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毛细管柱的安装及保养

点击次数:3618      发布时间:2012-09-05

 

                                                                     毛细管柱的安装及保养
一.毛细管柱的安装
(一)毛细管柱安装前的检查项目
(1)检查气瓶压力以确保有足够的载气、尾吹气和燃气。载气的纯度不低于99.995%;
(2)清洁进样口,必要时更换进样口密封垫圈,进样口衬管和隔垫;
(3)检查检测器密封垫圈,必要时更换。如有必要,清洗或更换检测器喷嘴;
(4)仔细检查柱子是否有破损或断裂。
(二)毛细管柱的安装
(1)从柱架上将色谱柱两端各拉出大约0.5 m,以用于进样口和检测器安装,避免色谱柱锐折;
(2)在柱两端安装柱接头和石墨密封垫圈,向下套柱接头和密封垫圈,离端口大约5厘米;
(3)标记和切割柱子。在柱距两端大约4-5cm处用标记笔标记,拇指和食指尽量靠近切割点抓牢,轻轻地拉并弯曲柱子, 柱会很容易折断。如果柱子不容易折断,不要用力强行折,换个在离柱端更远的地方再刻一下,使其折断口处光滑。为确保柱两头切口截面没有聚酰亚胺和玻璃碎片, 可用放大镜检查切口;
(4)在进样口安装色谱柱时,先查看仪器说明书找到正确的插入距离,并且用涂改液把这个距离标出来。将色谱柱插入检测器,用手指拧紧柱螺帽直到它固定住色谱柱,然后再拧螺帽1/4-1/2圈,这样当加压时色谱柱不会从接头脱出来;
(5)打开载气,确定合适的流速。设定柱头压力,分流比和隔垫吹扫至合适的水平。如果使用分流和不分流进样口,检查清洗分流阀至ON(开)状态,确认载气流过色谱柱,将色谱柱一端浸入丙酮瓶中检查是否有气泡;
(6)将色谱柱安装到检测器上时,查看仪器说明书所提供的正确插入距离;
(7)检查有无泄漏。在未仔细检查色谱柱有无泄漏之前对柱子不能加热;
(8)清洗系统中的氧气至少数10 min,如果色谱柱被打开暴露到空气中很长时间(几天),那么需要更长时间(1~2h)来清洗系统以排除所有的氧气;
(9)设定正确的进样器和检测器温度;
(10)设定正确的尾吹气和检测器气流。点火、打开检测器至ON状态下;
(11)注射非保留物质[甲烷(FID)、乙晴(NPD)、二氯甲烷(ECD)、空气(TCD)、.氩气(质谱)]以检验进样器是否正确安装。如果出现对称峰则安装正确,如果有峰拖尾,重复进样口安装程序。
(三)毛细管柱的老化
(1)在比zui高分析温度高20℃或zui高柱温(温度更低者)的条件下老化柱子两h,如果在高温10min后背景不下降,立即将柱子降温并检查柱子是否有泄漏;
(2)如果用Vespel密封垫圈的话,老化完后重新检查密封程度;
(3)注射非保留物质以确定合适的平均线速度。
二.毛细管柱的保护
在使用毛细管柱过程中,主要是防止固定液流失,因为固定液流失会使柱效能降低。事实上色谱柱固定液流失是自然的、是热力学平衡过程。色谱柱固定液聚硅氧烷通过聚合物本身的取代基形成环状分子。聚合物碎片之间由于取代基作用也可形成一些短键聚合物碎片。当这些碎片从色谱柱流出,它们会被检测到,从而导致信号的增强。在毛细管柱使用的全过程中这种反应一直发生。因此,所有的色谱柱都有不同程度的流失。氧是导致严重柱流失的主要因素,在色谱分析时尽量减少色谱仪气路系统氧的含量、使用好材料的部件以及选择正确的操作条件,可降低柱固定液的流失,延长柱子使用寿命。下面介绍几点注意事项:
1、 使用高纯度的载气。氧气含量不宜高于1 x10-6g/g
2、利用净化器可以除去较低级别气体中的氧和碳氢化合物杂质。通常杂质含量可减少到100 x10-6或更少; g/g
3、 聚合物材料通常不稳定。因此,调节器主体,阀盘座,密封圈和隔膜应金属材料;
4、管线只能使用没有油或其它污染物的铜管或不锈钢管,推荐使用制冷级铜管。
5、O形圈或其它聚合物垫圈的阀用有焊接金属、波纹形密封垫。
6、 整个系统必须无泄露,并且确保样品中不存在非挥发性物质。因为氧和污染物对固定液的分解有催化作用,会导致柱流失增强;
7、 在柱子安装后加热柱箱之前,柱子必须用干净的载气清洗15 min。如果色谱仪是新的,或进样器和仪器管线进行维护或修理过,仪器应当再清洗15至30 min;
8、 各种固定液的热稳定性不一样,柱流失对背景信号的影响随固定液种类和所受温度变化而变化。当柱箱温度接近于柱温的上线时柱流失也会增加。所以应当尽量在较低的温度下工作以延长柱子的使用寿命;
9一旦柱子损坏,由于固定液降解的程度不同,重新老化后有可能改善柱性能。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
正确安装毛细管柱

