0931-7328466 139194453350931-7328466 13919445335本章介紹氣相色譜的功能和用途，以及色譜儀的基本結(jié)構(gòu)。
氣相色譜（GC)是一種把混合物分離成單個(gè)組分的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。它被用來(lái)對(duì)樣品組分進(jìn)行鑒定和定量測(cè)定：
基子時(shí)間的差別進(jìn)行分離和物理分離（比如蒸餾和類似的技術(shù)）不同，氣相色譜（GC)是基于時(shí)間差別的分離技術(shù)。
將氣化的混合物或氣體通過(guò)含有某種物質(zhì)的管，基于管中物質(zhì)對(duì) 不同化合物的保留性能不同而得到分離。這樣，就是基于時(shí)間的 差別對(duì)化合物進(jìn)行分離。樣品經(jīng)過(guò)檢測(cè)器以后，被記錄的就是色 譜圖（圖1),每一個(gè)峰代表最初混合樣品中不同的組分。
峰出現(xiàn)的時(shí)間稱為保留時(shí)間，可以用來(lái)對(duì)每個(gè)組分進(jìn)行定性，而 峰的大小（峰高或峰面積）則是組分含量大小的度量。
圖1典型色譜圖
系統(tǒng)
一個(gè)氣相色譜系統(tǒng)包括可控而純凈的載氣源.它能將樣品帶入GC系統(tǒng) 進(jìn)樣口，它同時(shí)還作為液體樣品的氣化室色譜柱，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)間的分離檢測(cè)器，當(dāng)組分通過(guò)時(shí)，檢測(cè)器電信號(hào)的輸出值改變，從而對(duì) 組分做出響應(yīng)某種數(shù)據(jù)處理裝置 圖2是對(duì)此作出的一個(gè)總結(jié)。
樣品
載氣源 一^ 進(jìn)樣口一^ 色譜柱 一^ 檢測(cè)器一_ 數(shù)據(jù)處理」
圖2色譜系統(tǒng)
氣源
載氣必須是純凈的。污染物可能與樣品或色譜柱反應(yīng)，產(chǎn)生假峰 進(jìn)入檢測(cè)器使基線噪音增大等。推薦使用配備有水分、烴類化合 物和氧氣捕集阱的高純載氣。見(jiàn)圖
鋼瓶閥
若使用氣體發(fā)生器而不是氣體鋼瓶時(shí)，應(yīng)對(duì)每一臺(tái)GC都裝配凈 化器，并且使氣源盡可能靠近儀器的背面。
進(jìn)樣口
進(jìn)樣口就是將揮發(fā)后的樣品引入載氣流。最常用的進(jìn)樣裝置是注 射進(jìn)樣口和進(jìn)樣閥。
注射進(jìn)樣口
用于氣體和液體樣品進(jìn)樣。常用來(lái)加熱使液體樣品蒸發(fā)。用氣體 或液體注射器穿透隔墊將樣品注入載氣流。其原理（非實(shí)際設(shè)計(jì) 尺寸）如圖4所示。
樣品從機(jī)械控制的定量管被掃入載氣流。因?yàn)檫M(jìn)樣量通常差別很 大，所以對(duì)氣體和液體樣品采用不同的進(jìn)樣閥。其原理（非實(shí)際 設(shè)計(jì)尺寸）如圖5所示。
進(jìn)樣閥
通常與進(jìn)樣口連接，特別在分流進(jìn)樣模式時(shí)，進(jìn)樣閥連接 到分流/不分流進(jìn)樣口。
色譜柱
分離就在色譜柱中進(jìn)行。因?yàn)橛脩艨梢赃x擇不同的色譜柱.故使 用一臺(tái)儀器能夠進(jìn)行許多不同的分析。
圖
因?yàn)榇蠖鄶?shù)分離都強(qiáng)烈依賴于溫度.故色譜柱要安裝在能夠精密 控溫的柱箱內(nèi).見(jiàn)圖6。
從色譜柱里出來(lái)的含有分離組分的載氣流通過(guò)檢測(cè)器而產(chǎn)生信號(hào)。 檢測(cè)器的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化后成為色譜圖，見(jiàn)圖
檢測(cè)器有幾種類型的檢測(cè)器可供選擇，但是所有的檢測(cè)器的功能都是相 同的：
當(dāng)純的載氣（沒(méi)有待分離組分）流經(jīng)檢測(cè)器時(shí)，產(chǎn)生穩(wěn)定的電 信號(hào)（基線
當(dāng)有待分離組分通過(guò)檢測(cè)器時(shí).產(chǎn)生不同的信號(hào)。
數(shù)據(jù)處理
測(cè)量
色譜圖記錄下了檢測(cè)器輸出的電信號(hào)。它可以通過(guò)以下幾種方式 進(jìn)行處理：
在帶狀圖記錄儀上記錄 使用數(shù)字積分儀處理 用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)系統(tǒng)處理
傳統(tǒng)的帶狀圖記錄儀必須手工測(cè)量峰的保留時(shí)間和峰大小。積分 儀和數(shù)據(jù)系統(tǒng)則可直接進(jìn)行這些測(cè)量。強(qiáng)烈推薦使用積分儀和數(shù) 據(jù)系統(tǒng)，因?yàn)樗鼈冇泻芎玫闹噩F(xiàn)性和靈敏度。
計(jì)算
色譜峰的保留時(shí)間和峰大小必須轉(zhuǎn)換成待分離組分的名稱和含量。 這可以通過(guò)與已知樣品（校準(zhǔn)樣品）的保留時(shí)間和響應(yīng)值大小進(jìn) 行比較來(lái)完成。這種比較可以手工完成.但是鑒于速度和準(zhǔn)確性. 采用數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是最好的。
