(顯然也包括約5%的樣品組分)很快從分流口放空，從而明顯地消除了溶劑拖尾，使分流狀態(tài)一直保持到分析結(jié)束，就可將原來(lái)被掩蓋在溶劑拖尾峰中的組分分離出來(lái)。
不分流進(jìn)樣口原理示意圖
1-總流量控制閥;2-進(jìn)樣口;3-隔墊吹掃氣調(diào)節(jié)閥;4-隔墊吹掃氣出口;5-分流器;6-分流(不分流)電磁閥;7-柱前壓調(diào)節(jié)閥;8-柱前壓力表;9-分流出口;10-色譜柱
F，G-用于不分流進(jìn)樣或程序升溫氣化進(jìn)樣的氣化室的內(nèi)襯管
由上述可知不分流進(jìn)樣不是不分流，而是一種將瞬間不分流與大部分時(shí)間分流相組合的進(jìn)樣方式。為獲得準(zhǔn)確的分析結(jié)果，如何確定瞬間不分流的時(shí)間間隔，就成為操作的關(guān)鍵。依據(jù)大多數(shù)文獻(xiàn)報(bào)道，此時(shí)間間隔多采用0.75min，就能保證95%的樣品進(jìn)入色譜柱。此時(shí)間間隔也可自行測(cè)定，方法為：首先設(shè)置一個(gè)長(zhǎng)的時(shí)間間隔，如120s，以保證全部樣品組分都進(jìn)入色譜柱，分析后從譜圖上找到緊挨拖尾溶劑峰后的一個(gè)被*分離的色譜峰作測(cè)定標(biāo)志，測(cè)出該峰的峰面積值，它就代表100%的樣品進(jìn)入了色譜柱。然后逐步縮短不分流時(shí)間間隔，如100s、80s、60s、40s，分別進(jìn)樣分析，再計(jì)算標(biāo)志色譜峰的峰面積與次分析時(shí)的峰面積比值，直到此值達(dá)到≥0.95，即為瞬間不分流的時(shí)間間隔，如圖所示。
分流/不分流電磁閥開(kāi)啟時(shí)間的影響
(a)放空閥開(kāi)啟太早，只有少量樣品進(jìn)入柱內(nèi);
(b)放空閥開(kāi)啟太晚，后樣品被大大稀釋?zhuān)軇┓鍑?yán)重拖尾;
(c)放空閥開(kāi)啟時(shí)間恰到好處
一般地講，使用高沸點(diǎn)溶劑比低沸點(diǎn)溶劑有利，因?yàn)槿軇┓悬c(diǎn)高時(shí)，容易實(shí)現(xiàn)溶劑聚焦，且可使用較高的色譜柱初始溫度，還可降低注射器針尖歧視以及氣化室的壓力突變。表1中列出了常見(jiàn)的溶劑及其沸點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)溶劑聚焦宜采用的色譜柱初始溫度。
表1 常貝溶劑的沸點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)溶劑聚焦宜采用的色譜柱初始溫度
注：①只能用于固定液交聯(lián)的色譜柱。
對(duì)高沸點(diǎn)樣品，不分流時(shí)間間隔長(zhǎng)一些有利于提高分析靈敏度，而不影響測(cè)定準(zhǔn)確度;對(duì)低沸點(diǎn)樣品，則盡可能采用短的不分流時(shí)間間隔，以便既能大限度消除溶劑拖尾，又可保證分析的準(zhǔn)確度。
使用不分流進(jìn)樣時(shí)，樣品進(jìn)入毛細(xì)管柱的量比分流進(jìn)樣多，并利用了溶劑效應(yīng)(又稱(chēng)溶劑聚焦)，使與溶劑揮發(fā)性相接近的微量組分被濃縮在尚未揮發(fā)的溶劑中，從而獲得微量組分的狹窄譜帶并提高了分離度，還可提高檢測(cè)的靈敏度和定量測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確度。
