淺談氣相色譜儀原理及其應用

　　摘要敘述了氣相色譜技術(shù)的基本原理、組成、分類和維護, 域的應用。
　　關(guān)鍵詞氣相色譜；維護；應用
　　色譜法(Chromatography)是一種重要的分離分析技術(shù)和物化研究方法，其在生產(chǎn)、科研、教學等 的眾多領(lǐng)域中得到了廣泛應用。氣相色譜法作為色 譜法的一種，具有分離效能好、分析速度快、檢測 靈敏度高、適用范圍廣和操作簡便等特點。隨著科 學技術(shù)的發(fā)展，氣相色譜法作為一種新型分離分析 技術(shù)迅速的發(fā)展起來，它已成為分析測試和分離提 純*的手段。
　　氣相色譜儀的原理及組成
　　氣相色譜工作原理：是利用試樣中各組份在氣 相和固定液液相間的分配系數(shù)不同，當氣化后的試 樣被載氣帶入色譜柱中運行時，組份就在其中的兩 相間進行反復多次分配，由于固定相對各組份的吸 附或溶解能力不同，因此各組份在色譜柱中的運行 速度就不同，經(jīng)過一定的柱長后，便彼此分離，按 順序離開色譜柱進入檢測器，產(chǎn)生的離子流訊號經(jīng) 放大后，在記錄器上描繪出各組份的色譜峰(如 圖1)。
　　樣品
　　載氣 _氣化室_一色譜柱_檢測器 _^信號處理輸a 圖1氣相色譜分析流程圖
　　氣相色譜儀主要有以下五部分組成。*部 分，載氣系統(tǒng)：包括氣源、氣體凈化、氣體流速和 測量控制；第二部分，進樣系統(tǒng)：包括進樣器和氣 化室；第三部分，色譜柱：包括色譜柱和恒溫控制 裝置；第四部分，檢測系統(tǒng)：包括檢測器和控溫裝 置；第五部分，記錄系統(tǒng)：包括放大器、記錄儀、 工作站。
　　氣相色譜儀的分類
　　按固定相分類
　　按固定相狀態(tài)可分為氣-固色譜和氣-液色譜。
　　以及在農(nóng)殘分析、食品分析、石化分析、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)
　　前者采用固體固定相，如多孔氧化鋁或高分子小球 等，主要是基于吸附機理進行分離。后者為流體固 定相，主要基于分配機理分離。 2.2按分離機理分類
　　按分離機理可分為分配色譜和吸附色譜。氣液 色譜不總是純粹的分配色譜，氣固色譜也不*是 吸附色譜。一個色譜過程常常是兩種或多種機理的 結(jié)合，只是有一種機理起主導作用而已。 2.3按色譜柱分類
　　按色譜柱可分為填充柱氣相色譜和開管柱氣相色 譜。填充柱內(nèi)要填充一定的填料，為"實心"；開管 柱則為"空心"，其固定相附著在柱管內(nèi)壁上。 2.4按進樣方式分類
　　按進樣方式可分為常規(guī)氣相色譜、頂空氣相色 譜和裂解氣相色譜等。常規(guī)分析是將待測樣品直接 通入色譜柱進行分析；頂空分析是通過基質(zhì)上方的 氣體來測定這些組分在原樣品中的含量；裂解分析 是將待測樣品在嚴格控制條件的裂解裝置內(nèi)使之迅 速裂解成可揮發(fā)的小分子物質(zhì)，然后將裂解產(chǎn)物轉(zhuǎn) 移到色譜柱進行分離分析。 2.5其他類型
　　如固相微萃取-氣相色譜聯(lián)用技術(shù)、全二維氣相 色譜技術(shù)、反相氣相色譜法及毛細管氣相色譜法等 也有一定的應用
　　氣相色譜的維護
　　氣化室的維護
　　氣相色譜儀的進樣口的硅橡膠墊的壽命與氣化 室的溫度有關(guān)，一般可以用數(shù)十次，硅橡膠墊漏氣時 會引起基線的波動，分析的重現(xiàn)性變差，從而使結(jié)果 不準。由于進樣器穿刺過多，使硅橡膠墊碎屑進入氣 化室，如果碎屑過多，高溫時會影響基線的穩(wěn)定，或 者形成鬼峰。因此為保證分析的正常進行，應經(jīng)常更 換密封墊和經(jīng)常檢查氣化室的氣密性。