儀器控制
某些數(shù)據(jù)系統(tǒng)和GC組合還可通過(guò)數(shù)據(jù)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)提供對(duì)GC的直 接控制。這樣就能創(chuàng)建可存儲(chǔ)的方法.需要時(shí)調(diào)用儲(chǔ)存的方法即 可.從而可實(shí)現(xiàn)高度的自動(dòng)化分析。一些樣品已經(jīng)是氣體（例如室內(nèi)或室外的空氣，可燃?xì)怏w等）， 則可以用氣體注射器或氣體進(jìn)樣閥直接進(jìn)樣。
大多數(shù)樣品為液體，為了用氣相色譜來(lái)分析，必須首先使之氣化 這常常由加熱的進(jìn)樣口和液體注射器或液體進(jìn)樣閥相結(jié)合而完成的
進(jìn)樣口
進(jìn)樣口的設(shè)計(jì)和選擇取決于色譜柱的直徑和類型。下一章將介紹 色譜柱類型，填充柱和毛細(xì)管柱。
填充柱和大口徑毛細(xì)管柱使用填充柱進(jìn)樣口；小口徑的毛細(xì)管柱 使用分流/不分流進(jìn)樣口。
填充柱進(jìn)樣口
填充柱進(jìn)樣口是為填充柱設(shè)計(jì)的?？筛鼡Q的襯管使進(jìn)樣口適用于 特定內(nèi)徑的色譜柱，柱內(nèi)徑一般為1/8或1/4英寸。典型的設(shè)計(jì) 如圖8所示。
當(dāng)用大口徑毛細(xì)管柱時(shí)，專用的襯管使得它們可以用于填充柱進(jìn) 樣口。這種色譜柱的柱容量與填充柱的類似。
樣品用注射器穿過(guò)隔墊注入到載氣流中。加熱的進(jìn)樣口使樣品 (如果是液體）氣化，而后載氣將氣化的樣品帶入色譜柱。分流/不分流進(jìn)樣口
分流/不分流進(jìn)樣用毛細(xì)管柱，有兩種操作模式。 分流模式
毛細(xì)管柱有較小的樣品容量。進(jìn)樣量必須非常少.通常遠(yuǎn)少于1 微升，以防止色譜柱超載。
如此小的樣品量操作起來(lái)是很困難的。分流模式提供了 一種方法 來(lái)解決此問(wèn)題：采用通常的進(jìn)樣量.氣化.然后只把其中一部分 引入到色譜柱內(nèi)進(jìn)行分析。其余大部分經(jīng)分流出口放空。
圖9為典型的分流/不分流進(jìn)樣口的分流模式。
分流閥開(kāi)啟并一直維持此狀態(tài)。樣品被注射進(jìn)襯管，同時(shí)被氣化。 氣化的樣品在色譜柱（氣流阻力大）和分流放空口 （氣流阻力可 調(diào)）之間分配。
不分流進(jìn)樣模式
此模式特別適用于低濃度的樣品。它將樣品捕集在柱頭，同時(shí)將 殘留在進(jìn)樣口的溶劑氣體放空。
此模式包括兩個(gè)步驟- 1注射樣品
關(guān)閉分流閥。載氣流在隔墊吹掃氣出口和色譜柱之間分配。柱 頭壓力由分流放空調(diào)節(jié)閥來(lái)設(shè)定，從而設(shè)定流過(guò)色譜柱的流速。
注射樣品。溶劑（主要的樣品成分）在富集樣品的柱頭產(chǎn)生飽 和區(qū)帶。
進(jìn)樣口流量 隔墊螺母隔墊吹掃
控制閥和隔墊氣控制
圖10 不分流模式進(jìn)樣
進(jìn)樣口吹掃
在樣品被捕集到色譜柱頭之后，打開(kāi)分流閥。將殘留在進(jìn)樣口 中的氣體（此時(shí)大部分是溶劑）放空。
現(xiàn)在流路和分流模式是相同的（圖9)。
升高柱溫，開(kāi)始將樣品組分引入色譜柱并分離。
此方法對(duì)于沸點(diǎn)比溶劑高的組分的分離是很有效的。溶劑峰將會(huì) 很大。要采用程序升溫將目標(biāo)化合物的峰和溶劑峰分離。不分流模式進(jìn)樣步驟
成功的不分流進(jìn)樣包括以下幾個(gè)步驟：
在加熱的進(jìn)樣口中使樣品和溶劑揮發(fā)。
采用較低的柱溫在柱頭產(chǎn)生一個(gè)溶劑飽和區(qū)帶。
利用此區(qū)帶使樣品在柱頭進(jìn)行富集和重組。
在所有樣品，或至少是大部分樣品進(jìn)入色譜柱后，通過(guò)打開(kāi)分 流放空閥放空進(jìn)樣口中殘留的樣品氣體。
升高柱溫，先將溶劑，然后將樣品從柱頭釋放。 操作參數(shù)初始值設(shè)定
您必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定最佳操作參數(shù)值。表1提供了一些建議的 參數(shù)設(shè)置初始值：
表1 不分流進(jìn)樣模式的進(jìn)樣口參數(shù)初始值設(shè)置
儀器參數(shù)建議初始值
柱溫低于溶劑沸點(diǎn)
柱箱初始時(shí)間>分流閥開(kāi)啟時(shí)間
分流放空閥開(kāi)啟時(shí)間襯管體積< 2/柱流速
注射進(jìn)樣技術(shù)每一個(gè)色譜峰的起始點(diǎn)是與載氣混合的揮發(fā)的樣品區(qū)域的一部分 在樣品組分于柱內(nèi)被分離的過(guò)程中，樣品區(qū)域由于擴(kuò)散而展寬。 任何色譜峰的寬度都不會(huì)比初始區(qū)域?qū)挾雀?/span> 由于分離窄峰比寬峰容易得多.故必須使初始區(qū)域?qū)挾茸钚』?理想的注射進(jìn)樣技術(shù)是：
將樣品充入注射器，調(diào)節(jié)進(jìn)樣量。