毛细管色谱柱安装步骤
1
.检查气体过滤器、载气、进样垫和衬管等;
2
.将螺母和卡套装在柱上,并将色谱柱两端口小心切平;
3
.将色谱柱连于进样口上;
4
.接通载气;
5
.将色谱柱连于检测器上;
6
.进行气体捡漏;
7
.确定载气流量,再对色谱柱的安装进行检查;
8
.色谱柱的老化;
9
.设置确定载气流速;
10
.柱流失检测;
11
.分析测试实验混合样品。

需要的安装工具和附件
1
.切割工具如金刚石头或碳头笔、宝石笔头或瓷楔;
2
.放大镜(10—20X);
3
.标尺;
4
.扳手;
5
.卡套;
6
.溶剂瓶;
7
.干净的注射针;
8
.适用的非柱保留化合物样品;
9
.色谱柱测试混合样品;
10
.流量计;
11
.其他附件:进样垫、干净的衬管、衬管卡套/O形环等。

步骤1:检查气体过滤器、载气、进样垫和衬管等
      
检查进样垫和气体过滤器,保证辅助气和检测器用气通畅有效。如果以前做过较脏样品或活性较高的化合物,需要将进样口衬管清洗或更换。
步骤2:将螺母和卡套装在柱上,小心切平柱子两端口
     
在色谱柱的一端装上相应的螺母和卡套,此时色谱柱端口无前后之分,色谱柱支架的支撑部分应总是朝向着柱箱门。安装好螺母和卡套后,将色谱柱端口切平,并用放大镜进行检查。
[熔融石英毛细管和切割]将色谱柱所要切割的部分用一根手指顶住,用合适的切割工具(见需要的安装工具和附件列表)在外壁轻轻的划上一个标记,不要直接进行切割。然后捏柱子在标记处折断。再使用放大镜对切割后的端口进行检查,以确定切口和管壁成直角,并且没有残留的碎屑,没有毛边或不平的切割面(见图2)。如果没有问题,在切割一次。
步骤3:色谱柱连于进样口上
   
色谱柱在进样口中的嵌入溶度根据所使用的GC不同而不同。正确合适的嵌入能zui大可能地保证实验结果的重现性。通常来说,色谱柱的顶端应保持在进样口衬管中的中下部,当进样针穿过隔垫完全插入进样口后,如果针尖与衬管中的色谱柱顶端相差1-2cm,这就是较为理想的状态(具体的嵌入浓度和方法参见所使用GC的随机手册)。
     
从色谱柱架上取出需要连接的足够的长度,并按步骤2切割柱子,连接到进样口。避免用力弯曲压挤毛细柱,并小心不要让标记牌等有锋利边缘的物品与色谱柱接触摩擦,以防柱身断裂或受损。
连接螺母的安装:将色谱柱正确嵌入进样口后,用手把连接螺母拧上,拧紧后(用手拧不动了)用钣手再多拧1/4-1/2圈,如果色谱柱还有松动,在拧1/4圈,保证安装的密封程度。因为不紧密和安装,不仅会引起装置的泄漏,而且有可能对色谱造成快速*的损害。在螺母完全连接后,小心不要再将色谱柱柱上下移动。
    
注意:如果在进样口或检测器有一定温度时安装色谱柱,安装效果可能会更好,因为卡套,特别是那些材质为石墨/Vespel的,在一定温度下会软化,易变形,也就更容易封住所要密封的部位。色谱柱装好后,等进样口或检测器的温度降下来,再安装其他部件。

