主题：【第二届原创作品大赛】气相分析，操作条件的确定

哪些样品可以作为分析对象
分析样品的物性（如沸点、官能团、反应性、溶解的溶剂系统等）与选择气相色谱的分离条件密切相关。
保留体积（Vg）与样品沸点（TB）之间的关系：
式中：M1—液相的分子量，γ—溶质的活度系数（同系物溶质的γ基本相同，则保留体积的对数与TB成直线关系），T—色谱柱温。
（1）溶质之间沸点相差20℃时：容易用标准色谱柱分离；
（2）溶质之间沸点相差10℃时：若选择与溶质有相似极性的固定液，很容易分离；
（3）溶质之间沸点相差5℃时：用较长的色谱柱或用结构与溶质很类似的固定液；
（4）溶质之间沸点相差0~2℃时：当两者的沸点相近时，若每种溶质的官能团不同，选用与其中一种溶质的极性相近的固定液就容易进行分离。但对具有相同官能团的同系物要选择可以利用结构差异的固定相（如分离o-，m-，p-位取代苯可用FFAP/Carbopak C等气-液-固体系）；
（5）溶质沸点在-50℃以下：用强吸附剂作填料，而且柱温要置于低温；
（6）溶质沸点在-50~20℃：用吸附剂或以吸附剂为载体，且在担体上涂渍极性固定液的填料；
（7）溶质沸点在20~300℃：几乎所有的填料均可使用；
（8）溶质沸点在300℃以上：用高沸点固定液或根据情况将样品衍生化后再供分析用，或者用液相色谱法测定。

色谱分离条件选择的指标
1，柱效能（N）
2，选择性（α）
3，分离度（R）
1，柱效能
为了分离某一物质对，当相对保留值不变（固定液、柱温不变），而k值（固定液配比）变化时，k越小越是靠近非保留峰，则完全分离所需的塔板数越多。但扣除非保留峰后（tR-t0）算出的有效板数（neff）却保持不变，则分离情况也可保持不变。
2，选择性
所谓选择性就是固定液对于两个相邻组份的相对保留值，也就是某一难分离物质对校正保留值之比，以α表示。α代表固定液对难分离物质对的选择性保留作用，其数值越大，越容易分离。
3，分离度（R）
柱效能只说明色谱柱的效率高低，却反映不出难分离物质对的直接分离效果；而选择性则反映不出效率高低，故需用一综合性指标，即既能反映柱效能又能反映选择性的指标，作为色谱柱的总分离效能指标，这一指标就是分离度，分离度是反映色谱柱对相邻两组分直接分离效果的。而R值越大就意味着相邻两组份分离得越好。