將注射器的針尖以盡可能深地速度穿過(guò)進(jìn)樣隔墊（進(jìn)樣口的設(shè) 計(jì)者假定您會(huì)這樣做）。
快速壓下注射器推桿。
立即把針從進(jìn)樣口拔出。
重要的就是速度》任何遲疑都將導(dǎo)致樣品區(qū)域?qū)挾仍龃蟆?/span>
如果一個(gè)熟練的操作者按以上方法進(jìn)樣，他能達(dá)到3到4%的進(jìn)樣 量重復(fù)性。能夠限制注射器推桿移動(dòng)距離的機(jī)械裝置能提高進(jìn)樣 重復(fù)性。
應(yīng)避免使用在兩個(gè)氣泡間捕集樣品的注射技術(shù)。這樣您必須做兩 次估算，因而使進(jìn)樣量的誤差增倍。
自動(dòng)進(jìn)樣的優(yōu)點(diǎn)
自動(dòng)進(jìn)樣器是解決進(jìn)樣問(wèn)題的一個(gè)方法。它們能夠?qū)崿F(xiàn)高度重復(fù) 的進(jìn)樣。因此，它們通常允許采用更簡(jiǎn)單的峰的含量計(jì)算方法 (用外標(biāo)法，而不是內(nèi)標(biāo)法）。
如果配備有自動(dòng)進(jìn)樣器（裝備有樣品盤(pán).并與數(shù)據(jù)系統(tǒng)連接）. 就可以進(jìn)行全自動(dòng)分析。
氣體樣品進(jìn)樣閥包括一個(gè)定量管和將定量管接入載氣流和脫離載 氣流的閥體。
圖Ii所示為一種常用的進(jìn)樣機(jī)理。
樣品量通過(guò)定量管來(lái)確定。定量管是可以更換的，因此一個(gè)進(jìn)樣 閥能夠提供多種高度重復(fù)的進(jìn)樣體積。
液體進(jìn)樣閥
這與氣體進(jìn)樣閥的原理是一樣的。由于液體進(jìn)樣要求更小的進(jìn)樣 體積，因此“定量管”是構(gòu)成閥體的一部分，且是不可更換的。
如果要改變進(jìn)樣量，您必須更換整個(gè)進(jìn)樣閥。進(jìn)樣口溫度
氣體樣品
對(duì)于氣體樣品而言.進(jìn)樣口不需要?dú)饣魏挝镔|(zhì).因此也就沒(méi)有 必要加熱。
然而.大多數(shù)色譜工作者更傾向于加熱進(jìn)樣口以保證進(jìn)樣口不會(huì) 使任何物質(zhì)冷凝。常用的進(jìn)樣口溫度為10(TC。
液體樣品
液體樣品要求加熱進(jìn)樣口。溫度要足夠高以使樣品氣化.但又不 能過(guò)高而導(dǎo)致樣品分解。
溫度足夠髙開(kāi)始將進(jìn)樣口溫度設(shè)置為溶劑沸點(diǎn)值并觀察色譜峰 形。如果所有色譜峰的峰形大致相同（大小不同），說(shuō)明進(jìn)樣口 溫度已經(jīng)足夠高了。如果后流出的色譜峰顯得過(guò)寬，就將進(jìn)樣口 溫度升高10 'C看峰形是否改善。
溫度過(guò)高如果出現(xiàn)的峰數(shù)比組分?jǐn)?shù)還多，且峰型較差，說(shuō)明可 能有樣品分解發(fā)生。
在進(jìn)樣口發(fā)生分解所產(chǎn)生的峰，其大小主要取決于進(jìn)樣口溫度。 為了驗(yàn)證是否發(fā)生分解，稍稍降低進(jìn)樣口溫度后進(jìn)行第二次分析， 然后比較峰的大小。若有明顯的變化，就表明在進(jìn)樣口處有樣品 分解發(fā)生。
氣相色譜原理
組分分離
色譜柱如何對(duì)化合物進(jìn)行分離
混合物在色譜柱內(nèi)被分離為單個(gè)組分。許多色譜柱都可以用來(lái)分 離混合物。色譜柱的選擇取決于混合物的性質(zhì)和所需獲得的信息 (分析目的）》然而，所有色譜柱都基于同樣的工作原理。
色譜柱如何對(duì)化合物進(jìn)行分離
這是一段含有兩個(gè)樣品組分（彩色的圓點(diǎn)）的色譜柱的橫截面, 它既沒(méi)有填料，也沒(méi)有涂層。這樣的色譜柱只是空柱（圖
載氣流
圖12 未經(jīng)涂層的色譜柱
如果過(guò)幾秒鐘后您再觀察，色譜柱內(nèi)的情況就發(fā)生了改變 (圖
圖13 幾分鐘后
由于載氣流的帶動(dòng)，樣品向柱的右端移動(dòng)。并且由于樣品區(qū)域和 周圍載氣中樣品濃度的不同而使得樣品區(qū)帶展寬。
樣品組分仍然是混合在一起的。
現(xiàn)在我們?cè)谥拥膬?nèi)表面涂一層高沸點(diǎn)物質(zhì)，然后重復(fù)此實(shí)驗(yàn) 我們可以用所希望的任何涂層。在這個(gè)例子中，我們選用能夠溶 解蘭色圓點(diǎn)組分而不能溶解黃色圓點(diǎn)組分的固定液。
蘭色組分在固定相和載氣兩相之間進(jìn)行分配。黃色組分則停留在 氣相中。
幾秒鐘以后我們?cè)儆^察色譜柱.我們會(huì)發(fā)現(xiàn)（ 黃色組分與涂層之間沒(méi)有作用》它隨載氣一同流過(guò)色譜柱并首先 從色譜柱中流出。
蘭色組分在固定液和載氣之間進(jìn)行分配。它以較慢的速度流過(guò)色 譜柱而后流出色譜柱。
樣品已經(jīng)開(kāi)始分離為兩個(gè)峰。
色譜基本原理
當(dāng)氣化的組分與氣相和固定（涂層）相共存時(shí).它就根據(jù)對(duì)兩 相相對(duì)吸附性能的不同而在兩相間進(jìn)行分配。
此“吸附性能”可以是溶解度，揮發(fā)性，極性，特殊的化學(xué)相 互作用，或其他任何存在于樣品組分間的性質(zhì)差異。
如果一相是固定的（涂層）而另一相是流動(dòng)的（載氣），組分 將會(huì)以比流動(dòng)相慢的速度遷移。遷移速度慢的程度取決于相互 作用的大小。