步骤4:接通载气
    
当色谱柱与进样口连接好后,接通载气。调节柱前压力得到合适的载气流速(见表2)。在色谱柱的另一端(空端),插入装有己烷的样品瓶中,正常情况下,我们可以看见瓶中稳定持续的气泡,如果没有气泡,就要重新检查一下整个气路有无泄漏。等所有问题解决后,将色谱柱端口从瓶中取出,擦拭干净,保证柱端口无溶剂残留,再进行下一部安装。
  
警告:当空气中氢气的含量在4-10%时,这样的混合气体就有爆炸的危险。虽然气体本身的扩散会降低爆炸的可能,但还是有一定的危险性,所以一定要保证实验室有良好的通风系统,防止氢气过分的聚集。
步骤5:将色谱柱连于检测器上
其安装和所需注意的事项与以上色谱柱与进样口联接(步骤3)部分所讲述的大致相同。如果在应用中系统所使用的是ECD或是NPD等,那么在老化色谱柱时,使它不与检测器相接,那么这一类的检测器会更快地达到稳定,关于色谱柱老化请见步骤8的内容。

步骤6:进行气体检漏
在色谱柱加热前,一定要对GC系统进行检漏,当我们对进样口和检测器进行载气捡漏时,使用电子检漏是zui为有效的方法之一。建议不要使用Snoop等肥皂泡,它有可能由被检测处进入色谱柱和其它装置中,从而对系统有所损害。而且不能使用Snoop对正在加热的进样口和检测器装置进行检漏。如果一定要用液体检漏,建议使用50/50的异丙醇/水的混合溶液。

步骤7:确定载气流量,再对色谱柱的安装进行检查
警告:如果不通入载气就对色谱柱进行加热操作,就会快速并且*性地损坏色谱柱。
当色谱柱安装好后,在依照步骤4对载气流量进行确定,或者使用非保留化合物样品进行检测,我们可以通过分析得到的样品谱图来确定进样口和检测器的安装是否正确。表3
中列出了常用的非保留化合物样品。
实验过程:如果使用分流/不分流进样口,将色谱柱的温度保持在35-40 ,使用分流模式进1-2mL样品。如果使用的是不分流大口径进样口,由于样品不被分流进样,进样前应先对样品进行稀释,以免得到饱和的平头峰形。这样,我们应该得到一张峰形尖锐的谱图,而使用不分流大口径进样口,色谱柱可能会有轻微拖尾。如果得不到色谱图,有可能是根本就没有载气通过系统。那就需检查一下调节器、气体附件和流量控制器的设置是否正确。当然也可能是检测器、记录仪和注射针等出了问题。如果色谱峰有明显的拖尾现象,可能是进样口有泄漏,或是色谱柱安装不完整,也有可能是分流比设置得太低等。我们需要重新对色谱柱进行安装并对进样口进行检漏。只有完全解决了这个问题,才能进行下一步。

3。常用的非保留化合物样品
检测器化合物1
FID
甲烷,乙烷
TCD
甲烷,乙烷,氩气,空气
ECD
二氯甲烷2SF6CF2C12
NPD
乙腈23
PID
乙烯,乙快
MS
甲烷,乙烷,氩气,空气

1
.对于PLOT柱,以上大多数化合物都有明显地保留吸附
2
.不要直接液体进样;建议使用顶空进样装置
3
.当温度小于是100时,乙腈在大多数的色谱中都有保留。使用时需将色谱柱的温度提高到100 或设置更高的线速度

步骤8:色谱柱的老化
色谱柱安装和系统检漏工作完成后,就可以对色谱柱进行老化了。对色谱柱升至一恒定温度,通常为其温度上限。特殊情况下,可加热至高于zui高操作10-20左右。但是一定不能超过色谱柱的温度上限,那样极易损坏色谱柱。升温速度一定要快,不要将程序声升温的速度设定的太慢。当得到老化温度后,记录并观察基线。比例放大基线,以便容易观察。初始阶段,基线应持续上升,在到达老化温度后5-10分钟开始下降,并且会持续30-90分钟。当达到一个固定的值后,基线就会稳定下来。如果在2-3小时后基线仍无法稳定在15-20分钟后仍无明显的下降趋势,那么有可能系统装置有泄漏或污染。遇到这样的情况,应立即将柱温降至40以下,尽快地检查系统并解决相关问题。如果还是继续地老化,不仅对色谱柱有损害,而且始终得不到正常稳定的基线。另外,老化的时间也不宜过长,不然会降低色谱柱的使用寿命。
一般来说,涂有极性固定相和较厚涂层的色谱柱老化时间较长,而弱极性固定较厚涂层的色谱柱所需的时间较短。而PLOT色谱柱的老化方法又各不相同,具体步骤请参阅随柱子的操作说明书。
如果在色谱柱没有与检测器连接就进行老化,那么老化后,色谱柱末端部分可能已被破坏。要先把柱子末端10-20cm部分截去,再将色谱柱连接到检测器上。
温度限定是指色谱柱能够正常使用的应用温度范围。如果操作温度低于色谱柱的温度下限,那么分离效果和峰形都不会很理想。但这样对色谱柱本身并无什么损害。
温度上限通常有两个数值,数值较低的是恒温极限。在此温度下,色谱柱可以正常使用,而且无具体的持续时间限制。较高的数值是程序升温极限。该温度的持续时间通常不多于十分钟。高于温度上限的操作则会降低色谱柱的使用寿命。

