气相色谱,气相色谱的机器是如何工作的,如何阅读色谱仪和GCxGC

气相色谱法是什么?

气相色谱法(GC)是一种用于分析技术化学成分的分离和检测样本混合物来确定他们的存在与否和/或数量。这些化学成分通常有机分子或气体。GC是成功的在他们的分析中,这些组件需要稳定,通常分子量低于1250 Da,耐热,所以他们不降低GC系统。GC是一种广泛使用的技术在大多数行业,包括:

• 许多产品从汽车制造的质量控制,¹化学物质和石油化工产品,药品²
• 研究目的从陨石的分析³自然的产品⁴
• 安全性和监控环境样品,塑料微粒和食物^{5- - - - - -8}和酒取证。⁹

气经常用连字符连接质谱仪(气相),使化学成分的鉴定。

气相色谱法是如何工作的呢?

顾名思义,GC使用载气的分离,这戏剧的一部分流动相(图1 (1))。承运人气体传输样品分子通过GC系统,理想情况下没有反应样本或损坏仪器组件。

• 样品首先引入气相色谱仪(GC),用注射器或转移从一个autosampler(图1(2)),也可能从固体或液体样本中提取化学成分矩阵。样品注入GC入口(图1(3)通过隔膜使注入样品混合物而不失去流动相。
• 连接到入口是分析列(图1)(4),(10 - 150米),窄(0.1 - 0.53毫米内直径)石英玻璃管或金属包含内部的固定相涂墙。
• 分析柱的柱温箱举行加热在分析洗提不易挥发的组件。
• 列插入到插座探测器(图1(5)),响应的化学成分淋洗柱产生一个信号。
• 信号的记录采集软件在计算机上产生一个色谱图(图1 (6))。
  
  

图1:气相色谱仪的简化图显示:载气(1),(2)autosampler,(3)进口,(4)分析柱,(5)探测器和(6)电脑。来源:Anthias咨询。

注入GC入口后,样品的化学成分混合物首先蒸发,如果他们不是已经在气相。低浓度样品整个蒸汽云转移到分析柱载气的所谓离了模式。高浓度样品只有一部分样品转移到分析柱的分离模式,从系统排出的其余部分通过分析柱的分模线,防止过载。

一旦在分析柱,样品组件由不同与固定相的相互作用。因此,当选择列使用的类型,分析物的波动性和官能团应考虑与固定相。液体静止阶段主要分为两种类型:聚乙二醇(PEG)或聚二甲基硅氧烷(PDMS),后者与不同比例的二甲基二苯或mid-polar官能团,例如cyanopropylphenyl。像分离,因此非极性柱与二甲基或低比例的二苯对分离非极性分析物有好处。这些分子能够π-π交互可以在静止分离阶段包含苯组。这些氢键的能力,例如酸和醇,是最好的分离与挂钩列,除非他们已经经历了衍生化让他们极低。

最后一步的检测分析物分子时的洗提列。有许多类型的GC探测器,例如:那些应对碳氢键的火焰离子化检测器(FID);那些对特定元素例如硫、氮或磷;和那些对特定分子的性质,像捕捉电子的能力,是用电子捕获检测器(ECD)。

添加质谱,气相色谱法(gc - ms)

质谱(MS)是一种分析技术,可以用连字符连接GC和GC探测器而不是使用。中性分子洗提分析柱和电离的离子源产生分子离子可降解成碎片离子。然后片段和分子离子分离质量分析仪的质量:电荷(m / z)比例和检测。gc - ms是三维数据,提供质谱可用于身份确认、识别未知的分析物和确定分子结构和化学性质,以及色谱可用于定性和定量分析。

你如何读色谱和它告诉你什么?