如果不同組分有不同的“吸附性能”，它們將會(huì)隨時(shí)間而被分離。
毛細(xì)管柱是將固定相涂在管內(nèi)壁的開(kāi)口管.其中沒(méi)有填充物。
毛細(xì)管柱的內(nèi)徑從0.1到0.5毫米。典型的柱長(zhǎng)是30米.見(jiàn) 圖16。
圖16 毛細(xì)管柱
毛細(xì)管柱產(chǎn)生很窄的色譜峰。這有利于分離非常復(fù)雜的混合物。 例如，常用的汽車燃油的分析將產(chǎn)生400到500個(gè)色譜峰。
色譜柱類型
毛細(xì)管柱
這些用熔融石英毛細(xì)管制成的色譜柱呈很好的惰性。在不銹鋼和 玻璃柱上拖尾現(xiàn)象很嚴(yán)重的樣品，如硫醇類化合物，在毛細(xì)管柱 上能夠達(dá)到基線分離。
填充柱
毛細(xì)管柱對(duì)樣品量的要求小于填充柱。特定的進(jìn)樣口，見(jiàn)19頁(yè) “分流/不分流進(jìn)樣口”，允許采用常規(guī)進(jìn)樣量而在樣品進(jìn)入色譜 柱之前進(jìn)行分流。
在填充柱內(nèi).固定液被涂在粒度均勻的載體顆粒上以增大表面積. 減少涂層厚度。涂好的填料被填充在金屬.玻璃.或塑料管內(nèi). 如圖17。大多數(shù)金屬填充柱的外徑是1/8或1/4英寸。玻璃柱通常是1/4 英寸外徑，但是內(nèi)徑不同，使之與兩種規(guī)格的不銹鋼柱有相同的 分離效果。
填料上的涂層
填充柱
圖
填充柱有較大的樣品容量.是老式的靈敏度較低的檢測(cè)器所必需 的。然而.采用現(xiàn)代高靈敏度的檢測(cè)器.樣品容量大的優(yōu)勢(shì)已經(jīng) 消失。填充柱仍然適用于氣體樣品.但是.毛細(xì)管柱對(duì)于大多液 體樣品會(huì)有更好的分離度。
色譜柱管材
色譜柱管材料包括：
不銹鋼一耐用，但是相對(duì)活潑的柱表面可能導(dǎo)致被分離組分的 損失和峰拖尾。
玻璃一質(zhì)脆，通常要求對(duì)內(nèi)表面進(jìn)行脫活處理。
熔融石英一僅用于毛細(xì)管柱.惰性好、堅(jiān)固耐用.是最常用的 柱材料。色譜柱特性
色譜柱的用途是將多組分的樣品分成窄的、分離良好的色譜峰 這兩個(gè)目標(biāo)并不是完全無(wú)關(guān)的。
柱效
高柱效的色譜柱產(chǎn)生窄的色譜峰。見(jiàn)圖
低柱效高柱效
圖18 柱效
柱效是由色譜柱的結(jié)構(gòu)（小的柱內(nèi)徑和薄的固定相涂層有最高的 柱效）和載氣流速?zèng)Q定的。
表2是所推薦的載氣流速
表2 推薦的載氣流速
注：較低的流速接近于載氣與色譜柱的優(yōu)化值。通常.色譜柱運(yùn) 行得更快.分析就更迅速.而不會(huì)損失多少柱效。如果分離非常 好或使用更短的色譜柱.色譜柱甚至還可以運(yùn)行得更快。大多數(shù) 情況下.不用低于推薦值的流速.因?yàn)樗鼈冄娱L(zhǎng)分析時(shí)間.還會(huì) 降低柱效。
載氣控制
填充柱內(nèi)的流速通常是用質(zhì)量流量控制器來(lái)控制的。毛細(xì)管柱， 由于它的流速很低.常常是用壓力來(lái)控制流速的。
有些GC提供電子氣路控制。這樣的儀器允許從鍵盤(pán)上設(shè)定流速 并從顯示器上讀出。
柱分離度
高分離度的色譜柱能夠作到基線分離。如果色譜峰很窄（柱效 高），分離將會(huì)更容易實(shí)現(xiàn)。
載氣流速的稍微改變能對(duì)分離度產(chǎn)生顯著的影響。
結(jié)合柱效和分離度的數(shù)學(xué)定義式，我們可以得到重要的結(jié)論：
色譜柱分離度與柱長(zhǎng)的平方根成正比。
這意味著增加柱長(zhǎng)并不是提高分離度行之有效的方法。柱長(zhǎng)加倍，分 離時(shí)間（和色譜柱成本）也加倍，但是分離度僅僅增加大約40%。
柱選擇性
這是一個(gè)定義不很明確的、與固定相有關(guān)的性質(zhì)。事實(shí)上，它是 固定相對(duì)兩種化合物表現(xiàn)出不同作用的程度。選擇性低一兩組分 同時(shí)流出。選擇性高一兩色譜峰分離。用毛細(xì)管柱還是填充柱
兩者各有所長(zhǎng)。下面是一些需要考慮的因素。
氣體分析通常用填充柱完成。填充柱有足夠的柱容量來(lái)適應(yīng)較 大體積的氣體進(jìn)樣量。氣體樣品分析常用填料包括：
分子篩一氧氣，氮?dú)?，氦氣，氫氣，二氧化碳，一氧化碳?/span> 甲烷等。
氧化鋁一丙烷或更大分子量的化合物
多孔性聚合物微球(Porapaks) -乙烷，丁烷，二氧化碳等。
其中一些填料（但不是所有填料）可以用于毛細(xì)管色譜柱中。
毛細(xì)管柱有比填充柱更高的分離度。即使選擇性低一些，通常 也能實(shí)現(xiàn)足夠的分離。
一根毛細(xì)管柱能夠完成多種分析，而用填充柱則可能需要多根 才能完成。
對(duì)毛細(xì)管柱和填充柱都適用的的固定液有： 甲基硅烷一非極性到中等極性
苯基甲基硅烷（5到50%的苯基）一烯烴，芳香化合物， 中等極性化合物
聚乙二醇）_酸，強(qiáng)極性的物質(zhì)
由于毛細(xì)管柱高的分離度，通?？梢誀奚稽c(diǎn)分離度而減少分 析時(shí)間。由于分離度與柱長(zhǎng)的平方根成正比，因此一根良好的 毛細(xì)管柱可以被截成兩段很好的毛細(xì)管柱，而僅損失很少的分 離度。分離時(shí)間卻可以減少一半！
