影響毛細管色譜柱使用壽命的因素有哪些

作為實驗人員我都希望一根色譜柱可以盡可能的耐用，一方面減少檢驗成本，另一方面則可以減少因為頻繁更換色譜柱產(chǎn)生的檢測結(jié)果波動。

那么毛細管色譜柱的使用壽命受哪些因素影響，該如何延長呢？本文對此予以說明。

一、影響色譜柱使用壽命的主要因素

1、色譜柱破損

石英毛細管柱的聚酰亞胺層，如有少許破損就很難再保護脆弱的石英毛細管。當柱箱連續(xù)地加熱和冷卻、柱箱風扇的震動和柱架等都會對毛細管造成應(yīng)力，最終在色譜柱有弱點處破裂。大內(nèi)徑柱更容易破裂，也就是說，在操作0.45～0.53mm內(nèi)徑柱時，要比0.18～0.32mm內(nèi)徑柱更要小心。

如果已經(jīng)斷裂的色譜柱，仍在高溫下連續(xù)運行或是作多階溫度程序運行，很可能損壞色譜柱，因破裂的后半段暴露在高溫的氧氣中，這樣會很快地破壞固定相；而斷裂的前半段，由于有載氣流過，氧的影響會小些。如斷裂的色譜柱沒有再加熱或只暴露在高溫或空氣中很短時間，斷裂的后半部分不會受到明顯損壞，可考慮作為它用。

2、熱損傷

超過色譜柱溫度上限，會造成色譜柱固定相和管表面加速損壞，色譜柱的過量流失會使活性組分拖尾，降低柱效。一般熱損壞是一個很慢的過程，但有氧存在時，會大大加速熱損壞。

另外在有漏氣情況下，色譜柱過熱也會加速損壞或永久性損壞色譜柱。

3、氧損傷

氧是毛細管柱的大敵，在接近室溫下，不會對色譜柱有太大損害，柱溫升高時會嚴重損壞色譜柱。對于極性固定相，即使溫度和氧濃度很低時，也會發(fā)生嚴重損壞。雖然，短時間地暴露在空氣中，如注射空氣或更換隔墊不會有太大問題，但也應(yīng)避免。

在氣路上有漏氣的地方(如氣路、接頭和進樣器)，往往是進入氧氣的源頭，當色譜柱加熱時，就會很快地損壞固定相，會過早地引起固定液的過度流失，至使活性化合物有拖尾，降低柱效。在不太嚴重的情況下，色譜柱還會有一定的分離功能，但柱效已經(jīng)下降。在嚴重的情況下，色譜柱就會完全失效。

4、化學損傷

有少數(shù)化合物會使固定相遭到破壞。不揮發(fā)性化合物，進入色譜柱常常會降低色譜柱的性能，但是不會破壞固定相，有條件時這些沉積的殘留物可以用溶劑沖洗而除去，能恢復(fù)色譜柱的性能。

要避免進入色譜柱的主要化合物是無機和礦物堿和酸，這些礦物堿和酸不會揮發(fā)，通常積累在色譜柱的前端，如果使其停留在那里就會破壞固定相，使色譜柱過早的大量流失，使活性化合物拖尾，以及使柱效下降，其征兆和熱損壞及氧損壞類似。

由于化學損壞多發(fā)生在色譜柱的前端，所以可把色譜柱的前端切掉0.5～1m，在比較嚴重的情況下，可以截去 5m 或更長的一段。如果使用保護柱就會減小色譜柱被損害的長度，但是需要經(jīng)常處理或更換保護柱。酸或堿還常常會破壞石英管內(nèi)的去活表面，因而會引起活性化合物的峰形變壞。

5、污染

氣相色譜中，毛細管色譜柱被污染是很普遍的問題，不幸的是，它和各種各樣常見的故障相似，常常被錯誤的判斷為其它的故障，雖然被污染了的色譜柱并沒有損壞，但已失去效能。通常有兩種基本類型的污染物，不揮發(fā)性污染物和半揮發(fā)性污染物。不揮發(fā)性污染殘留物不能從色譜柱里洗脫出來，而是累計在色譜柱里，這樣它就成為涂漬了殘留物的色譜柱，因而影響溶質(zhì)的分配。而且殘留物還會和活性化合物相互作用，甚至造成峰的拖尾，減少峰面積。

