氣相色譜儀是以氣體為流動相的色譜分析儀器，主要用于分離分析易揮發(fā)的物質。氣相色譜儀高靈敏度、gao效能、高選擇性、分析速度快、所需試樣量少、應用范圍廣等優(yōu)點。在醫(yī)藥衛(wèi)生、石油化工、環(huán)境監(jiān)測、生物化學等領域得到廣泛的應用。

氣相色譜儀的原理

在加溫的狀態(tài)下使樣品瞬間氣化，由載氣帶入色譜柱，由于氣相色譜儀各組分在固定相與流動相(載氣)間相對吸附能力/保留性能不同而在兩相間進行分配，在色譜柱中以不同速度移動，經一段時間后得到分離，再依次被載氣帶入檢測器，將各組分的濃度或質量轉換成電信號變化并記錄成色譜圖，每一個峰代表Z初混合物中不同的組分。峰出現(xiàn)的時間稱為保留時間，可以用來對每個組分進行定性，根據(jù)峰的大小(峰面積)對每個組分進行定量。

涉及的幾個術語：

固定相：在色譜分離中固定不動、對樣品產生保留的一相;

流動相：與固定相處于平衡狀態(tài)、帶動樣品向前移動的另一相;

色譜圖：若干物質的流出曲線，即在不同時間的濃度或響應大小;

保留時間(tR)：樣品注入到色譜峰Zda值出現(xiàn)的時間。

氣相色譜儀的特點

選擇性高：能分離同位素、同分異構體等物理、化學性質十分相近的物質。

分離效能高：一次可進行含有150多個組分的烴類混合物的分離分析。

靈敏度高：氣相色譜可檢測10^-11～10^-13g的物質。

分析速度快：一般幾分鐘或幾十分鐘便可完成一個分析周期。

應用范圍廣：450℃以下有不低于27～330Pa的蒸氣壓，熱穩(wěn)定性好的物質。

缺點：不適應于大部分沸點高的和熱不穩(wěn)定的化合物;需要有已知標準物作對照。

氣相色譜儀的系統(tǒng)

氣相色譜儀主要包括五大系統(tǒng)：載氣系統(tǒng)、進樣系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)和記錄系統(tǒng)?；玖鞒倘缦拢?

1、載氣系統(tǒng)：

可控而純凈的載氣源。氣相色譜儀載氣從起源鋼瓶/氣體發(fā)生器出來后依次經過減壓閥、凈化器、氣化室、色譜柱、檢測器，然后放空。

氣相色譜儀載氣必須是純潔的(99.999%)，要求化學惰性，不與有關物質反應。載氣的選擇除了要求考慮對柱效的影響外，還要與分析對象和所用的檢測器相配。常用的載氣有氫氣、氮氣、氦氣等惰性氣體。一般用熱導檢測器時，使用氫氣、氦氣，其它檢測器使用氮氣。

凈化器：多為分子篩和活性碳管的串聯(lián)，可除去水、氧氣以及其它雜質。

2、進樣系統(tǒng)：

包括氣化室和進樣裝置，保證樣品瞬間完全氣化而引入載氣流。常以微量注射器(穿過隔膜墊)將液體樣品注入氣化室。

進樣條件的選擇：影響氣相色譜儀分離效率以及分析結果的精密度和準確度;

氣化室溫度：一般稍高于樣品沸點，保證樣品瞬間完全氣化;

進樣量：不可過大，否則造成拖尾峰，進樣量不超過數(shù)微升;柱徑越細，進樣量應越少;采用毛細管柱時，應分流進樣以免過載;

進樣速度(時間)：1秒內完成，時間過長可引起色譜峰變寬或變形。

3、分離系統(tǒng)：

分離系統(tǒng)是氣相色譜儀的心臟部分，是在色譜柱內完成試樣的分離，因為大多數(shù)分離都強烈依賴于溫度，故色譜柱要安裝在能夠精密控溫的柱箱內。

色譜柱的選擇：

①色譜柱的種類

分為填充柱和毛細管/空心柱兩類。填充柱材質多為不銹鋼或玻璃，毛細管柱的材質多為石英。

②固定相的選擇

固體固定相：是表面有一定活性的固體吸附劑，如活性炭、硅膠、氧化鋁分子篩等，不同的分析對象選用不同的吸附劑。

液體固定相：由固定液和載體組成。固定液均勻的涂布在載體表面。

載體：要求比表面積大，化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好，顆粒均勻，有一定的機械強度。

固定液的選擇：高沸點有機液體，在操作范圍內蒸汽壓低，熱穩(wěn)定性好，對樣品各組分有適當?shù)娜芙饽芰?，選擇性高，揮發(fā)性小，不與樣品發(fā)生化學反應等。一般根據(jù)“相似性原則”選擇固定液，即組分的結構、性質或極性與固定液相似時，在固定液中的溶解度就大，保留時間長，有利于相互分離;反之，則溶解度小，保留時間短。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)。

