使用溶剂聚焦功能需要注意的问题 — 相容性

使用气相色谱仪测定样品时，通过优化色谱分析条件，使得组分出峰宽度变窄的方法被称为“聚焦”，常用的方法有热聚焦、溶剂聚焦和固定相聚焦等。使用不分流进样方式测定低浓度样品时，溶剂聚焦是较为常用的手段。

但分析工作者需要注意样品溶剂与色谱柱固定相之间的“相容性”问题，两者如果不能相容，那么溶剂聚焦的效果反而会变差，此种情况下建议修改分析条件、维护系统或者更换溶剂。

我们先以典型的气相色谱分析案例，对溶剂聚焦的问题予以说明。

某第三方环境检测公司使用GCMS-TQ8050型气相色谱-质谱联用仪开展多种农药残留检测工作，其色谱-质谱分析条件如表1所示。

色谱柱箱程序升温曲线如图1所示：

图1：程序升温曲线

用户采用此方法测定以甲醇为溶剂的农残标准样品时，发现保留时间较短的组分出现了峰形分叉的现象（保留时间低于14min的组分），如图2所示。

将此样品的溶剂改换为正己烷之后再次进样，弱保留组分的色谱峰形状则变得尖锐、无分叉——此现象的根本原因与分析条件使用了溶剂聚焦功能有关。

该分析条件的重要特点是柱箱初始温度较低，这就是分析方法使用溶剂聚焦的主要特征——降低色谱柱的初始温度，一般低于样品溶剂沸点10度以下。

图3为分流/不分流进样口工作于不分流进样状态下的流量分布示意图。在不分流进样方式下，样品于衬管内气化之后向色谱柱运行的速度比较低（示例图中为1mL/min），从而造成样品所有组分的“起始谱带”较宽，那么就可能导致组分色谱峰出现宽度较大、拖尾严重等不良现象。不良的色谱峰形会导致较差的定量检出限和分辨率，所以通常情况下需要使用辅助手段用以降低峰宽，即“聚焦”功能。

溶剂聚焦是较为常用的手段，实现溶剂聚焦的方法比较简单——将色谱柱温度降低到样品溶剂沸点10℃以下。

图4为使用和不使用溶剂聚焦功能对色谱峰形的影响比较结果。左图为不使用溶剂聚焦功能（色谱柱箱初始温度显著高于样品溶剂沸点）谱图，其中保留时间6-8min的组分的色谱峰宽度较大并出现拖尾和分叉问题，右图中对应组分的色谱峰形状良好，同时获得更好的检出限和理论塔板数，显然右图对于色谱分析定量是比较有利的。

样品在进样口缓慢气化后进入色谱柱，由于色谱柱初始温度显著低于样品溶剂沸点，样品会在色谱柱内产生冷凝，在色谱柱固定相内表面出现一定长度的液体分布区域（图5中的区域A）。在载气的推动下，沸点较低的溶剂和挥发性组分会慢慢气化和向前运行，沸点较高的目标组分仍然溶解在溶剂中。

经过一段时间的运行，液态样品的空间分布区域就会变得比较窄（图5中的区域B），此时将柱温迅速升高，样品在较窄区域、较短的时间内迅速气化，最终在检测器端就会获得峰宽较窄的色谱峰，整个过程被称为溶剂聚焦。

图5：溶剂聚焦图解

溶剂聚焦功能的使用似乎比较容易，但是在实际实验中，需要特别注意溶剂选择的问题——应当使用与色谱柱固定相“相容”的样品溶剂。

图1案例中不良色谱图产生的原因是溶剂与色谱柱固定相（极性较强的甲醇和极性较弱的Rtx-5色谱柱）不相容，换言之，溶剂不能良好地浸润固定相表面。如图6所示，如果溶剂不能良好的浸润固定相，那么样品将难以在色谱柱内部形成连续并且厚度均匀的液膜，而倾向于在色谱柱内呈现断续状态分布（图6中区域A所示）。与图5相比，样品运行相同时间后区域B的分布也依然可能呈现断续状态分布，最终使得保留时间较弱组分的色谱峰形出现分叉现象（如图1中的色谱峰状态）。

本案例中用户更换非极性的正己烷做溶剂进行再次实验，正己烷与Rtx-5固定相的相容性较好，两者可以实现良好聚焦，最终使得色谱峰形状得到改善。

除去更换溶剂的方法以外，还可以考虑修改程序升温，适度延长程序升温的低温时间，也可以减轻或消除色谱峰分叉现象。此外，如果色谱柱由于污染或者固定相损坏等问题，造成固定相（尤其是色谱柱连接进样口部分）化学性质发生变化，也会发生溶剂与固定相不相容问题，最终导致色谱峰形变差。

若实际工作环境无法满足更换溶剂的要求，建议适度提高色谱柱初始温度（略高于溶剂沸点），改用固定相聚焦的方法，以避免不分流进样方式导致的色谱峰形变差。