應(yīng)當(dāng)指出，溶劑效應(yīng)的正確應(yīng)用會(huì)受到氣化室溫度，毛細(xì)管柱柱箱溫度，進(jìn)樣量和樣品中溶劑沸點(diǎn)的制約，它是在氣化室溫度、柱箱溫度皆低于溶劑沸點(diǎn)20～25℃的條件下產(chǎn)生的。當(dāng)氣化后溶劑樣品混合物大量進(jìn)入色譜柱頭時(shí)，大量低沸點(diǎn)的溶劑會(huì)在柱入口內(nèi)壁短期凝聚一層越來(lái)越厚的溶劑液膜(df)，起臨時(shí)固定液的作用，因而會(huì)造成毛細(xì)管柱的相比β值大幅下降，但溶質(zhì)的分配系數(shù)Kp保持恒定，因此會(huì)隨溶劑液膜df的加厚，使樣品中所有組分的容量因子k大大增加
式中，r0為柱內(nèi)徑。
這樣使進(jìn)樣后的樣品組分的譜帶前沿，總是在一個(gè)越來(lái)越厚的混合固定液液膜上移動(dòng)，而樣品譜帶的后部則是在一個(gè)相對(duì)較薄的液膜(主要是固定液的液膜)上移動(dòng)，結(jié)果使樣品譜帶的前沿移動(dòng)得慢，而譜帶后部移動(dòng)得快，從而使每個(gè)組分的譜帶被壓縮而變窄，呈現(xiàn)出溶劑聚焦的效應(yīng)。
另一方面，溶劑的極性一定要與樣品的極性相匹配，且要保證溶劑在所有被測(cè)樣品組分之前出峰，否則早流出的峰就會(huì)被溶劑的大峰掩蓋。同時(shí)，溶劑還要與固定相匹配，才能實(shí)現(xiàn)有效的溶劑聚焦。不分流進(jìn)樣也是分析高沸點(diǎn)痕量組分的方法。
當(dāng)采用不分流進(jìn)樣方式時(shí)，氣化室溫度設(shè)置可比分流進(jìn)樣時(shí)稍低一些，以使樣品在氣化室滯留時(shí)間長(zhǎng)一些，氣化速度稍慢一些。但此溫度下限應(yīng)能保證待測(cè)組分在瞬間不分流時(shí)間間隔內(nèi)能*氣化。進(jìn)樣后應(yīng)盡量采用程序升溫方式操作，以保證溶劑聚焦的良好結(jié)果。進(jìn)樣量不宜超過(guò)2～3uL，應(yīng)采用容積大的內(nèi)襯管，否則會(huì)產(chǎn)生樣品倒灌;進(jìn)樣速度應(yīng)快些，進(jìn)樣速度的重現(xiàn)性會(huì)影響分析結(jié)果的重復(fù)性。
四、冷柱頭進(jìn)樣
對(duì)受熱不穩(wěn)定的樣品，可將其直接注入處于室溫或更低溫度下的毛細(xì)管柱柱頭。此時(shí)氣化室的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如圖所示：無(wú)加熱裝置，但有冷空氣或制冷劑(液態(tài)N2或CO2)的入口和出口;注射針入口處無(wú)進(jìn)樣隔墊，但有一停止閥可阻止或允許注射針將樣品注入冷柱頭。進(jìn)樣時(shí)，先把注射針頭插入進(jìn)樣通道，停在停止閥上部，再開(kāi)啟停止閥，將針頭插到毛細(xì)管柱頭上，快速注射(約0.5uL)樣品，然后將注射針頭提回到停止閥上部，關(guān)上閥門(mén)，拔出注射針，立即開(kāi)始程序升溫分析。
