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快速氣相色譜法的進(jìn)展與研究

[2011/10/19]

　　1前言：

　　在上一屆全國(guó)色譜會(huì)議上[1]“高壓快速氣相法的理論與實(shí)驗(yàn)研究”中己對(duì)快速GC的理論有了詳細(xì)的討論，提出此方法可以使分析速度加快5-10倍，分辨率提高3-5倍的預(yù)想，并給出相應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。近二年來(lái)，國(guó)外在快速GC上已有較大發(fā)展。國(guó)際會(huì)議上發(fā)表的相關(guān)論文增加，有人稱為“快速GC正在復(fù)活”[2]美國(guó)安捷倫公司提出在HP6890型GC儀上可以20分鐘完成以前120分鐘完成汽油全烴分析，7分鐘完成原油模擬蒸餾。包括著者，幾家都給出10分鐘內(nèi)完成原油全烴分析(原為80分鐘)，快速GC，快速GC技術(shù)正在向常規(guī)分析邁進(jìn)，會(huì)對(duì)GC分析有重大改進(jìn)，同時(shí)快速GC會(huì)對(duì)微型化儀器有推動(dòng)作用。本文對(duì)快速氣相色譜的色譜柱、儀器要求、實(shí)驗(yàn)條件及數(shù)據(jù)處理的進(jìn)展與研究進(jìn)行了討論。

　　2色譜柱：

　　大量的研究表明，快速色譜在色譜柱上面臨二種抉擇，即微填充柱和細(xì)毛細(xì)柱，理論上推論認(rèn)為，二者都會(huì)在分析速度上與分辨率上有重大改進(jìn)，表1給出了相應(yīng)參數(shù)的變化。

　　表1最佳條件下參數(shù)變化近似值：

　　參數(shù)填充柱毛細(xì)柱

　　降低板高，h20.8

　　降低線速，V35

　　柱阻力因子，φ≈100032

　　分離阻礙，e≈400020

　　微填充柱面臨首要問(wèn)題是如要有快速分析又較高板數(shù)的色譜柱，會(huì)有很大的壓力差，實(shí)驗(yàn)表明.使用內(nèi)徑1毫米柱填充3～5μ顆粒填料，可以產(chǎn)生較高柱效并進(jìn)行快速分析，但柱前壓要達(dá)到8.0～10MPA，目前在儀器上實(shí)觀難度較大，70年代曾與日本柳本公司推出微填充柱快速GC儀。

　　微細(xì)毛細(xì)柱已有大量文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)用于加快GC分析速度，理論上柱內(nèi)徑與分辨率近似線性關(guān)系，采用20～50μm內(nèi)徑毛細(xì)柱，可以在秒級(jí)完成GC分析。較多的報(bào)導(dǎo)是采用100μm內(nèi)徑柱，用此柱10米有10萬(wàn)理論板，可以完成大量常規(guī)分析，加快了3～5倍速度。20米則可以完成汽油單體烴等復(fù)雜組成分析。

　　3儀器要求：

　　快速氣相色譜難于推廣遇到的首要問(wèn)題是儀器，快速GC對(duì)儀器的要求與常規(guī)色潛儀有幾點(diǎn)差別，首走是微型化，由于采用微細(xì)拄，柱內(nèi)載氣流速僅育0.2～0.5ml/min，沒(méi)有電子程序壓力流量控制難于實(shí)現(xiàn)，對(duì)于進(jìn)樣器、接頭、檢測(cè)器則需微型化，尤其是體積流量型檢測(cè)器如TCD,ECD。第二是儀器壓力范圍，對(duì)于100μm柱，20m長(zhǎng)要有1.0MPA柱壓。

　　近年來(lái)國(guó)外儀器已有向此方向進(jìn)展，如美國(guó)HO6890型GC儀器可以使用20m100μm柱，H2為載氣在0.8MPA條件下分離汽油。日本島津GC—2010型儀器現(xiàn)有新AFC控制壓力達(dá)0.97MPA，圖1顯示，將25分鐘分析縮短至3秒鐘，國(guó)家科技部支持的國(guó)產(chǎn)快速GC儀也己近完成，儀器配套將大大有助于快速GC分析推廣與發(fā)展。

　　4實(shí)驗(yàn)條件選擇：

　　除色譜柱外,柱溫、柱壓、載氣等條件共同構(gòu)成色譜分析方法組成，為加快分析速度，使用100μm毛細(xì)柱，并不需要重新選擇研究實(shí)驗(yàn)條件，已有人研究了由常規(guī)毛細(xì)柱分析向快速GC分析方法軟件，供條件選擇參考，可以由美國(guó)HP公司網(wǎng)站上下載試用。由理論分析上有人推薦用H2為載氣，但用He較安全。目前采用較多的進(jìn)樣方式仍是分流進(jìn)樣，但分流比要500～1000:1，所以用EPC對(duì)柱前和分流流量控制則是重現(xiàn)性的需要。對(duì)于寬沸性GC分析則需用高速程序升溫如原油分析需要50℃/min，對(duì)于檢測(cè)限變化也是人們疑慮之一，實(shí)驗(yàn)證明，由于峰寬的大大縮小，即使用常規(guī)FID，對(duì)靈敏度仍未有明顯變化，研制微型體積檢測(cè)器也是非常重要的。

　　5數(shù)據(jù)處理：

　　實(shí)驗(yàn)證明，由于快速GC出峰達(dá)秒級(jí)，所以需要提高數(shù)據(jù)處理信號(hào)采集速度，目前國(guó)內(nèi)色譜工作站基本為20點(diǎn)/秒，表2(略)給出了不同采集速度對(duì)分析精度的影響。國(guó)際上有研究表明，已達(dá)到4ms速度，可以解決快速GC分析數(shù)據(jù)處理問(wèn)題。

　　總之，快速氣相色譜分析的發(fā)展，將會(huì)使數(shù)以萬(wàn)計(jì)的在各領(lǐng)域廣泛應(yīng)用GC分析由原來(lái)復(fù)雜樣品1～2小時(shí)縮短至十來(lái)分鐘，一股樣品20-30分鐘縮短至數(shù)分鐘，并且可以提供分離能力更高的手段。其前景是相當(dāng)好的，快速氣相色譜與微型化相結(jié)合會(huì)使氣相色譜分析產(chǎn)生巨大的變化與進(jìn)步。