我們首先來(lái)看看載氣流速對
氣相色譜儀分離效果的影響:
載氣流速直接影響塔板高度和柱效,是影響氣相色譜儀色譜分離優(yōu)化的重要參數。
氣相色譜儀載氣流速對分離測定的影響,主要表現在以下方面:
① 對柱效的影響。流速過(guò)快,降低分離效能;流速過(guò)慢,色譜峰容易拖尾或者前伸。對于特定的載氣和色譜柱,一般都有相應的*流速,此時(shí)色譜柱柱效zui高。
② 對樣品組分保留時(shí)間的影響。不同流速下,保留時(shí)間變化差別很大。對于特定的色譜柱和色譜條件,樣品組分的保留時(shí)間和載氣流速成反比。為了加快分析時(shí)間,一般用高于*流速的線(xiàn)速度分析。
③ 對檢測定量結果的影響。流速快慢會(huì )影響色譜峰之間的分離,以及峰形的尖銳程度,影響靈敏度,從而影響定量結果。因為根據對信號的響應特征不同,檢測器可分為濃度型檢測器和質(zhì)量型檢測器。常見(jiàn)的濃度型檢測器有ECD等。
從檢測信號的響應原理看,峰高響應信號與流動(dòng)相中樣品的濃度成正比,而與載氣流速無(wú)關(guān)。但是,在分析過(guò)程中,由于柱內擴散和傳質(zhì)阻力,峰寬大小受載氣流速影響。
流速大,出峰快,峰寬窄,而峰高不變,則峰面積變小。
因此,對于濃度型檢測器,當使用峰面積表示響應信號時(shí),應保持流速穩定。TCD雖屬濃度型檢測器,但是載氣流速變化時(shí)峰高變化很大,與ECD不同。
對于質(zhì)量型檢測器,常見(jiàn)的有FID、FPD和TID等,從檢測信號的響應原理看,峰高響應信號與單位時(shí)間內進(jìn)入檢測器的組分質(zhì)量成正比。
載氣流速大,峰高增加,但是峰面積保持不變,因此質(zhì)量型檢測器如果用峰高作響應信號,應保持載氣流速不變。
氣相色譜儀色譜分析選擇載氣時(shí),應注意以下幾方面:
① 應根據檢測器的工作原理,考慮檢測器的靈敏度、線(xiàn)性范圍和穩定性等因素來(lái)選擇載氣,檢測器類(lèi)型不同,選用的載氣可能有所不同。
比如:
a.為了提高檢測器的靈敏度,使用熱導池檢測器(TCD)時(shí),應該選用與待測組分熱導系數差異比較大的氣體,如氫氣或氦氣作載氣。
b.為了避免基流下降而影響靈敏度,電子捕獲檢測器(ECD)常用高純氮氣(99.999%)或氬氣(加入5%-10%的甲烷)作載氣。因氮氣分子截面積大易得到更大的基流,價(jià)格更便宜,并能更好的適應多維色譜系統,因此氮氣使用更普遍。
c.為了提高穩定性和線(xiàn)性范圍,結合成本考慮,氫火焰離子化檢測器(FID)常用分子量大的氮氣作載氣。
d.對于熱離子檢測器(TID),又可稱(chēng)為氮磷檢測器(NPD),載氣種類(lèi)對靈敏度也有一定的影響,氦氣使堿金屬鹽過(guò)冷,用氮氣做載氣要比氦氣靈敏度高10%左右。
e.脈沖式火焰光度檢測器(PFPD),氮氣、氦氣、氫氣都可用作載氣,一般考慮使用安全和價(jià)格因素,選擇氮氣做載氣。對于PFPD,要優(yōu)化硫、磷的響應,可選擇氫氣做載氣,用合適的富氫火焰,但要注意安全。
f.對于質(zhì)譜儀作為檢測器的氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀器(GC-MS),應選用純度高、化學(xué)穩定性好的惰性氣體,保證載氣易于和待測組分分離,不干擾待測組分質(zhì)荷比,且易于被真空泵排出,因此通常選用氦氣。
② 應充分考慮柱效和分析速度,考慮載氣的擴散系數Dm對柱效和分析速度的影響。
a.在實(shí)際工作中,為了縮短分析時(shí)間,一般載氣在大于*線(xiàn)速的流速下工作,則氣相傳質(zhì)項系數Cμ起主要作用,因此應選用有較大擴散系數的輕載氣,如氫氣和氦氣。
b.實(shí)際工作中,如果更強調柱效,需要在*線(xiàn)速下工作,則縱向擴散項系數B起主要作用,應選用有較小擴散系數的重載氣,如N2和Ar。
③ 應注意氣體使用安全,如安全排放等。
a.氫氣,易燃易爆,作載氣要排到室外,如果所用檢測器有火焰,如:FID、PFPD,氫氣作為燃氣,一般不選擇氫氣作載氣,除非為了優(yōu)化檢測器的靈敏度。
b.氬氣,本身無(wú)毒,但在高濃度時(shí)有窒息作用。當空氣中氬氣濃度高于33%時(shí)就有窒息的危險。當氬氣濃度超過(guò)50%時(shí),人會(huì )出現嚴重癥狀,濃度達到75%以上時(shí),人能在數分鐘內死亡。使用氬氣時(shí),因為氬氣的密度比空氣的平均密度大的多,所以不易直接排到室外,所以能用其他氣體替代時(shí),就一般不使用氬氣。
④ 需要考慮價(jià)格以及購買(mǎi)是否方便。
目前市面上的高純氣體價(jià)格,氫氣< 氮氣<氬氣<<氦氣。如購買(mǎi)方便,應首先考慮使用價(jià)格便宜的氣體,降低檢測成本。