柱溫的選擇：

氣相色譜儀柱溫可以采用恒溫或程序升溫。

①在能保證R()的前提下，盡量使用低柱溫，但應保證適宜的tR()及峰不拖尾，減小檢測本底。

②根據(jù)樣品沸點情況選擇合適柱溫，柱溫應低于組分沸點50~100℃，寬沸程樣品應采用程序升溫。

程序升溫好處：改善分離效果;縮短分析周期;改善峰形;提高檢測靈敏度。

4、檢測器

檢測器是將流出色譜柱的載氣流中被測組分的濃度(或量)變化轉化為電信號變化的裝置，是氣相色譜儀的核心部件之一。檢測器的輸出信號經轉化放大后成為色譜圖。

氣相色譜儀所用檢測器有熱導池檢測器(TCD)、氫火焰離子化檢測器(FID)、電子捕獲檢測器(ECD)、氮磷檢測器(NPD)等。

①熱導檢測器(TCD)

TCD是一種應用較早的通用型檢測器，對任何氣體均可產生響應，因而通用性好，而且線性范圍寬、價格便宜、應用范圍廣，但靈敏度較低?，F(xiàn)仍在廣泛應用。它由金屬池體和裝入池體內兩個完全結稱孔道內的熱敏元件所組成，是基于被分離組分與載氣的導熱系數(shù)不同進行檢測。所有氣體都能夠導熱，但是氫氣和氦氣的熱導系數(shù)Zda，故是優(yōu)選的載氣。

②氫火焰電離檢測器(FID)

FID是使用Z廣泛的檢測器，它是利用有機物在H2-Air燃燒的高溫火焰中電離成正負離子，并在外加電場的作用下作定向移動形成電子流，其電流的強度與單位時間內進入檢測器離子室的待測組分含碳原子的數(shù)目有關，所以它適用于含碳有機物的測定。FID為典型的質量型檢測器，具有結構簡單、穩(wěn)定性好、靈敏度高、響應迅速、比熱導檢測器的靈敏度高出近3個數(shù)量級。對有機化合物具有很高的靈敏度，但對無機氣體、水、四氯化碳等含氫少或不含氫的物質靈敏度低或不響應。

FID檢測器氣體流速：

氣相色譜儀FID檢測器須使用三種不同氣體：載氣、氫氣(燃氣)和空氣(助燃氣)，通常三種氣體的流速比約為1：1：10。

FID檢測器溫度：

溫度對FID檢測器的靈敏度和噪聲的影響不顯著，為了防止有機物冷凝，一般控制在比柱溫箱高30℃～50℃。此時氫在檢測器中燃燒生成水，以水蒸汽逸出檢測器，若溫度低，水冷凝在離子化室會造成漏電并使色譜基線不穩(wěn)，故檢測溫度應高于150℃，一般控制250℃～350℃。

5、信號記錄處理系統(tǒng)

包括信號記錄和數(shù)據(jù)顯示等。氣相色譜儀檢測器得到的電信號經過轉化放大后由數(shù)據(jù)處理機/積分儀/記錄儀/色譜工作站接收處理后成為色譜圖，可對樣品進行定性定量分析。

氣相色譜儀組分定性與定量分析

1、組分定性分析

氣相色譜儀主要利用保留值定性，但在很多情況下，仍需借助其它手段。包括以下方法：利用保留時間定性;利用加入純物質增加峰高法定性;利用相對保留值定性;利用碳數(shù)/沸點規(guī)律定性;利用保留指數(shù)定性;利用雙柱或多柱定性;利用檢測器定性;與其它方法結合定性。

2、組分定量分析

氣相色譜儀分析的依據(jù)是被測組分的質量與其色譜峰面積/峰高成正比。

①歸一化法：

前提：試樣中所有組分都產生信號并能檢出色譜峰。

依據(jù)：組分含量與峰面積成正比。

優(yōu)點：簡便，準確;定量結果與進樣量、重復性無關;色譜條件略有變化對結果幾乎無影響。

缺點：所有組分必須在一定時間內都出峰;必須已知所有組分的校正因子。

②內標法：

氣相色譜儀定量加入樣品中不存在的對照物-內標物，以待測組分和內標物的響應信號對比定量。

對內標物要求：

a、內標物須為原樣品中不含組分;

b、內標物與待測物保留時間應接近且R>1.5;

c、內標物為高純度標準物質，或含量已知物質;

內標法優(yōu)點：

進樣量不超量時，重復性及操作條件對結果無影響;只需待測組分和內標物出峰，與其他組分是否出峰無關;內標法缺點：找合適內標物困難。

③外標法(標準曲線法)

以待測組分純品為對照物，與試樣中待測組分的響應信號相比較進行定量的方法。

外標法特點：不需要校正因子，不需要所有組分出峰;結果受進樣量、進樣重復性和操作條件影響大→氣相色譜儀每次進樣量應一致，否則產生誤差。