柱溫
色譜柱內(nèi)的固定相（涂層）有一個(gè)適用的溫度范圍。
漫菇溫度通常是熔點(diǎn)。低于此.您所做的是氣/固色譜；高于 此，您所做的是氣/液色譜。結(jié)果可能大不相同。
漫暮溫度通常是指沸點(diǎn)或降解溫度。
色譜柱通常安裝在可控溫的柱箱里，因?yàn)闇囟葘?duì)分離的影響是很 大的。
溫度
柱溫可以采用恒溫或程序升溫。如圖19。
這是操作柱溫箱最簡(jiǎn)單的方法。在整個(gè)分析過(guò)程中，柱溫將保持 不變。它有以下優(yōu)點(diǎn)
柱溫箱總是處于可進(jìn)行樣品分析的狀態(tài)。
兩次分析之間不需要間隔時(shí)間。
缺點(diǎn)：
若樣品組分的沸點(diǎn)范圍很寬，那么恒溫分離將會(huì)需要很長(zhǎng)時(shí)間， ?由于色譜峰隨時(shí)間而展寬，后面流出的峰將會(huì)難于檢測(cè)或測(cè)定。
程序控溫
在分析過(guò)程中，柱溫隨時(shí)間而變化，通常是升高柱溫。它的優(yōu)點(diǎn)是: ?減少分析時(shí)間
整個(gè)分離過(guò)程中峰形一致，檢測(cè)和測(cè)定更容易。 缺點(diǎn)：
樣品組分將經(jīng)歷比恒溫分離更高的溫度，這可能會(huì)導(dǎo)致某些敏 感組分降解。
在兩次進(jìn)樣之間.柱溫箱必須冷卻到初始溫度。這樣就抵消了 部分所節(jié)省的分析時(shí)間。
氣相色譜儀原理
組分檢測(cè)
熱導(dǎo)檢測(cè)器
工作原理 40 火焰離子化檢測(cè)器（
工作原理 42 電子捕獲檢測(cè)器（ECD) 43 工作原理
本章所介紹的三種檢測(cè)器能夠完成GC的大部分工作。還有其他 一些檢測(cè)器起互補(bǔ)作用（見(jiàn)表3),大多是元素專屬性檢測(cè)器或 質(zhì)量選擇性檢測(cè)器，在這里將不對(duì)它們做詳細(xì)介紹。
表3 其他檢測(cè)器
熱導(dǎo)檢測(cè)器
所有氣體都能夠?qū)?，但是氫氣和氦氣的熱?dǎo)系數(shù)最大（見(jiàn) 表4)。當(dāng)兩者任何一種作為載氣時(shí)，任何其他成分的存在都將導(dǎo) 致熱導(dǎo)檢測(cè)池中氣流熱導(dǎo)率的下降。
用TCD可以測(cè)量這種變化，并用來(lái)創(chuàng)建色譜圖。
表4 某些氣體相對(duì)于正己烷的熱導(dǎo)率
氣體相對(duì)熱導(dǎo)系數(shù)
由于TCD是基于熱導(dǎo)率的差異而工作的，故氫氣或氦氣顯然是優(yōu) 選的載氣。
工作原理
當(dāng)電壓施加于熱絲時(shí).它就發(fā)熱。穩(wěn)定的溫度取決于所施加的電 壓、熱絲的電阻和熱絲向周圍環(huán)境散熱的速率。
如果熱絲被載氣所包圍.載氣熱導(dǎo)率的任何變化都會(huì)引起熱絲溫 度的改變。這樣就導(dǎo)致熱絲電阻的變化。早期的TCD設(shè)計(jì)是將四根熱絲連接成惠斯通電橋。柱流出物流經(jīng) 兩根相對(duì)的熱絲；純的載氣（參比氣）流過(guò)另外兩根熱絲。當(dāng)有 被分離樣品組分流出色譜柱進(jìn)入檢測(cè)器時(shí)，電橋的平衡被破壞。
現(xiàn)代的TCD設(shè)計(jì)如圖20所示。
此檢測(cè)器只用一根熱絲?？焖偾袚Q閥使得柱流出物（含樣品）和 參比氣交替通過(guò)檢測(cè)池。如果兩氣流是一樣的一沒(méi)有被分離的組 分，氣體切換時(shí)熱絲電阻不變。
然而，在有樣品組分進(jìn)入檢測(cè)池時(shí)，切換到色譜柱流出氣時(shí)，熱 絲溫度降低；當(dāng)切換到參比氣時(shí)，熱絲溫度又恢復(fù)原值。電子傳 感器能夠探測(cè)到此變化并調(diào)節(jié)熱絲的電源供給以使溫度保持恒定。
圖20 熱導(dǎo)檢測(cè)器
電源供給變化曲線的波動(dòng)幅度取決于柱流出物（有組分存在時(shí)） 和參比氣之間熱導(dǎo)率的差異?；鹧骐x子化檢測(cè)器
氫氣和空氣燃燒所生成的火焰產(chǎn)生不多的離子。然而有含碳有機(jī) 物進(jìn)入火焰中燃燒時(shí)，離子產(chǎn)率將增大。
工作原理
從色譜柱流出的載氣和氫氣混合后在空氣中燃燒。FID有兩個(gè)電 極，其中之一是火焰燃燒的噴嘴，另一個(gè)加上極化電壓后用來(lái)收 集火焰中的離子。
當(dāng)組分進(jìn)入火焰時(shí)，收集極所記錄到的電流增大。該電流經(jīng)過(guò)放 大后形成色譜圖。
圖21 火焰離子化檢測(cè)器
對(duì)在火焰中產(chǎn)生離子的任何物質(zhì)都有響應(yīng)，幾乎包括所有有 機(jī)化合物（有少數(shù)例外）。
通用的FID設(shè)計(jì)如圖21所示。
空 極焰 放電火
電子捕獲檢測(cè)器（
電子捕獲檢測(cè)器廣泛應(yīng)用于環(huán)境分析領(lǐng)域，這是因?yàn)樗鼘?duì)含鹵素 化合物有很高的靈敏度，包括大部分除草劑和農(nóng)藥。
工作原理
檢測(cè)池中的放射性同位素，通常是63Ni,發(fā)射出0射線。^射線和 載氣分子碰撞而產(chǎn)生低能量的自由電子。在兩電極間施加極化電 壓以捕集電子流。