此進(jìn)樣系統(tǒng)的密封是依據(jù)注射針頭(外徑0.23mm、長(zhǎng)80mm)和進(jìn)樣通道(內(nèi)徑0.3mm)的緊密配合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
冷柱頭進(jìn)樣口
冷柱頭進(jìn)樣時(shí)，柱溫比所用溶劑的沸點(diǎn)低25～30℃，氣化后的溶劑在柱頭處冷凝，此層溶劑形成臨時(shí)性液膜固定相，在載氣流的作用下伸展產(chǎn)生溢流區(qū)(圖8-59中A)，當(dāng)溶質(zhì)分布于整個(gè)溢流區(qū)，會(huì)引起進(jìn)樣譜帶的展寬(圖8-59中B)，為抑制此種現(xiàn)象產(chǎn)生，可使用保留間隙技術(shù)。保留間隙是一段經(jīng)過(guò)去活處理但沒(méi)有固定相的毛細(xì)管，因此它對(duì)任何溶質(zhì)或溶劑都無(wú)保留作用，即k'=0。保留間隙的去活試劑應(yīng)與溶劑的性質(zhì)相近，例如樣品的溶劑是非極性時(shí)，則應(yīng)采用非極性去活試劑(如D4;八甲基環(huán)四硅氧烷)，以使溶劑與保留間隙表面有很好的潤(rùn)濕性。通常當(dāng)進(jìn)樣1～2uL時(shí)，保留間隙長(zhǎng)度為0.5～1.0m，溶劑的溢流區(qū)就處于保留間隙柱區(qū)，當(dāng)溶劑蒸發(fā)時(shí)，隨載氣向前移動(dòng)，較易揮發(fā)的組分(k<5)被溶劑聚焦，較難蒸發(fā)的組分保留在色譜柱頭的固定相上(如圖中C, D)聚焦，從而達(dá)到克服溶劑溢流造成的譜帶加寬。
保留間隙的作用可總結(jié)為：
?、偻ㄟ^(guò)溶劑聚焦和固定液聚焦使進(jìn)樣譜帶變窄;
②解決溢流區(qū)太長(zhǎng)產(chǎn)生峰劈裂問(wèn)題;
?、劭梢宰鳛楸Ｗo(hù)柱使非揮發(fā)性臟組分不進(jìn)入分析柱;
④可作為細(xì)口徑毛細(xì)管柱與自動(dòng)柱上進(jìn)樣器匹配的界面;
?、萦米?LC-GC聯(lián)用的界面。
保留間隙使用很多次后，鈍化層會(huì)剝落下來(lái)露出表面的吸附點(diǎn)，所以工作中要注意更換新的保留間隙，實(shí)際經(jīng)驗(yàn)是保留間隙約可進(jìn)樣100次。
冷柱頭進(jìn)樣方式的保留間隙作用機(jī)理
o為易揮發(fā)組分;·為高沸點(diǎn)組分
冷柱頭進(jìn)樣的優(yōu)點(diǎn)是消除了寬沸程樣品組成的失真和受熱不穩(wěn)定樣品的吸附與分解;分離的柱效高，靈敏度、準(zhǔn)確度和精密度都比較高。缺點(diǎn)是僅適于分析濃度簇0.1%的樣品，對(duì)高濃度樣品需稀釋后再進(jìn)樣，否則引起柱超載;的細(xì)長(zhǎng)注射針頭操作不當(dāng)易損壞;長(zhǎng)期使用柱頭易被沽污;各組分的保留值重復(fù)性較差。
冷柱頭進(jìn)樣遠(yuǎn)不及分流進(jìn)樣、不分流進(jìn)樣使用得那么普遍，冷柱頭進(jìn)樣器不是氣相色譜儀的標(biāo)準(zhǔn)配置，是需另購(gòu)的選件，會(huì)增加分析成本。
五、程序升溫氣化進(jìn)樣(PTV)
將氣體或液體樣品注入氣化室處于低溫的內(nèi)襯管后，立即按設(shè)定的程序升溫步驟，迅速提高氣化室的溫度，再實(shí)現(xiàn)樣品的快速氣化。此種氣化室的結(jié)構(gòu)如圖所示。它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：
