CN107621516B - 一种气相色谱中心切割馏分收集装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种气相色谱中心切割馏分收集或二维色谱分析装置。切割馏分收集装置，包括二位四通阀及阻尼管，装置馏分收集柱为毛细管气相色谱柱或金属毛细管柱，馏分收集柱置于冷阱中。装置馏分收集柱可以更换为第二维毛细管气相色谱柱，实现挥发性组分的二维分离分析。本发明可以保证切割过程中第一维色谱柱柱出口压力保持恒定，即一维色谱峰保留时间不会发生漂移，从而一次进样的色谱过程能在第一维色谱出口进行多次切割，提高了分析通量和定性准确性；第一维检测器可以是任意的气相色谱检测器，适用范围广；装置结构和组成简单，成本低；除带有端口的多通管道外，其它部件均可以在热区之外的冷区中，热区中没有活动部件。

Description

一种气相色谱中心切割馏分收集装置

技术领域

本发明涉及气相色谱领域，具体地说是气相色谱的中心切割馏分收集装置和二维色谱中心切割装置。

背景技术

气相色谱中心切割技术可以应用于气相色谱目标馏分的制备，也可以利用两根色谱柱极性的差异，提高对复杂体系的分离能力以及对痕量组分的检测灵敏度。用于馏分收集时，通过色谱柱完成目标组分的分离，然后利用中心切割，将目标组分切割到冷阱中收集。使用中心切割方法不会对色谱分离的保留时间造成影响，从而可以实现对多个目标的连续切割；应用于二维色谱分析时，一般先在低极性的第一根色谱柱上按沸点高低进行分离，通过中心切割技术选取目标化合物所在的组分段，再在极性的第二根色谱柱进行分离，以期达到最佳分离效果。

中心切割方式包括阀切换和无阀气控切换。无阀气控切换是目前最为广泛使用的，是将第一维色谱柱经过一个三通与检测器和二维色谱柱相连，通过控制第一维色谱柱出口压力和第二维色谱柱入口压力，调整气流流动方向，从而实现中心切割。较为成熟的是Agilent公司的deans switch和岛津公司的multi-deans switching。deans switching将第一维色谱柱通过一个中心切割装置分别连接到检测器和二维色谱柱，通过控制第一维色谱柱出口压力和第二维色谱柱入口压力，选择性将第一维色谱柱流出组分送到一维检测器或者二维色谱柱进行进一步分离或直接收集。此方法原理简单，死体积小，但是此法在切割过程中会使第一维色谱柱柱出口处的压力发生变化，导致切割后第一维色谱峰保留时间发生变化，在进行多次切割时无法准确切割。multi-deans switching解决了峰漂移的问题。该系统使用的是双阻尼系统，切割过程中第一维色谱柱柱出口处的压力保持不变，通过三通电磁阀改变第二维色谱柱入口处的压力，从而改变气流流动方向实现中心切割，有效地保证了第一维色谱柱保留时间的稳定，可以实现多次切割。但是此法的气路连接复杂，需要精确地控制气路压力，装置成本较高。

阀切换具有简单、操作方便等特点，是早期色谱联用技术中使用最为广泛的接口。但在切割过程中，由于第一维色谱柱柱出口的压力改变，引起第一维后续色谱峰保留时间变化，无法根据事先测定的保留时间进行多次切割。

发明内容

针对以上问题，本发明提出一种气相色谱中心切割馏分收集或二维色谱分析装置，所述二位四通阀的第一阀孔与第一阻尼管连接；二位四通阀的第三阀孔与第二阻尼管的一端连接；一多通管件，二位四通阀的第二阀孔与多通管件的第一端口相连接，二位四通阀的第四阀孔被盲死。所述第三阻尼管一端与多通管件端口第三相连接。第四阻尼管一端与多通管件的第四端口连接，另一端与检测器连接；所述第一阻尼管、第二阻尼管、第三阻尼管和第四阻尼管均为毛细管；载气、第一阻尼管、第二阻尼管和第三阻尼管，通过一个四通连接在一起。C2为馏分收集器或接第二毛细管色谱柱，与多通管件的第五端口连接，C1为第一毛细管色谱柱，与多通结构的第二端口连接；毛细管道内径0.1mm,长度5cm,位于第一端口和第二端口之间，第二毛细管道内径0.32mm,长1cm,位于第二端口和第三端口之间；第一端口和第五端口联通，第三端口和第四端口联通；第四阻尼管的阻力与馏分收集柱的阻力相同。第四阻尼管内径0.15mm,长30-50cm；第一阻尼管采用0.25mm,长度10m的毛细管，第二阻尼管采用0.25mm,长度20m的毛细管，第三阻尼管采用0.25mm,长度15m的毛细管。当切换阀1-2、3-4联通时，控制气分别通过第一阻尼管到达第一端口、通过第三阻尼管到达第三端口，由于第三端口处的压力<第一端口处的压力，一部分流向C2冷凝柱，一部分载气从第一端口流向第三端口，这时来自毛细管柱C1的组分随载气到达第四端口，经过第四阻尼柱到检测器；当切换阀1-4、2-3联通时，控制气分别通过第二阻尼管到达第一端口、通过第三阻尼管到达第三端口，此时，第三端口处的压力大于第一端口处的压力，来自第三阻尼管的气体一部分进入第四阻尼管到达检测器，一部分向第一端口运动，来自第一维色谱柱C1的组分从第二端口位置向第一端口位置移动，进入馏分收集器C2，实现目标组分馏分收集。

