[摘 要]近年来气象色谱仪广泛应用于食品检验中，但由于其属于新型技术，许多技术人员并不熟悉，现将其工作原理及载气选择原理作简要介绍 [关键词]气相色谱仪； 工作原理 ； 载气选择原理 中图分类号：TQ 051.8 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）34-0278-01 一、气相色谱工作原理 气相色谱法是色谱法的一个分支。在气相色谱法中，流动相是气体 （ 载气），固定相是固体吸附剂 （气―固色谱法， Gas ― Solid Chromatography，GSC）或涂在惰性固体表面上的液膜（气―液色谱法，Gas― LiquidChromatography，GLC），其中 GLC（简称GC） 应用最为广泛。当样品注入GC仪的进样系统中，便瞬时气化被载气带人色谱柱内，样品中的各组分在气、液两相中进行反复分配，最后由于其分配系数的不同而达到分离，先后由色谱柱出口进入检测器，产生信号，由记录仪记录下来，以进行定性、定量分析。根据出峰位置，确定组分的名称，根据峰面积确定浓度大小。这就是气相色谱仪的工作原理。 二、气相色谱基本结构 无论气相色谱仪怎么发展，各种型号的气相色谱仪都包括六个基本单元。即 （1） 载气及其流速控制系统； （2） 进样系统； （3） 色谱柱系统； （4） 检测器系统； （5） 记录器系统；（6）温控系统。在刑侦检验技术工作中常用的检测器有：火焰离子化简测器 （FID） 、氮磷检测器 （NPD） 、火焰光度检测器 （FPD） 、电子浦获检测器 （ECD） 等。 各单元功能 1）气源系统：气源分载气和辅助气两种，载气是携带分析试样通过色谱柱，提供试样在柱内运行的动力，辅助气是提供检测器燃烧或吹扫用，有的仪器采用EPC系统对气流进行数字化控制。 2）进样系统：进样系统的作用是接受样品，使之瞬间气化，将样品转移至色谱柱中。有些仪器还包括试样预处理装置，例如热脱附装置（TD）、裂解装置、吹扫捕集装置、顶空进样装置。 3）色谱柱柱系统：试样在柱内运行的同时得到所需要的分离。色谱柱一般有填充柱和毛细柱两种。 4） 检测系统：对柱后已被分离的组分进行检测，检测器的作用是指示与测量载气流中已分离的各种组分，即检测器是测定流动相中的组分的敏感器，因而是色谱仪的关键部件之一。有的仪器还包括柱后转化（例如硅烷化装置、烃转化装置）。 5） 数据采集及处理系统：采集并处理检测系统输入的信号，给出最后试样定性和定量结果。 6）温控系统：控制并显示进样系统、柱箱、检测器及辅助部分的温度。 所有的气相色谱仪都需包括以上六个基本单元，其功能都相同，差异的只是水平的配置，因此全面了解各单元的组成功能对仪器使用、开发及故障的分析排除都是必要的。 三、 载气选择原理 气相色谱分析检测过程中，气相色谱仪对所用的气体纯度有较高的要求，为即达到工作要求，又能延长仪器寿命，所用气体的纯度要达到或略高于仪器自身对气体纯度的要求；否则，若使用不符合要求的低纯度气体，会造成一系列不良影响. 气相色谱仪的气路系统，是一个载气连续运行、管路密闭的系统。气路系统的气密性，载气流速的稳定性，以及流量测量的准确性都对色谱实验结果有影响，需要注意控制。 气相色谱中常用的载气有：氢气、氮气、氦气、氩气和空气。这些气体除空气可由空压机供给外，一般都由高压钢瓶供给。通常都要经过净化、稳压和控制、测量流量。 气相色谱仪如何选用不同气体纯度的气源做载气和辅助气体，虽然是一个老的技术问题，但是对于刚刚接触气相色谱仪的技术人员，目前很难找到有关这方面的综合资料，所以他们总是到处询问究竟选择什么样的气体纯度最好的这类问题。 1 气体纯度的要求 原则上讲，选择气体纯度时，主要取决于：①分析对象；②色谱柱中填充物；③检测器。在满足分析要求的前提下，尽可能选用纯度较高的气体。这样不但会提高（保持）仪器的高灵敏度，而且会延长色谱柱、色谱仪（气路控制部件、气体过滤器）的寿命。实践证明，作为中高档仪器，长期使用较低纯度的气体气源，一旦要求分析低浓度、高精度要求的样品时，要想恢复仪器的高灵敏度是十分困难的。而对于低档仪器，作常量或半微量分析，选用高纯度的气体，会增加运行成本，有时还增加了气路的复杂性，因此选用气体的纯度要求达到或略高于仪器自身对气体纯度的要求即可，这样既可以达到工作要求，又能延长仪器的寿命，还不至于增加仪器的运行成本。 一般说来，痕量分析或毛细管色谱的载气纯化程度，要高于常规分析。特别是电子捕获、热导池检测器，载气纯度直接影响灵敏度和稳定性，一定要严格净化。 