步骤9:设置确认载气流速
对于毛细管色谱柱,载气的种类高纯氦气或氢气。建议不要使用氮气做载气。载气的纯度大于99.995%,而其中的氧气含量越少越好。通常载气级或超高纯度氦气和氢气中氧气的含量小于2ppm
如果您使用的是毛细管色谱柱,那么依照载气的平均线速度(载气流动的速度cm/sec)而不是利用载气流速(载气流量mL/min)来对载气作出评价,这样不仅简单而且非常方便。因为柱效的计算采用的是载气的平均线速度,而不是体积流速。
我们进一针非保留样品(见表3),确定它的保留时间。然后按下列公式计算平均线速度(V
V = L/tr
V = 
平均线速度(cm/sec
L = 
平均线速度(cm/sec
tr = 
非保留样品色谱峰的保留时间(sec
推荐平均线速度值:He30-40 cm/secH250—80cm/sec

不要使用色谱仪上的流量计去设置载气流速,可能不准,表4中列出了非保留样品色谱峰的保留时间和对应的流速范围。大多数情况下,采用流速范围的中间值较为合适,载气速度(流速)会随着柱温的改变而改变,请在温度恒定的情况下测量其具体数值。

4。在几种推荐的线速度下非保留样品的保留时间(min
氦气(He
色谱柱长度(m) 线速度cm/ses
30 35 40
15 0.83 0.71 0.63
25 1.39 1.19 1.04
30 1.67 1.43 1.25
50 2.75 2.38 2.08
60 3.33 2.86 2.50
75
4.17 3.57 3.31
105 5.83 5.00 4.38



氢气(H2
色谱柱长度(m) 线速度cm/sec
50 60 80
15 0.50 0.42 0.31
25
0.83 0.69 0.52
30 1.00 0.83 0.63
50 1.57 1.39 1.04
60 2.00 1.67 1.25
75 2.50 2.08 1.56
105 3.50 2.92 2.19


载气杂质过滤器:在载气的管线中加入气体过滤器装置不仅可以延长色谱柱寿命,而且很大程度地降低了背景噪声。参考下图,建议安装一个高容量氧气或一个可指标氧气过滤器。而在氧气过滤器前再安装一个水分过滤器,不仅可以延长氧气过滤器的使用寿命,而且可以降低背景噪声,使用ECD系统时,能在其辅助气路中安装一个氧气过滤器。

          

                                                                 
步骤10:柱流失检测
在色谱柱老化过程结束后,利用程序升温做一次空白实验(不进样)。一般是以每分钟10 50 升至恒温极限,达到恒温极限后保持10min。这样我们就可以得到一张流失图(见图3)。我们可以看出到一定程度,基线会快速上升。使用记录装置将基线记录下来,并记录下50 OC和恒温极限的信号值。这些数值可能对今后做对比试验和实验问题解决有帮助。
色谱柱   DM-5 30m×0.25mm×0.25um
货号     7221
载气     He at 40cm/sec
温度     50-325 at 10/min 
         325
 for  5 min
进样     分流1100250
检测器   FID, 300
         N2  makeup gas at 30mL/min
       
在空白实验的色谱图中,不应该有色谱峰出现。如果出现了色谱峰,通常可能是从进样口部位来的污染物。如果在正常的使用状态下,色谱柱的性能开始下降,基线的信号值将会增高。另外,如果在很低的温度下,基线的信号值明显大于初始值(与zui初使用得到的结果比较),那么zui有可能的是色谱柱和GC系统有污染。

