气相色谱仪基本知识

　　气相色谱仪是以气体为流动相的色谱分析仪器，主要用于分离分析易挥发的物质。气相色谱仪高灵敏度、gao效能、高选择性、分析速度快、所需试样量少、应用范围广等优点。在医药卫生、石油化工、环境监测、生物化学等领域得到广泛的应用。

气相色谱仪的原理

　　在加温的状态下使样品瞬间气化，由载气带入色谱柱，由于气相色谱仪各组分在固定相与流动相(载气)间相对吸附能力/保留性能不同而在两相间进行分配，在色谱柱中以不同速度移动，经一段时间后得到分离，再依次被载气带入检测器，将各组分的浓度或质量转换成电信号变化并记录成色谱图，每一个峰代表Z初混合物中不同的组分。峰出现的时间称为保留时间，可以用来对每个组分进行定性，根据峰的大小(峰面积)对每个组分进行定量。

　　涉及的几个术语：

　　固定相：在色谱分离中固定不动、对样品产生保留的一相;

　　流动相：与固定相处于平衡状态、带动样品向前移动的另一相;

　　色谱图：若干物质的流出曲线，即在不同时间的浓度或响应大小;

　　保留时间(tR)：样品注入到色谱峰Zda值出现的时间。

气相色谱仪的特点

　　选择性高：能分离同位素、同分异构体等物理、化学性质十分相近的物质。

　　分离效能高：一次可进行含有150多个组分的烃类混合物的分离分析。

　　灵敏度高：气相色谱可检测10^-11～10^-13g的物质。

　　分析速度快：一般几分钟或几十分钟便可完成一个分析周期。

　　应用范围广：450℃以下有不低于27～330Pa的蒸气压，热稳定性好的物质。

　　缺点：不适应于大部分沸点高的和热不稳定的化合物;需要有已知标准物作对照。

气相色谱仪的系统

　　气相色谱仪主要包括五大系统：载气系统、进样系统、分离系统、检测系统和记录系统。基本流程如下：

　　1、载气系统：

　　可控而纯净的载气源。气相色谱仪载气从起源钢瓶/气体发生器出来后依次经过减压阀、净化器、气化室、色谱柱、检测器，然后放空。

　　气相色谱仪载气必须是纯洁的(99.999%)，要求化学惰性，不与有关物质反应。载气的选择除了要求考虑对柱效的影响外，还要与分析对象和所用的检测器相配。常用的载气有氢气、氮气、氦气等惰性气体。一般用热导检测器时，使用氢气、氦气，其它检测器使用氮气。

　　净化器：多为分子筛和活性碳管的串联，可除去水、氧气以及其它杂质。

　　2、进样系统：

　　包括气化室和进样装置，保证样品瞬间完全气化而引入载气流。常以微量注射器(穿过隔膜垫)将液体样品注入气化室。

　　进样条件的选择：影响气相色谱仪分离效率以及分析结果的精密度和准确度;

　　气化室温度：一般稍高于样品沸点，保证样品瞬间完全气化;

　　进样量：不可过大，否则造成拖尾峰，进样量不超过数微升;柱径越细，进样量应越少;采用毛细管柱时，应分流进样以免过载;

　　进样速度(时间)：1秒内完成，时间过长可引起色谱峰变宽或变形。

　　3、分离系统：

　　分离系统是气相色谱仪的心脏部分，是在色谱柱内完成试样的分离，因为大多数分离都强烈依赖于温度，故色谱柱要安装在能够精密控温的柱箱内。

　　色谱柱的选择：

　　①色谱柱的种类

　　分为填充柱和毛细管/空心柱两类。填充柱材质多为不锈钢或玻璃，毛细管柱的材质多为石英。

　　②固定相的选择

　　固体固定相：是表面有一定活性的固体吸附剂，如活性炭、硅胶、氧化铝分子筛等，不同的分析对象选用不同的吸附剂。

　　液体固定相：由固定液和载体组成。固定液均匀的涂布在载体表面。

　　载体：要求比表面积大，化学稳定性和热稳定性好，颗粒均匀，有一定的机械强度。

　　固定液的选择：高沸点有机液体，在操作范围内蒸汽压低，热稳定性好，对样品各组分有适当的溶解能力，选择性高，挥发性小，不与样品发生化学反应等。一般根据“相似性原则”选择固定液，即组分的结构、性质或极性与固定液相似时，在固定液中的溶解度就大，保留时间长，有利于相互分离;反之，则溶解度小，保留时间短。常用固定液有甲基聚硅氧烷(如SE-30、OV-17等)、聚乙二醇(如PEG-20M等)。