2 气体纯度低可能造成的不良影响 根据分析对象，色谱柱的类型，操作仪器的档次和具体检测器，若使用不合要求的低纯度气体，不良影响有以下几种可能： 2.1样品失真或消失 2.2色谱柱失效 2.3有时某些气体杂质和固定液相互作用而产生假峰； 2.4对柱保留特性的影响：如H2O对聚乙二醇等亲水性固定液的保留指数会有所增加，载气中氧含量过高时，无论是极性或是非极性固定液柱的保留特性，都会产生变化，使用时间越长影响越大； 2.5检测器：TCD：信噪比减小，无法调零，线性变窄，噪声加大不能进行微量分析； 2.6在做程序升温操作时，载气中的某些杂质，在低温时保留在色谱柱中，当柱温升高时不但引起基线漂移，还可能在谱图上出现比较宽的“假峰”。 2.7仪器影响 2.7.1各类过滤器加速失效； 2.7.2调节阀（稳压阀，稳流阀，针形阀）被污染，气阻堵塞，调节精度降低或失灵； 2.7.3气路系统被污染，若要恢复仪器在高灵敏度情况下操做，有时要吹洗很长时间（可能一周以上）污染严重时有时再也无法恢复。 2.7.4检测器的寿命 对于FID，水蒸汽会影响分析结果，直至影响检测器的寿命；对ECD和TCD的寿命最明显，这点应特别注意。 3 对气体纯度选择的一般原则 3.1从分析角度讲，微量分析比常量分析要求高，也就是说，气体中的杂质含量必须低于被分析组分的含量，如果用TCD分析10mL/m3的CO，则载气中的杂质总含量不得超过10mL/m3，因为99.999%纯度的气体则含0.001%的杂质，相当于10mL/m3所以对于10mL/m3的痕量分析，载气的纯度应高于99.999%；于FID使用气体，碳氢化合物含量必须很低，载气中的大量氧杂质只要不对色谱柱造成影响，就不影响FID的性能，而操作ECD，载气中的氧气和水的含量必须很低等。 3.2毛细管柱分析比填充柱分析要求高； 3.3程序升温分析比恒定温度分析要求高； 3.4浓度型检测器比质量型检测器要求高； 3.5配有甲烷装置的FID比单FID操作的对载气中的微量CO，CO2要求要高得多。 3.6从仪器寿命和保持仪器的高灵敏度讲，中高档仪器比低档仪器要求高。 参考资料 [1] 气象色谱仪选购指南.中国测量工具网 [引用日期2012-12-25]. [2] 气象色谱检测与方法.吴烈�.化学工业出版社2005第二版. [3]气相色谱仪.GC-14C使用说明书岛津制作所.
[摘 要]近年来气象色谱仪广泛应用于食品检验中，但由于其属于新型技术，许多技术人员并不熟悉，现将其工作原理及载气选择原理作简要介绍 [关键词]气相色谱仪； 工作原理 ； 载气选择原理 中图分类号：TQ 051.8 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）34-0278-01 一、气相色谱工作原理 气相色谱法是色谱法的一个分支。在气相色谱法中，流动相是气体 （ 载气），固定相是固体吸附剂 （气―固色谱法， Gas ― Solid Chromatography，GSC）或涂在惰性固体表面上的液膜（气―液色谱法，Gas― LiquidChromatography，GLC），其中 GLC（简称GC） 应用最为广泛。当样品注入GC仪的进样系统中，便瞬时气化被载气带人色谱柱内，样品中的各组分在气、液两相中进行反复分配，最后由于其分配系数的不同而达到分离，先后由色谱柱出口进入检测器，产生信号，由记录仪记录下来，以进行定性、定量分析。根据出峰位置，确定组分的名称，根据峰面积确定浓度大小。这就是气相色谱仪的工作原理。 二、气相色谱基本结构 无论气相色谱仪怎么发展，各种型号的气相色谱仪都包括六个基本单元。即 （1） 载气及其流速控制系统； （2） 进样系统； （3） 色谱柱系统； （4） 检测器系统； （5） 记录器系统；（6）温控系统。在刑侦检验技术工作中常用的检测器有：火焰离子化简测器 （FID） 、氮磷检测器 （NPD） 、火焰光度检测器 （FPD） 、电子浦获检测器 （ECD） 等。 各单元功能 1）气源系统：气源分载气和辅助气两种，载气是携带分析试样通过色谱柱，提供试样在柱内运行的动力，辅助气是提供检测器燃烧或吹扫用，有的仪器采用EPC系统对气流进行数字化控制。 2）进样系统：进样系统的作用是接受样品，使之瞬间气化，将样品转移至色谱柱中。有些仪器还包括试样预处理装置，例如热脱附装置（TD）、裂解装置、吹扫捕集装置、顶空进样装置。 3）色谱柱柱系统：试样在柱内运行的同时得到所需要的分离。色谱柱一般有填充柱和毛细柱两种。 4） 检测系统：对柱后已被分离的组分进行检测，检测器的作用是指示与测量载气流中已分离的各种组分，即检测器是测定流动相中的组分的敏感器，因而是色谱仪的关键部件之一。