小内径色谱柱在中色谱性能检测方案(气相色谱仪)

应用简报 Agilent石油化工Trusted Answers 小内径色谱柱在 Intuvo 9000 气相色谱系统上的色谱性能 Brent Casper 安捷伦科技有限公司 由于可以在短时间内实现快速高效的分离，小内径 (id) 色谱柱在气相色谱(GC) 中的应用日益流行。 Agilent Intuvo 9000 气相色谱系统的流路内具有内置的保留间隙柱(芯片式保护柱或跳线芯片)和用户自定义的热区，在该系统中使用这些色谱柱对于用户是一项特殊挑战。正确使用这些功能可实现与 Agilent 7890气相色谱系统类似的高分离度快速分离。本应用简报展示了小内径色谱柱在 Intuvo 9000 气相色谱系统中的应用。 小内径色谱柱通常应用于气相色谱系统，，1以在短时间内高效分离分析物。内径为 0.1 mm 的色谱柱通常具有较高的柱效，其每米理论塔板数高达10000，能够实现高分离度快速分离。不同于传统的7890系统， Intuvo 9000 气相色谱系统具有内置的保留间隙柱(芯片式保护柱或跳线芯片)，分析物在到达分析柱的柱头之前必须经过该保留间隙柱。在 Intuvo9000气相色谱系统中使用小内径色谱柱之前，必须考虑到这一点。 Intuvo 9000中增加芯片式保护柱还引入了由用户控制的热区。此加热区可设置用于跟踪色谱柱加热器、运行用户自定义的升温程序，也可以用作恒温区。分析物在芯片式保护柱中停留的时间取决于所选择的模式。在样品引入分析柱之前将小内径色谱柱与芯片式保护柱结合使用，无论在炉温跟踪模式还是在恒温模式下，都有可能影响柱效和分析物峰形。 本文总结了小内径色谱柱与芯片式保护柱和跳线芯片在使用炉温跟踪和恒温模式的Intuvo 9000 气相色谱系统中的应用。 对7890 和 Intuvo 9000 气相色谱系统进行评估，比较使用小内径色谱柱所得到的柱效和峰形。两种系统采用相同的方法条件和配置。将分流/不分流进样口设置为300°℃，采用分流/不分流单细径锥衬管(部件号5183-4647)。使用己烷配制浓度为1000 ppm 的 C10、C12、C14 和 C16烷烃混合物样品，进样量为1pL。在恒流模式下使用氦气作为载气。将 FID 设置为300℃， 空气、氢气和氮气(尾吹气)流速分别为 400、30和 25mL/min。采用Agilent OpenLab ChemStation 版(版本C.01.07)软件进行仪器控制。 表1.所用的色谱柱和分流比 利用四种不同的色谱柱内径，比较它们在两种气相色谱系统上的柱效。每根色谱柱首先在7890系统中运行，然后在 Intuvo盘式结构的 Intuvo 9000 气相色谱系统上进行测试。改变色谱柱流速，使每种待测色谱柱的柱效达到最大。如果使用更高的色谱柱流速，需要根据色谱柱类型和所用的流速调整分流比(由2500：1调整为1000：1)。表1显示了四种不同类型的色谱柱及其各自的分流比和色谱柱流速。 利用恒温柱温箱方法获取所测色谱柱的柱效数据(柱温箱在140°C下保持9分钟)。还考察了以下升温程序(柱温箱升温程序：初始温度40°℃，保持0.5分钟；以25°C/min 的速率升至190°℃，保持1分钟)，以展示典型的 GC 方法。在 Intuvo 9000 气相色谱系统中，以恒温模式(300℃)和炉温跟踪模式对芯片式保护柱(部件号 G4587-60565)和跳线芯片(部件号 G4587-60675)进行了评估。 色谱柱内径 色谱柱 分流比 流速 0.1 mm DB-5 10 m×100 pm， 0.1 pm(部件号127-5012) 2500：1 0.4 mL/min 0.18mm DB-510mx180 pm，0.18pm(部件号125-5012) 2000：1 0.6 mL/min 0.2 mm DB-515m×200 pm， 0.2 pm(部件号128-50H7) 1000：1 1 mL/min 0.25 mm DB-5 15m*250 pm， 0.1 pm(部件号122-5011) 1000：1 1.2 mL/min 结果与讨论 柱温箱恒温结果 Intuvo 9000气相色谱系统具有许多传统的7890空气浴柱温箱所没有的优势。内置的保留间隙柱(芯片式保护柱)就是其中一项，该功能使用户可以保护气相色谱柱免受样品污染。 Intuvo 气相色谱系统还具备可更换的流路芯片，非常易于维护，用户无需切割分析柱即可更换流路部件。内置的保留间隙柱(芯片式保护或跳线芯片)还为用户提供了一个全新的温控热区，该区域可以设置用于跟踪气相色谱柱温箱、运行用户自定义的升温程序，也可以设置为恒温。