　　柱温的选择：

　　气相色谱仪柱温可以采用恒温或程序升温。

　　①在能保证R()的前提下，尽量使用低柱温，但应保证适宜的tR()及峰不拖尾，减小检测本底。

　　②根据样品沸点情况选择合适柱温，柱温应低于组分沸点50~100℃，宽沸程样品应采用程序升温。

　　程序升温好处：改善分离效果;缩短分析周期;改善峰形;提高检测灵敏度。

　　4、检测器

　　检测器是将流出色谱柱的载气流中被测组分的浓度(或量)变化转化为电信号变化的装置，是气相色谱仪的核心部件之一。检测器的输出信号经转化放大后成为色谱图。

　　气相色谱仪所用检测器有热导池检测器(TCD)、氢火焰离子化检测器(FID)、电子捕获检测器(ECD)、氮磷检测器(NPD)等。

　　①热导检测器(TCD)

　　TCD是一种应用较早的通用型检测器，对任何气体均可产生响应，因而通用性好，而且线性范围宽、价格便宜、应用范围广，但灵敏度较低。现仍在广泛应用。它由金属池体和装入池体内两个完全结称孔道内的热敏元件所组成，是基于被分离组分与载气的导热系数不同进行检测。所有气体都能够导热，但是氢气和氦气的热导系数Zda，故是优选的载气。

　　②氢火焰电离检测器(FID)

　　FID是使用Z广泛的检测器，它是利用有机物在H2-Air燃烧的高温火焰中电离成正负离子，并在外加电场的作用下作定向移动形成电子流，其电流的强度与单位时间内进入检测器离子室的待测组分含碳原子的数目有关，所以它适用于含碳有机物的测定。FID为典型的质量型检测器，具有结构简单、稳定性好、灵敏度高、响应迅速、比热导检测器的灵敏度高出近3个数量级。对有机化合物具有很高的灵敏度，但对无机气体、水、四氯化碳等含氢少或不含氢的物质灵敏度低或不响应。

　　FID检测器气体流速：

　　气相色谱仪FID检测器须使用三种不同气体：载气、氢气(燃气)和空气(助燃气)，通常三种气体的流速比约为1：1：10。

　　FID检测器温度：

　　温度对FID检测器的灵敏度和噪声的影响不显著，为了防止有机物冷凝，一般控制在比柱温箱高30℃～50℃。此时氢在检测器中燃烧生成水，以水蒸汽逸出检测器，若温度低，水冷凝在离子化室会造成漏电并使色谱基线不稳，故检测温度应高于150℃，一般控制250℃～350℃。

　　5、信号记录处理系统

　　包括信号记录和数据显示等。气相色谱仪检测器得到的电信号经过转化放大后由数据处理机/积分仪/记录仪/色谱工作站接收处理后成为色谱图，可对样品进行定性定量分析。

气相色谱仪组分定性与定量分析

　　1、组分定性分析

　　气相色谱仪主要利用保留值定性，但在很多情况下，仍需借助其它手段。包括以下方法：利用保留时间定性;利用加入纯物质增加峰高法定性;利用相对保留值定性;利用碳数/沸点规律定性;利用保留指数定性;利用双柱或多柱定性;利用检测器定性;与其它方法结合定性。

　　2、组分定量分析

　　气相色谱仪分析的依据是被测组分的质量与其色谱峰面积/峰高成正比。

　　①归一化法：

　　前提：试样中所有组分都产生信号并能检出色谱峰。

　　依据：组分含量与峰面积成正比。

　　优点：简便，准确;定量结果与进样量、重复性无关;色谱条件略有变化对结果几乎无影响。

　　缺点：所有组分必须在一定时间内都出峰;必须已知所有组分的校正因子。

　　②内标法：

　　气相色谱仪定量加入样品中不存在的对照物-内标物，以待测组分和内标物的响应信号对比定量。

　　对内标物要求：

　　a、内标物须为原样品中不含组分;

　　b、内标物与待测物保留时间应接近且R>1.5;

　　c、内标物为高纯度标准物质，或含量已知物质;

　　内标法优点：

　　进样量不超量时，重复性及操作条件对结果无影响;只需待测组分和内标物出峰，与其他组分是否出峰无关;内标法缺点：找合适内标物困难。

　　③外标法(标准曲线法)

　　以待测组分纯品为对照物，与试样中待测组分的响应信号相比较进行定量的方法。

　　外标法特点：不需要校正因子，不需要所有组分出峰;结果受进样量、进样重复性和操作条件影响大→气相色谱仪每次进样量应一致，否则产生误差。