气相层析操作原理及应用

气相层析操作原理及应用GC属于色层分析法的一种，以气体当作流动相而得名，GC的分析特点为

高选择性

高效能

高灵敏度

快速分析

为分析上的一大利器,广泛的使用于易挥发的液体及气体的分析。

气相层析

(GasChromatography,GC)分子量很大的高沸点物质

极性度很高

受热不安定会分解物质

受热会增强吸附效应

受热会聚合成高分子物质。

GC分析不适用于以下的状况

GC仪器简单分为烘箱、样品注入系统、侦测系统、气体控制系统、数据处理系统等五部分：GC仪器配置气相层析仪基本配置Column：

(1)Column的材质：

管柱材质早期使用Stainlesssteel材质，

但是Column弯曲固定不易，之后使用

玻璃Column比较柔软；最后使用fuse

silica材质的Column，但是Fusesilica

在超过350℃较易破裂，而且温度传导

稳定度较差，Stainlesssteel材质可在高

温下操作，传热性又好，一般而言Stainlesssteel材质的管柱是较好的选择，但现今以Fusesilica材质的column占多数。

典型的Fusesilicacapillarycolumn如图1.。主要分为三部份，最外层是Polyimide被覆，用以保护column本体防止破损、折损。防止任何含水成份的渗入。填补管柱制作时的遐疵或缝隙。column的浅棕色即是Polyimide，column颜色不同不会影响column的效能；最内层为固相(Stationaryphase)，固相则为分离样品的主要部份。

中间为Fusedsilica层，这层以石英材质披覆，必需非常均匀的覆在管壁内，制作时需用雷射来测量内径要求达到一定的平滑及均匀度。此层直接与固相接触，必需无化学活性，不与样品反应，又必需提供固相均匀的表面。最内层为固定相，也是分离的主要部份，市售column制造厂商很多，名称不同但固相是相同的，列举如下：

Column的固定相(Stationaryphase)：

Column的极性对样品分离的影响非常大，因此固相的选择是选用column时首要的考虑因素。通常选择column时必须先确定固相极性，而后才会考虑column长度、内径、固相厚度。选错了固相即使column长度、内径、固相厚度都很正确也无法获得好的分析效果。

两个样品如果在固相中滞留的时间一样，即表示无法分离，相反的如果固相对两样品的滞留时间不同则表示可分离。固相的极性由固相聚合物的结构来决定，极性不只影响样品的分离也影响column的寿命、温度极限、bleed及样品容量。

非极性的固相比较偏向吸附非极性的样品，也表示对非极性样品的滞留性较强。同理如果要分离两极性样品，选择DB-1这种非极性固相的Column是不好的选择。Column的极性如何分辨呢？

(1)尽可能选择极性小的固定相；70%的样品可用

100%(DB-1)非极性Column及5%Phenyl(DB-5)来

进行分析。选用column的极性尽量与溶剂的极性

配合(非极溶剂配合非极性固相)。

(2)非极性的column有较长的寿命。

(3)最广泛使用的column为DB-1、DB-5、DB-1701、

DB-17、DB-WAX等五种column。可满足95%以上

的样品分析，所以尽可能由这五种column作选择。

Column内径：

一般选择0.35mm内径Column就可提供良好再现性与分析效果，0.35mm内径Column可适用于各种Detector；但Mass则必须选择0.15、0.22及0.25mm内径Column。某些状况使用0.53mmColumn是因为要注射较大量的样品。小内径的Column有较佳的分离效果；内径减一半则可增加一倍的分离效果。样品量的多少与Column内径的选择必需配合，配合不好就会造成分析效能变差。我们可以用下表来作为选择的参考。

固定相厚度：Column固相的厚度直接影响样品的滞留时间与分析温度，厚的固相增加样品的分离时间与分离温度。高挥发性样品由于滞留时间太接近，因此选择较厚的固相来增加滞留时间，使样品得以完全分离。低挥发性高沸点样品一般分析时间都比较长，所以选择薄的固相来达到快速分离。

如果分离的样品浓度相差太大，建议选择gel较厚的Column；但两分离样品的浓度相差太大结构差异大时则可选择较薄gel厚度Column。较薄gel厚度可注入较大的样品量，但注射太大量会影想分离率。相同gel厚度内径减一半样品量需减半，一般而言0.32内径0.25mm厚度Column最大注射量约100ng。较大的固相厚度有较长的滞留时间及较高的分析温度，一般而言加倍gel厚度分析温度需提高15-20℃Column长度：越长的column有越好的分析效能、较长的分析时间与花较多的金钱。每增加一倍的column长度，则column效能增加2的平方根；而分析时间几乎增加一倍。

理论上尽可能选择较短的Column，增加长度一倍仅增加40%的效能，所以一般选择改变固相或内径，而不选择增加Column长度。Column增长代表分离时间加长，使后面出现的Peak更宽，更高的花费。一般而言分析条件为单一温度(isothermal)时，分离效果取决于Column长度，因此有必要增加Column长度。但当分离条件为梯度升温时，温度对滞留时间的影响比Column长度重要。

30m的长度最适用，15m用于很简单的或高分子量的样品，60m用于非常复杂的样品。

温度限制：所有固相皆有最高与最低温限制，分析时必需在安全温度范围内，如果温度太低，固相失去层析作用。超过限制的高温会加速固相的崩解。在限制的范围内Column固相自然的缓慢崩解，但是超过限制温度Column的崩解速率会急速增加。超温会造成peak拖尾及bleed增加。

