(二)操作条件的选择

1．柱效的评价

程序升温条件下，表示柱效的理论塔板数按下式计算：

式中，^tT_R为溶质在保留温度T_R的恒温条件下测得的保留时间(它不是在程序升温过程达到保留温度时所需的保留时间t_R) ;W_b(p)为溶质在程序升温运行中，在保留温度洗脱出色谱峰的峰底宽度。

式(8-38)中不能用t_R代替^tT_R的原因，是因为在程序升温过程中存在初期冻结。只有当柱温上升接近T_R时，溶质蒸气才迅速通过色谱柱，此时影响色谱峰形加宽的各种因素才发挥作用，因此若用t_R来计算，n不能表示真正的柱效。

2．真正分离度

在PTGC分析中两个相邻组分的分离度可按下式计算：

式中，t_R(2)和t_R(1)分别为保留温度^TR₂和^TR₁对应的两个组分的保留时间；^Wb_l(p)和^Wb₂(p)分别为与^TR₁和^TR₂对应的两个组分色谱峰的基线宽度。

PTGC分析中的真正分离度R_i的表达式为

式中，^TR₂和^TR₁为两个相邻组分的保留温度；tT_R1和tT_R2分别为柱温在^TR₁和^TR₂的恒温条件下，测得组分(1)和(2)的保留时间；r为升温速率。

分离度和真正分离度的关系为

式中，n为程序升温条件下的理论塔板数。

3．操作条件的选择

PTGC中的操作条件为升温方式、初始温度、终止温度、升温速率、载气流速、柱长等。影响分离的主要因素是升温速率和载气流速。

(1)升温方式对沸点范围宽的同系物多采用单阶线性升温。如样品中含多种不同类型的化合物，可使用多阶程序升温。现在性能完备的气相色谱仪可实现3～8阶程序升温。

(2)初始温度通常以样品中最易挥发组分的沸点附近来确定初始温度。若选得太低会延长分析时间，若选得太高会降低低沸点组分的分离度。一般通用仪器，最低的T₀就是室温，也可通入液氮降至更低温度的T₀。此外还应根据样品中低沸点组分的含量来决定初始温度保持时间的长短，以保证它们的完全分离。

(3)终止温度它是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的。如果固定液的最高使用温度大于样品中组分的最高沸点，可选稍高于组分的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，就选用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，以使高沸点组分在此恒温条件下完全洗脱出来。

(4)升温速率在PTGC中升温速率r起到和恒温色谱中柱温T_c的同样作用，选择时要兼顾分离度和分析时间两个方面。当r值较低时，会增大分离度，但会使高沸物的分析时间延长、峰形加宽、柱效降低。当r值较高时，会缩短分析时间，但又会使分离度下降。对内径3～5mm、长2～3m的填充柱，r以3～10℃/min为宜。对内径0.25 mm、长25～50m的毛细管柱，r以0.5～5℃/min为宜。

(5)载气流速使用填充柱时，载气流速应使其对应的线速等于或高于范第姆特曲线中的最佳线速，并使载气流速F的变化与升温速率r的变化相适应，以在程序升温过程保持r/F的比值不变。当使用毛细管柱时，所用载气线速应大于范第姆特曲线中的最佳实用线速，这样可忽略随程序升温引起载气线速下降而产生的不利影响。

4．对程序升温系统的特殊要求

(1)载气的纯化和控制在PTGC中应使用高纯载气，以防止微量有机杂质和微量氧引起的基线漂移或因氧化而改变固定液的保留特性。当使用普通载气时，必须用活性炭、硅胶、分子筛、活性铜粉(屑)进行净化。程序升温过程为保持载气流速恒定，应使用稳流阀，以防止因柱温升高、柱阻力增大，而引起载气流速降低。

(2)耐高温固定液的使用在PTGC中，柱温经常在短时间内升至高温，因此固定液的流失是不可避免的。为减少固定液的流失并保持基线的稳定，应使用耐高温固定液，如SE-30 (350℃)、OV-101(350℃)、ApiezonL(300℃)、OV-17(300℃)、QF-1(250℃)、PEG-20M(250℃)、FFAP(250℃)、Versamid900(250℃)、SF-96(300℃)等。另外应注意到在低的初始温度，应使用黏度小的固定液，如可用SE-30和OV101时，最好使用OV 101，因其在常温下呈液态。

(3) PTGC仪器的结构特点

①仪器最好配置双气路、双色谱柱，以补偿在升温过程中因固定液流失而引起的基线漂移。某些仪器仅配有单柱，但其具有单柱补偿功能，它利用计算机可储存此单柱在PT过程因固定液流失造成漂移的信号，并从实际样品信号中扣除，从而也可获得平直的基线。

②仪器中应有各自独立的气化室、柱箱和检测器室，以保持柱箱进行程序升温时不引起气化室和检测器室的温度变化。气化室最好采用柱头进样方式，以充分利用PTGC特有的初期冻结现象。

③柱箱要足够大，使用绝热性能好的耐火材料，利于快速升温和空气对流；箱内装有大功率电加热器和强力风扇，以满足快速升温和使温度分布均匀的要求。降温时使用的通风炉门应能在程序升温结束时自动开启，以进行快速降温，当降至初始温度时可自动关闭，并为下次程序升温做好准备。

④程序升温控制器多采用电子式控温，要求其具有精确的重复性，尤其是升温速率的重复性直接影响定性和定量分析的准确性。单阶程序升温控制器，可控制初始温度、初始温度维持时间(0～60min)、升温速率(0.2～50℃/min)、终止温度及其保持时间(0～60min)。对多阶程序升温控制器，除可控制上述指标外，还可在升温过程自动改变升温速率，并控制多阶程序升温的全部执行时间(600min)。

毛细管柱具有高柱效，在分离组成复杂的混合物时，应尽可能在低柱温下进行，以获得高分离度，但柱温也不宜太低，否则分析时间过长、柱效下降。因此柱温选择应兼顾分离度和分析时间两个方面的需要。

对沸点范围宽、组成复杂的混合物应利用色谱柱的程序升温技术，以获得最高分离度、最短分析时间的最佳分析结果。

(三)程序升温气相色谱法的应用范围

根据程序升温方法的特点，特别适用于以下情况的气相色谱分析。

(1)宽沸程样品的分离如石油馏分的分析，多碳醇的分析，多碳脂肪酸酯类的分析，复杂天然产物(香精油、食品香料)的分析等。

(2)气固色谱分析在气固色谱分析中的两个明显缺陷—由于非物理吸附造成峰形的严重拖尾和由于溶质的吸附系数太大而延长了分析时间，都可通过采用PTGC而获得明显的改善。

(3)制备气相色谱利用样品的初期冻结现象，通过程序升温而获流出时间适中和峰形对称的窄峰，有利于分别收集各个组分的纯品。

(4)痕量组分分析在低的初始温度可重复多次进样，并在低初始温度下使溶剂迅速流出，而高沸点的痕量杂质可冻结在柱头，当浓缩至一定数量后，再进行程序升温，使高沸点杂质流出以提高检测灵敏度。

使用程序升温技术确有许多优点，但对难分离的组分使用程序升温技术并不是最有效的手段，此时仍应从固定液的选择和优化操作条件上来解决分离问题。

最后要指出，PTGC分析的重现性必须很好，否则就难于进行定量分析了。

相关链接：气相色谱法分析－程序升温操作技术（一）