由于第二端口和第三端口之间使用的是大口径毛细管，阻力很小，可以忽略不计，第二端口的压力与第三端口压力相等，保证了第一维色谱柱出口压力恒定，从而在气路切换中不影响第一维色谱分离的保留时间。

本发明装置馏分收集柱为毛细管气相色谱柱或金属毛细管柱，馏分收集柱置于冷阱中。

本发明装置馏分收集柱可以更换为第二维毛细管气相色谱柱，实现挥发性组分的二维分离分析。

本发明的装置具有以下优点：

(1)可以保证切割过程中第一维色谱柱柱出口压力保持恒定，即一维色谱峰保留时间不会发生漂移，从而一次进样的色谱过程能在第一维色谱出口进行多次切割，提高了分析通量和定性准确性；

(2)第一维检测器可以是任意的气相色谱检测器，适用范围广；

(3)装置结构和组成简单，成本低。

(4)除带有端口的多通管道外，其它部件均可以在热区之外的冷区中，热区中没有活动部件。

附图说明

图1是气相色谱中心切割馏分收集(或二维色谱分析)装置示意图。其中，E-二位四通阀；DET-检测器；10-第一阻尼管；12-第二阻尼管；11-第三阻尼管；14-第四阻尼管；C1-第一维色谱柱；C2-馏分收集器或第二维色谱柱；9-载气气源；8-四通；15-多通管件；1-二位四通阀第一阀孔；2-二位四通阀第二阀孔；3-二位四通阀第三阀孔；4-二位四通阀第四阀孔；5-毛细管道0.1mm*5cm；6-多通管件端口；7-多通管件端口；13-多通管件端口；17-多通管件端口；18-多通管件端口；16-毛细管道0.32mm*1cm。

图2是实施例1的装置分析正构烷烃的第一维色谱图和馏分切割后色谱图。其中A为不切割时的色谱图，B为通过中心切割设备切割C11峰后的色谱图。图中四个色谱峰分别对应：1-C10、2-C11、3-C12、4-C13。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例来说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

实施例1

一种气相色谱中心切割馏分收集(或二维色谱分析)装置，由二位四通阀(E)、四通8、第一、第二、第三、第四四个阻尼管(10、11、12和14)、多通连接管15、检测器(DET)、和一、第二气相色谱柱(C1、C2)组成。所述二位四通阀的第一阀孔(1)与第一阻尼管10连接；二位四通阀的第三阀孔3与第二阻尼管12的一端连接；15为多通管件，二位四通阀的第二阀孔2与多通管件15的6端口相连接，二位四通阀的第四阀孔4被盲死。所述第三阻尼管11一端与多通管件13端口相连接。第四阻尼管14一端与多通管件的17端口连接，另一端与检测器连接；所述第一阻尼管、第二阻尼管、第三阻尼管和第四阻尼管均为毛细管；载气9、第一阻尼管10、第二阻尼管12和第三阻尼管11，通过一个四通连接在一起。C2为馏分收集器或接第二毛细管色谱柱，与多通管件的18端口连接，C1为第一毛细管色谱柱，与多通结构的7端口连接；毛细管道5内径0.1mm,长度5cm,位于端口6和端口7之间，毛细管道16内径0.32mm,长1cm,位于端口7和端口13之间；端口6和端口18联通，端口13和端口17联通；第四阻尼管的阻力与馏分收集柱的阻力相同。第四阻尼管内径0.15mm,长30-50cm；第一阻尼管采用0.25mm,长度10m的毛细管，第二阻尼管采用0.25mm,长度20m的毛细管，第三阻尼管采用0.25mm,长度15m的毛细管。当切换阀1-2、3-4联通时，控制气分别通过阻尼管10到达端口6、通过阻尼管11到达端口13，由于端口13处的压力<端口6处的压力，一部分流向C2冷凝柱，一部分载气从端口6流向端口13，这时来自毛细管柱C1的组分随载气到达端口17，经过阻尼柱14到检测器；当切换阀1-4、2-3联通时，控制气分别通过阻尼管12到达端口6、通过阻尼管11到达端口13，此时，端口13处的压力大于端口6处的压力，来自阻尼管11的气体一部分进入阻尼管14到达检测器，一部分向端口6运动，来自第一维色谱柱C1的组分从端口7位置向端口6位置移动，进入馏分收集器C2，实现目标组分馏分收集。