在升降温时如果没有开启Carriergas会造成Column不可挽回的严重伤害。极性的固相比非极性固相更易受伤害。Columnbleed:Columnbleed为分析时固相崩解时产生的正常背景讯号。每个Column制造都尽可能降低bleed，一般而言固相越厚、Column长度越长bleed会增加，极性的Column的bleed也比非极性Column大。随着梯度升温，bleed也会增加，这是因为高温加速固相崩解。

Bleed大小和侦测器的灵敏度有关，必需非常灵敏的侦测器才能侦测的到。如果使用Cyanopropyl-phenyl为固相的Column，在NPDDetector比FIDDetector的bleed大，因为对固相中N2的成分NPD比FID灵敏。

Column损坏或污染会造成bleed增加；将Column暴露在氧气的高温环境，也是造成Column损坏的主因之一。最常见的情形是气体管路渗漏，造成氧气的进入。其它比如注射被污染的样品，不挥发物质残留在Column内等，皆会造成固相的损坏使bleed增大。

化学物质的配合：固相不会因注入水或有机溶液而损坏，仅有部份非有机酸(HCl、H2SO4、H3PO4、HNO3)和碱(KOH、NaOH、NH4OH)等会造成固相损坏，事实上低浓度的HCl不会伤害固相。Column的保存：Column一段时间不用要拆下储存，column末端用septum封住，将column保存于干燥箱，再次使用安装时需将末端切掉。Column的切割：

Column的切割是很重要的。不正确的切割会造成Column固相层及fusedsilica层产生缺口，导致Carriergas路径不正确，会造成peak拖尾、分叉和变宽、分析样品损失等问题发生。使用钻石刀、石英刀或专门的切割工具是必要的。

Columncondition：

设定温度10-20℃/min最大温度不可超过Column所能承受的最大温度。如gel厚度较大或要做微量分析，condition时间较久。如果样品分析温度不高，只需用比分析条件高20℃的温度去condition。Columncondition时没有Carriergas会造成Column的损坏。先检查好整个系统不可渗漏；一般condition的时间约30-60分钟，如baseline依然未稳定可再作60-90分钟，如果仍然不行，不要持续conditionColumn，请先彻底检查是否有漏或污染。Carriergas品质不佳、Detector污染或气体管路未装trap都会造成condition时间延长及Column损坏的原因。Trap：气体的污染会造成baseline的不稳、detector的噪声及column的损坏，要避免这些问题必须加装trap来除去水分、氧气、碳氢物质及其他杂质。一般而言除水的trap需装在离气体钢瓶最近的地方，因为水份会快速减短除O2trap的寿命，而除O2的trap要放在第二位。当使用强极性的column尤其是Wax为固相的column，一定要加装除水除氧的trap，因为水及氧气会严重破坏固相，造成氧化，会造成效能变差及bleed的增加。1.烘箱(OVEN)：Oven是column放置地点，必须提供分析

时column所需的温度，所以oven必须有

稳定、快速的温度控制系统

1.可提供高于400℃的高

温，必要于可支持-99℃的

低温环境。2.温度精确值可达±0.1oC

3.快速升温及降温4.大容量

Backflash:

所有的injector皆为热的injector(除了on-columninjector外)，样品进入injector之后迅速蒸发膨胀，随着Carriergas进入column内；但超过一定注射量的样品，充满liner(inset)，冲过injector内carriergas管路以上的地方，造成逆流称为Backflash。如此大的体积进入column会拖的很长，造成一个宽而拖尾的peak；如果backflash遇到injector较冷的部份如：septum或carriergas进入injector的前段，都会冷凝，冷凝的样品随后会造成分析上的ghostpeak。其它进入injector本体和金属面接触的样品会被破坏，造成定量的不准确。backflash的解决方法有四点：

使用septumpurge用于split/splitlessinjector。

减少注射量。

使用大体积的liner。

改用较佳的注射温度。

Injector温度：

Injector温度必需适当，必须高到足以使样品挥发，但不可太高而使样品受到破坏，温度太低使样品挥发不完全或造成宽的peak；如果温度太高会造成高的Backflash及样品受到破坏。如果injector温度设定超过column所能承受的最高温度一般而言不会造成column的损坏。常常我们把injector温度设在250℃，以求得最大的蒸发及最小的Backflash。Inletdiscrimination：

在injector内不挥发样品比挥发样品需要更高的温度才能蒸发汽化，由于蒸发汽化速率的差别造成样品中挥发性样品比较能完全进入column；而不挥发样品会有相当一定比率的样品无法进入column，造成不挥发样品peak比较小的现象，称为discrimination。

Syringe：(1)Syringe的选择：依据样品量多少决定，但最少注入量不得少于Syringe

全量的15-20%。(2)Syringe的使用：使用前先检查是否有裂痕，针尖是否有变形。用溶剂清洗5–20次，前三次吸入后将溶液丢弃。吸样品时采慢吸快放的方式以去除气泡。吸入超量的样品体积，抽出注射器，轻推注射针的plunger使剩余样

品量等于欲注射量。吸入小量气体，用清洁的卫生纸将针尖周围样品擦净。将注射针插入injector内，停留2–5秒后，快速将样品注入。抽出Syringe用solvent清洗，风干再用。(3)Syringe的清洁：一般使用methanol、acetone、acetonitrile、methylene

chloride等溶液。(4)SyringePlunger注意事项：金属材质的plunger不可使用暴力推拉。如针尖塞住不可用力推入以免针筒破损或plunger扭曲。不可仅更换plunger因为不同的plunger与针筒密合度不同。当syringe为干燥状态下，不可快速推抽plunger。前有Teflon材质的plunger不可用在60℃超过20分钟。(5)针尖的选择：外径尽可能选择较大的，内径尽量小，才会有较小的deadvo