　　氣相色譜儀由于長期使用，氣化室和襯管內(nèi)常
　　聚集大量的高沸點物質(zhì)，如遇某次分析高沸點物質(zhì) 時就會逸出多余的峰，對分析結(jié)果造成影響，因此 要經(jīng)常用有機溶劑清洗氣化室和襯管。清洗時應卸 掉色譜柱，在加熱和通氣的情況下，由進樣口注入 無水乙醇或丙酮，反復幾次，zui后加熱通氣干燥。 3.2色譜柱的維護
　　新裝色譜柱在使用前必須進行老化。色譜柱暫 時不用時，應將其從儀器上卸下，在柱兩端套上不 銹鋼螺帽，并放在相應的柱包裝盒中，以免柱頭被 污染。每次關(guān)機前都應將柱箱溫度降到50°C以下， 然后再關(guān)電源和載氣。若溫度過高時切斷載氣，則 空氣(氧氣)擴散進入柱管會造成固定液氧化和降 解。儀器有過溫保護功能時，每次新安裝了色譜柱 都要重新設(shè)定保護溫度，以確保柱箱溫度不超過色 譜柱的zui高使用溫度。
　　對于毛細管柱，如果使用一段時間后柱效有大 幅度的降低，往往表明固定液流失太多，這時可以 在高溫下老化。若柱性能仍不能恢復，就得從儀器 上卸下柱子，將柱頭截去10cm或更長，去除掉zui 容易被污染的柱頭后再安裝測試，往往能恢復柱性 能。如果還是不起作用，可再反復注射溶劑(如： 丙酮、甲苯、乙醇等)進行清洗，每次可進樣5 IO1UL,這一辦法常能奏效。 3.3檢測器的清洗 3.3.1熱導檢測器(TCD)的清洗
　　清洗熱導檢測器時應拆下色譜柱，換上一根空 的短的色譜柱，通載氣，升高柱溫箱和檢測室溫度 至250°C左右時，從進樣口注入2m丨有機溶劑，重復 數(shù)次，通氣至干燥。清洗時不能通電橋電流， 否則很可能會損壞檢測器。 3.3.2電子捕獲檢測器(ECD)的清洗
　　電子捕獲檢測器清洗法與熱導檢測器相同，但 清洗有機溶劑不能用電負性的有機溶劑，可用苯、 正已烷等。對于放射源是Ni63檢測器，清洗溫度在 250~300之間，清洗ECD時必要時做好個人防護。 3.3.3氫焰檢測器(F舊)的清洗
　　氫焰檢測器清洗的目的是為了提高檢測器的 絕緣程度。當檢測器污染嚴重時可卸下收集極、極 化極、噴嘴。收集極、極化極可用無水乙醇浸泡擦 洗，底座和噴嘴用有機溶劑反復沖洗，通氣管路也 要*清洗，噴嘴口要平整光滑，如有毛刺可用油 石或什錦銼、砂紙打磨光滑，再用乙醇反復沖洗， 然后用熱冷風交替吹干。固定這些電極的絕緣體可 在無水乙醇中浸泡15min左右，用紗布擦拭干凈，烘
　　干后安裝。
　　氮磷檢測器(NPD)及火焰光度檢測器(
　　的清洗
　　由于這兩個檢測器與FID結(jié)構(gòu)基本相似，故清 洗方法也基本相同。NPD注重銣銖的清洗；而FPD 則應注重光窗的清洗，但注意不要將光電管暴露于強光下。
　　氣相色譜儀的應用
　　農(nóng)殘檢測
　　農(nóng)作物中大量使用殺蟲劑、除草劑、除真菌 劑、滅鼠劑、植物生長調(diào)節(jié)劑等，在大大提高農(nóng)作 物產(chǎn)量的同時，也致使在農(nóng)產(chǎn)品、畜產(chǎn)品中農(nóng)藥殘 留量超標對人類的健康也帶來了很大的負面影響。 研究開發(fā)快速、可靠、靈敏和實用的農(nóng)藥殘留分析 技術(shù)是控制農(nóng)藥殘留、保證食品安全、避免間 貿(mào)易爭端的當務之急。農(nóng)藥殘留分析是綜合性較 高、涉及面廣泛的分離與分析過程。氣相色譜法是 一種經(jīng)典的分析方法，由于其具有高選擇性、高分 離效能、高靈敏度和快速等優(yōu)點，易氣化且氣化后 熱穩(wěn)定的農(nóng)藥目標物均可采用GC分析測定，已成為 目前農(nóng)藥殘留分析中應用zui多的儀器分析方法，此 法的研究文獻報道占農(nóng)藥殘留分析文獻報道的50°% 以上。