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毛細(xì)管氣相色譜在技術(shù)上以“高效”而聞名，這意味著我們通常在色譜圖中看到非常窄的峰, 這表明在合理的時(shí)間內(nèi)分離許多組分的能力，這顯然然在分析上是有利的。

 

柱效通常以“塔板數(shù)”（絕對(duì)數(shù)或每米列數(shù)的塔板數(shù)）來(lái)衡量，塔板數(shù)越高，色譜圖中的峰越窄。在某些應(yīng)用中，如果柱效略有下降，但每個(gè)峰之間都有足夠的間距，也不會(huì)遭受分辨率損失。但是，當(dāng)分離復(fù)雜的混合物時(shí)，如果峰略微變寬，則峰分離度就會(huì)下降，此時(shí)色譜效率變得尤為重要。圖1說(shuō)明了這一點(diǎn)。

圖1：降低柱效（塔板數(shù)）時(shí)，對(duì)有機(jī)氯農(nóng)藥分析物的分離度有不利影響（僅顯示部分色譜圖）。這在峰2和峰3（PDB2和PCB3）的分離中尤為明顯。

 

在色譜上，柱效通常以峰寬作為保留時(shí)間的函數(shù)進(jìn)行衡量，如圖2所示。

圖2：色譜效率的測(cè)量；Wb =基線(xiàn)的峰寬；W1 / 2 =半峰高處的峰寬

顯然，峰越寬，色譜系統(tǒng)的N值越低。由分辨率的簡(jiǎn)化定義公式，可以很好的理解柱效和分辨率之間的關(guān)系。

 

正如我們所看到的，由理論塔板數(shù)“ N”定義的柱效與分辨率直接相關(guān)，并且由于方程中的N項(xiàng)是平方根函數(shù)，我們可以假設(shè)將塔板數(shù)減半會(huì)減少任意兩個(gè)峰之間的分離度為1.4（例如2的平方根）。

 

因此，考慮到柱效對(duì)分離復(fù)雜混合物的重要性或當(dāng)系統(tǒng)的選擇性限制了分離度時(shí)，非常值得花一些時(shí)間研究如何識(shí)別，判斷與解決氣相色譜系統(tǒng)中柱效問(wèn)題。

 

“塔板”的概念來(lái)自分餾，而這一事實(shí)是，在蒸餾塔（塔）中擁有的“塔板”或陷阱越多，可從每個(gè)塔板（陷阱）中提取的沸程越窄，因此在餾分的窄沸程和窄色譜峰之間進(jìn)行類(lèi)比。色譜柱中板數(shù)越多，峰越窄，在氣相色譜中，一個(gè)塔板類(lèi)似于分析物進(jìn)入固定相的一次吸附和解吸事件。因此，對(duì)于具有100,000個(gè)板的色譜柱，分析物將吸附到固定相中，然后從固定相中解吸100,000次。表一描述了各種尺寸氣相色譜柱的典型塔板數(shù)。

表I：各種內(nèi)徑的GC色譜柱的效率 30米柱，以k’= 6.00計(jì)算

 

從表I可以看出，GC色譜柱的內(nèi)徑是確定GC色譜柱固有效率的一個(gè)因素。但是，色譜柱長(zhǎng)度也是決定色譜柱效率的根本因素，我們可以通過(guò)以下公式來(lái)幫助理解這些影響；

 

N =L/H

其中N是塔板數(shù)，L是塔板長(zhǎng)度，H是等效于理論塔板的高度（在恒定的固定相化學(xué)性質(zhì)和載氣下，其可以假設(shè)為常數(shù)）。

 

因此，將色譜柱長(zhǎng)度加倍將使效率（N）翻倍，并將分離度提高1.4倍；將色譜柱長(zhǎng)度減半將使色譜柱效率減半，并且將分離度降低1.4倍。

 

就GC色譜柱固定相的膜厚而言，其可能會(huì)以不同方式影響早期和之后洗脫峰的柱效，k'值<5的分析物可能會(huì)隨著膜厚的增加而降低效率，k'值> 5時(shí)反之亦然。但是，除非大幅度改變膜厚度（例如，從0.1mm改變?yōu)?mm），否則改變膜厚度的效果不會(huì)太劇烈。

 

這些值在等溫分離中適用，而在梯度溫度編程分離中則不同，但是趨勢(shì)仍然適用。

 

綜上所述的信息將使我們可以估計(jì)我們選擇用于分析的色譜柱的預(yù)期塔板數(shù)，從而可以評(píng)估效率，因此，偏離這些預(yù)期值的任何重大偏差都可以視為值得研究與故障排除。

 

關(guān)于氣相色譜效率的基本理論的最后一部分是所選載氣的影響及其通過(guò)色譜柱的流速。從圖3可以看出，各種載氣在不同載氣線(xiàn)速度下的效率最高（最低高度相當(dāng)于理論塔板（HETP，H））。線(xiàn)速度是色譜柱內(nèi)徑和流速的函數(shù)。

圖3：在一定范圍的載氣線(xiàn)性速度下，各種GC載氣實(shí)現(xiàn)的板高

 