初始操作条件的确定
1，确定初始操作条件
2，色谱柱形式的选择
3，分离条件优化
4，程序升温
1，确定初始操作条件
进样量要根据样品浓度、色谱柱容量和检测器灵敏度来确定。样品浓度不超过mg/ml时填充柱的进样量通常为1~5μL，而对于毛细管柱，若分流比为50：1时，进样量一般不超过2μL。如果这样的进样量不能满足检测灵敏度的要求，可考虑加大进样量，但以不超载为限。进样口温度主要由样品的沸点范围决定，还要考虑色谱柱的使用温度。即首先要保证待测样品全部气化，其次要保证气化的样品组分能够全部流出色谱柱，而不会在柱中冷凝。原则上讲，进样口温度高一些有利，一般要接近样品中沸点最高的组分的沸点，但要低于易分解组分的分解温度，常用的条件是250~350℃。实际操作中，进样口温度可在一定范围内设定，只要保证样品完全汽化即可，而不必进行很精确的优化。注意，当样品中某些组分会在高温下分解时，就应适当降低汽化温度。必要时可采用冷柱上进样或程序升温汽化（PTV）进样技术。
色谱柱温度的确定主要由样品的复杂程度和汽化温度决定。原则是既要保证待测物的完全分离，又要保证所有组分能流出色谱柱，且分析时间越短越好。组成简单的样品最好用恒温分析，这样分析周期会短一些。特别是用填充柱时，恒温分析时色谱图的基线要经程序升温时稳定得多。对于组成复杂的样品，常需要用程序升温分离，因为在恒温条件下，如果柱温较低，则低沸点组分分离得好，而高沸点组分的流出时间会太长，造成峰展宽，甚至滞留在色谱柱中造成柱污染；反之，当柱温太高时，低沸点组分又难以分离。
毛细管柱的一个最大优点就是可在较宽的温度范围内操作，这样既保证了待测组分的良好分离，又能实现尽可能短的分析时间。一般来讲，色谱柱的初始温度应接近样品中最轻组分的沸点，而最终温度则取决于最重组分的沸点。升温速率则要依样品的复杂程度而定。建议毛细管柱的尝试温度条件设置为：
OV-1（SE-30）或SE-54柱：从50℃到280℃，升温速率10℃/min；
OV-17（OV-1701）柱：从60℃到260℃，升温速率8℃/min；
PEG-20M柱：从60℃到200℃，升温速率8℃/min。
检测器的温度是指检测器加热块温度，检测器温度的设置原则是保证流出色谱柱的组分不会冷凝同时满足检测器灵敏度的要求。大部分检测器的灵敏度受温度影响不大，故检测器温度可参照色谱柱的最高温度设定，而不必精确优化。
载气流速的确定相对容易一些，开始可按照比最佳流速（氮气约为20cm/s，氦气约为25 cm/s，氢气约为30 cm/s）高10%来设定。然后再根据分离情况进行调节。原则是既保证待测物的完全分离，又要保证尽可能短的分析时间。用填充柱时，载气流速一般设为30ml/min。空气，300~400 ml/min；氢气30~40 ml/min；氮气（尾吹气）30~40 ml/min。
2，色谱柱形式的选择
当欲测组分之间的相互分离系数很小时，即使对各种操作条件加以探讨，为使它们完全分离仍必须采用理论塔板数（N）大的色谱柱。理论塔板数N按一般填充柱≤微填充柱≤填充毛细管柱≤空心毛细管柱的顺序增加。由于N不同，有时色谱图也不相同。
3，分离条件优化
事实上，当样品和仪器配置确定之后，一个色谱技术人员最经常的工作除了更换色谱柱外，就是改变色谱柱温和载气流速，以期达到最优化的分离。柱温对分离结果的影响要比载气的影响大。简单地说，分离条件的优化目的就是要在最短的分析时间内达到符合要求的分离结果。
参数基本可分为三部分，一是导致峰展宽的动力学因素，即与H、N、u有关的参数；二是与热力学有关的参数，即α，三是与流动相和固定相性质有关的参数k。分离条件的优化就是设法调节有关参数，以便在尽可能短的分析时间内获得满意的分离结果。
（1）改变N和H
这两个参数首先与柱长L有关，L增大时，N就成比例地增加，但分析时间也增加。理想的方法是在不增加柱长的条件下减小H以达到增加N的目的。可采取的措施有采用接近uopt的载气流速，采用小内径的色谱柱，如果是填充柱就采用较小的填料粒度。
（2）改变k
改变k是提高分离度R的最容易的方法。k在一定范围内增加可有效地提高分离度，但当k大于5时R的变化就很小了，反而使保留时间迅速增加。所以，GC分析中k值最好控制在2~5之间，一般要求不超过10，否则会大大延长分析时间。改变k的最简单的方法是改变柱温，降低柱温可明显地提高k。此外，降低载气流速也是提高k的常用方法。
（3）改变α
在流动相和固定相一定时，α只与柱温有关。当两个组分的α接近1时，改变H和k都难以在可接受的时间内实现完全分离。此时，应在保持k值为2~10之间的前提下，设法改变α。
按由易到难顺序排列的几个改变α的方法有：
A，改变柱温；
B，改变固定相，即更换色谱柱；
C，利用化学作用，如通过衍生化反应改变待测物的结构。
4，程序升温
程序升温可使待测物在适当的温度下流出，以保证每个组分有合适的k值，同时改善分离度，因此是GC分离复杂混合物的有效方法。

气相分析，操作条件的确定要根据具体的仪器，具体的样品，采取具体的适合自己的方法。这个过程可能会复杂些，但是功夫不负有心人，我们可以，你也可以。（从买来仪器，我们是新手，没有导师，完全靠自己一步一步选择自己的分析方法）

楼主能否增加一点应用的实例？

原文由 hzhhqt 发表:
楼主能否增加一点应用的实例？

可以，楼主，要实例。

色谱柱柱长的选择
如果不知道最佳长度，请使用25-30米长的色谱柱。

10-15米长的色谱柱十分适用于分离含易分离溶质的样品或含溶质较少的样品。直径较小的色谱柱通常长度较短，以便降低柱头压力。

如果通过其它方法（直径较小的柱，不同的固定相，改变柱温）不能达到分离度时，应使用50-60米长的色谱柱。这种色谱柱适用于分离含多种溶质的复杂样品。较长色谱柱的分析时间较长，费用较高。

