主题:【分享】柱温如何影响物质的分离过程?

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又又1990
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气相色谱中,根据升温方式,程序升温可分为线性程序升温和非线性程序升温,前者更普遍。线性程序升温,即随时间线性变化的升温方式,可分为一阶线性程序升温和N阶线性程序升温。对于每阶程序升温,都包含初温、程升速率、终温以及不同温度下的保持时间四个基本参数。
气相色谱恒温分析中,对化学性质相似的同类型的化合物,保留时间和沸点呈对数关系,随着保留时间增加,峰宽迅速增加,导致先流出峰相互叠加,后流出峰又因峰展宽,使检测灵敏度下降。因此一般通过柱温程序升温来解决这个问题。
那么,程序升温时,柱温N阶程序如何确定,是否N越大越好?
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原因
程序升温时,在最佳分离条件下,保留时间与沸点近似成线性关系,即随着柱温的升高,峰底宽基本不变或增加很小。程序升温中各组分均在最佳柱温下出峰,但并不是N越多越好。
解决方案
气相色谱分析中,对于组分沸点范围窄、化学性质类似的样品,如同系物,可选用一阶升温;样品组分沸点范围宽、性质差异大的,应选择N阶程序升温。N应根据化合物的多少、需要达到的分离效果、仪器的条件等各方面来选择。
每阶程序升温中,设置初温、程升速率和终温这三个基本参数优化分离条件,要从分离效果和分析速度两方面考虑。
对于初温,一般比样品中沸点最低的组分沸点要低,可参考低沸点组分恒温分析时的温度。初温的选择,主要是依据低沸点组分,但要高于固定液的凝固温度。
升温速率的选择,在了解样品组分复杂程度的基础上,既要保证较小的保留时间,又要保证较大的分离度,一般在0-10℃/min之间。
终温的选择,主要根据固定相、样品组分的热稳定性和高沸点组分的沸点确定。同样的样品组分,流出时的柱温,在毛细管柱上的温度比填充柱低,毛细管柱上的温度一般比样品的沸点约低50℃。
案例分析
采用5%SE-30填充柱(3m×3mm)色谱柱,在柱前压120kPa,气化室温度240℃,氢火焰检测器温度260℃,柱温程序升温条件下,分离含有正己烷、环己烷、甲苯、苯乙烯、对二甲苯、邻甲酚、间甲酚和异烟酸乙酯的混合物。
先尝试一阶程序升温分离,初温90℃,35℃/min升到210℃并保持3min,有两对化合物(4、5,和6、7)没有完全分离,见图1.18。
改变为三阶程序升温条件,初温90℃保持3min,15℃/min升到120℃保持2min,再15℃/min升到180℃保持2min,40℃/min升到220℃保持2min,之前未分离的两对化合物达到分离,但异烟酸乙酯含有酯基,且流出时柱温低,峰形依旧不好,见图1.19。
在图1.19基础上继续优化分离,初温100℃保持4min,15℃/min升到115℃,保持2min,再30℃/min升到175℃保持1min,再50℃/min升到220℃保持2min。正己烷、环己烷流出温度100℃,甲苯、苯乙烯流出温度为115℃,对二甲苯流出温度为115℃,邻甲酚流出温度为175℃,间甲酚流出温度在175℃-187℃之间,异烟酸乙酯流出温度为220℃,峰形相对较理想,见图1.20。
    因邻甲酚、间甲酚和异烟酸乙酯为极性物质,由上面可见,峰形拖尾严重,因此尝试换成PEG20M毛细管柱(0.25mm×0.30μm×20m)进行分离。先参考图1.20的程序升温条件尝试分离,低沸点组分和三个沸点接近的组分没有分开,见图1.21。
改变柱温升温程序,初温40℃保持3min,18℃/min升温至180℃,保持2min,结果先出峰的低沸点组分没有分开,其他的都达到基线分离,见图1.22。继续优化柱温升温程序,降低柱初始温度,初温31℃,保持2min,25℃/min升温至180℃,保持2min,结果低沸点组分仍不能分开,见图1.23。图1.23中,正己烷、环己烷流出温度31℃,甲苯流出温度31℃,苯乙烯流出温度31℃-32℃,对二甲苯流出温度58℃-60℃,异烟酸乙酯流出温度151℃-158℃,邻甲酚流出温度162℃-171℃,间甲酚流出温度172℃-180℃。
比较样品在填充柱和毛细管柱上的分离,同样的样品组分,在填充柱上的流出温度比毛细管柱上的流出温度高。在保证分离效果的前提下,N尽可能少,以简化操作,同时尽量让峰流出时温度处在恒温阶段或温度变化小的状态。
表1  模拟样的分离测定结果

柱温℃

相对分离度与保留值

1%自制柱

5%商品柱

S1S2S3S1S2S3

70

R2,1

1.50

1.53

1.47

2.02

2.01

1.97

R3,2

1.71

1.63

1.74

1.50

1.50

1.57

α2,1

1.88

1.91

1.83

2.00

2.02

2.02

α3,2

1.63

1.59

1.64

1.54

1.54

1.58

76

R2,1

1.41

1.38

1.38

2.00

2.02

2.00

R3,2

1.59

1.59

1.60

1.40

1.31

1.32

α2,1

1.88

1.83

1.84

2.03

1.98

1.97

α3,2

1.62

1.61

1.58

1.53

1.48

1.48

88

R2,1

0.82

1.00

0.91

1.78

1.76

1.82

R3,2

0.94

0.93

0.96

1.39

1.37

1.36

α2,1

1.65

1.90

1.79

1.95

1.92

1.97

α3,2

1.53

1.52

1.55

1.53

1.52

1.52

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