主题：【第十七届原创】如何调节程序升温来实现目标物之间的分离？

如何调节程序升温来实现目标物之间的分离？

鹤壁市产品质量检验检测中心

      最近做了20种农残混标，发现马拉硫磷与杀螟硫磷重合，对硫磷、甲基异柳磷、甲拌磷亚砜3种农药只出两个峰。如何能让他们完全分离，如何通过程序升温来实现分离，调节程序升温应该调节哪一部分呢？我们做了大量的实验，分享给大家。

图1：20种农药分离情况。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

      Agilent 7890B气相色谱仪（Agilent），配FPD检测器。

      20种农药的混合标准储备溶液：10.0mg·L^-1，量取敌敌畏、丙溴磷、甲拌磷、二嗪农、乐果、甲基对硫磷、马拉硫磷、杀螟硫磷、甲基异硫磷、甲拌磷砜、甲胺磷、乙酰甲胺磷、氧化乐果、毒死蜱、对硫磷、甲拌磷亚砜、水胺硫磷、三唑磷、亚胺硫磷、伏杀磷标准品（浓度为100mg·L^-1)适量，用丙酮稀释混合而成，避光-18℃储存。

1.2 仪器工作条件

      进样口温度为250℃；不分流进样，进样量为1.0μL；色谱柱DB-1701（30m×0.25mm×0.25μm）；柱流量为2.0mL·min^-1。检测器温度为200℃；柱升温程序：初始温度80℃，保持1min，以20℃·min^-1速率升温到180℃；再以4℃·min^-1升到200℃，再以2℃/min^-1升到210℃，再以20℃/min^-1升到270℃，保持6min。载气为氮气，恒流模式；衬管为5190-2293；色谱柱前加2.0米DB1701（30m×0.25mm×0.25μm）保护柱。

2 结果与讨论

2.1初温的选择

      初始温度通常以样品中最易辉发组分的沸点附近来确定初始温度。若选得太低会延长分析时间，若选得太高会降低低沸点组分的分离度。此外还应根据样品中低沸点组分的含量来决定初始温度保时间的长短，以保证它们的完全分离。

      设置柱子初温分别为60℃、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃等，通过试验发现，当柱子初温较低时，整个程序升温的时间会延长，最早出峰的标液，响应值低；当柱子初温较高时，程序升温的时间会缩短。

      60℃初温时，程序升温时间长，影响工作效率，不予考虑。90℃初温与80℃初温，程序升温时间相似，故选择80℃、100℃、110℃、120℃做程序升温的试验。

图2：柱子初温60℃~120℃时程序升温图谱。

2.2程序升温阶数的选择

      程序升温操作，采用低的初始温度，使低沸点组分峰的分离度提高，随柱温的升高，高沸点组分能较快流出，且峰形对称。其完成全部分析的时间比恒温分析短，获得峰形的对称性好。程序升温过程会自动获得分离每个组分的最佳柱温，在达到此最佳柱温以前，每个组分都冷凝在被加温的色谱柱中，直到到达最佳柱温，再快速从色谱柱中逸出，实现和其它组分的分离。程序升温中含多种不同类型的化合物，可使用多阶程序升温。气相色谱仪可实现3~8阶程序升温。

      几阶程序升温最合适？选择两阶、三阶、四阶等程序升温阶数来试验，两阶、三阶的程序升温不能很好分离目标物，20种农药混合标液，低、中、高沸点都有，这样最好用4阶程序升温，每个沸点都照顾到，才可以得以分离，通过上面的图谱进行对比，认为80℃初温时，柱子分离效果优于其它柱子初温，当设定4阶程序升温时，各组分在每阶都能出峰，分离度明显优于两、三阶程度升温，所以后面的试验都采用了柱初温80℃，4阶程序升温。

      程序升温阶数与程序升温运行时间无关，有同事认为两阶的肯定比四阶程序升温所用时间短，速度快，通过试验发现是错误的，程序升温时间长短与初温、升温速率、保持时间有关，与几阶程序升温无关。