某些分子能夠捕獲低能量的自由電子而形成負(fù)離子。當(dāng)此類化合 物分子進(jìn)入檢測(cè)池時(shí)，部分電子被捕獲從而使得收集電流下降。 信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后形成色譜圖。
圖22是一種ECD的結(jié)構(gòu)示意圖。
是高度選擇性的檢測(cè)器：對(duì)能捕獲電子的物質(zhì)有高的靈敏 度，而對(duì)其他物質(zhì)則幾乎不響應(yīng)。一些相對(duì)響應(yīng)值見(jiàn)表5。
表5 ECD對(duì)某些化合物的靈敏度
化合物相對(duì)于苯（響應(yīng)值=1)的響應(yīng)值
氣相色譜基本原理
譜圖解析
色譜峰測(cè)量 47 保留時(shí)間 47 色譜峰大小 47 組分定性 49 組分定量 50 未校準(zhǔn)計(jì)算 50 峰面積與峰高百分比法 50 校準(zhǔn)計(jì)算 52 歸一化法 54 外標(biāo)法 55 內(nèi)標(biāo)法 56色譜儀產(chǎn)生隨時(shí)間而變化的信號(hào)。當(dāng)信號(hào)被記錄下來(lái)時(shí)，就形成 我們熟悉的色譜圖（見(jiàn)圖23)。
圖23 典型色譜圖
色譜圖可以通過(guò)手動(dòng)或電子處理方式轉(zhuǎn)化為峰保留時(shí)間或峰大小 的數(shù)據(jù)列表。色譜峰測(cè)量
對(duì)于一個(gè)色譜峰，我們可以獲得兩個(gè)基本的測(cè)量數(shù)據(jù)- ?進(jìn)樣后到色譜峰被檢測(cè)到的時(shí)間 ?色譜峰的大小
保留時(shí)間
峰出現(xiàn)的時(shí)間是從開(kāi)始進(jìn)樣到被檢測(cè)到的時(shí)間，包括兩部分：
一載氣流過(guò)色譜柱所用的時(shí)間?？赏ㄟ^(guò)注射空氣或其他
沒(méi)有相互作用的物質(zhì)來(lái)測(cè)定。
保留時(shí)間一由于被分離組分與色譜柱固定相相互作用所造成的 滯留時(shí)間。
在大多數(shù)情況下.通常忽略死時(shí)間而把出峰時(shí)間認(rèn)為是保留時(shí)間。
色譜峰大小
色^峰大小可以通過(guò)峰高或峰面積來(lái)測(cè)定，二者都是相對(duì)于基線 而言的。
色譜峰下的基線不能直接測(cè)量。它必須從色譜峰兩側(cè)的基線處測(cè)量
對(duì)于分離良好的峰這是很簡(jiǎn)單的。但是當(dāng)峰發(fā)生重疊，或出現(xiàn)在 溶劑峰的拖尾側(cè)，或其他非理想化的情況時(shí)，測(cè)量就比較困難一 些。鑒于此，花在改善峰分離條件上的時(shí)間是值得的。
峰高
這是最簡(jiǎn)單的測(cè)量，僅僅需要一把測(cè)量尺。它是從峰尖到基線的 垂直距離。
峰面積
此面積是指由色譜峰信號(hào)曲線和基線所圍成的面積。最好通過(guò)電 子方式來(lái)測(cè)量。
圖24為兩個(gè)測(cè)量參數(shù)的圖示。
測(cè)量基線
圖24 色譜峰測(cè)量
積分儀和數(shù)據(jù)系統(tǒng)
積分儀用來(lái)測(cè)量色譜峰的面積和峰高.以及峰保留時(shí)間。它們能 夠方便而重現(xiàn)地將曲線（色譜圖）轉(zhuǎn)換為表格（時(shí)間和大?。?。
數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)不僅有積分儀同樣的優(yōu)點(diǎn).而且具有更多的功能：
軟件控制的積分儀比機(jī)械的積分儀更靈活。
不用重復(fù)進(jìn)樣，可以采用不同的積分和計(jì)算參數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行再 處理。
系統(tǒng)能夠更加精確的完成本章所介紹的幾種基本的計(jì)算。 ?系統(tǒng)能夠給出用戶所需要的報(bào)告格式。 ?色譜峰的校準(zhǔn)變得非常簡(jiǎn)單。 既可以進(jìn)行一點(diǎn).也可以進(jìn)行多點(diǎn)校準(zhǔn)。 ?原始數(shù)據(jù)和已處理的數(shù)據(jù)可以被保存以備后用^ ?系統(tǒng)可以同時(shí)處理多臺(tái)氣相色譜儀的數(shù)據(jù)。
因?yàn)樵S多化合物可能在同一時(shí)間（或幾乎同一時(shí)間）流出色譜 柱，因此僅僅依靠氣相色譜本身是不能對(duì)一個(gè)完全未知的化合物 進(jìn)行定性的。
然而，當(dāng)問(wèn)題被加以限定時(shí)，氣相色譜將變成一個(gè)強(qiáng)有力的工具。 可以通過(guò)比較氣相色譜圖以確定樣品是否相同。例如，油輪里的原 油樣品可以和海上浮油比較以確定油輪是否應(yīng)對(duì)原油的泄漏負(fù)責(zé)。
對(duì)于排除可疑性是很有用的。如果您從先前的實(shí)驗(yàn)中知道異辛 烷在1.9分鐘出峰，那么一個(gè)在1.5分鐘出的峰一定不會(huì)是異辛 烷。那么它是什么呢？
幸運(yùn)的是，您不必要考慮所有的有機(jī)化合物。樣品信息限定了可 能的化合物。例如，您不會(huì)期望在止痛藥中找到鏈霉素。
當(dāng)一個(gè)未知的峰被初步確定后，還必須在別的不同性質(zhì)的色譜柱 上重現(xiàn)以得到確認(rèn)。如果一個(gè)化合物在基于沸點(diǎn)分離的柱（甲基 硅氧烷）和極性柱（聚乙二醇）上有正確的保留時(shí)間，此定性很 可能就是正確的。