活性溶質(zhì)是指那些含有羥基或氨基(一些硫醇基)及醛的物質(zhì)；半揮發(fā)性污染物最后會洗脫出去，但需要幾個小時或幾天時間，半揮發(fā)性污染物和不揮發(fā)性殘留物一樣，他們也會引起峰形變壞和峰面積減小。此外，還常常引起基線不穩(wěn)定(漂移、噪音增加)或出鬼峰等。

污染物的來源有許多，其中進樣是最主要的來源。生物液體和組織、土壤、廢水、地下水和類似的含有大量半揮發(fā)的和不揮發(fā)物質(zhì)的基體，甚至使用凈化方法，樣品也會含有少許這些物質(zhì)并帶到注射樣品中，幾次到幾百次進樣就會造成殘留物的積累故障。柱上進樣、不分流進樣和大口徑柱直接進樣等進樣方法常常會造成上述色譜柱的嚴重污染。

污染物還會來源于氣體管路、凈化器、密封墊、隔墊的碎屑或其他與樣品可能接觸的物質(zhì)，如樣品瓶、溶劑、注射器、移液管等，這些類型的污染物可能會突然性的引起故障。

二、延長色譜柱使用壽命的方法

1、正確的安裝和操作

氣相色譜柱一旦受到損傷之后，想恢復(fù)其分離效能往往是極其困難的，因此要使一根氣相色譜柱能夠獲得更長的使用壽命，最根本的是在于能夠正確的安裝和操作，形成良好的使用和維護習慣。如定期對管路和壓力調(diào)節(jié)器進行檢漏、定期更換隔墊、用高純度載氣、安裝氧凈化器以及不要待載氣鋼瓶完全用空再進行更換等，以免系統(tǒng)和氧接觸而受氧化損壞；嚴格和徹底的凈化樣品，以減少半揮發(fā)性和不揮發(fā)性殘留物對色譜柱的污染。

2、使用預(yù)柱

為了延長色譜柱的壽命，除合理選擇柱類型和固定相外，減少柱的活化或再生頻率，提高日常工作效率，是較佳的方法。有時使用預(yù)柱是不可缺少的。

在毛細管氣相色譜分析中，可以使用一段1～10m的去活石英毛細管作為預(yù)柱，減少污染物對色譜柱的損傷。這段去活石英毛細管又被稱為空保護柱，它連接在毛細管柱前面。去活石英管沒有涂漬任何固定相，只是對管壁表面進行了去活處理，以便減小和溶質(zhì)的作用，大多數(shù)的情況下，空保護柱內(nèi)外徑和色譜柱相同，如果管徑不同，最好使用內(nèi)外徑大一些的保護柱，要比使用直徑小的效果更好。

當樣品中含有不揮發(fā)組分時，使用保護柱可免污染色譜柱，這樣可以大大減少殘留物和樣品之間的作用。因為空保護柱不會保留溶質(zhì)(沒有涂漬固定相)，且殘留物不會覆蓋在固定相的上面而導致不好的峰形?？毡Ｗo柱常為3～5m長，當有峰形出現(xiàn)問題時，保護柱應(yīng)當進行再處理或更換了。

空保護柱也常用于某些樣品，以改善峰形。在大體積進樣(>2μL)的不分流進樣、大內(nèi)徑柱直接進樣和柱頭進樣情況下，對溶劑和固定相極性不匹配時很有用，它對靠近溶劑前沿流出的峰或溶質(zhì)的極性和溶劑很相似時色譜峰，會有很大改善。

3、色譜柱的再生

當色譜柱使用一段時間以后，柱內(nèi)由于各種原因，滯留了一些高沸點組分或氧化物等，除柱效有所下降外，還可能出現(xiàn)基線波動或“鬼峰”。為了去除污染物，使柱效和基線恢復(fù)到原來的狀態(tài)，稱為色譜柱的再生。色譜柱的再生和柱老化有一定區(qū)別和不同，它是柱在使用一段時間柱性能下降，經(jīng)處理后盡量恢復(fù)到原來性能的過程。

