气相色谱法的应用 及操作技能 湖南省药品检验所 丁 野 2009年8月

适用于分析10%-20%的所有已知化合物（非常重要的） 化合物必须具有足够的挥发性和热稳定性 全部或部分在400-450℃或以下处于气相，且在这些温度下并没有分解，则可能进行GC分析

中国药典中的应用 组分的定性与定量分析 水分测定（少） 第四法 有机溶剂残留分析 农药残留分析 杂质分析

其 他 运动员兴奋剂检测——沙丁胺醇、睾酮等； 公安刑侦——毒品(海洛因、大麻等)、毒药等； 其 他 运动员兴奋剂检测——沙丁胺醇、睾酮等； 公安刑侦——毒品(海洛因、大麻等)、毒药等； 食品安全——瘦肉精(盐酸克仑特罗)、农药、色素等； 环境检测——水污染、大气污染等； ……

色谱柱

色谱分离原理

毛细管柱 石英玻璃 固定相 聚酰亚胺层

毛细管柱 管身 熔融二氧化硅即高纯度合成石英， 通常在其外表面涂一层聚酰亚胺作 保护层。 固定相 聚硅氧烷 聚乙二醇

毛细管柱 固定相类型和性质由Si原子上取代基团类型和比例决定 R = 甲基、苯基、氰丙基

毛细管柱 聚乙二醇 强极性固定相，独特的分离性能， 怕氧，稳定性比聚硅氧烷类弱

气相色谱柱的基本柱参数 固定相 内径 ZB -5, 30m x 0.25mm x 0.25um 柱长 膜厚

气相色谱柱的基本柱参数 柱长 10/15m 通常十个组分以下简单样品及活泼化合物的快速分析 20/30m 标准柱长满足绝大部分应用

气相色谱柱的基本柱参数 内径 0.10mm 快速GC 快速分离，对仪器要求高 0.18mm 微径，较快分离，高柱效 适合做痕量分析

气相色谱柱的基本柱参数 膜厚 厚膜有利于掩蔽活性位点 但高温下柱流失较大 0.10-0.18um 薄膜 保留和柱容量低，适用于高沸点化合物、组 分密集样品 0.25~0.50um 标准膜厚 应用最广 1.0~5.0um 厚膜 保留和柱容量高，适用于低沸点挥发性化合物 厚膜有利于掩蔽活性位点 但高温下柱流失较大

其他一些重要概念 色谱柱对溶质可容纳的最大量，超过该值，峰形会发生畸变。 柱容量 色谱柱的温度极限 与柱容量相关的因素： 固定相与溶质极性的匹配性 膜厚 内径 柱长 色谱柱的温度极限 温度下限---低于该温度使用柱效会降低，但不会破坏固定相 恒温温度上限---可在此温度长时间使用 程序升温温度上限---不可超过此温度，在此温度不能超过10分钟

毛细管气相色谱柱常用的固定液 极性 固定液（英） 固定液（中） 常用商品名 一、非极性 100%Dimethyl polysiloxane 100%聚二甲基硅氧烷 AC1，OV-101，OV-1，DB-1，SE-30，HP-1，RTX-1，BP-1 二、弱极性 5%Phenyl dimethyl polysiloxane 5%二苯基(95%)二甲基聚硅氧烷 AC5，SE-52 5% Phenyl 1%vinyl dimethyl polysiloxane 5%二苯基1%乙烯基(94%)二甲基聚硅氧烷 OV-5，DB-5，SE-54，HP-5，RTX-5，BP-5

三、中等极性 50%Phenyl dimethyl polysiloxane 50%二苯基(50%)二甲基聚硅氧烷 OV-17，HP-50，RTX-50，DB-17、GC-17、RSL-300、SP-2250、007-17 14%Cyanopropyl phenyl polysiloxane 14%氰丙基苯基(其中7%氰丙基7%苯基)(86%)二甲基聚硅氧烷 AC10，OV-1701，DB-1701，RTX-1701，BP-10、RSL-1701、CPSIL19CB、HP-1701 50% Cyanopropyl phenyl polysiloxane 50%氰丙基苯基(其中25%氰丙基25%苯基)(50%)二甲基聚硅氧烷 AC225，OV-225，BP-225，DB-225，HP-225，RTX-225 四、强极性 polyethylene glycol 聚乙二醇 AC20，PEG20M，HP-INNOWAX(FFAP是其与2-硝基对苯二甲酸的反应产物)