载气
载气的线速度或流速直接影响保留时间和效果。要获得最佳的分析时间、效率和重现性，必须正确选择和设定载气。载气的线速度或流速通过调节载气的柱前压（一般称为柱头压力）来控制。压力的设定值取决于载气的种类、柱长及柱径、柱温和要求的线速度或流速。

对毛细管柱，载气的平均线速度（µ）比流速（F）更有用。平均线速度可以看作是载气的平均“速度”，以cm/sec（即载气分子每秒通过色谱柱的厘米数）来计算。平均线速度可用等式1进行计算。

载气的线速度（和流速）取决于柱温。在恒定的柱头压力下，载气的线速度随柱温的升高而下降。这就说明如果要得到可重现的结果，需要在同一温度下为给出的方法设定平均线速度。如果不同的柱温下设定平均线速度会改变保留值和分离度。由于平均线速度取决于柱温，因此在温度程序运行时速度会下降。由电子压力控制的进样器在程序升温时由程序控制使平均线速度或流速保持恒定。使用这一功能可以使较晚流出的峰具有较好的分离度或缩短分析时间。

与通常的理解相反，氢是安全的载气。它很容易在空气中扩散，并且只有当空气在很窄的浓度范围内才会爆炸。换言之，在GC条件下很难出现氢爆炸的情况。最后，在现代GC内置的安全性功能大大降低了任何爆炸的可能性和危险性。

然而，载气供应商没有一种“行业标准”。气体供应商标有“高纯氦”的气体可能不适宜用作载气。不建议将杂质捕集阱用作使用正确纯度的载气的替代品，用纯度高的载气会使由更换不同载气瓶以用不同供应商所带来的差异降低到最小。最易使用的捕集阱是通用整合式捕集阱。

填充柱柱管的选择与处理

用作填充色谱柱柱管的材料通常有不锈钢管、铜管、铝管、铜镀镍管、玻璃管以及聚四氟乙烯管等[1-5]。铜管和铝管由于催化活性太强且易变形已不太常用。分析用的填充柱内径一般采用2~4 mm，制备用的柱内径可大些，一般使用5~10 mm。长度可选择1~5 m。柱子的形状可以是螺旋形的，也可以是Ｕ型的。使用后者较易获得较高的柱效。如果使用螺旋形的，应注意柱圈径的大小对柱效会有一定的影响[3-6], 一般柱圈径应比柱内径大15倍。
柱材料的选择应依据待分析的样品性质和实验条件而定。如果待分析的样品易分解或具有腐蚀性，应考虑使用玻璃管或聚四氟乙烯管。玻璃管柱的优点是化学惰性好，制备的柱子柱效高，便于观察柱子的填充情况，但玻璃管易碎是其缺点。聚四氟乙烯管的优点是耐腐蚀，缺点是不耐高温高压。在填充柱中目前最常使用的是不锈钢管。它的最大优点是不破碎，传热性能好，柱寿命长，能满足常见样品分析的要求。缺点是内壁较粗糙，有活性，比较难于清洗干净。
填充柱的柱管在使用前应该经过清洗处理和试漏检查。清洗的方法与柱管材料有关。对于不锈钢管，通常先用10%热氢氧化钠水溶液浸泡，抽洗除去管内壁的油污，然后用自来水洗至中性。如果用1:20的稀盐酸水溶液重复处理一次，则可显著降低柱内壁的吸附作用。玻璃柱的清洗可参照上面所述的方法，不同的是通常使用洗液浸泡。同样，为了减少玻璃内壁的活性，可以用5%二甲基二氯硅烷的甲苯溶液浸泡处理，然后用甲苯和甲醇分别冲洗干净。柱子的检漏方法比较简单: 可将柱子泡在水里，堵死柱的一端，在另一端通气，若无气泡冒出即说明柱子无泄漏现象。

我用的是气液色谱填充柱。
气液色谱填充柱中所用的填料是液体固定相。它是由惰性的固体支持物和其表面上涂渍的高沸点有机物液膜所构成。通常把惰性的固体支持物称为“载体”, 把涂渍的高沸点有机物称为“固定液”。
（一）载体
　　载体又称担体，是一种化学惰性的物质, 大部分为多孔性的固体颗粒。它的作用是使固定液和流动相间有尽可能大的接触面积。一般对载体有以下要求: 即有较大的表面积；孔径分布均匀；化学惰性好，即不与固定液或样品组分起化学反应；热稳定性好；有一定的机械强度；表面没有吸附性或吸附性能力很弱。在实际工作中要找出完全满足上述要求的载体比较困难，只能根据具体分析对象选出性能比较优良的载体。