气相色谱分析操作概述

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摘要：随着气相色谱从实验室的研究技术变成了常规分析手段，在烟草行业也不例外，原材料的进厂检验、烟叶的质量检验、卷烟在制品及卷烟产品的质量监控，都离不开气相色谱分析，因此从事气相色谱分析的技术人员掌握分析操作的技能尤为重要。文章对气相色谱分析操作进行了概述。

关键词：气相色谱；检测器；色谱柱

中图分类号：X132 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）04-0099-03

一、气相色谱法基本原理

1．气相色谱分析的分离原理：基于不同物质在两相间具有不同的分配系数，当两相作相对运动时，试样中的各组分就在两相中进行反复多次的分配，使得原来分配系数只有微小差异的各组分产生很大的分离效果，从而各组分彼此分离开来。

2．色谱分离的塔板理论：将色谱分离过程比拟作蒸馏过程，引用了处理蒸馏过程的概念、理论和方法来处理色谱过程。把色谱柱比作一个分馏塔，色谱柱可由许多假想的塔板组成（既色谱柱可分成许多小段），在每一小段（塔板）内，一部分空间为涂在担体上的液相占据，另一部分空间充满着载气（气相），载气占据的空间称为板体积V。当欲分离的组分随载气进入色谱柱后，就在两相间进行分配。

3．气相色谱的速率理论：吸收了塔板理论中板高和载气流速的概念，并充分考虑了组分在两相间的扩散和传质过程，从而在动力学基础上较好地解释了影响板高的各种因素，建立了定量关系式，，式中u为流动相的线速度；A，B，C为常数，分别代表涡流扩散项系数、分子扩散项系数、传质阻力项系数。

二、气相色谱仪的组成部分

（1）载气系统：包括气源、气体净化、气体流速控制和测量；（2）进样系统：包括进样器、汽化室（将液体样品瞬间汽化为蒸气）；（3）色谱柱和柱温：包括恒温控制装置（将多组分样品分离为单个）；（4）检测系统：包括检测器，控温装置；（5）记录系统：包括放大器、记录仪、或数据处理装置、工作站。

三、气相色谱的定性定量分析

（一）定性分析

气相色谱的定性分析主要有相对保留值定性法、保留值规律定性法、已知物增加峰高定性法、化学试剂定性法、文献值对照定性法和检测器定性法。

（二）定量方法

1．归一化法：如果试样中所有组分均能流出色谱柱，并在检测器上都有响应信号，都能出现色谱峰，可用此法计算各待测组分的含量。

2．内标法：在试样中加入一定量的纯物质作为内标物来测定组分的含量。内标物应选用试样中不存在的纯物质，其色谱峰应位于待测组分色谱峰附近或几个待测组分色谱峰的中间，并与待测组分完全分离，内标物的加入量也应接近试样中待测组分的含量。

3．外标法：取待测试样的纯物质配成一系列不同浓度的标准溶液，分别取一定体积，进样分析。从色谱图上测出峰面积（或峰高），以峰面积（或峰高）对含量作图即为标准曲线。然后在相同的色谱操作条件，分析待测试样，从色谱图上测出试样的峰面积（或峰高），由上述标准曲线查出待测组分的含量。

四、样品前处理技术

1．样品前处理是指样品的制备及对样品中被测组分进行提取、净化、浓缩或衍生化处理以满足分析需要的过程，其目的是消除基质干扰、保护仪器、提高方法的准确度、精密度、选择性和灵敏度。

2．样品制备的基本要求，因为样品为实验室样品中具有代表性的试样，制备均匀的有代表性得的实验室测试样品是样品前处理的重要环节，直接影响检测结果的准确性和可靠性，制备中应防止被测组分发生变化、降解、污染。

3．制备样品的技术。（1）样品萃取。采用索氏萃取、超临界流体萃取、加速溶剂萃取、微波辅助萃取等技术，实现被测组分的分离，提高分析的准确性。（2）样品净化。利用化学平衡下的分配定律，采用液液分配、固相萃取、凝胶渗透色谱分离、分子印记技术、衍生化等方法，达到样品的浓缩、富集、净化，提高检测灵敏度、准确度。

五、气相色谱柱

1．气相色谱柱的分类，按照尺寸、主要以色谱柱的内经分类为毛细管色谱空心柱和填充色谱柱；按色谱柱中固定相类型分类，可将色谱柱分为吸附柱和分配柱。

2．固定液的选择和固定液的配比，试样在色谱柱中两相间的分配行为决定于试样中各组分本身性质与固定液，因而固定液对于试样能否被有效分离起决定性作用，固定液的选择是在基本原则指导下，多根据操作者的实践经验进行。固定液选择的总原则是“相似相溶”。

