概述

2

定義及分類(lèi)

3

結(jié)構(gòu)

下面，讓我們開(kāi)始吧！

1 概述

這一部分將分起源、原理、分類(lèi)三個(gè)部分進(jìn)行介紹。

原理

色譜分析法是一種分離技術(shù)，它是由俄國(guó)物理學(xué)家茨維特(Tswett)在1906年創(chuàng)立的。他在研究植物葉中的色素時(shí)，先用石油醚浸提植物中的色素，然后將浸提液注入到一根填充CaCO3的直立玻璃管的頂端(圖a)；再加入純石油醚進(jìn)行淋洗，淋洗結(jié)果使玻璃管內(nèi)植物色素被分離成具有不同顏色的譜帶(圖b)。他把這種分離方法稱(chēng)為色譜法；玻璃管稱(chēng)為色譜柱；管內(nèi)填充物(CaCO3)是固定不動(dòng)的，稱(chēng)為固定相；淋洗劑(石油醚)是攜帶混合物流過(guò)固定相的流體，稱(chēng)為流動(dòng)相。

原理

使混合物中各組分在兩相間進(jìn)行分配，其中一相是不動(dòng)的(固定相)，另一相(流動(dòng)相)攜帶混合物流過(guò)此固定相，與固定相發(fā)生作用。在同一推動(dòng)力下不同組分在固定相中滯留的時(shí)間不同，依次從固定相中流出，又稱(chēng)色層法，層析法。

分類(lèi)

(1)氣相色譜、液相色譜、超臨界流體色譜(流動(dòng)相)

(2)柱色譜，紙(PC)色譜，薄層色譜(TLC)(固定相)

(3)吸附色譜，分配色譜，離子交換色譜，排阻色譜(物理化學(xué)分離原理)

2 定義分類(lèi)

這一部分將對(duì)氣相色譜的定義及分類(lèi)進(jìn)行介紹。

定義

氣相色譜法是以惰性氣體(N2、Ｈe、Ar、H2等)為流動(dòng)相的柱色譜分離技術(shù)，其應(yīng)用于化學(xué)分析領(lǐng)域，并與適當(dāng)?shù)臋z測(cè)手段相結(jié)合，就構(gòu)成了氣相色譜分析法。

分類(lèi)

根據(jù)固定相的狀態(tài)不同，可將其分為氣固色譜和氣液色譜。

流程

氣相色譜法用于分離分析樣品的基本過(guò)程如下圖：

由高壓鋼瓶1供給的流動(dòng)相載氣。經(jīng)減壓閥2、凈化器3、流量調(diào)節(jié)器4和轉(zhuǎn)子流速計(jì)5后，以穩(wěn)定的壓力恒定的流速連續(xù)流過(guò)氣化室6、色譜柱7、檢測(cè)器8，最后放空。

3 結(jié)構(gòu)

氣相色譜儀由五大系統(tǒng)組成：氣路系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、控溫系統(tǒng)以及檢測(cè)和記錄系統(tǒng)。

01

氣路系統(tǒng)

氣路系統(tǒng)是指流動(dòng)相----載氣連續(xù)運(yùn)行的密閉系統(tǒng),它包括氣源鋼瓶、凈化器、氣體流速控制和測(cè)量裝置。通過(guò)該系統(tǒng)，可以獲得純凈的、流速穩(wěn)定的載氣。它的氣密性、載氣流速的穩(wěn)定性以及測(cè)量流量的準(zhǔn)確性，對(duì)色譜結(jié)果均有很大的影響，因此必須注意控制。

常用的載氣有氮?dú)夂蜌錃?，也有用氦氣、氬氣。載氣的凈化，需經(jīng)過(guò)裝有活性炭、分子篩或硅膠的凈化器，以除去載氣中的水、氧、油等不利的雜質(zhì)。

02

進(jìn)樣系統(tǒng)

組成：進(jìn)樣系統(tǒng)包括進(jìn)樣裝置和汽化室兩部分。

作用：是將液體或固體試樣，在進(jìn)入色譜柱之前瞬間氣化，然后快速定量地轉(zhuǎn)入到色譜柱中。進(jìn)樣的多少，進(jìn)樣時(shí)間的長(zhǎng)短，試樣的氣化速度等都會(huì)影響色譜的分離效果和分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和重現(xiàn)性。