我們之所以特別提到這一點(diǎn)，是因?yàn)橛幸恍┓浅Ｆ毡榈膯?wèn)題與無(wú)法通過(guò)儀器設(shè)置達(dá)到最佳效率有關(guān)。以下幾點(diǎn)尤其值得注意：

 

需要檢查所用色譜柱的線(xiàn)速度和所需的載氣流速，以確保該組合產(chǎn)生最佳效率和最低的板高度（如圖3中的藍(lán)色區(qū)域所示）。氫氣顯示出約50 cm / sec的最佳線(xiàn)速度，氦氣顯示出30 cm / sec的最佳線(xiàn)速度，氮?dú)怙@示出15cm / sec的最佳線(xiàn)速度。載氣的線(xiàn)速度將通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)或儀器前面板顯示。

 

確保色譜柱尺寸在采集方法中設(shè)置正確（包括通過(guò)調(diào)整色譜柱長(zhǎng)度進(jìn)行的任何調(diào)整）。如果色譜柱尺寸不正確，則載氣通過(guò)色譜柱的線(xiàn)速度將不正確，分離效率將受到影響。

 

當(dāng)然，如果將不正確的色譜柱尺寸或載氣設(shè)置到儀器中，我們可能會(huì)看到除了色譜效率降低之外，保留時(shí)間也會(huì)改變，這些變化將是一個(gè)很好的診斷線(xiàn)索。

 

除了這些方法上的考慮之外，還有哪些其他因素會(huì)導(dǎo)致分離效率降低？這個(gè)問(wèn)題有很多答案，但是，我在下面概述了導(dǎo)致柱效率降低的一些常見(jiàn)問(wèn)題。

 

1 、柱安裝問(wèn)題：

 

確保正確準(zhǔn)備（切割和清潔）GC色譜柱并以正確的方式將其安裝到GC進(jìn)樣口和檢測(cè)器中，這一點(diǎn)非常重要。色譜柱切割不良會(huì)導(dǎo)致樣品入口內(nèi)部分析物的轉(zhuǎn)移變慢，如果該方法未建立熱聚焦或溶劑聚焦過(guò)程，則可能導(dǎo)致峰變寬。通常，此問(wèn)題還將伴隨某種程度的峰分叉或拖尾。

 

色譜柱在進(jìn)樣口和檢測(cè)器中的正確定位也至關(guān)重要。入口色譜柱的位置將再次使分析物最佳地轉(zhuǎn)移到色譜柱中，當(dāng)以分流模式操作入口時(shí)尤其重要。色譜柱在檢測(cè)器中的位置將決定色譜柱出口與儀器內(nèi)檢測(cè)區(qū)域之間未清掃體積的量。這一點(diǎn)特別重要，因?yàn)檩d氣是存在分散展寬，任何空隙體積都會(huì)對(duì)系統(tǒng)效率產(chǎn)生不利影響。

 

2 、色譜柱污染和老化：

 

所有GC色譜柱都會(huì)老化，并且使用壽命有限。隨著時(shí)間的流逝，色譜柱的入口端可能會(huì)被樣品基質(zhì)成分覆蓋，固定相可能會(huì)被破壞，這通常會(huì)導(dǎo)致固定相在色譜柱下方“蠕變”，從而形成一個(gè)較厚的“氣泡狀”可降分離效率的固定相區(qū)域。樣品遇到的色譜柱初始區(qū)域?qū)τ谏V質(zhì)量至關(guān)重要，因此，我們必須確保該區(qū)域的相質(zhì)量是原始的。通常，通過(guò)修整較短的色譜柱并重新安裝可以解決此問(wèn)題，并且可能需要一部分或更多的色譜柱修整才能恢復(fù)性能。始終修剪最少的量以恢復(fù)良好的性能，如果進(jìn)行了重大修剪，請(qǐng)不要忘記調(diào)整儀器內(nèi)的色譜柱長(zhǎng)度，以確保保留時(shí)間重現(xiàn)性和正確的載氣線(xiàn)速度。在載氣供應(yīng)管線(xiàn)中安裝氣阱總是一個(gè)很好的解決辦法，以確保色譜柱（相）的壽命（最小的水分和氧氣阱），并確保以正確的方式調(diào)節(jié)色譜柱。

 

適當(dāng)?shù)臉悠奉A(yù)處理對(duì)于色譜柱的使用壽命也很重要，在分析之前制備清潔的樣品，會(huì)延長(zhǎng)色譜柱的使用壽命，減少進(jìn)樣口維護(hù)操作。

 

3 、樣品引入條件：

 

影響分離效率的因素很多，都與將樣品引入GC系統(tǒng)的方式直接相關(guān)。進(jìn)樣口襯管的清潔度和失活是主要考慮因素，在分流進(jìn)樣中，襯管中的任何活性部位的破壞可能會(huì)影響分析物向GC色譜柱頂部的轉(zhuǎn)移，這在處理極性分析物時(shí)尤為明顯。如果襯管清潔度不高或未顯示出來(lái)，則襯管清潔度通常與峰拖尾有關(guān)僅出現(xiàn)輕微的活動(dòng)跡象（失活涂層消失），然后可能會(huì)導(dǎo)致峰的總體變寬。確保襯管清潔，并在必要時(shí)定期更換襯管。