根据这一新温度区与小内 径色谱柱结合使用的设置不同，所用条件可能会影响气相色谱系统产生的峰形，导致分析物通过系统时可能发生谱带展宽。下文所述结果可以为在 Intuvo 气相色谱系统中使用小内径色谱柱时如何设置此热区以减小分析物谱带展宽提供指导。初始实验在7890 和 Intuvo 9000气相色谱系统上进行，其中对柱温箱和芯片式保护柱或跳线芯片进行恒温加热(柱温箱温度设置为140℃，芯片式保护柱和跳线芯片的温度设置为进样口温度)。图1展示了使用0.1 mm 内径色谱柱时的条件。在这些恒温条件下，采用跳线芯片得到的结果与使用7890 系统所获得的结果类似，提供了几乎无分析物谱带展宽的窄峰。 在相同的恒温柱温箱条件下，切换为芯片式保护柱会产生相当大的分析物谱带展宽。由于芯片式保护柱与 0.1 mm 内径色谱柱结合使用时会产生柱外体积，因此当分析物通过系统时，会发生明显的谱带展宽。在气相色谱柱温箱中使用恒温条件时，分析物将无法重新聚集到分析柱的柱头，无法从芯片式保护柱中可能发生的谱带展宽中恢复。在恒温柱温箱条件下将芯片式保护柱和 0.1 mm 内径色谱柱结合使用时，如何应对分析物通过系统时产生的谱带展宽是用户面临的最大挑战。 接下来考察 0.18 mm 内径色谱柱的情况。使用较大内径的色谱柱可增加色谱柱流速，同时仍然获得与0.1mm 内径色谱柱相近的最佳线速度。图2展示了0.18 mm内径色谱柱木得到的结果。与 0.1 mm 内径色谱柱一样，与跳线芯片结合使用时， 增加色谱柱内径后得到的峰形和柱效与在7890系统上获得的结果相近。这部分实验也采用了芯片式保护柱和 0.18 mm 内径色谱柱。与预期一样，使用 0.18 mm内径色谱柱并增加通过系统的载气流速，可减少芯片式保护柱中发生的分析物谱带 展宽的数量，与0.1 mm 内径色谱柱相比提供了更出色的峰形。由于通过系统的流速增加，分析物在芯片式保护柱中停留的时间更短，从而减少了分析物谱带展宽的数量。 图2.使用恒温柱温箱与0.18 mm 内径色谱柱(在恒温模式下使用跳线芯片/芯片式保护)的情况 表2.在恒温柱温箱条件下获得的C16的数据 色谱柱内径 C16 保留时间(min) 对称性 每米理论塔板数 每米理论塔板数 (归一化至 Agilent 7890 的百分比) 0.100mm Agilent 7890 4.8 1.1 9733 Intuvo 跳线芯片 4.2 1.2 9943 102 Intuvo 芯片式保护柱 5.4 0.9 1015 10 0.180mm 7890 6.1 1.0 6222 Intuvo 跳线芯片 5.1 1.0 6426 103 Intuvo 芯片式保护柱 5.4 1.0 5049 81 0.200 mm 7890 7.1 1.0 5502 Intuvo 跳线芯片 5.9 1.0 5304 96 Intuvo芯片式保护柱 6.1 1.0 5038 91 0.250mm 7890 4.0 1.0 5032 Intuvo 跳线芯片 3.3 1.0 5049 100 Intuvo 芯片式保护主 3.4 1.0 4782 95 在恒温柱温箱条件下使用更大内径的色谱柱同样表现出更出色的结果。表2汇总了在恒温条件下测试的每根色谱柱所得到的C16结果。还计算了柱效，并与使用相同尺寸色谱普的7890系统进行比较。表2显示，使用跳线芯片提供的柱效与在7890系统上获得的柱效相近。与在相同的恒温柱温箱条件下使用芯片式保护柱相比，使用跳线芯片始终可提供更出色的峰形，与小内径(0.1 mm) 色谱柱结合使用时表现尤为明显。至于芯片式保护柱，色谱柱内径越大，柱效越高。使 用 0.25 mm 内径色谱柱提供的柱效与在7890系统上获得的柱效相近。如果需要在恒温柱温箱条件下使用芯片式保护柱，用户应考虑使用更大内径的色谱柱，以便减小芯片式保护柱中可能产生的谱带展宽影响。 柱温箱升温程序结果 典型的 GC 方法会在分析中采用柱温箱升温程序。实验过程中也使用了柱温箱升温程序确定其对分析物峰形的影响。使用柱温箱升温程序后，分析物能够重新聚集在 气相色谱的柱头，从而减小跳线芯片或芯片式保护柱中可能发生的分析物谱带展宽的影响(还在恒温模式和炉温跟踪模式下使用跳线芯片和芯片式保护柱开展了实验)。图3展示了使用安装有跳线芯片的0.1 mm 内径色谱柱和温温箱升温程序得到的结果。与预期一样，获得的峰宽和峰对称性与采用7890所得到的结果相当。与之前的实验一样，还考察了更大内径的色谱柱。表3列出了这些额外实验获得的C16 数据。 将柱温箱升温程序与芯片式保护柱结合使用，可减小分析物谱带展宽。第一个实验是将 0.1 mm 内径色谱柱与芯片式保护柱结合使用，在炉温跟踪和恒温模式下运行柱温箱升温程序(图4)。