2.1 進(jìn)樣器

液體樣品的進(jìn)樣一般采用微量注射器。

氣體樣品的進(jìn)樣常用色譜儀本身配置的推拉式六通閥或旋轉(zhuǎn)式六通閥定量進(jìn)樣，也可采用氣密性針進(jìn)樣（手動(dòng)進(jìn)樣）。

2.1.1 進(jìn)樣口類(lèi)型

1)分流/不分流進(jìn)樣口(SSI)

2)隔墊吹掃填充柱進(jìn)樣口(PPI)

3)冷柱頭進(jìn)樣口

4)程序升溫汽化進(jìn)樣口(PTV)：進(jìn)樣口的加熱絲可程序升溫，適合多組分難分離的物質(zhì)分離

5)頂空進(jìn)樣

6)微相固萃取進(jìn)樣

△SSI 分流模式流路圖

△SSI 不分流模式流路圖

△SSI分流流量計(jì)算

△隔墊吹掃填充進(jìn)樣口

2.1.2 典型的進(jìn)樣口問(wèn)題

☆污染：

重復(fù)使用同一根針進(jìn)樣，會(huì)產(chǎn)生殘留與污染，上一次進(jìn)樣的物質(zhì)會(huì)影響下一次進(jìn)樣，形成“記憶效應(yīng)”。

用洗針的方法來(lái)消除“記憶效應(yīng)”。

洗針：首先要根據(jù)化合物的性質(zhì)選用不同的溶劑洗針，并需要洗20次以上，再用樣品液洗針，以免帶來(lái)稀釋效應(yīng)

☆針歧視：

氣相色譜進(jìn)樣針的針頭為斜面，造成液體滑坡，從而產(chǎn)生蒸餾效應(yīng)，低沸點(diǎn)的更容易出來(lái)，從而帶來(lái)的歧視效應(yīng)對(duì)低沸點(diǎn)的影響更大。通過(guò)快速自動(dòng)進(jìn)樣(進(jìn)樣針頭為錐型)、增大進(jìn)樣量和/或使用沸點(diǎn)更高的溶劑來(lái)減少針歧視。

☆進(jìn)樣的速度

1)對(duì)于有的樣品,進(jìn)樣速度要快。

2)留針：對(duì)于粘滯的樣品,先刺入隔墊,進(jìn)針2/3,推針不馬上進(jìn)行,待升溫使其溶解后再推針。

☆泄漏：

進(jìn)樣墊和柱泄漏會(huì)改變保留時(shí)間和峰面積。樣品可能從泄漏處跑掉，空氣會(huì)擴(kuò)散入進(jìn)樣口造成柱損傷。定期更換進(jìn)樣墊并在第一次發(fā)生問(wèn)題時(shí)檢查柱連接。

☆進(jìn)樣口溫度、分流比等設(shè)置不正確

2.1.3 進(jìn)樣口的日常維護(hù)

☆更換隔墊

☆清洗或更換進(jìn)樣針

☆進(jìn)行泄漏測(cè)試和維修

☆清洗或更換襯管/內(nèi)插件

☆更換O形環(huán)

☆清洗或更換分流平板和金屬墊片(SSI)

2.2 氣化室

為了讓樣品在氣化室中瞬間氣化而不分解，因此要求氣化室熱容量大，并不使樣品分解。為了盡量減少柱前譜峰變寬，氣化室的死體積應(yīng)盡可能小。常用金屬塊制成汽化室、外套加熱塊，為消除金屬表面的催化作用，在汽化室管內(nèi)有石英襯管,襯管有分流與不分流之分。襯管是可以清洗的。

03

分離系統(tǒng)

分離系統(tǒng)是指把混合樣品中各組分分離的裝置，它由色譜柱組成。

3.1 色譜柱的分類(lèi)

1)填充柱由不銹鋼、玻璃和聚四氟乙烯等材料制成，常用的為不銹鋼柱，柱管內(nèi)徑為2-6mm，柱長(zhǎng)1-5m。柱形有U型和螺旋型二種。

2)毛細(xì)管柱又叫空心柱，分為涂壁、多孔層和涂載體空心柱?？招拿?xì)管柱材質(zhì)為玻璃或石英。內(nèi)徑一般為0.2-0.5 mm，長(zhǎng)度30-300 m，呈螺旋型。