应用例1:

用实施例1所述的装置分析水中的正构烷烃类化合物。

色谱条件：

中心切割装置保温至160℃，流速3mL/min；

一维：分流/不分流进样口，温度160℃；色谱柱30m×0.32mmi.d.×0.25μm

DB-5；载气类型N2，载气流速1mL/min；FID检测器，温度280℃；柱温160℃。

馏分收集器：不锈钢毛细管柱3.2m×0.25mm；置于冷凝器中，捕集的馏分用正己烷洗出；

分析步骤：

(1)针进样1μL正构烷烃混合标样，各组分浓度为500ppm，不进行中心切割操作，确定各组分在第一维色谱柱上的分离情况以及保留时间，原始色谱图见图2A；

(2)针进样1μL正构烷烃混合标样，各组分浓度为500ppm；根据各组分在色谱柱上的分离情况，将C11正构烷烃切割出来进入馏分收集器冷捕集，切割后的色谱图见图2B。

对比图2A和2B，在进行了二维中心切割后，色谱峰的保留时间未发生漂移，具有很好的定性准确性。

本发明可以保证切割过程中第一维色谱柱柱出口压力保持恒定，即一维色谱峰保留时间不会发生漂移，从而一次进样的色谱过程能在第一维色谱出口进行多次切割，提高了分析通量和定性准确性；第一维检测器可以是任意的气相色谱检测器，适用范围广；装置结构和组成简单，成本低；除带有端口的多通管道外，其它部件均可以在热区之外的冷区中，热区中没有活动部件。

Claims (9)

1.一种气相色谱中心切割馏分收集装置，包括一个二位四通阀，其特征在于：所述二位四通阀的第一阀孔(1)与第一阻尼管(10)一端连接；二位四通阀的第三阀孔(3)与第二阻尼管(12)的一端连接；

一多通管件(15)，为一柱体，柱体上端设有二个盲孔，为第一端口(6)和第二端口(7)，左侧设有一盲孔，为第五端口(18)，第五端口(18)与第一端口(6)连通，柱体右端从上至下设有一通孔，通孔二端为第三端口(13)和第四端口(17)；第一端口(6)和第二端口(7)之间设有毛细管道(5)，第一端口(6)和第二端口(7)之间通过毛细管道(5)连通；第二端口(7)和第三端口(13)之间设有第二毛细管道(16)，第二端口(7)和第三端口(13)之间通过第二毛细管道(16)连通；二位四通阀的第二阀孔(2)与多通管件(15)的第一端口(6)相连接，二位四通阀的第四阀孔(4)被盲死或密封；第三阻尼管(11)一端与多通管件第三端口(13)相连接；第四阻尼管(14)一端与多通管件的第四端口(17)连接，另一端与检测器的样品入口连接；

第一阻尼管(10)、第二阻尼管(12)和第三阻尼管(11)的另一端分别与四通(8)的一个端口连接，并且第一阻尼管阻力<第三阻尼管阻力<第二阻尼管阻力；四通(8)的第四个端口与载气气源(9)连接；多通管件的第五端口(18)与馏分收集器或第二毛细管色谱柱(C2)连接，多通管件的第二端口(7)与第一毛细管色谱柱(C1)连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：多通管道中，位于第一端口(6)和第二端口(7)之间的毛细管道(5)内径0.1mm、长度5cm；位于第二端口(7)和第三端口(13)之间的第二毛细管道(16)内径0.32mm、长1cm。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：

第四阻尼管的阻力与馏分收集器的阻力相同；第四阻尼管内径0.15mm、长30-50cm；第一阻尼管采用内径 0.25mm、长度10m的毛细管，第二阻尼管采用内径0.25mm、长度20m的毛细管，第三阻尼管采用内径0.25mm、长度15m的毛细管。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述二位四通阀为不锈钢、镍、或合金材质。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述二位四通阀由六通阀或十通阀代替。

6.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：检测器为热导检测器、光电离检测器、电子俘获检测器、或氦离子化检测器。

7.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：馏分收集器为毛细管气相色谱柱或金属管，馏分收集器置于冷阱中。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：馏分收集器更换为第二维毛细管气相色谱柱，能够实现挥发性组分的二维分离分析。

9.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：第一阻尼管、第二阻尼管和第三阻尼管使用不同长度和内径的毛细管色谱柱。