液相色谱和在线痕量富集方法用于除草剂的快速分析

引言

　　在相对干净的基质中进行痕量分析检测是在线SPE方法的极好应用。使用一次性的SPE小柱手动上样，需要在分析之前将样品洗脱到样品瓶内的步骤，相比之下，在线SPE可以确保100%的样品被转移到分析柱，并可以通过增加转移到色谱柱中待测物的质量来显著的提高灵敏度。在EPA 555方法中，20毫升饮用水经过泵被加载到高效液相色谱系统中一个装有高压切换阀的SPE小柱上。因为很少有自动进样器（如果配置）能够注射这么大的体积，因此样品也必须被泵入小柱中。先前的样品对加样泵的污染是被始终关注的问题，而且足够的冲洗和进空白样就成为整个方法过程中的一个重要部分。

　　减少取样体积能够满足可用的自动制备型进样器的要求，为了不损失方法的灵敏度，有必要减少分析柱的尺寸，同时保持分离能力。另外使用较小的色谱柱通常还可以减少分析时间和溶剂消耗，以及与质谱检测器离子源之间的兼容性更好。

　　如果不同色谱柱的长度与粒径的比是相等的，则被认为具有相同的分离能力。通过减少色谱柱的长度和/或内径来可以大大降低色谱柱容积。在后面的例子中，流速通常将会被降低，如等式1所示。

　　减少长度和内径的综合结果可以体现为溶剂消耗的减少。我们通常是按照色谱柱的尺寸调节进样量，一定比例的进样体积的计算是通过将两个色谱柱的空容积之比乘以最初色谱柱的进样体积得来的，如下面等式2所示。

　　小粒径的短色谱柱通常在高的线速度下运行。洗脱速度的提高将会减少绝对峰宽，而且可能需要使用者调节数据采集速率，降低信号过滤参数，从而确保色谱分离在采集的数据文件中被准确的记录下来。

　　对于梯度洗脱分离，从分析开始，逐渐增加流动相的组成，直到被关注的分析物从色谱柱中洗脱出来，将这种方法成功的转移到较小的色谱柱，需要保持原先的梯度斜率。我们可以表达梯度的斜率如等式3所示。

　　需要注意的是，使用的是每个色谱柱容积改变的百分比而不是每分钟改变的百分比，这样可以让使用者摆脱通过改变梯度的时间和/或梯度的流速来控制梯度斜率。较大的梯度斜率会产生非常快的梯度且具有最小的分离度，然而较小的梯度斜率会使分离度提高，但同时增加溶剂消耗，灵敏度有所下降。除非在可以接受的操作压力范围内通过增加流速来降低梯度斜率，而不是通过增加梯度时间降低梯度斜率，否则较长的分析时间可能会提高分离度。

　　因为有效容量因子k*的增加，较小的梯度可以提高分离度。与等度分离中的容量因子k非常相似，较高的k值可以直接提高分离度。当k值大约达到5-10时的分离度提高的效果是非常显著的，在此之后，提高幅度很小。在随后的例子中，我们将会见到与前面讨论的计算有关的结果。

实验条件

　　参数见图1。

结果

　　分离最初是在ZORBAX SB-C18色谱柱（4.6×250 mm，5-μm）上用浓缩的标样直接进样，柱温为25℃，使用的条件参考US EPA 555方法（图2）。采用A泵作为上样泵来完成上述痕量富集过程（图3）。然后，按照比例将方法中的流量和时间精确转换到3.0×150 mm，3.5-μm色谱柱（图4）并使用5 mL痕量富集进样。最后采用2.1×80 mm，1.8-μm的色谱柱（50 mm加30 mm系列柱）验证在少于1.5 mL进样的痕量富集条件下这种分离的可行性。（图5）

　　图1为系统中的组件和色谱柱结构。A泵为上样泵，为了防止进样体积超过G2258A双定量环自动进样器的容量（5 mL），所以A泵使用一条通路进样，另一条通路为25 mm磷酸水溶液。如果使用自动进样器直接进样，A泵将输送出25 mm磷酸。如果A泵配备了脱气机，则样品通路将绕开脱气机组件从而使样品溶液的污染减到最小。为使样品通过A泵，当新的样品流经A泵的时候，阀应该是在B的位置。然后，切换阀到A的位置，再上样所需的20 mL样品。当阀回到B的位置时，分析开始，这时A泵的样品通路将被水或下一个样品适当的冲洗。

　　图2和3分别显示了直接进样和通过泵进行痕量富集的标准分离。包括色谱柱再生阶段在内，总的分析时间共需要60分钟。将梯度转换到3.0×150 mm色谱柱时，因内径变小需要降低流速，而且因为色谱柱长度的变短需要减少梯度时间。由此分析时间从60分钟减少到36分钟，溶剂消耗也按比例从60 mL减少到15.5 mL。

　　图4中最后的色谱峰由于阀的定时错误而丢失，这个错误直到实验工作完成后才被发现。8号峰在阀切换到离线状态进行再生和平衡之前没有从痕量富集色谱柱中被洗脱出来的。需要注意的是，发生在7号峰之后的基线漂移在其它的autoSPE例子中没有被发现。

　　在图5中表明使用1200高分离度快速液相所有功能所得到的最高分析速度和分离度。操作压力最高大约在520 bar处。我们保持与最初的4.6×250 mm，5-μm色谱柱运行60分钟时相当的分离度，只需要6分钟的分析时间。

结论

　　通过对许多现有的方法进行改进而提高效率和总体性能是可行的。这里我们看到了可以提高分析速度10倍的潜在可能，并除去了最初方法中设计的上样泵。只需要使用2.1×80 mm色谱柱将大约1.3 mL样品溶液注入到autoSPE装置中，就能够替换先前所需的通过泵上样20-mL。该方法能大大改善分析效率而且确保最小的样品交叉污染。