图4表明，在恒温加热和炉温跟踪模式下采用芯片式保护柱获得了更好的峰形并减少了分析物谱带展宽。由于分析物有可能重新聚集在气相色谱柱的柱头，因此减小了谱带展宽的影响。沸点较低的分析物(如图4中的C10)不会完全重新聚集在分析柱上，其谱带展宽可能略为明显。其他重质分析物(如C16)易于重新凝结到气相色谱柱的柱头，可以从芯片式保护柱中可能发生的谱带展宽中恢复。 表3.在恒温和炉温跟踪模式下使用跳线芯片，在柱温箱升温程序条件下获得的C16的数据 色谱柱内径 C16 保留时间(min) 半峰宽 (min) 对称性 0.100 mm Agilent 7890 6.3 0.01 0.8 Intuvo 跳线芯片-恒温模式 6.3 0.01 1.0 Intuvo 跳线芯片-炉温跟踪模式 6.3 0.01 1.0 0.180 mm 7890 6.5 0.02 0.8 Intuvo跳线芯片-恒温模式 6.5 0.01 1.0 Intuvo 跳线芯片-炉温跟踪模式 6.5 0.01 1.0 0.200 mm 7890 6.8 0.01 0.9 Intuvo 跳线芯片-恒温模式 6.7 0.01 1.0 Intuvo 跳线芯片-炉温跟踪模式 6.7 0.01 1.0 0.250 mm 7890 6.1 0.01 0.9 Intuvo 跳线芯片-恒温模式 6.1 0.01 1.0 Intuvo 跳线芯片-炉温跟踪模式 6.1 0.01 1.0 保留时间 (min) 与柱温箱恒温实验一样，采用柱温箱升温程序时，增加色谱柱内径同样会改善峰形。图5展示了使用安装有芯片式保护柱的0.18mm内径色谱柱和柱温箱升温程序得到的结果。在恒温或炉温跟踪模式下，将芯片式保护柱和 0.18 mm 内径色谱柱结合使用得到的谱带展宽量可忽略不计。与柱温箱恒温实验一样(图1和2)，采用0.18 mm 内径色谱柱时，增加色谱柱流速可减小分析物通过芯片式保护柱时所发生的谱带展宽。表4汇总了各种色谱柱的结果，并比较了 C16的保留时间、半峰宽和峰对称性。对于这种保留性良好的分析物，其色谱结果几乎相同。使用柱温箱 升温程序后，分析物能够重新聚集在分析柱的柱头，从而减小芯片式保护柱内可能发生的任何分析物谱带展宽。通过对芯片 式保护柱运行程序升温，用户可以充分利用 Intuvo 的分析物基质集集能力，从而保护分析柱。 表4.在恒温和炉温跟踪模式下使用芯片式保护柱，在柱温箱升温程序条件下获得的C16的数据 色谱柱内径 C16 保留时间(min) 半峰宽 (min) 对称性 0.100 mm Agilent 7890 6.3 0.01 0.8 Intuvo 跳线芯片-恒温模式 6.3 0.01 1.0 Intuvo 跳线芯片-炉温跟踪模式 6.3 0.01 1.0 0.180 mm 7890 6.5 0.02 0.8 Intuvo 跳线芯片-恒温模式 6.5 0.01 1.0 Intuvo 跳线芯片-炉温跟踪模式 6.5 0.01 1.0 0.200 mm 7890 6.8 0.01 0.9 Intuvo 跳线芯片-恒温模式 6.7 0.01 1.0 Intuvo 跳线芯片-炉温跟踪模式 6.7 0.01 1.0 0.250 mm 7890 6.1 0.01 0.9 Intuvo 跳线芯一-恒温模式 6.1 0.01 1.0 Intuvo 跳线芯片-炉温跟踪模式 6.1 0.01 1.0 图5.使用柱温箱升温程序与0.18 mm 内径色谱柱(在恒温和炉温跟踪模式下均使用芯片式保护柱)的情况 Agilent Intuvo 9000 中采用内置保留间隙柱所带来的优势远远超过在气相色谱系统中使用小内径色谱柱时所面临的潜在挑战，这些挑战还可以通过选择正确的芯片式流路和方法参数轻松克服。使用内径大于0.2 mm的色谱柱时，分析物谱带展宽不构成问题。如果需要使用内径小于0.2 mm 的色谱柱，可最大程度减小柱外谱带展宽的影响。与芯片式保护柱相比，使用跳线芯片产生的柱外体积更小，因此分析物谱带展宽更少。如果方法需要使用恒温柱温箱条件，则应使用跳线芯片。这有助于减少分析物谱带展宽的数量。如果需要使用芯片式保护柱(由于分析物基质较脏)，则应考虑使用柱温箱升温程序或增加色谱柱内径，以最大程度降低小内径色谱柱可能引起的分析物谱带展宽的影响。 查找当地的安捷伦客户中心： www.agilent.com/chem/contactus-cn 免费专线： 800-820-3278，400-820-3278(手机用户) 联系我们： LSCA-China_800@agilent.com 在线询价： 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