气相色谱仪程序升温技术

气相色谱仪分析中，对于沸点范围宽的多组分混合物，使用恒柱温分析，低沸点组分会很快流出，峰形窄，易重叠；高沸点组分流出会很慢，峰形扁平，拖尾。对于这类宽沸程多组分混合物，应采用程序升温技术，即柱温按预定的升温速度随时间呈线性或非线性增加，混合物中各组分在其最优柱温（保留温度）下依次流出色谱柱，采用足够低的初始温度，低沸点组分最早流出，随着柱温增加，较高沸点的组分被升高的柱温推出色谱柱，高沸点组分也能较快地流出，从而得到良好的峰形。

一、概念：

1、保留温度：

保留温度指程序升温中，某组分的浓度极大值流出色谱柱时的柱温。对于一定的固定液体系。每一个组分的保留温度是定性数据。当柱长、初始温度、升温速度和载气流速变化不大时，并不显著影响保留温度，只有溶解热对保留温度有较大影响。

2、初始冷冻：

程序升温中由于初始温度很低，仅对少数低沸点组分为最优柱温，能得到良好分离，其余大多数组分因为初始温度太低，蒸气压很低，大都溶解在固定液里，其蒸气带移动地非常慢，几乎停在柱人口处不动，这种现象称为初始冷冻。随着柱温升高，某些组分的蒸气带开始移动，柱温越接近其保留温度，色谱带移动速度增加越快。

3、有效柱温：

有效柱温指能获得一定理论塔板数和分离度的特征温度。对于两个难分离的组分，有效柱温是其实现分离的最优恒温温度，即在此恒定温度下两组分的分离可达到与程序升温操作同样的柱效和分离度。

二、程序升温方式：

1、线性升温：

线性升温是柱温随时间成比例增加，是最常用的程序升温方式。

2、线性升温－恒温：

线性升温－恒温是先线性升温到固定液的最高使用温度，然后恒温到高沸点组分洗脱出来。

适用于样品中低沸点组分之间的容量因子相差较大，而高沸点组分之间的容量因子相差较小的组分分离。

3、恒温－线性升温：

恒温－线性升温是先恒温分离低沸点组分，再线性升温至分离完成。

适用于样品中低沸点组分之间的容量因子相差较小，而高沸点组分之间的容量因子相差较大的组分分离。

4、恒温－线性升温－恒温：

恒温－线性升温－恒温是开始恒温分离低沸点组分，中间经线性升温，再恒温把高沸点组分洗脱出来。

适用于样品中低沸点组分与高沸点组分的容量因子相差很大，而低沸点组分之间的容量因子相差较小，高沸点组分之间的容量因子相差也较小的组分分离。

5、多阶程序升温：

适用于样品组分很多且沸点范围较宽的组分分离。

三、程序升温条件的选择：

选择程序升温条件的基础是柱效和分离度。其中影响分离度的主要因素是升温速度和载气流速。

1、升温方式：

如沸点范围宽的同系物多采用单阶线性升温，样品中含多种不同类型的化合物可使用多阶程序升温。

2、初始温度：

初始温度通常选择样品中最易挥发组分的沸点附近的温度。初始温度若选的太低会延长分析时间，若选的太高会降低低沸点组分的分离度。此外，还应根据样品中低沸点组分的含量来确定初始温度的保持时间，以保证它们完全分离。

3、终止温度：

终止温度由样品中高沸点组分的保留温度和固定液的最高使用温度决定。如果固定液的最高使用温度大于样品中组分的最高沸点，可选稍高于组分最高沸点的温度作为终止温度，此时终止温度仅保持较短时间就可结束分析。若相反，可选稍低于固定液的最高使用温度作为终止温度，并维持较长时间，使高沸点组分在此恒温条件下完全洗脱出来。

4、升温速度：

升温速度的选择要兼顾分离度和分析时间。升温速度较低，会增大分离度，但会使高沸物的分析时间延长，峰形展宽，柱效降低。升温速度较高，会缩短分析时间，但会使分离度下降。升温速度太高会影响柱寿命，特别是极性柱非常容易形成液滴。对于低极性柱和键合相柱，可以采用较高的升温速度。

一般来说，对于内径0.25mm、长25～50m的毛细管柱，升温速度以0.5～5℃/min为宜。

5、载气流速：

升温速度和载气流速共同影响分离度，决定分析速度，两者之间的相互作用复杂。

对于弱保留样品，当升温速度一定时，载气流速增加会成比例地减少保留温度和分析时间，所以提高分析速度最有效的方法是增加载气流速。

对于强保留样品，分析速度取决于升温速度和载气流速的比值。