毛细管WAX (平均分子量未公开）与聚乙二醇20M非常接近 15000 毛细管WAX (平均分子量未公开）与聚乙二醇20M非常接近

附：

外径多为1/8或1/4英寸

填充柱 VS 毛细管柱 Solid Support Liquid Phase 气相填充柱 气相毛细管柱

填充柱 VS 毛细管柱 优点： 总柱效高 分析速度快 缺点: 柱容量小 对痕量分析不利

不推荐切割使用 湖南省药品检验所-------丁野

固定相 选择性、极性及苯基含量 直径 柱效、保留值、柱头压、载气流速等 柱长 保留值、柱头压、流失及成本 膜厚 容量、惰性、流失、温度上限等 毛细管色谱柱选择原则 为了某种应用，选择正确的毛细管色谱柱是个难以确定（有时还很困难）的任务。如果可能，应该从咨询GC制造商和供应商的方法应用举例开始。 固定相 选择性、极性及苯基含量 直径 柱效、保留值、柱头压、载气流速等 柱长 保留值、柱头压、流失及成本 膜厚 容量、惰性、流失、温度上限等

1、选择固定相 选择毛细管柱时，最重要的是选择固定相 而这也是最难且最难以确定的。 最可靠的方法是参考色谱柱制造商和供应商、GC制造商及出版的文献中所提供的应用实例的汇编（经验的积累） 三种力：色散力、偶极矩和氢键作用力（对于液态或胶态固定相-聚硅氧烷和聚乙二醇）

色散力为主，按照沸点增高的顺序流出 具有简单结构、官能团或同系物的化合物 湖南省药品检验所-------丁野

具有混合官能团化合物，沸点简化方法失败

进行偶极相互作用的相同固定相也进行了着氢键相互作用 湖南省药品检验所-------丁野

影响保留作用的另一个固定相特征是苯基的含量。通常，苯基含量↑，芳香溶质的保留就越强（相对于脂肪溶质）

极性并不直接与选择性相关，但会影响化合物的保留及分离 湖南省药品检验所-------丁野

固定相提供足够分离度时，并不需要较高的柱效 对于挥发性相似的化合物，与固定相极性相似的溶质会具有更大的保留值 趋势：非极性↑ 柱寿命↑ 温度上限↑ 柱效↑ 必须综合考虑分离度和柱效而不能分开考虑色谱柱特性 极性仅是影响保留和分离的众多因素之一 固定相提供足够分离度时，并不需要较高的柱效 湖南省药品检验所-------丁野

2、色谱柱直径 影响主要考虑因素的五个参数 柱效 与直径成反比。 保留值 恒温下，与直径成反比 压力 柱头压大约是柱半径的负二次方函数 载气流速 随柱直径增大而加快 容量　 柱直径↑，容量↑； 固定相、溶质和膜厚

程序升温，溶质的保留是恒温下的1/3或1/2

除非柱直径非常大或非常小，否则压力通常不是问题 3、柱长 影响三个重要参数 柱效 与柱长成正比。 保留值 恒温下，与柱长成反比 压力 柱头压几乎与柱长成正比 除非柱直径非常大或非常小，否则压力通常不是问题 成本与柱长直接相关 不推荐长柱切割使用 柱流失随柱长↑而↑，但增加不非常大 不应妨碍较长色谱柱的使用 但旧柱例外 湖南省药品检验所-------丁野

4、膜厚 影响五个主要参数 保留值、分离度、流失、惰性、容量 保留值 恒温下，与膜厚成正比；膜薄减少K强的溶质的保留，更快或在更低的温度下流出；常用于高沸点高分子量化合物的分析 分离度 提高幅度取决于溶质的k值 k≤5 可以提高R; k为5～10，稍微或适中改善 k＞10 通常不会改善，有时会损失R

流失 随着膜厚增加而增加 较晚流出的峰可能转移到色谱柱流失较高的区域（柱的温度上限会更低） 惰性 液膜较厚的柱更具惰性，有更多固定相来保护溶质不受管线表面的干扰 可减少或消除活性化合物的峰拖尾 容量 增加 减少峰展宽→减少共流出

