气相色谱（GC）

王中泰

气相色谱（ GC ）

| 设备原理

气相色谱法是以气体作为流动相的色谱分离方法，其原理为利用试样中各组分在气相和固定相间的分配系数不同，试样气化后被载气带入色谱柱中，因吸附或溶解能力不同，各组分在色谱柱中的运行速度不同，从而达到分离效果。气相色谱适用于沸点较低、热稳定性好的中小分子化合物。

| 设备构造

气相色谱由载气控制系统、进样口、色谱柱、柱温箱、检测器、数据处理系统构成。高压钢瓶内的载气经总阀和减压阀后进入净化管中，除去杂质和水。调节稳压阀和稳流阀大小，气体自下而上通过流量计，压力表显示载气的柱前压力。样品通过进样器快速进入汽化室，并由载气带入色谱柱中，样品中的各组分在柱内分开，然后随载气逐一流出色谱柱，进入检测器，经检测后放空。检测器的检测信号放大后，由记录仪记录下来，反映样品组分及其分离状况的色谱图就被记录下来。

| 气路系统

气路系统包括载气源、减压阀、净化管、稳压阀、压力表、稳流阀、流量计、各种管线等。可用的载气有 N2 、 H2 、 He 、 Ar 、 CO2 和空气等，常用的是 N2 、 H2 、 He 、 Ar 。载气的纯度会直接影响仪器的灵敏度和稳定性，故需在柱前的气路中串联净化管。载气体积流量一般采用转子流量计和皂膜流量计测量。

| 进样系统

样品分类

对于气体样品，可以用医用注射器进样，也可以用平面转动阀进样。对于液体样品，通常用微量注射器进样，对于固体样品应选择适当溶剂溶解，然后用微量注射器进样。汽化室的作用是将液体样品瞬间汽化。

进样方式

气相色谱进样方式分为直接进样和顶空进样，其中直接进样又可以分为：分流 / 不分流进样、填充柱进样、冷柱头进样、程序升温进样。最常用的进样方式为分流 / 不分流进样和顶空进样。

分流进样是指样品在加热的汽化室内汽化，蒸气大部分经分流管道放空，只有极小分被载气带入色谱柱。对于常规填充色谱柱一般不分流，而对于毛细管色谱柱一般要配有分流装置。顶空进样适用于固体和液体供试品中挥发性组分的分离和测定，对于基质复杂的样品可以减少基质干扰，但是沸点较高的化合物响应相对较低。直接进样适用于沸点偏高的化合物，但是样品基质可能会对检测存在干扰，导致重复性变差。

| 色谱柱

固定相分类

固体固定相 : 其特点是吸附容量大、热稳定性好、价格便宜，但是柱效低、吸附活性中心易中毒，因此使用前要进行活化处理，方可装柱。气相色谱常用的固体吸附剂如活性炭、硅胶、氧化铝等。

液体固定相 : 将固定液均匀地涂在载体或毛细管壁上制成。固定液主要由高沸点有机物组成，在操作温度下呈液态，如甲基聚硅氧烷、聚乙二醇。载体又称担体，它是用来承担固定液的化学惰性的多孔性固体颗粒，固定液薄而均匀地涂渍在它的表面，构成固定相。常用的载体分为硅藻土型和非硅藻土型两类。

色谱柱分类

色谱柱分为填充柱和毛细管柱。填充柱的材料一般为不锈钢、玻璃、聚四氟乙烯，毛细管柱的材料一般为石英、不锈钢。毛细管柱与填充柱在柱长、柱内径、及柱容量等方面均有较大的差异。毛细管柱具有良好的渗透性，柱效高，最为常用。依据相似相溶原则，可选择与目标化合物极性相近的色谱柱。当组分间沸点差异大时，可选择非极性柱，反之，可选择极性柱。需要高分离时，可选用内径细，长度长的色谱柱；需要缩短分析时间时，可选用内径粗，长度短的色谱柱。

| 检测器

氢火焰离子化检测器（ FID ）

原理：氢气和空气燃烧生成火焰，当有机化合物进入火焰时，由于离子化反应，生成离子，在电场作用下，带电离子形成离子流，经放大器放大后，可被检测。

注意事项：

检测器温度需高于色谱柱温度，一般设置为 250 ℃

在未接上色谱柱时，不要打开氢气阀门。

需在温度升高后再点火，关闭时应先熄火再降温。点火时氢气和空气流量比一般设置为 10:1 。

电子捕获检测器（ ECD ）

原理：载气进入 ECD 池，在放射源 Ni-63 放出的β射线轰击下被电离，产生大量离子，在电源、阴极和阳极电场的作用下，该电子流向阳极，得到一个稳定的基流，当电负性组分进入检测器时，捕获游离的电子，使基流下降，产生负峰，通过放大器放大，将负峰转换为正峰。

注意事项：

ECD 使用温度为 250~350 ℃，否则检测器不易平衡，一般设置为 300 ℃

气路需要安装气体过滤器和氧气捕集器。

升温前先通载气 10min 左右，升温时先升检测器温度再升进样口、柱温。

火焰光度检测器（ FPD ）

原理：硫、磷化合物在富氢火焰中燃烧时组分变成碎片或分子，其外层电子由于互相碰撞而被激发，当电子由激发态返回低能态或基态时，发射出特征波长的光谱（焰色反应）， P 采用 526nm 的滤光片， S 采用 394nm 的滤光片，特征光透过滤光片进入光电倍增管将光信号转换为电信号，经过放大器放大后输出。

注意事项：

检测器建议使用温度≥ 250 ℃

温度升高后再点火，关闭时，应先熄火再降温，防止检测器积水。

滤光片应清洁无污。

热导池检测器（ TCD ）

原理：利用组分和载气的热导系数不同而产生响应信号。载气通过测量池和参比池，产生恒定桥电流，池体恒温，电桥处于平衡状态，无信号输出。当组分进入测量池时，其和载气的热导系数不同，使测量池热敏元件温度改变，电阻随之改变，电桥失衡，产生输出电压。

注意事项：

载气含氧会导致热丝寿命缩短。

检测器通电前先通载气，防止热丝烧断。

使用时不能关闭尾吹气，关机时要先关检测器电源，然后关载气。

氮磷检测器（ NPD ）

原理：有机氮化合物在碱金属表面热分解产成电负性基团，该电负性基团与 Rb 原子进行化学电离反应，生成 Rb+ 和负离子，负离子在收集极释放出一个电子，并与氢原子反应，失去电子的碱金属成盐后再次沉积到陶瓷珠表面，从而获得信号响应。

注意事项：

不建议使用含氰基固定液的色谱柱。

避免样品中带水。

空气最好选用钢瓶气，无油。

气相色谱具有高分离效能、高灵敏度、分析速度快、应用范围广的优点。但在缺乏标准物质的情况下定性比较困难，沸点太高、相对分子雷竞技百科 太大或热不稳定的物质都难以用气相色谱法进行测定。

参考资料：张寒琦等，仪器分析；岛津气相色谱资料

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