淺析影響棒狀薄層色譜儀分析結(jié)果的因素

棒狀薄層色譜儀是采用棒狀薄層分離技術(shù)與氫火焰離子化檢測(cè) (TLC/FID) 手段組合而成的專用分析儀器，可檢測(cè)所有的有機(jī)化合物，特別適用于重油類分析，示蹤有機(jī)合成反應(yīng)過程。PX-CF19是在吸收國(guó)內(nèi)外薄層色譜基礎(chǔ)上經(jīng)過多年的不斷完善和發(fā)展新近推出的一款可替代進(jìn)口的棒狀薄層色譜儀，可在開放的氣氛下檢測(cè)用氣相色譜和液相色譜方法很難檢測(cè)的樣品，并可以非常簡(jiǎn)單的對(duì)于點(diǎn)在色譜棒上的樣品進(jìn)行定量分析。

 

1967年英國(guó)的Padley發(fā)明了棒狀薄層色譜氫焰掃描法。用直徑0.5毫米，長(zhǎng)度20毫米的石英棒，表面涂一層吸附劑代替一般的薄層色譜板，進(jìn)行樣品的展開分離，然后揮發(fā)掉溶劑，直接通過FID的火焰進(jìn)行掃描、檢測(cè)和定量。掃描儀的原理如圖1所示。后來，日本的多家公司對(duì)此方法進(jìn)行不斷地改進(jìn)和優(yōu)化，并研究出性價(jià)比較高的燒結(jié)色譜棒與之配套。該儀器引起了不少色譜工作者的興趣，特別是在石油類和藥品類應(yīng)用。近年來發(fā)表近百篇相關(guān)文章，同時(shí)也有不少的綜述性文章，大都表現(xiàn)出贊同，認(rèn)為該方法簡(jiǎn)單、靈敏、經(jīng)濟(jì)、通用。蕞小檢出量可達(dá)到10-7 至0-9次方；譜析儀器的PX-CF19棒狀薄層色譜儀其檢測(cè)限已達(dá)到10-11次方。一般相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（CV）在1%～5%之間，譜析棒狀薄層色譜儀達(dá)到1%～2%。早期，日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JIS  K3373）用此法檢測(cè)衣物的污物，作為評(píng)價(jià)洗滌劑的洗滌效率的方法，隨后又應(yīng)用到原油等大分子物質(zhì)的檢測(cè)分析，國(guó)內(nèi)對(duì)此也有深入的研究及應(yīng)用，并且于1992年以后有所生產(chǎn)（如CM-1型，現(xiàn)在譜析儀的PX-CF19型已處在國(guó)內(nèi)外較為先進(jìn)的水平），應(yīng)用良好。

 

但是，國(guó)內(nèi)外對(duì)此方法也有不少的批評(píng)意見，如Fores認(rèn)為該法只能半定量，也有人認(rèn)為不能定量，認(rèn)為該法重復(fù)性差、誤差大，此問題已經(jīng)引起許多人的注意，譜析儀器闡述此方法中按操作的各階段對(duì)誤差的影響，分別予以探討。

 

一、點(diǎn)樣

 

點(diǎn)樣對(duì)誤差的影響可以分為兩個(gè)方面。一個(gè)是點(diǎn)樣量的重復(fù)性，再一個(gè)是點(diǎn)樣量的大小。由于薄層棒的負(fù)荷很小，一般點(diǎn)樣量為幾個(gè)微升，用一般微量注射器點(diǎn)樣誤差較大，所以采用定量點(diǎn)樣（外標(biāo)法）時(shí)，CV值一般在10%～20%之間，個(gè)別的可達(dá)到1%。用內(nèi)標(biāo)法和歸一法，可抵消這部分誤差。

 

適當(dāng)加大點(diǎn)樣量可是誤差降低。例如用定量點(diǎn)樣法點(diǎn)樣0.4ug時(shí)CV=25.3%；1ug時(shí)CV=6.0%～13.5%；認(rèn)為點(diǎn)樣量以1ug～10ug之間為宜。有人認(rèn)為，點(diǎn)樣量對(duì)CV的影響是通過響應(yīng)值與樣品重量的非線性關(guān)系引起的。另外，還有人誤認(rèn)為雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖中呈直線性關(guān)系就是線性關(guān)系。實(shí)際上線性關(guān)系應(yīng)該是在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖log（樣品量）–logA（峰面積）上直線的斜率（即線性）=1.00±0.02才能滿足線性關(guān)系。關(guān)于上述非線性關(guān)系的原因，有人認(rèn)為是由于（1）小峰在積分器上積分不出來；（2）樣品和薄層中除C、H以外的其他元素的干擾。FID在GC中的線性關(guān)系是很好的，而在此法中線性關(guān)系不好。所以我們認(rèn)為主要原因在于薄層棒的FID掃描過程中，由于兩種線性損失（揮發(fā)損失和殘留損失）引起的，而影響這兩種損失的因素，除樣品量外還與樣品和吸附劑的性質(zhì)、FID的掃描的條件有關(guān)。