步骤11:分析实验混合测试样品
zui后,我们利用对混合测试样品的分析来确定色谱柱的安装和性能,建议使用我们提供的对色谱柱质量检定所提供的标准样品。有时,对于一些比较特殊的分析,我们采用合适鉴定系统性能的样品进行分析。每一根新色谱柱都带有一张柱性能测试谱图,在相同于图中实验条件和测试样品的情况下,我们应该得到与标准测试相同或相近的谱图。如果试验的重复性很差,有可能是色谱柱的安装,实验的操作或仪器本身出现了问题。那么在正式做其他样品之前,要解决掉所出现的问题。

其他
色谱柱的保存:用进样垫将色谱柱的两端封住,并放回原包装。再安装时,要将色谱柱的两端截去一部份,保证没有进样垫的碎屑残留与柱中。
毛细柱化学稳定性:键合和交联固定相不会因为样品中有水或有机溶剂而受到损坏。如果分析结果不理想,有可能是有其他一些溶剂和固定相产生了作用,但对色谱柱一般没有什么损害。尽量不要使样品中含有机酸(盐酸,硫酸,磷酸和硝酸等)和碱(氢氧化钾和氢氧化钠等),它们对固定相有很大的破坏。如果出现了化学性的损害,截去柱前端0.5-1,一般都可以确保柱性能的恢复。
非键合相毛细柱在进样过程中极易流失,建议在色谱柱前加上3-5的预柱。这样可以zui大限度地减少固定相的损坏,特别是在采用柱上进样和不分流进样时。

毛细管柱分析故障排除

1.     
分流进样方式

现象可能的原因解决方法
峰面积低,峰丢失,产生新峰进样口太热降低进样口温度50
进样口太脏清洗/更换衬管
与金属接触用玻璃柱衬管
化合物易变衍生化样品或冷柱头进样
活性填充去除填充物
活性衬管使用硅烷化衬管
停留时间太长增加柱流量或增加分流量
迟洗脱物的面积低溶剂沸点太低使用高沸点溶剂
针污染进样口温度太低增加进样口温度50
针停留时间太长使用快速自动进样器
进样口歧视进样口温度太高降温50
进样口停留时间太短降低分流流量
衬管中无玻璃毛更换衬管
衬管位置不对衬管聚中
分流太高降低分流流量
进样量太大降低进样量
宽峰分流速太低增加分流流量
进样口脱附更换衬管
移去填充物
增加进样的温度
色谱柱过载增加分流流量
面积不重复分流比波动检查流速控制器
检漏(隔垫衬管柱)
样品返回降低样品量
降低进样口温度
使用大的衬管
进样量不稳定检查进样技术
使用自动进样器
降解去除衬管填料
降低进样口温度
保留时间不重复过载增大分流比
进样少一些
柱降解切去柱端0.5
更换柱子


2.     
不分流进样

现象可能的原因解决方法
失峰,变形峰,假峰进样口太热降温50再试一次
活性填料(降解)去除/减少填料
活性衬管更换衬管
减灭活衬管
衬管太小用大容量衬管
保留时间长增加柱流速
宽峰无溶剂效应降低炉温
用高沸点溶剂
无固定相聚集降低起始柱温
峰形分叉溶剂/柱子不匹配换一种溶剂
Retention gap
面积不重复样品回返降低进样量
使用高沸点溶剂
用更大衬管
吹扫时间或柱流变化查吹扫开/关时间
保留时间不重复不准确的清洗延迟检查并校正
不匹配的溶剂Retention gap
3.     
直接进样
现象可能的原因解决方法
峰面积小,丢失峰,新峰产生温度太高降低进样口温度50
重新评价
进样口脏清洗/更换衬管
与金属接触使用玻璃柱衬管
停留时间太长增加流速
化合物易变衍生物样品
使用冷柱头进样
峰拖尾进样口有活性使用玻璃/减活衬管
使用玻璃柱
载气流速不正确检查和校正
温度太低增加温度50再试一次
温度太高降低温度50再试一次
系统无效检查柱的安装
面积不重现进样技术差用自动进样器
用热针慢速进样
隔垫泄漏更换隔垫
样品返回减少进样量
用大容量衬管
降低进样口温度
增加流速
保留时间不重现隔垫泄漏更换隔垫
宽峰柱流速不正确校正柱流速
聚焦不足降低起始炉温
鬼峰样品返回进样少一些
用大容量衬垫
降低进样口温度
隔垫问题更换隔垫类型
更换隔垫
降低进样口温度
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