图2:色谱GC和GC - ms的输出。来源:Anthias咨询。

多的信息可以获得的色谱图(图2)健康的GC和GC - ms系统以及数据需要进行定性或定量分析。

x轴是保留时间,从样本时注入GC (t₀GC运行结束。每个分析物峰的保留时间测量峰的顶端,例如t_R。y轴的测量分析物的响应峰值检测器。基线时显示了探测器的信号没有被分析物洗脱的列,或是低于检出限。基线反应的混合电噪音(通常是低)和化学噪音,如运载气体杂质,柱固定相流血和系统污染。因此,如果基线比它应该更高,这是一个迹象的问题或需要维护。可以从各种测量峰值,如宽基线,宽度的一半高度,总高度和面积。后两个是与浓度成正比,然而它是用于定量的区域,因为它由带展宽的影响较小。测量可用于计算带的范围扩大,列上的分析物分子的扩散。窄,尖锐的峰给更好的灵敏度(信噪比)和更高的分辨率(峰分离)。所示的山峰是高斯,然而峰值尾矿(更广泛的右侧峰)表示活动或在系统死体积,而面对峰值(左侧峰宽)表示列是超载。 Accurate measurements are affected by the number of data points across a peak, with an ideal number being 15-25. Too few, makes the peak look like a child’s join-the-dots drawing, affecting peak area, resolution and, with GC-MS, deconvolution. Too many reduces the signal to noise, reducing sensitivity. For GC-MS data, each data point is a mass spectrum, the third dimension of data.

以气相色谱为多个维度

与其他分离技术相比,GC有很高的峰容量与数以百计的化合物分离的能力。然而,对于某些应用程序,成千上万的高峰需要分开,没有足够的理论板色谱分离的。的例子可能包括柴油的分析,¹⁰或者需要检测痕量分析物在环境等复杂的矩阵,生物或食物¹¹样本。光谱分辨率,用连字符连接到一个GC MS,就可以执行分析没有完整的色谱分辨率,然而coeluting峰必须有不同的光谱,这是完全成功的。

图3:GC x GC分析的简化图。

Heart-cutting是有用的在一个列选择分离的大部分山峰,然后几组coeluting山峰是“切”,转移到第二列包含一个不同固定相和选择性(图3)。只有少数削减通过运行可以转移,因此只能用于分离有一些问题。

图4:GC×GC等高线图的柴油显示不同的化学类分开。1^圣维列非极性和2^nd维列是mid-polar。来源:Anthias咨询。

对于复杂的样品有频繁coelutions,综合使用二维色谱(GC×GC)。两列,包含不同的静止阶段,因此有不同的分离机制,设置在系列。“正常”的设置是1^圣维非极性柱2紧随其后^nd维度更极列,如图4所示,分析柴油。两列之间的调制器用于从第一列,再注入在样本区间窄到第二列。使用温度热调节器实现这一陷阱,然后释放分子,流量调节器收集废水,压缩和冲洗的分子到第二列。削减了整个运行,通常每1到10秒。分离第二列前应取得下一个介绍。这个快分离的实现是通过使用短,狭窄的第二列,通常1 - 2米直径0.1毫米的内部使用热调节器;或短,更广泛的第二列,通常5米直径0.25毫米的内部使用流量调节器。GC×GC山峰非常狭窄,35毫秒,因此快速GC探测器或收购率高质谱仪> 100 Hz必须被用来获取足够的数据点。

气相色谱法的优点和局限性

GC是一种广泛使用的技术在大多数行业。用于常规分析通过研究,分析几个数百(或数千GC x GC)化合物在许多不同的矩阵,从固体到气体。它是一个可靠的技术和很容易用连字符连接其他技术包括质谱。

GC仅限于分析挥发性化合物氢氦/分子量约1250 u。热不稳定化合物可以降低热GC,因此冷喷射技术和低温应该用于最小化。更多的极性分析物可以在GC卡住或丢失,因此系统应停用,维护良好或这些分析物derivatized。

常见问题与气相色谱法

GC是泄漏的最常见的问题。流动相是一个气体和整个系统流动,因此正确的安装零件和耗材以及常规泄漏检查是很重要的。

活动是另一个问题更多极性分析物,特别是那些在微量水平。硅醇组在玻璃衬垫和列,系统中污垢的积聚会导致尾矿的山峰,不可逆吸附或催化分解。入口面积,导致这里的大多数问题是样品注入,蒸发并转移到GC柱。因此,定期进维护以及使用正确的消耗品,例如关闭入口班轮,重要的是保持仪器无故障。

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