润扬色谱小科:载气流速变化对气相色谱仪分离度的影响

润扬色谱小科:载气流速变化对气相色谱仪分离度的影响

日期:2019-12-4

对于气相色谱仪如何选用不同气体纯度的气源做载气和辅助气体,虽然是一个老生常谈的问题,那么气相色谱仪分析时我们应如何选择载气呢!

气相色谱的流动相是气体,即载气,选用的载气应不与被分离的样品发生相互作用。载气会影响色谱柱柱相、监测器性能和分析速度等。实际分析中,经常会遇到载气种类或流速不同,导致分析结果有差异,究竟是什么原因呢?

气相色谱系统中,载气的作用之一是将样品载入仪器系统进行分离和测定,另外的一个重要作用是保护仪器。常用的载气按照密度分为轻载气(如:氦气、氢气)和重载气(如:氮气、氩气);按照使用时的安全因素分为安全气体(如:氮气、氦气)和不安全气体(如氢气)。

在使用气相色谱仪分析时,载气流速对分离测定的影响主要表现在如下几个方面:

1.对柱效的影响

流速过快,降低分离效能;流速过慢,色谱峰容易拖尾或者前伸。对于特定的载气和色谱柱,一般都有相应的蕞佳流速,此时色谱柱柱效蕞佳。

2.对样品组分保留时间的影响

不同流速下,保留时间变化差别很大。对于特定的色谱柱和色谱条件,样品组的保留时间和载气流速成反比。为了加快分析时间,一般用高于蕞佳流速的线速度分析。

3.对检测定量结果的影响

流速快慢会影响色谱峰之间的分离,以及峰形的尖锐程度,影响灵敏度,从而影响定量结果。因为根据对信号响应特征不同,检测器可分为浓度型检测器和质量型检测器。常见的浓度型检测器有TCD、ECD等。

从检测信号的响应原理来看、峰高响应信号与流动相中样品的浓度成正比,而与载气流速无关。但是,在分析过程中,由于柱内扩散和传质阻力,峰宽大小受载气流速影响。流速打,出峰快,峰变窄,而峰高不变,则峰面积变小。因此,对于浓度型检测器,当使用峰面积表示响应信号时,应保持流速稳定。

对于质量型检测器,常见的有FID、FPD和TID等,从检测信号的响应原理看,峰高响应信号与单位时间内进人检测器的组分质量成正比。载气流速大,峰高增加,但是峰面积保持不变,因此质量型检测器如果用峰高作响应信号应保持载气流速不变。

另外,我们根据Van Deemter方程可知:
①涡流扩散项A与载气流速无关;
②当载气流速小时,分子扩散项对柱效的影响是主要的,因此选用分子量较大的载气,如氮气、氩气,可使组分的扩散系数较小,从而减小分子扩散的影响,提高柱效;
③当载气流速较大时,传质阻力项对柱效的影响起主导作用,因此选用分子量较小的气体,如氢气、氦气作载气可以减小气相传质阻力,提高柱效。
因此,要使理论塔板高度蕞小、柱效蕞高,必有一蕞佳流速。

由于氢气有一定危险性的易燃、易爆气体,在强调分析速度时,可选择氢气作载气,但必须在符合检测器工作要求并保证安全的前提下使用。

在实际应用中载气的选择主要是根据检测器的特性来决定,同时考虑色谱柱的分离效能和分析时间,例如氢火焰离子化检测器中,氢气是必用的燃气,用氮气作载气。载气的纯度、流速对色谱柱的分离效能、检测器的灵敏度均有很大影响,气路控制系统的作用就是将载气及辅助气进行稳压、稳流及净化,以满足气相色谱分析的要求。
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