應用GC分析農(nóng)藥殘留的關(guān)鍵是如何選擇檢測 器。理想的檢測器應具備靈敏度高、穩(wěn)定性和重復 性好、線性范圍寬、響應速度快、結(jié)構(gòu)簡單、造價 低、操作安全和應用范圍廣等特點。如：電子捕獲 檢測器(ECD被廣泛應用于含電負性較大的基團的農(nóng) 藥目標物的分析；火焰光度檢測器(FPD)用來檢測含 硫和磷農(nóng)藥目標物的分析；氮磷檢測器(NPD)應用 于有機氮和有機磷農(nóng)藥殘留的分析。國內(nèi)外對此方 面的研究己有很多報道和綜述。 4.2食品分析
　　食物是人類生存的zui基本需要，而食品的營 養(yǎng)成分和食品安全又是當今世界十分關(guān)注的重大問 題，因而食品分析就起著關(guān)鍵性作用。早在1976年 英國G. J. Dickes與P. V. Nicholas兩位對氣相色譜分 析食品有相當經(jīng)驗的有地位的食品分析專家，將當 代食品分析的氣相色譜法匯集出版了《食品分析的 氣相色譜法》[111。食品分析涉及成分分析和食品添 加劑分析。在這兩個方面氣相色譜都能發(fā)揮其優(yōu) 勢，食品成分部分有乳品，油脂，肉，魚，蛋，香 精油，果蔬與非酒*料，酒*料，糖制品，谷
　　物制品；重要的營養(yǎng)組分如氨基酸、脂肪酸、糖類 都可以用G C進行分析。食品添加劑方面有防腐劑， 抗氧劑，乳化劑，穩(wěn)定劑，其他添加劑等等有千余 種，其中有許多可用GC來檢測。 4.3石化分析
　　多年來氣相色譜的發(fā)展推動了石油和石化的 發(fā)展，反過來石油和石化的發(fā)展又促進了氣相色譜 的前進和發(fā)展，氣相色譜在石油和石化領(lǐng)域有著極 大的應用場所。盡管近年液相色譜和近紅外光 譜在石油和石化分析中的應用研究頗受青睞，但在 石油和石化分析中氣相色譜仍是主要的分析手段。 由于氣相色譜法在所有的色譜方法當中是zui容易做 的方法，所以在各種化工生產(chǎn)的產(chǎn)品檢驗中對多成 分、可揮發(fā)性組分的測定，GC應該是的方法， 在高聚物分析中G C也發(fā)揮了十分積極的作用，像裂 解氣相色譜和反氣相色譜都是針對高聚物分析的有 力技術(shù)，所以有許多應用報告。當然從GC的研究角 度不一定是開創(chuàng)性的研究，但是從實用角度對使用 者來說是很有價值的[。

4.4環(huán)境監(jiān)測
　　為了改善人類生存環(huán)境、洽理環(huán)境污染，對環(huán) 境污染物的檢測分析是當今世界一個重要的課題。 氣相色譜法是進行環(huán)境污染物分析研究和實際檢測 的有力手段。利用固相微萃取-氣相色譜GPME- GC)聯(lián)用技術(shù)可以進行大氣、室內(nèi)氣體、各種水體 和其他類型污染物的分析研究和測定。例如測定環(huán) 境中的多環(huán)芳烴、苯及其同系物、酚類化合物、雜 環(huán)化合物和一些有機揮發(fā)物。
　　結(jié)語
　　氣相色譜技術(shù)是一種成熟的分離和分析復雜混 合物的方法，現(xiàn)已成為分析測試主要的工具或重 要的分析手段。隨著科技的進步，人們對氣相色 譜的研究的深入，使其朝更高靈敏度、更高選擇 性、更方便快捷的方向發(fā)展，不斷推出新的方法 來解決可能遇到的新的分析難題。氣相色譜技術(shù)
　　的飛速發(fā)展將為生產(chǎn)、生活各個領(lǐng)域的發(fā)展帶來 更加深遠的影響。