图3：各阶程序升温的色谱图

2.3选择程序升温温度点

      程序开始时，柱温很低，低沸点的组分得以分离，中沸点的组分移动很慢，高沸点的组分则停留在柱口附近。随着柱温的升高，中沸点和高沸点的组分也依次得以分离。可见，程序升温是指在一个分析周期内柱温随时间由低温向高温作线性或非线性变化，这样能兼顾高、低沸点组分的分离效果和分析时间，使不同沸点的组分由低沸点到高沸点依次分离出来，达到用最短时间获得最佳分离效果的目的。

      马拉硫磷、杀螟硫磷、对硫磷、甲基异柳磷、甲拌磷亚砜等这5种农药标液都在程序升温中间阶段出峰，要先根据它们出峰的时间点，计算出它们出峰温度，然后进行调节。

      首先将中间阶段的温度设定为200℃~230℃，从图4来看，马拉硫磷、杀螟硫磷重合，对硫磷、甲基异柳磷、甲拌磷亚砜3种农药只出两个峰。降低中间阶段温度为200℃~220℃，马拉硫磷、杀螟硫磷分离，对硫磷、甲基异柳磷、甲拌磷亚砜3种农药开始分离，见图5。继续降低中间阶段温度为200℃~210℃，5种农药完全分离，见图6。

图4：5种农药在200℃~230℃时分离情况

      这张图上这5种农药集中在17min-19.5min出峰，上述程序升温是9min以后，2℃/min升到200℃，保持2min，那么17min应该是(17min-9min)*2℃/min+180℃=196℃，19.5min应该是(19.5min-9min)*2℃/min+180℃=201℃。

图5：5种农药在200℃~220℃时分离情况

      这张图上这5种农药集中在13min-15min出峰，上述程序升温是13min以后，2℃/min升到230℃，保持1min，那么13min应该是(13min-10min)*2℃/min+200℃=206℃，15min应该是(15min-10min)*2℃/min+200℃=210℃。

图6：5种农药在200℃~210℃时分离情况

      这张图上这5种农药集中在13.5min-15.5min出峰，上述程序升温是11min以后，2℃/min升到210℃，那么13.5min应该是(13.5min-11min)*2℃/min+200℃=205℃，15.5min应该是(15.5min-11min)*2℃/min+200℃=209℃。

2.4选择升温速率

      在程序升温色谱分析中，当色谱柱确定后，升温速率r与载气流速F是影响保留温度和分离度的主要操作参数。在这个试验中，载气流速是固定的，不做调整，只调节升温速率提高分离度。

      程序升温操作时，采用低的升温速率可获高分离度、长的分析时间和低的检测灵敏度。若用高的升温速率，通常对保留值大的高沸点组分影响大，可减少分析时间、提高检测灵敏度。

      本试验在180℃升到210℃时，分别设置1℃/min、2℃/min、4℃/min的升温速率，可以看出，升温速率越小，5个峰分离度好，但分析时间延长，升温速率越大，分析时间短，但分离度差。最终选择升温速率为2℃/min。

3结论

　    农残检测分析一般会选择程序升温，程序升温的起始温度、维持温度的时间、升温速率、最终温度和维持时间通常都要经过反复实验加以选择。

      起始温度要足够低，保证混合物中的低沸点组分能得到满意分离。对含有一组低沸点组分的混合物，起始温度还需维持一定的时间，使低沸点组分之间分离良好。

      如果组分较多，沸点相近，要采用多阶程序升温来进行分离，可以先设定两阶程序升温，对图谱中组分出峰时间计算它们出峰温度点，然后选择出峰温度点设定成温度阶梯，让组分在每一阶都能出峰。

      峰与峰之间靠得很近,则应选择低的升温速率。可以从低升温速率设置，然后进行调节，即要分离，也要缩短分析时间。

      综以上述，程序升温分离多组分农药，初始温度，多阶梯升温、升温速率等都会影响分离度，出峰峰型，要改善分离效果，缩短了分析时间，要进行多次反复实验才行。