 

最后，點(diǎn)樣量還與薄層的最大負(fù)荷有關(guān)。如果點(diǎn)樣量太大，會(huì)使色譜峰變寬，也會(huì)影響線性關(guān)系；而薄層的最大負(fù)荷又與薄層厚度、吸附劑性質(zhì)、展開劑性質(zhì)、溫度、樣品的組成和性質(zhì)等有關(guān)，所以每種樣品應(yīng)根據(jù)具體情況選擇蕞優(yōu)的點(diǎn)樣量。

 

二、展開條件

 

展開條件包括薄層棒的性質(zhì)、展開劑的性質(zhì)、展開溫度等條件。其中關(guān)鍵的因素是薄層棒，薄層棒的形狀、稀附劑的性質(zhì)、吸附劑層的厚度等條件的波動(dòng)均能產(chǎn)生誤差。例如Fores用顯微鏡觀察證明，由于沿薄層棒的薄層厚度變化，使樣品的靈敏度發(fā)生變化而產(chǎn)生誤差。Mills在10根薄層棒上得到三種成分的CV值分別為6.16、2.34和4.29。而在同一根棒上，同一樣品分析10次，得到的VC值分別為4.28、1.28和1.37。顯然，不同棒間比同一棒的VC值要大，所以許多作者均是將購(gòu)來的燒結(jié)棒先用標(biāo)準(zhǔn)試樣進(jìn)行測(cè)試，選用能取得數(shù)據(jù)相近的那些棒供使用以減少誤差。如果自己涂薄層棒，要嚴(yán)格控制石英棒的質(zhì)量（直徑、彎曲度和錐度）并注意涂棒操作的重復(fù)性；其次，是薄層棒的含水量的波動(dòng)。因?yàn)楸影羯系奈絼雍鼙。罨院笪芸臁Ｋ裕┞对谑覂?nèi)時(shí)間的長(zhǎng)短、室內(nèi)空氣的濕度等均能對(duì)分析結(jié)果產(chǎn)生很大的影響。Ackinan發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期存放的色譜棒會(huì)使展開結(jié)果不正常，經(jīng)過數(shù)次空白掃描后，方可恢復(fù)到原來的效能，這是因?yàn)楸影粼陂L(zhǎng)期保存中水分等雜志引起的。有時(shí)薄層棒上含有適當(dāng)?shù)乃挚梢詼p少拖尾，因而也減少誤差。另外，R值太大或太小，均可使誤差增大，所以應(yīng)當(dāng)適當(dāng)選擇展開劑和吸附劑，使樣品中的主要成分R值適中。展開劑的成分和展開溫度，也應(yīng)該嚴(yán)格控制，以免產(chǎn)生誤差。

 

三、FID掃描條件

 

FID在GC中已經(jīng)廣泛使用，其性能以廣為人知。所以我們譜析儀器色譜工程師只探討FID在掃描薄層棒時(shí)一些條件的影響。根據(jù)Padley的研究，薄層棒上的樣品，通過FID掃描的響應(yīng)值與兩種損失有關(guān)：一種是揮發(fā)損失，是指易揮發(fā)物，由于受到火焰溫度的影響，在進(jìn)入火焰之前就揮發(fā)掉了，使響應(yīng)值降低；另一種是殘留損失，是指一些難揮發(fā)的物質(zhì)，通過FID后未能揮發(fā)殘留在色譜棒上，使響應(yīng)值降低。這兩種損失與樣品量有關(guān)，當(dāng)樣品量增大時(shí)揮發(fā)損失相對(duì)的減少，殘留損失則增加。所以，它們是產(chǎn)生前文所述樣品量與響應(yīng)值之間的非線性關(guān)系的重要原因。如果線性關(guān)系不好，則絕對(duì)校正因子和相對(duì)校正因子，均隨樣品量而變化。由于樣品量的波動(dòng)變化，而就產(chǎn)生了誤差。

 

