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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
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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 ℃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
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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
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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； ……
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色谱柱
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色谱分离原理
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毛细管柱 石英玻璃 固定相 聚酰亚胺层
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
um 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
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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
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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
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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)
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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
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附：
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外径多为1/8或1/4英寸
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填充柱 VS 毛细管柱 Solid Support Liquid Phase 气相填充柱 气相毛细管柱
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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
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不推荐切割使用 湖南省药品检验所 丁野
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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
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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）
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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
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具有混合官能团化合物，沸点简化方法失败
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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
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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）
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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
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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
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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
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程序升温，溶质的保留是恒温下的1/3或1/2
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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
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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
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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
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进样方式
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气体样品进样器 液体样品进样器 微量注射器进样
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自动进样 熟练进样 手动进样 速度慢或针滞留
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温度合适 +10℃ -10℃
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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
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(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↓
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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
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用溶剂清洗色谱柱
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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
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(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
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(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
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(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
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(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
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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
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(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
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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
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(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
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(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
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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
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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
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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
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谢 谢 湖南省药品检验所 丁野
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