毛细管气相色谱法转换为快速GC

摘要：毛细管气相色谱的分析（GC）时间常常是缩短分析周期的重要因素，快速GC可以大大的提高实验室的生产率，而把已建立的毛细管气相色谱分析方法转化为快速GC是一项困难的任务。
    HP GC方法转化软件是一个免费软件程序，它可以合理元误地把常规毛细管气相色谱分析方法转换为快速GC方法，这一程序能保持每一个化合物相同的流出次序，所以无须再对每一个峰进行认定，新方法的确认非常容易，这一方法转化软件可以立即把温度，流速进行计算以适应各种要求，包括保留时间锁定，最高理论柱效和缩短分析时间。
    本应用扎记通过一般的GC来选择快速的GC，讲述HP GC方法转化软件，并用于溶剂，苯乙烯单体，重整汽油，烃的分布、半挥发物、化学工业中间体的快速分析。
关键词：毛细管气相色谱，快速GC，气相色谱，实验室产率，方法转化软件，溶剂分析，苯剂分析，苯乙烯单体分析，重整汽油分析，烃的分布分析，半挥发物分析。
引言：
    许多实验室所追求的目标是缩短每个样品的分析周期，缩短样品的分析周期就意味着较快地得到分析结果、减少实验费用、增加实验室的效率和收益。快速GC可以加快样品的分析速度，因而也就是提高了实验室的效率。
    快速GC是提高实验室效率的途径之一，GC运行的时间不会影响样品分析总时间样品分析的总时间包括：样口的准备、样品引入、进行GC的周期（包括色谱分析时编写报千和每个样品的研究及确证其它步骤的时间要短，那未对提高实验室的效率不起作用，快速GC是在气象色谱分析时间在总分析周期中起决定作用时才有重要作用，实验室应当使更多的操作进行改革，成为提高总体效率计划的一部分。
    一旦把GC的分析时间作为改进的目标，就有数种少GC分析时间的途径可供选择，但是任何方法都要做折衷考虑，必须为适应实验室对每个分析的要求在速度，灵敏度和分离度之间进行平衡。在表中列出对提高分析速度优化每个有关参数的主要优点和缺点，因为经常会发生峰的颠倒，而且一些快速GC会降低分离效率，在图中说明了这一现象。
     在图中A是用不分流进样标准方法测定半挥发物得到的色谱图，分析时间是45min,图IB是用快速GC得到的色谱图,分析时间从45min降到12.5min,而程序升时间有所改变,使之不会产生峰的改变或颠倒。
     虽然这些色谱图是近似的而且绝大部分峰是分开的，仔细地考察会发现方法之间的协调存在的典型问题。图IC和ID是色谱图IA和IB的中间部分。
     在有标号的三个色谱峰在C中的峰1到D中就出现颠倒在C中的双峰到D中就分不开。
     这一情说明要使建立的新方法有效，就要花一事实上的时间，HPGC方法转换软件就可以很好地解决这一问题，把常规的气相色谱分析方法转换为快速GC方法。它可以锁住每个化合物的流出次序，不需要煞费苦心地去做峰鉴定这样一来就可以省去确定的温度程序，柱头压力，以适应新色谱柱的尺寸，相比，载气类型。当使用方法转换软件计算对不同色谱柱的条件时，新色谱柱的固定相应和原来色谱柱的固定相一样，使用含甲基的聚二甲基硅氧烷做色谱柱固定相时，各信厂家的产品可以互换，但是强极性柱各个厂家的产品有很大的差别，方法转换不能保证化学性质不同的固定相有相同的流出次序，当色谱柱使用时间长了，固定相会分解或被污染，因此会影响它原有的出峰次序和时间。
    方法转换软件：
    HP GC方法转换软件的2.0版本是免费软件,它简化了开发快速GC的步骤(获取此免费软件的网址请看本文的末尾),图2是此软件的主要数据屏幕.