（1）固定液的选择，分离非极性组分时，通常选择用非极性固定相，各组分按沸点顺序出峰，低沸点组分先出峰；分离极性组分时，一般选择用极性固定液，各组分按极性大小顺序流出色谱柱，极性小的先出峰；分离非极性和极性的混合物，一般选用极性固定液，此时非极性（或易被极化的）组分后出峰；醇、胺、水等强极性和能形成氢键化合物的分离，通常选择极性或氢键性的固定液；组成复杂、较难分离的试样，通常使用特殊固定液或混合固定相。

（2）固定液配比的选择，固定液在担体上涂渍量，一般指的是固定液与担体的百分比，配比通常在5%～25%之间，配比越低，在担体上形成的液膜越薄，传质阻力越小，柱效越高，分析速度也越快，配比较低时，固定相的负载量低，允许的进样量较小，分析工作中通常倾向于使用较低的配比。

3．分离柱长和柱内径的选择，填充色谱柱的柱长通常为1～3m，内径3～4mm，材质有玻璃、石英玻璃、不锈钢（较常用）。增加柱长对提高分离度有利，但组分的保留时间增加，且柱阻力增加，不便操作。柱长的选择原则是在能满足分离目的的前提下，尽可能选用较短的柱，有利于缩短分析时间。对于空心毛细管色谱柱其选用原则相似，不过空心毛细管色谱柱不存在固定液配比之说，但讲液层厚度，一般液层厚度在0.1～0.6um之间，液层薄、柱效高，但柱容量小。

4．色谱柱选择原则，在满足分析要求的条件下，先填充柱后毛细管柱，选毛细管柱，先大口径后小口径；柱长越短越好，固定相用量越少越好；非极性比记性好，最高使用温度越高越好，自身稳定性好，抗污染能力强、老化、活化、再生简单、时间短、使用周期长。

六、检测器

（一）TCD检测器

1．原理：在一个处于热平衡的TCD中，组分进入测量臂池腔，就会由于气体组成的改变，引起气体热导系数的变化，从而引起热敏元件温度的变化，热敏元件的温度变化，就会引起热敏元件阻值的变化，热敏元件阻值的变化使惠斯顿电桥输出信号的变化。信号大小与被测物质浓度成函数关系。

2．TCD检测条件的选择。

（1）载气种类，TCD检测器通常使用氢气或者氦气作为载气，因为它们的热导系数远远大于其它化合物，故灵敏度高，且易于定量，线性范围宽。从理论上讲用氦气较合理，但它价格昂贵，因此在我国一般都选用氢气作载气。

（2）载气纯度，载气纯度影响灵敏度，实验证明：在电桥电流120～200mA 范围内，用99.999％的超纯氢气比用99％的普氢灵敏度高6％～13％，同时，基线漂移和噪声也可以大大降低。载气纯度对峰形也有影响，用TCD作高纯气中杂质检测时，载气纯度应比被测气体高十倍以上，否则易出倒峰。

（3）载气流速，TCD为浓度型检测器，对流速波动很敏感，TCD的峰面积响应值反比于载气流速。因此，在检测过程中载气流速必须保持恒定。在柱分离许可的情况下以低一些为妥。流速波动可能导致基线噪声和漂移增大。

（4）电桥电流，电桥电流可以显著提高TCD的灵敏度。一般认为S值与电流的3次方成正比。但是电流的提高又受到噪声和使用寿命的限制。桥流设定与TCD检测池的温度及使用的载气种类密切相关。

（二）FID检测器

1．原理：当有机物经过检测器时，在火焰那里会产生离子，在极化电压的作用下，喷嘴和收集极之间的电流会增大，对这个电流信号进行检测和记录即可得到相应的谱图。只有选择最佳气流比，使火焰达到稳定的扩撒型火焰时，才能得到较高的灵敏度。

2．特点：FID是目前所有检测器中最令人满意，近似理想的一个通用检测器，其检测限低，由属于质量型检测器，故对操作条件变化相对不够敏感，稳定性好，特别适合用于常量至微量的常规分析；FID对水、空气没有什么响应，故而特别适合于生物物质的水相样品盒空气污染物的测定；FID响应时间快，和毛细管分析技术配合使用，能完成痕量及快速分析。

作者简介：胡林军（1971-），男，陕西安康人，供职于陕西中烟工业有限责任公司，研究方向：理化检测及仪器管理。