與填充柱相比，毛細(xì)管柱的特點(diǎn)為

分離效能高；分析速度快、樣品用量少，可在幾十分鐘內(nèi)分離出包含幾百種化合物的汽油餾分，然而樣品用量?jī)H有數(shù)微克；在快速分析方面，可在幾分鐘內(nèi)分離含十幾個(gè)組份的樣品。

3.2 填充柱氣相色譜

填充柱氣相色譜的柱管通常內(nèi)徑寬，內(nèi)徑為不銹鋼管，為節(jié)省柱溫箱空間而將柱管彎成環(huán)狀。在管內(nèi)壁涂漬液體物質(zhì)（氣-液色譜），或在管內(nèi)填充固體吸附劑（氣-固色譜）。

3.2.1 氣-液色譜

氣-液色譜的原理：各溶質(zhì)在氣相（流動(dòng)相）和液相（固定相）間分配系數(shù)不同達(dá)到分離。

氣-液色譜的固定相：

涂漬在惰性多孔固體基質(zhì)（載體或擔(dān)體）上的液體物質(zhì)，常稱(chēng)固定液。

使用過(guò)的氣-液色譜固定液上千種，常用的固定液有聚甲基硅氧烷(非極性)、聚乙二醇(強(qiáng)極性)、含5％或20％苯基的聚甲基硅氧烷(非極性/中等極性)、含氰基和苯基的聚甲基硅氧烷(中極性)、50％三氟丙基聚硅氧烷(高極性)，另外，用于分離手性異構(gòu)體的手性固定相則主要有手性氨基酸的衍生物、手性金屬配合物和環(huán)糊精衍生物。

固定液的分類(lèi):

1)非極性固定液:它們與待測(cè)物質(zhì)分子的作用力以色散力為主.組分在此類(lèi)固定相上按沸點(diǎn)由低到高順序流出, 適用于非極性和弱極性化合物的分析.

2)中等極性固定液:它們與待測(cè)物質(zhì)分子間的作用力以色散力和誘導(dǎo)力為主,組分基本上按沸點(diǎn)順序出峰, 適用于弱極性和中等極性化合物的分析。

3）強(qiáng)極性固定液：含有較強(qiáng)的極性基團(tuán)，它們與待測(cè)物質(zhì)分子間的作用力以靜電力和誘導(dǎo)力為主，組分按極性由小到大的順序出峰。適用于極性化合物的分析。

4）氫鍵型固定液：是強(qiáng)極性固定液中特殊的一類(lèi)，與待測(cè)物質(zhì)分子間作用力以氫鍵力為主，組分按依次形成氫鍵的難易程度出峰，不易形成氫鍵的組分先出峰。常用的固定液有聚乙二醇，三乙醇胺等，適用于分析含Ｆ、Ｎ、Ｏ等的化合物。

固定液的選擇

固定液的選擇一般根據(jù)“相似相溶”的原則，待測(cè)組分分子與固定液分子的性質(zhì)（極性、官能團(tuán)）相似時(shí)，其溶解度就大。

1）按極性相似原則選擇：

2）按官能團(tuán)相似選擇：若待測(cè)物質(zhì)為酯類(lèi)，則選用酯或聚酯類(lèi)固定液；若待測(cè)物質(zhì)為醇類(lèi)，可選用聚乙二醇固定液。

3）按主要差別選擇：若待測(cè)各組分之間沸點(diǎn)是主要矛盾，可選用非極性固定液，若極性是主要矛盾，則選用極性固定液

4）選擇混合固定液：對(duì)于難分離的復(fù)雜樣品，可選用兩種或兩種以上的固定液。

常用的基質(zhì)：

無(wú)機(jī)載體（如硅藻土、玻璃粉末或微球、金屬粉末或微球、金屬化合物）和有機(jī)載體（如聚四氟乙烯、聚乙烯、聚乙烯丙烯酸酯）

3.2.2 氣-固色譜

氣-固色譜的固定相是固體吸附劑，分離是基于樣品分子在固定相表面的吸附能力的差異而實(shí)現(xiàn)的；

常用的固體吸附劑有碳質(zhì)吸附劑（活性炭、石墨化碳黑、碳分子篩）、氧化鋁、硅膠、無(wú)機(jī)分子篩和高分子小球；

氣-固色譜不如氣-液色譜應(yīng)用廣泛，主要用于永久性氣體和低沸點(diǎn)烴類(lèi)的分析，在石油化工領(lǐng)域應(yīng)用很普遍。

3.3 毛細(xì)管氣相色譜

毛細(xì)管柱

毛細(xì)管柱是用熔融二氧化硅拉制的空心管，也叫彈性石英毛細(xì)管。柱內(nèi)徑通常為0.1~0.5 mm，柱長(zhǎng)30~50 m，繞成直徑20 cm左右的環(huán)狀。