有的仪器还包括柱后转化（例如硅烷化装置、烃转化装置）。 5） 数据采集及处理系统：采集并处理检测系统输入的信号，给出最后试样定性和定量结果。 6）温控系统：控制并显示进样系统、柱箱、检测器及辅助部分的温度。 所有的气相色谱仪都需包括以上六个基本单元，其功能都相同，差异的只是水平的配置，因此全面了解各单元的组成功能对仪器使用、开发及故障的分析排除都是必要的。 三、 载气选择原理 气相色谱分析检测过程中，气相色谱仪对所用的气体纯度有较高的要求，为即达到工作要求，又能延长仪器寿命，所用气体的纯度要达到或略高于仪器自身对气体纯度的要求；否则，若使用不符合要求的低纯度气体，会造成一系列不良影响. 气相色谱仪的气路系统，是一个载气连续运行、管路密闭的系统。气路系统的气密性，载气流速的稳定性，以及流量测量的准确性都对色谱实验结果有影响，需要注意控制。 气相色谱中常用的载气有：氢气、氮气、氦气、氩气和空气。这些气体除空气可由空压机供给外，一般都由高压钢瓶供给。通常都要经过净化、稳压和控制、测量流量。 气相色谱仪如何选用不同气体纯度的气源做载气和辅助气体，虽然是一个老的技术问题，但是对于刚刚接触气相色谱仪的技术人员，目前很难找到有关这方面的综合资料，所以他们总是到处询问究竟选择什么样的气体纯度最好的这类问题。 1 气体纯度的要求 原则上讲，选择气体纯度时，主要取决于：①分析对象；②色谱柱中填充物；③检测器。在满足分析要求的前提下，尽可能选用纯度较高的气体。这样不但会提高（保持）仪器的高灵敏度，而且会延长色谱柱、色谱仪（气路控制部件、气体过滤器）的寿命。实践证明，作为中高档仪器，长期使用较低纯度的气体气源，一旦要求分析低浓度、高精度要求的样品时，要想恢复仪器的高灵敏度是十分困难的。而对于低档仪器，作常量或半微量分析，选用高纯度的气体，会增加运行成本，有时还增加了气路的复杂性，因此选用气体的纯度要求达到或略高于仪器自身对气体纯度的要求即可，这样既可以达到工作要求，又能延长仪器的寿命，还不至于增加仪器的运行成本。 一般说来，痕量分析或毛细管色谱的载气纯化程度，要高于常规分析。特别是电子捕获、热导池检测器，载气纯度直接影响灵敏度和稳定性，一定要严格净化。 2 气体纯度低可能造成的不良影响 根据分析对象，色谱柱的类型，操作仪器的档次和具体检测器，若使用不合要求的低纯度气体，不良影响有以下几种可能： 2.1样品失真或消失 2.2色谱柱失效 2.3有时某些气体杂质和固定液相互作用而产生假峰； 2.4对柱保留特性的影响：如H2O对聚乙二醇等亲水性固定液的保留指数会有所增加，载气中氧含量过高时，无论是极性或是非极性固定液柱的保留特性，都会产生变化，使用时间越长影响越大； 2.5检测器：TCD：信噪比减小，无法调零，线性变窄，噪声加大不能进行微量分析； 2.6在做程序升温操作时，载气中的某些杂质，在低温时保留在色谱柱中，当柱温升高时不但引起基线漂移，还可能在谱图上出现比较宽的“假峰”。 2.7仪器影响 2.7.1各类过滤器加速失效； 2.7.2调节阀（稳压阀，稳流阀，针形阀）被污染，气阻堵塞，调节精度降低或失灵； 2.7.3气路系统被污染，若要恢复仪器在高灵敏度情况下操做，有时要吹洗很长时间（可能一周以上）污染严重时有时再也无法恢复。 2.7.4检测器的寿命 对于FID，水蒸汽会影响分析结果，直至影响检测器的寿命；对ECD和TCD的寿命最明显，这点应特别注意。 3 对气体纯度选择的一般原则 3.1从分析角度讲，微量分析比常量分析要求高，也就是说，气体中的杂质含量必须低于被分析组分的含量，如果用TCD分析10mL/m3的CO，则载气中的杂质总含量不得超过10mL/m3，因为99.999%纯度的气体则含0.001%的杂质，相当于10mL/m3所以对于10mL/m3的痕量分析，载气的纯度应高于99.999%；于FID使用气体，碳氢化合物含量必须很低，载气中的大量氧杂质只要不对色谱柱造成影响，就不影响FID的性能，而操作ECD，载气中的氧气和水的含量必须很低等。 3.2毛细管柱分析比填充柱分析要求高； 3.3程序升温分析比恒定温度分析要求高； 3.4浓度型检测器比质量型检测器要求高； 3.5配有甲烷装置的FID比单FID操作的对载气中的微量CO，CO2要求要高得多。 3.6从仪器寿命和保持仪器的高灵敏度讲，中高档仪器比低档仪器要求高。 参考资料 [1] 气象色谱仪选购指南.中国测量工具网 [引用日期2012-12-25]. [2] 气象色谱检测与方法.吴烈�.化学工业出版社2005第二版. [3]气相色谱仪.GC-14C使用说明书岛津制作所.