    这一工具有几个可供选择的方法模式:
    ●只供选择(Translate Only)。只是根据色谱柱尺寸，载气类型，出口压力和/或相比的改变把现有方法转换为新的方法，锁住了峰的相对保留时间，因此出峰次序不变，在“只供转换”模式中现有方法的相对效率保持不变，这一情况在使用文献方法进行转换时很有用，即使用不同的柱尺寸或不同的相比，或改变检测器并使用不同的出口压力时，来转换已经建立的方法。
    ●最佳柱效(Best Efficiency)。（用现有的色谱柱）计算新的条件，找到对多数化合物可以获得最好分离效率的理论最佳流速，简单地输入你现有的条件和程序调节温度和流速，以便适应理论最佳值，出峰次序保持不变，但是保留时间会有所改变。
    ●快速分析（Fast Analysis)。计算温度和压力使你目前所用色谱柱和载气在分析样品时，它的载气流速是“最佳柱效”模式时的二倍，根据色谱柱压力降的不同分析时间会提高1.5～2倍。这一方法转换总是使你现有方法的出峰次序保持不变。
    ●其它（None)。你可以改变任何一次分析中感兴趣的参数，在你进行任何一个色谱分析前，考虑各种参数对速度，柱头压力和柱箱温度变化的影响，来缩短开发分析方法的时间。
    这一模式还用于尝试把方法改变为当前的方法，例如；如果你现有的方法柱效已经是最佳值了你需要保持现有的柱效，你可以输入一个较小内径的色谱柱来考察对分析时间的影响，如果分离能力还有富余，可以计算较短色谱柱或较快流速的参数。
    这一方法转换软件可为你快速地开发出一个试控性方法，以便考察每个参数对分析速度，压力，和柱箱程序温度的影响。
    分离能力（分离度）是柱尺寸，流速，和柱温的函数，在选择一个新色谱柱要保持它的柱效时，GC方法转换软件将会保证流速和升温速度按相应比例变化。
实验部分：
    所有实验都是在一台HP 6890系列气相色谱仪进行，选用240V电压.HP 6890系列气相色谱仪有许多性能,有利于转换为快速GC方法所设计的特殊性能,包括:
(1)100和150 Psi的EPC分流不分流进样系统
(2)自动分流比可到7500:1
(3)快速检测器,用化学工作站对火焰离子化检测器(FID)和氮一磷检测器(NPD)的采样速率为0.1～200 Hz
(4)柱箱快速升温(可达120°C/min,决定于温度范围)。
    用一个HP G1916A自动液体进样器，和一个HP 化学工作站来控制仪器并采集数据，参考某一具色谱图给出色谱柱，温度，分流比，载气，载气流速和柱箱升温的斜率。
进样的衬管：
    在分流进样口为获得最大的灵敏度和分离度，色谱峰形良好是十分重要的，使用不同尺寸的色谱柱就应该配合不同尺寸的衬管才能得到好的峰形，图是验证2mm内径和4mm内径填充玻璃毛衬管对峰形的影响在本例中对0.05mmi.d.色谱柱使用小尺寸衬管可以改善峰形。
    结果和讨论：
    用快速GC分析汽油中的烃类和模拟蒸馏的用例将在其他HP报告中阐述1，2本文中论述在其它各种分析时的快速方法。
    化工过程的中间体：
    图是化工过程的中间体快速分析的开发，图4色谱a 是用原有方法得到的图4色谱b是用转换方法得到的，所转换的方法是把柱尺寸减少三倍，相对保留时间保持不变，对更加快速的方法，色谱柱要进一步缩短，如图4的色谱C。
    相对保留时间仍然做不变而分析时间缩短为八分之一，在图4色谱C由于色谱柱变短分离有所下降，按比例把柱尺寸降到10m×0.05mm(0.2mm)时，应该有相同的分离度，因为小内径的色谱柱单位柱长肯有较高的柱效。
    溶剂分析：
    用常规毛细管气相色谱法分析商品油漆的稀料如图5色谱A所示，使用方法转换软件选择“快速分析”参数，把载气出口流速提高一倍，方法转换软件计算出柱箱温度程序，这一程序可以使快流速下的色谱峰的相对保留时间保持不变，其结果如图5的色谱B所示，分析时间由9min色谱峰仍然分离很好。
    图6是在短色谱柱上做同样的分析用氢气代替氦气做载气对分离的影响，因为用氢做载气的理论最佳流速要比氦可以大大缩短分析时间，而且不要高的柱前压力。
    在图6中增加氢气的流速，高于氦的流速，可以进一步缩短分析时间，条年不需要“转换”在图5和图中（不足10个分离很好的峰）的分析中，不一定需要方法转换，在更为复杂的样品就不能这样。
    苯乙烯单体杂的分析：
    在标准的苯乙烯单体杂质的抟相色谱分析中要用12min，如图7所示，如果用较短的色谱柱，较快的程序升温度和较慢的载气流速，只要3.6min就可以得到相同的分离.
    重整汽油分析:
    图8是研究得到的快速GC对重整汽车的分析,色谱图A是用标准GC方法,要用20min；图8的B是用短柱得到的色谱，分析时间为6min，图8的C是把载气氦换成氢，分析时间减少到4min峰形分离仍然很好，流出次序不变。表2是图8分析重整汽油所用的操作条件。
    结论：尽管仪器在发展，快速色谱总是在协调速度，灵敏度和分离度三个参数，本文详舅讨论了快速色谱的选择，HP公司方法转换软件，并且列举一些适于进行快速GC分析的例子。
    使用HP公司方法转换软件很容易把标准方法过渡为快速方法，所提供的条件不会改变峰的流出次序，此软件也能够得知仪器的局限性问题（柱前压或柱温的升温速率），而这些问题在使用小内径色谱柱时会随方法的转换而出现。
    获得HP公司方法转换软件：HP公司方法转换软件可以从HP公司分析部（Chemical Analysis Group,CAG)的World