进样方式

气体样品进样器 液体样品进样器 微量注射器进样

自动进样 熟练进样 手动进样 速度慢或针滞留

温度合适 +10℃ -10℃

问题集锦 制造商手册 (1)色谱柱安装 准备安装工具：切割器、螺母、扳手、密封垫圈、打字机修正液 切割、检查、适当深度、通载气、检漏（不加热） 注入非保留物质验证：丁（甲）烷（FID）、乙腈的顶空蒸气（NPD）、二氯甲烷顶空蒸气（ECD）、空气（TCD）、氩气（质谱仪） 是否出现对称非保留峰 老化 最高使用温度（低者为准） 2小时 10分钟

(2)色谱柱性能下降 色谱柱断裂 较大直径的易断裂 接头修复 后半段暴露在高温的氧中迅速损坏 热损坏 超出柱温上限 长时间 尤有氧存在 设定柱温上限 氧损坏 许多毛细管GC柱的大敌 流路的泄漏是源头 柱流失 拖尾 R↓

化学损坏 少 无机或矿物酸和碱 多不分流进样或大口径直接进样 柱前端修整或切割0.5-1m或更长 柱被污染 常见 与其他问题类似，不易发现 化学损坏 少 无机或矿物酸和碱 多不分流进样或大口径直接进样 柱前端修整或切割0.5-1m或更长 柱被污染 常见 与其他问题类似，不易发现 非挥发性 拖尾峰或峰面积减少 半挥发性 峰形、面积、基线问题 （不稳定、偏离、漂移和鬼峰等） 进样样品 （积聚） 气路和捕集阱的材料、密封圈、隔垫微粒、其他接触样品部件 湖南省药品检验所-------丁野

用溶剂清洗色谱柱

色谱柱保存 拆下，将GC隔垫置于色谱柱的两端 置留GC中，通载气或关闭加热单元后关载气

(3)基线噪音过大 污染 进样器、色谱柱、检测器 载气 纯度低或过滤装置失效 柱安装 插入检测器端过长 隔垫降解 尤其高温分析 灯丝、电子倍增器 老化 使用MS、ECD及TCD时 有泄漏

(4)基线不稳定或有干扰 污染 进样器、色谱柱、气路 检测器未平衡 有的需24小时 老化 充分老化色谱柱，尤其痕量分析 程序升温中载气流速改变 MS、TCD和ECD敏感

(5)无峰或峰很小 柱子是否与进样口和检测器正确连接 检测器是否正常工作 无效进样 是否有大的漏气

(6)拖尾峰-所有峰都拖尾 污染 色谱柱 色谱柱安装差 or 进样口温度过低 溶剂相极性不匹配 换为单一溶剂、使用保留间隙 分流比过低 柱过载 不分流进样或柱上进样的溶剂效应 降低初始柱温 进样技术欠佳

常见问题解答 峰拖尾-只有活性物质拖尾 使用液膜更厚的另一种色谱柱 活性–色谱柱和/或石英衬管 污染–色谱柱和/或石英衬管

(7)分裂峰 进样技术 有未分离的峰 将柱温降低20-30℃ 样品在进样针中有残留 将进样口的温度增加20-30℃ 有未分离的峰 将柱温降低20-30℃ 样品在进样针中有残留 将进样口的温度增加20-30℃ 混合的样品溶剂 溶剂的极性或沸点差别大,改单一溶剂

检测器过载 色谱柱安装差 插入距离非常不当 样品在进样中降解 降低进样品温度或改为柱上进样

(8)保留时间波动（调用巳有方法时） 载气流速改变 所有峰波动程度一致 柱温改变 偏离量不一致 进样器泄漏 峰大小也会变 气路堵塞、隔垫泄漏 柱的流失 或色谱柱污染 化合物浓度有大的变化 分流比↑或稀释

(9)丢失色谱峰 常见问题解答 进样口温度太低 高沸点的化合物不能很快地气化 进样口温度太高 许多挥发性的组分在进样口降解 进样口被污染 进样口的污染物与样品发生反应 清洗进样口，更换衬管和进样垫 衬管有活性 使用脱活的衬管

常见问题解答 污染案例 QC测试混合标样 75次油样分析后 QC测试混合标样

常见问题解答 1.从色谱柱入口处切除1.5m 2.更换石英衬管和隔垫 3.冲洗进样口

如果怀疑有更严重的色谱柱污染问题--- 常见问题解答 一次只截去进样口端的一圈色谱柱 在色谱柱最高使用温度(参照色谱柱标注牌)下等温烘 烤色谱柱，不超过两小时 参照固定相冲洗程序冲洗色谱柱( 咨询相关技术支持) 反接色谱柱

谢 谢 湖南省药品检验所-------丁野

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