在處理已知樣品組分并且要求定量時(shí)是特別有用的。GC通常 也用來(lái)監(jiān)測(cè)雜質(zhì)組分的存在（作為額外峰）。
組分定性
最后.GC可以和質(zhì)譜或其他選擇性檢測(cè)器聯(lián)用以提供明確鑒定 未知組分所需的輔助數(shù)據(jù)。組分定量
未校準(zhǔn)計(jì)算
當(dāng)載氣通過(guò)檢測(cè)器時(shí)將會(huì)產(chǎn)生信號(hào)。如果沒(méi)有樣品組分存在.所 產(chǎn)生的信號(hào)是基線。當(dāng)有組分出現(xiàn)時(shí)，信號(hào)將會(huì)增強(qiáng)。
當(dāng)組分通過(guò)時(shí).信號(hào)和其投影的基線所圍面積是峰面積。從色譜 峰頂?shù)酵队暗幕€的最大垂直距離是峰高。
積分伩或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)負(fù)責(zé)處理繪制基線和測(cè)量峰面積和峰高這 項(xiàng)困難的任務(wù)。其結(jié)果就是測(cè)量的響應(yīng)值(MR)。
峰面積與峰高百分比法
在一次進(jìn)樣分析過(guò)程中每一個(gè)色譜峰所占總的峰面積或峰高的百 分比。
假設(shè)檢測(cè)器對(duì)所有組分都有相同的響應(yīng)。計(jì)算公式見(jiàn)公式1。 第n個(gè)峰含量
第n個(gè)峰的MR/_次進(jìn)樣的所有MR的和
優(yōu)點(diǎn)：
快速，因?yàn)椴恍枰M(jìn)行校準(zhǔn)。 ?進(jìn)樣量在一定范圍內(nèi)變化不影響結(jié)果。
缺點(diǎn)：
所有組分的色譜峰必須能夠檢測(cè)到。
任何沒(méi)有被檢測(cè)到或有沒(méi)流出色譜柱的峰都會(huì)減少MR的總 和。這會(huì)造成所有被測(cè)物質(zhì)含量值偏高。如果組分的響應(yīng)因子不同，未校準(zhǔn)計(jì)算的結(jié)果是不準(zhǔn)確的。這會(huì) 造成早流出的峰的測(cè)得含量偏高。
適用范圍
為建立校準(zhǔn)表而列出響應(yīng)信號(hào)和保留時(shí)間。 ?要進(jìn)行快速分析，與設(shè)定的極限值比較，結(jié)果重現(xiàn)。 ?用于過(guò)程監(jiān)測(cè)，產(chǎn)品檢驗(yàn)測(cè)試等。 ?不能用于對(duì)絕對(duì)準(zhǔn)確度要求高的分析。校準(zhǔn)計(jì)算
如果峰面積和峰高百分比定量不能滿足需要，就要用標(biāo)準(zhǔn)樣品分 析所得數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)計(jì)算，以建立單個(gè)色譜峰的定量校準(zhǔn)曲線。
最簡(jiǎn)單的校準(zhǔn)是響應(yīng)因子，它是通過(guò)已知組分的含量除以相應(yīng)峰 的大小來(lái)計(jì)算的。
用圖表示，響應(yīng)因子是組分含量對(duì)色譜峰大小曲線的斜率，如 圖邸所示。
色譜峰大小
圖25 響應(yīng)因子
響應(yīng)因子可通過(guò)分析一個(gè)含有所有欲校準(zhǔn)組分的標(biāo)準(zhǔn)混合溶液來(lái) 進(jìn)行測(cè)定。
但是，響應(yīng)因子方法有兩個(gè)假設(shè)的前提條件： ?含量/峰面積（峰高）曲線經(jīng)過(guò)原點(diǎn)。 ?含量/峰面積（峰高）曲線是直線。
對(duì)于一個(gè)可靠的校準(zhǔn)，兩個(gè)前提條件都必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)加以證明 如果曲線確實(shí)是一條直線且確實(shí)通過(guò)原點(diǎn)，則響應(yīng)因子是有效的
在圖25中，響應(yīng)因子可用于色譜峰A和B，但不適用于色譜峰C。 兩種形式的定量校正用公式2和公式3來(lái)表示。
對(duì)于色譜峰A和
峰的CR值=峰旳MR值X色譜峰響應(yīng)因子⑵
對(duì)于色譜峰
峰的CR值=色譜峰MR值旳〈響應(yīng)曲線量〉⑶
色譜峰C只有用整個(gè)校準(zhǔn)曲線進(jìn)行校正。手動(dòng)進(jìn)行這樣的處理是 很費(fèi)時(shí)的，但是用數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)就很容易做到了。歸一化法
歸一化百分比法與面積和峰高百分比法類似，但是要用校正的響 應(yīng)值（CR)代替測(cè)量的響應(yīng)值，如公式4所示。
第n個(gè)色譜峰含量
第n個(gè)色譜峰的CR值/所有峰的CR之和]X 100⑷
此計(jì)算方法可對(duì)組分靈敏度差異進(jìn)行校正，這對(duì)流出早的色譜 峰的計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確。
進(jìn)樣量在一定范圍內(nèi)變化不影響結(jié)果。 缺點(diǎn)：
此方法必須經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)。