用這樣的毛細(xì)管作分離柱的氣相色譜稱(chēng)為毛細(xì)管氣相色譜或開(kāi)管柱氣相色譜，其分離效率比填充柱要高得多。

在分流／不分流進(jìn)樣口安裝毛細(xì)管柱的步驟：

1.檢查氣體過(guò)濾器、載氣、進(jìn)樣隔墊和襯管等。

2.把毛細(xì)管柱螺母和墊圈安裝于柱上。（毛細(xì)管端口朝下）

3.使用玻璃刻痕工具刻劃柱?？毯鄄课槐仨毱街?，確保裂口整齊。

4.用柱切割器的劃痕部位的對(duì)面折斷柱。用放大鏡觀察末端，確保沒(méi)有毛邊或呈鋸齒狀。用濾紙擦毛細(xì)管柱壁，去掉指紋和粉末。

5.在柱墊圈上端以上留出柱4-6mm，用打印機(jī)改正液在柱螺母下作標(biāo)記。

6.將柱插入進(jìn)樣口，把螺帽和墊圈上部的柱子滑向進(jìn)樣口底部．用手指擰緊柱螺帽直至柱被固定。

7.調(diào)節(jié)柱位置,使柱上改正液標(biāo)記正好在柱螺帽底部。

8.擰緊螺帽1/4-1/2圈,用輕微的力部能將柱從接頭上拉下。

9.在檢測(cè)器上安裝毛細(xì)管柱

其步驟與進(jìn)樣口相同，但是在柱墊圈上端以上留出的距離不一樣（FID：48 mm）

注意：如果在應(yīng)用中系統(tǒng)所使用的是ECD或是NPD等，那么在老化色譜柱時(shí)，不接檢測(cè)器。

10.進(jìn)行氣體檢漏:

當(dāng)我們對(duì)進(jìn)樣口和檢測(cè)器進(jìn)行載氣檢漏時(shí)，使用電子檢測(cè)計(jì)(Electronic Leak Detector)是最為有效的方法之一。

11.確定載氣流量，再對(duì)色譜柱的安裝進(jìn)行檢查。

12.色譜柱的老化：

對(duì)色譜柱升溫到一恒定溫度，通常為其溫度上限。超過(guò)溫度上限，那樣極易損壞色譜柱。升溫速度一定要快，不要將程序升溫的速度設(shè)太慢。當(dāng)達(dá)到老化溫度后，記錄并觀察基線。比例放大基線，以便容易觀察。

04

溫控系統(tǒng)

溫控系統(tǒng)是指對(duì)氣相色譜的汽化室、色譜柱和檢測(cè)器進(jìn)行溫度控制的裝置，由于汽化室、色譜柱和檢測(cè)器要求的適合溫度各有不同，所以要求配有三種不同的溫控裝置，以便設(shè)定控制和測(cè)定各處的溫度，為滿足分析要求，除可以恒溫外，還可采用程序升溫。一般情況下，汽化室的溫度比柱溫高，以保證試樣能瞬間汽化而不分解，而檢測(cè)器溫度是三者之間最高的，以防止樣品在檢測(cè)室冷凝。

05

檢測(cè)和記錄系統(tǒng)

檢測(cè)記錄系統(tǒng)是指從色譜柱流出的各個(gè)組分，經(jīng)過(guò)檢測(cè)器把濃度（或質(zhì)量）信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并經(jīng)放大器放大后由記錄儀顯示出最終獲得分析結(jié)果的裝置，它包括檢測(cè)器、放大器和記錄儀。

檢測(cè)器的種類(lèi)很多，據(jù)檢測(cè)原理的不同可分為濃度型檢測(cè)器和質(zhì)量型檢測(cè)器兩大類(lèi)。濃度型檢測(cè)器常用的有熱導(dǎo)池檢測(cè)器（TCD）和電子捕獲檢測(cè)器（ECD）；質(zhì)量型檢測(cè)器常見(jiàn)的有氫火焰離子化檢測(cè)器（FID）和火焰光度檢測(cè)器（FPD）。