①氣化室既有實(shí)現(xiàn)快速升溫的程序升溫電熱裝置，又有可使之快速降溫的半導(dǎo)體制冷裝置或可通入制冷劑(液態(tài)N2或CO2)的進(jìn)、出口通道;
?、谂溆蟹至鏖y，可實(shí)現(xiàn)分流進(jìn)樣和不分流進(jìn)樣;
?、圻M(jìn)樣口可采用無(wú)隔墊進(jìn)樣頭，配有的停止閥，也可配備有隔墊的進(jìn)樣頭。
采用無(wú)隔墊進(jìn)樣頭的PTV進(jìn)樣口
由上述結(jié)構(gòu)可看出，它在實(shí)現(xiàn)程序升溫氣化進(jìn)樣的同時(shí)，也兼有分流/不分流進(jìn)樣和冷柱頭進(jìn)樣的功能，是用于毛細(xì)管柱氣相色譜分析的通用進(jìn)樣器。由于其構(gòu)造復(fù)雜，其價(jià)格約為分流/不分流進(jìn)樣器的3倍，為冷柱頭進(jìn)樣器的1.5倍，因其功能齊全，氣相色譜儀已配備了此種通用進(jìn)樣器。
此進(jìn)樣器具有既可將樣品低溫捕集又可將樣品快速氣化的功能，*消除了寬沸程樣品的進(jìn)樣失真和分流歧視;可在氣化室實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的濃縮;使不揮發(fā)物滯留在內(nèi)襯管中，保護(hù)了毛細(xì)管柱。它具有的進(jìn)樣操作方式如下：
?、俪绦蛏郎貧饣至鬟M(jìn)樣，適合于絕大部分樣品分析，當(dāng)進(jìn)行方法研究或篩選樣品時(shí)，應(yīng)首先使用此種進(jìn)樣方式。
②程序升溫氣化不分流進(jìn)樣，適合于痕量組分分析，其操作要求和一般不分流進(jìn)樣相似，僅瞬間不分流時(shí)間間隔要長(zhǎng)一些，0.5～1.5min,且進(jìn)樣量可大于一般不分流進(jìn)樣。
?、劾渲^進(jìn)樣，不啟動(dòng)程序升溫，適合于受熱易分解樣品的分析。
?、苋軇┫环至鬟M(jìn)樣，可選擇性地除去樣品中的大量溶劑，達(dá)到濃縮痕量組分的目的。
進(jìn)樣時(shí)，先關(guān)閉分流閥，控制氣化室溫度稍低于溶劑的沸點(diǎn)，緩慢注入樣品，進(jìn)樣后立即打開(kāi)分流閥，可采用大的放空流量(可高達(dá)每分鐘幾百毫升)，同時(shí)以低的程序升溫速率升高氣化室的溫度，加速溶劑的氣化一，待大部分溶劑蒸氣放空后，立即關(guān)閉分流閥，待氣化室達(dá)到設(shè)定高于柱溫的溫度，可啟動(dòng)色譜柱程序升溫程序進(jìn)行樣品分析。此方法的缺點(diǎn)是有部分低沸點(diǎn)組分會(huì)隨溶劑一起放空，而使分析獲得的樣品組成失真。
由以上介紹的用于毛細(xì)管柱的直接進(jìn)樣、分流進(jìn)樣、不分流進(jìn)樣、冷柱頭進(jìn)樣和程序升溫氣化進(jìn)樣五種不同操作方式，可看到影響毛細(xì)管柱分離效果的因素遠(yuǎn)比填充柱復(fù)雜，但也提供了改善分離效果的更多調(diào)節(jié)因素。因此掌握毛細(xì)管柱的不同進(jìn)樣技術(shù)，也已成為色譜分析工作者必須掌握的基本功。
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