所有的峰都必須能被檢測(cè)。任何沒(méi)有被檢測(cè)到或有沒(méi)流出色譜 柱的峰都會(huì)減少CR的總和。這會(huì)造成所有被測(cè)物質(zhì)含量值偏高。
所有的峰都必須被鑒定和校準(zhǔn)，以求達(dá)到最高的準(zhǔn)確度。未知 的（故未校準(zhǔn)）峰將會(huì)降低校準(zhǔn)的絕對(duì)準(zhǔn)確度。
適用范圍
如果沒(méi)有高沸點(diǎn)化合物存在，就可給出非常準(zhǔn)確的結(jié)果。 外標(biāo)法
外標(biāo)法最大的優(yōu)點(diǎn)是只對(duì)目標(biāo)化合物的色譜峰進(jìn)行校準(zhǔn)即可。其 計(jì)算非常簡(jiǎn)便；見(jiàn)公式5。
第n個(gè)色譜峰含量=第n個(gè)色譜峰的CR值（
優(yōu)點(diǎn)：
只需對(duì)目標(biāo)化合物進(jìn)行校準(zhǔn)。 ?只需目標(biāo)化合物流出色譜柱并被檢測(cè)即可。 ?每一個(gè)校準(zhǔn)的峰都是獨(dú)立進(jìn)行計(jì)算的。
缺點(diǎn)：
必須對(duì)目標(biāo)化合物進(jìn)行校準(zhǔn)。
外標(biāo)法假定儀器漂移是可以忽略的。必須定期用已知測(cè)試樣進(jìn) 行測(cè)試以確證這一點(diǎn)。
因?yàn)橥鈽?biāo)法是絕對(duì)計(jì)算而非相對(duì)計(jì)算，因此恒定的進(jìn)樣量是至 關(guān)重要的。用手動(dòng)進(jìn)樣很難保證這一點(diǎn)。實(shí)際上，氣體或液體 進(jìn)樣閥，或自動(dòng)液體進(jìn)樣器是必須的。
適用范圍
使用進(jìn)樣閥進(jìn)行氣體分析。隨著儀器穩(wěn)定性能的提高.借助于自 動(dòng)進(jìn)樣裝置保證恒定的進(jìn)樣量，外標(biāo)法已經(jīng)取代了許多過(guò)去要求 用內(nèi)標(biāo)法來(lái)測(cè)定的分析工作。
內(nèi)標(biāo)法
內(nèi)標(biāo)法對(duì)每一個(gè)色譜峰提供獨(dú)立的計(jì)算。它同時(shí)還對(duì)進(jìn)樣量的波 動(dòng)、儀器漂移和其他影響因素進(jìn)行校正。
雖然隨著現(xiàn)代儀器的發(fā)展外標(biāo)法有很大的改進(jìn)，但是內(nèi)標(biāo)法仍被 認(rèn)為是最準(zhǔn)確的色譜定量方法。
內(nèi)標(biāo)法的基本計(jì)算公式見(jiàn)公式6。
第n個(gè)峰的含量
第n個(gè)峰的CR值/內(nèi)標(biāo)峰的CR值I X內(nèi)標(biāo)峰旳含量
內(nèi)標(biāo)、峰的含量是在分析之前加在待測(cè)樣品中的已知內(nèi)標(biāo)化合物的含量。
這通常被認(rèn)為是最為準(zhǔn)確的定量方法。
只需對(duì)目標(biāo)化合物進(jìn)行校準(zhǔn)。 只需目標(biāo)化合物流出色譜柱并能夠檢測(cè)到》 ?每一個(gè)校準(zhǔn)峰是獨(dú)立計(jì)算的。 ?進(jìn)樣量微小的變化不影響測(cè)定結(jié)果。 ?微小的儀器漂移不影響測(cè)定結(jié)果。
缺點(diǎn)：
必須對(duì)目標(biāo)峰進(jìn)行校準(zhǔn)。 ?每個(gè)樣品中必須加入已知量的內(nèi)標(biāo)化合物。
適用范圍
要求高準(zhǔn)確度的液體樣品分析。
注釋
內(nèi)標(biāo)一詞有兩個(gè)稍有區(qū)別的含義
外標(biāo)法原本是為了補(bǔ)償手動(dòng)進(jìn)樣所引起的進(jìn)樣量誤差而開(kāi)發(fā) 的。為了達(dá)到此目的，內(nèi)標(biāo)化合物在樣品前處理（萃取、蒸 餾，等等）完成后加到將要進(jìn)樣的樣品中去。對(duì)內(nèi)標(biāo)物的主要 要求是樣品中不含有該物質(zhì)，同時(shí)內(nèi)標(biāo)化合物能夠產(chǎn)生與樣品 組分完全分離的、峰形很好的色譜峰。內(nèi)標(biāo)物不必和樣品組分 的化學(xué)性質(zhì)相似。
在許多生化分析和相關(guān)的應(yīng)用中，內(nèi)標(biāo)化合物是在樣品處理之 前加入到原始樣品中去。在這種情況下，內(nèi)標(biāo)化合物的化學(xué)性 質(zhì)必須和樣品相似，以保證前處理步驟對(duì)內(nèi)標(biāo)物和樣品組分有 相同的影響。此時(shí)，內(nèi)標(biāo)物用來(lái)對(duì)兩種不同的因素進(jìn)行較正： 在預(yù)處理過(guò)程中樣品回收量的誤差和進(jìn)樣時(shí)樣品量的誤差。用 單一內(nèi)標(biāo)物是不可能實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)目的的。通過(guò)精確控制樣品預(yù) 處理過(guò)程和用實(shí)驗(yàn)來(lái)證明回收率是高度重現(xiàn)的，那么誤差可以 減少至可接受的程度。
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