影響這兩種損失的主要因素有氫火焰FID的溫度和大小、掃描速度、樣品的揮發(fā)度以及樣品與稀附劑間吸引力等。氫火焰的大小和溫度主要是由氫氣流量來調(diào)節(jié)，當(dāng)氫氣量大時(shí)火焰增大，溫度升高，使揮發(fā)損失增大，使殘留損失減少。相反，當(dāng)掃描速度提高時(shí)，使揮發(fā)損失減少，殘留損失增大。所以，我們譜析儀器認(rèn)為用FID掃描薄層棒上樣品的靈敏度，主要取決于FID的溫度和掃描速度。研究實(shí)驗(yàn)表明，在使用棒狀薄層色譜儀分析脂類時(shí)，掃描速度為260mm/min時(shí)誤差較小，CV=3.0-5.9%，而放慢掃描速度至130mm/min時(shí)誤差增大，CV=15.4-51.5%。認(rèn)為是由于燃燒區(qū)過熱，引起組分在進(jìn)入火焰之前揮發(fā)損失產(chǎn)生的。試驗(yàn)還表明，當(dāng)氫氣流量在180mL/min時(shí)誤差蕞小，CV=2.9-6.0%，氫氣量過高或過低，均使誤差增大。 如H2為160mL/min時(shí)，CV=4.1～10.3%，當(dāng)H2為188mL/min時(shí)，CV=3.6～10.7%（CV的范圍是因不同的組分引起的）。樣品的揮發(fā)度大，使揮發(fā)損失增加，殘留損失減少。樣品與吸附劑的作用力使樣品難以揮發(fā)，所以此種作用力越大使揮發(fā)損失減少，殘留隨著增大。Fores指出，樣品在棒狀色譜氫火焰掃描法中的靈敏度不但與物質(zhì)的化學(xué)成分有關(guān)，還與其從棒上揮發(fā)的速度有關(guān)。Ranny認(rèn)為，樣品組分的相對(duì)揮發(fā)度以及吸附劑對(duì)每個(gè)組分吸附力的大小（可以用組分的R值代表）均能影響其響應(yīng)值。又如在分析卵磷脂和膽甾醇時(shí)比類脂化合物的誤差大，是由于吸附層對(duì)它們的吸附力不同所致。有人發(fā)現(xiàn)不飽和化合物在浸AgNo3薄層棒用氫火焰掃描的相對(duì)校正因子，與GC-FID系統(tǒng)上不同。認(rèn)為是由于反式乙烯基與吸附劑的吸引力比順式乙烯基強(qiáng)，降低了反式化合物的揮發(fā)度原因。Sipos和Ackman發(fā)現(xiàn)組分重量與峰面積的關(guān)系式與組分的揮發(fā)度有關(guān)。另外還認(rèn)為R值不同，裂解速度也不同，也會(huì)影響峰面積的大小。

 

因薄層棒用氫火焰掃描的線性關(guān)系與樣品的性質(zhì)有關(guān)，所以每種新樣在定量分析之前，蕞好用實(shí)際樣品測(cè)定線性，如果線性太大或太小，應(yīng)調(diào)整操作條件（掃描速度和氫氣流量）使線性適中。另外，除了個(gè)別情況下組分的性質(zhì)相近其面積百分?jǐn)?shù)與組分含量相近外，在運(yùn)用棒狀薄層色譜氫焰的掃描法時(shí)，必須實(shí)測(cè)校正因子。由于校正因子與實(shí)驗(yàn)條件有關(guān)，所以當(dāng)實(shí)驗(yàn)條件改變或試用一批新棒時(shí)也必須重新校正。

 

四、定量分析

 

如前文所述，由于點(diǎn)樣誤差較大，所以用定量點(diǎn)樣（外標(biāo)）法，誤差較大。利用內(nèi)標(biāo)法可抵消點(diǎn)樣等因素引起的誤差。例如，Martin-Pothieu用定量點(diǎn)樣法時(shí)，CV為15–20%；而用內(nèi)標(biāo)法，CV降到3.8–4.1%。用歸一法，CV值蕞小，1–2%。

 

采用歸一法，一般需用純樣逐個(gè)求出每個(gè)組分的校正因子。當(dāng)樣品中含有低沸點(diǎn)的成分和溶劑，以及含有水、無機(jī)鹽等不出峰的雜質(zhì)時(shí)，蕞好采用內(nèi)標(biāo)法或內(nèi)加法定量。

 

五、結(jié)論

 

（1）為了減少誤差，在不超過薄層棒的最大負(fù)荷的情況下，點(diǎn)樣量大些為好，一般為1～10ug。

 

（2）應(yīng)嚴(yán)格控制薄層棒的規(guī)格、性質(zhì)、操作時(shí)間、環(huán)境溫度等展開條件。

 

（3）應(yīng)調(diào)整掃描條件，是在線性條件下工作。

 

（4）蕞好采用歸一法定量，在條件不具備時(shí)，可采用內(nèi)標(biāo)法和內(nèi)加法。

 

關(guān)于譜析棒狀薄層色譜儀

 

PX-CF19棒狀薄層色譜儀采用了新型的電子傳感流量控制技術(shù)和高精度的激光精密加工工藝，無論是實(shí)驗(yàn)分析方法還是整體儀器質(zhì)量都非常可靠，從而保證了實(shí)驗(yàn)分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可操作性，尤其對(duì)重質(zhì)油品及大分子族組成定量分析是行之有效的手段。廣泛用于石油化工、石油地質(zhì)、煤炭化學(xué)、精細(xì)化工、醫(yī)藥衛(wèi)生及環(huán)境化學(xué)等方面，具有操作簡(jiǎn)單、分析速度快、分析周期短、環(huán)保等特點(diǎn)。儀器采用LED大屏顯示，內(nèi)容豐富；中文觸鍵操作，得心應(yīng)手；全自動(dòng)智能軟件運(yùn)行控制，自動(dòng)控制再現(xiàn)性好，機(jī)械性能穩(wěn)定可靠。

 

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