a.色譜柱在以下幾種情況必須再生處理：

i.使一段時間，柱效明顯下降；

ii.柱被污染，特別是在程序升溫時，基線漂移和噪聲超過容忍程度或出現(xiàn)“鬼峰”；

iii.柱頭塌陷，柱床短路或斷位(在玻璃柱中容易發(fā)現(xiàn))，而出現(xiàn)尖峰或雙重峰；

iv.峰形展寬，保留時間明顯變化；

v.待分離組分和固定相表面非特異性相互作用，引起保留時間較短的峰拖尾或出現(xiàn)雙峰；

b.毛細管柱再生的幾種方法

i.用載氣將色譜柱污染物沖洗出來；

ii.將柱頭截去100mm 或更長一些；

iii.若使用交聯(lián)的色譜柱，可在儀器上反復(fù)注射溶劑進行沖洗。常用的溶劑依次為丙酮、甲苯、乙醇、氯仿和二氯甲烷，每次可進樣5～10μL；

iv.交聯(lián)柱在儀器上沖洗無效時，可把柱拆下來用二氯甲烷或氯仿沖洗，溶劑用量視柱的污染程度而定，一般20mL 左右。

c. 色譜柱再生前應(yīng)注意的問題

當分析出現(xiàn)問題時，不能只考慮是柱問題，而馬上進行再生。除上述情況外，還應(yīng)考慮樣品處理、進樣技術(shù)、操作有無失誤、數(shù)據(jù)處理參數(shù)有無改變等可能帶來的問題。

i.襯管、預(yù)柱和檢測器被污染也會引起基線不穩(wěn)定、出現(xiàn)“鬼峰”或裂解峰；

ii.新的注射墊也會引起基線漂移和出現(xiàn)“鬼峰”；

iii.襯管密封欠佳、柱安裝死體積或檢測器固有特性也會引起較早出現(xiàn)峰的拖尾；

iv.分析系統(tǒng)發(fā)生變化(如漏氣嚴重)也可能使保留時間突變；

v.峰變寬，除柱效下降外也可能由柱外效應(yīng)引起；

vi.進樣量太大也會引起峰變寬、拖尾或保留時間變短；

vii.色譜柱長時間樣品過載，保留時間也會變小等。

d.色譜柱再生時應(yīng)注意的幾個問題

i.如前所述和色譜柱老化一樣，不是溫度越高越好，時間越長越好；建議不要使用長時間烘烤的方法，來處理受到污染的色譜柱，因為烘烤時，溫度會把污染的殘留物變成不能溶解的物質(zhì)，再用溶劑清洗也無濟于事；

ii.儀器在高靈敏度操作時，如：量程在1×10-11A/mV以下，痕量分析程序升溫過程中，溫度升到大于180℃后，基線明顯漂移是不可避免的；

iii.不同類型柱子，再生方法不同；

iv.樣品種類、組分、進樣量不同或操作時間長短不同，再生方法也不同；

v.儀器本身條件如：氣源種類、純度、凈化條件、進樣口結(jié)構(gòu)和操作檢測器不同，再生柱方法也有區(qū)別；

vi.高分子量組分污染色譜柱后，高溫再生時間長會導致固定相的老化；使用交聯(lián)或鍵合柱最好用溶劑漂洗再生，漂洗溶劑流動方向一定要從柱出口注入。應(yīng)該注意，毛細管柱交聯(lián)鍵合率通常不到90%，因此會漂洗掉未化學結(jié)合的液相部分，所以保留時間和分離狀態(tài)會有所變化；

vii.對于難揮發(fā)物，碳化物是不能通過再生除去，對于填充柱最好使用帶襯管氣化室進樣器，對于毛細管可通過把柱入口切去30～50cm的方法除去污物段。有條件的可以使用預(yù)柱，把不揮發(fā)的有機物、無機物和顆粒材料阻留在預(yù)柱中，需要時更換預(yù)柱；

viii.在某些情況下，色譜柱要在溫度極限附近使用，這時基線漂移和大噪聲已不可避免，柱的再生要求只能視情況而定；

ix.不是所有色譜柱通過再生均能恢復(fù)原來性能。對于柱效下降的柱，可以用作要求低的分析。評價色譜柱失效的標準主要有兩條：分離能力與選擇性已不能滿足要求；基線波動和出現(xiàn)“鬼峰”超出了允許范圍。

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