 

以下是重要的要點(diǎn)總結(jié)：

維持足夠長(zhǎng)的不分流時(shí)間，以將所有分析物轉(zhuǎn)移至色譜柱，但也應(yīng)足夠短，以免溶劑從進(jìn)樣口緩慢流失，從而導(dǎo)致色譜破壞，柱箱的初始溫度應(yīng)至少比樣品溶劑的沸點(diǎn)低10 ℃，固定相的極性應(yīng)與樣品溶劑的極性相匹配，反之，則應(yīng)在進(jìn)樣口和分析柱之間留出至少1 m長(zhǎng)的未涂層保留間隙。如果不滿(mǎn)足，上述條件將導(dǎo)致分析物峰形展寬，這主要是由于分析物譜帶從入口緩慢進(jìn)入GC色譜柱時(shí)缺乏聚焦，因此效率會(huì)降低。

 

1 、熱點(diǎn)：

 

重要的是，在載氣中通過(guò)系統(tǒng)的分析物必須以不間斷的方式進(jìn)行。因此，氣流路徑中任何比其周?chē)h(huán)境涼爽的“斑點(diǎn)”都將破壞或減慢分析物通過(guò)色譜柱的通過(guò)，并有效地充當(dāng)系統(tǒng)中死體積的區(qū)域。

 

如果消除了進(jìn)樣口和GC色譜柱之間的熱滯后，通常在進(jìn)樣口上會(huì)出現(xiàn)冷點(diǎn)-杯內(nèi)有滯后的小杯位于進(jìn)樣口下方是有原因的，因此不應(yīng)將其移除。位于檢測(cè)器單元下方的絕緣層也是如此，這也是為什么進(jìn)入MS檢測(cè)器的任何傳輸線(xiàn)也要分別加熱的原因，應(yīng)仔細(xì)檢查傳輸線(xiàn)溫度以確保其溫度至少位于頂部溫度與您的烤箱程序一致！

 

2 、溫度程序：

 

由于不當(dāng)?shù)臏囟瘸绦驅(qū)⒃斐稍S多不良的分離。當(dāng)考慮初始柱箱溫度和分批進(jìn)樣的保持時(shí)間時(shí)，尤其如此。如前所述，程序升溫的分離確實(shí)會(huì)產(chǎn)生更高效的峰，尤其是對(duì)于后來(lái)的洗脫組分，但是確保初始程序條件適合被測(cè)樣品和分離的要求以及分離條件至關(guān)重要。樣品引入方法，不分流或不分流進(jìn)樣。對(duì)于分流進(jìn)樣，通常的規(guī)則是我們不希望過(guò)慢的“分析物”穿過(guò)色譜柱的過(guò)程太快，因?yàn)闀?huì)發(fā)生過(guò)量的樣品分散。理想情況下，初始溫度應(yīng)比色譜圖中第一種組分的洗脫溫度低45℃左右，這可以通過(guò)篩選實(shí)驗(yàn)計(jì)算得出（典型值為50 ℃至色譜柱的梯度上限，每分鐘10℃）。然而，作為初始保留時(shí)間，這實(shí)際上是一個(gè)反復(fù)試驗(yàn)的問(wèn)題，從保留1分鐘開(kāi)始，然后提高或降低初始保留時(shí)間，以評(píng)估對(duì)選擇性，效率和分離度的影響。

 

3 、檢測(cè)器采樣率：

 

任何色譜系統(tǒng)中峰的正確“建模”將取決于跨峰捕獲的數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)量。對(duì)于高效技術(shù)（例如毛細(xì)管氣相色譜儀），必須特別注意檢測(cè)器的采樣頻率，而質(zhì)譜檢測(cè)器尤其如此，質(zhì)譜檢測(cè)器的固有采樣頻率往往較低，尤其是在全掃描模式下。如果檢測(cè)器僅捕獲跨越峰的幾個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，尤其是當(dāng)峰頂點(diǎn)被檢測(cè)器遺漏時(shí)，則它們看起來(lái)可能比其寬。請(qǐng)按照制造商的說(shuō)明為使用中的檢測(cè)器找到最佳采樣頻率。

 

無(wú)論如何，建議在新色譜柱保留常規(guī)方法的參考色譜圖，該色譜圖可用作評(píng)估柱效率隨時(shí)間下降的幅度的參考。使用系統(tǒng)適應(yīng)性測(cè)試（SST），也是明智的選擇，以便在分析之前評(píng)估儀器的性能，并且柱效評(píng)估通常是SST的考察指標(biāo)之一。

 

盡管柱效是毛細(xì)管氣相色譜法成功分離的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力，但從以上討論中可以明顯看出，在解決低柱效問(wèn)題時(shí)要考慮許多因素。大多數(shù)問(wèn)題是由儀器設(shè)置和GC色譜柱的老化引起的，因此對(duì)方法中的設(shè)定點(diǎn)進(jìn)行故障排除以及色譜柱與進(jìn)樣口維護(hù)，是進(jìn)行柱效診斷研究的考慮要點(diǎn)。