5.1 氫火焰離子化檢測(cè)器（FID）

屬于選擇性檢測(cè)器（只對(duì)碳?xì)浠衔锂a(chǎn)生信號(hào)），它的特點(diǎn)是死體積小，靈敏度高（比ＴＣＤ高１００-１０００倍），穩(wěn)定性好，響應(yīng)快，線性范圍寬，適合于痕量有機(jī)物的分析，但樣品被破壞，無(wú)法進(jìn)行收集，不能檢測(cè)永久性氣體及H２O、H２S等。

☆結(jié)構(gòu)及原理

主要部件是離子室，H２與載氣在進(jìn)入噴嘴前混合，空氣（助燃?xì)猓┯梢粋?cè)引入，在火焰上方筒狀收集電極（作正極）和下方的圓環(huán)狀極化電極（作負(fù)極）間施加恒定電壓，當(dāng)待測(cè)有機(jī)物由載氣攜帶從色譜柱流出，進(jìn)入火焰后，在火焰高溫（2000℃左右）作用下發(fā)生離子化反應(yīng)，生成的許多正離子和電子，在外電場(chǎng)作用下，向兩極定向移動(dòng)，形成了微電流（微電流的大小與待測(cè)有機(jī)物含量成正比），微電流經(jīng)放大后，由記錄儀記錄下來(lái)。

☆使用注意事項(xiàng)

1.載氣、氫氣和空氣須過(guò)濾凈化，一般常用分子篩，活性炭和硅膠作為干燥凈化劑，定期更換干燥凈化劑。

2.選擇FID的操作條件時(shí)應(yīng)注意所用氣體流量和工作電壓，一般N2和H2流速的最佳比為1:1-1.5:1（此時(shí)靈敏度高、穩(wěn)定性好），氫氣和空氣的比例為1:10，極化電壓一般為100-300Ｖ。

3.當(dāng)分析樣品水分太多或進(jìn)樣量太多時(shí)，會(huì)使火焰溫度下降，影響靈敏度，有時(shí)甚至?xí)够鹧嫦纭?/p>

4.離子頭，管道和離子室必須清潔，不得有有機(jī)物污染，否則引起本底電流增大，噪聲增大，靈敏度降低，若不清潔，可用水、酒精和苯依次清洗烘干。

5.應(yīng)在氫氣通氣半小時(shí)以上再點(diǎn)火，以免火點(diǎn)不著。等火點(diǎn)著了后再通尾吹氣。

5.2 電子捕獲檢測(cè)器(ECD)

電子捕獲檢測(cè)器是一種高選擇性、高靈敏度的檢測(cè)器，應(yīng)用廣泛，僅次于TCD和FID。它的選擇性是指它只對(duì)具有電負(fù)性的物質(zhì)如含鹵素，S，P，O，N的物質(zhì)有響應(yīng)，而且電負(fù)性越強(qiáng)，檢測(cè)的靈敏度越高；高靈敏度表現(xiàn)在能檢測(cè)出10-14g/ml的電負(fù)性物質(zhì)，因此可測(cè)定痕量的電負(fù)性物質(zhì)—多鹵、多硫化合物，甾族化合物，金屬有機(jī)物等。

☆結(jié)構(gòu)和原理

ECD的主要部件是離子室，離子室內(nèi)裝有β放射源（H3或Ni63）作負(fù)極，不繡剛棒作正極。當(dāng)載氣（一般為高純N2）從色譜柱出來(lái)進(jìn)入檢測(cè)器時(shí)，由放射源放射出的β射線使載氣電離，產(chǎn)生正離子和慢速低能量的電子，在恒定或脈沖電場(chǎng)的作用下，向極性相反的電極運(yùn)動(dòng)，形成電流—基流；當(dāng)載氣攜帶電負(fù)性物質(zhì)進(jìn)入檢測(cè)器時(shí)，電負(fù)性物質(zhì)捕獲低能量的電子，使基流降低產(chǎn)生負(fù)信號(hào)而形成倒峰，檢測(cè)信號(hào)的大小與待測(cè)物質(zhì)的濃度呈線性關(guān)系（在線性范圍內(nèi)）。