氣相色譜儀

氣相色譜儀是利用色譜分離技術和檢測技術，對多組分的復雜混合物進行定性和定量分析的儀器。通常可用于分析土壤中熱穩定且沸點不超過500°C的有機物，如揮發性有機物、有機氯、有機磷、多環芳烴、酞酸酯等。

· 一、基本原理

氣相色譜法是利用氣體作流動相的色層分離分析方法。汽化的試樣被載氣（流動相）帶入色譜柱中，柱中的固定相與試樣中各組份分子作用力不同，各組份從色譜柱中流出時間不同，組份彼此分離。采用適當的鑒別和記錄系統，制作標出各組份流出色譜柱的時間和濃度的色譜圖。根據圖中表明的出峰時間和順序，可對化合物進行定性分析；根據峰的高低和面積大小，可對化合物進行定量分析。

具有效能高、靈敏度高、選擇性強、分析速度快、應用廣泛、操作簡便等特點。適用于易揮發有機化合物的定性、定量分析。對非揮發性的液體和固體物質，可通過高溫裂解，氣化后進行分析。

可與紅光及收光譜法或質譜法配合使用，以色譜法做為分離復雜樣品的手段，達到較高的準確度，是司法鑒定中檢測有機化合物的重要分析手段。

· 二、基本結構

氣相色譜儀的種類繁多，功能各異，但其基本結構相似。氣相色譜儀一般由氣路系統、進樣系統、分離系統（色譜柱系統）、檢測及溫控系統、記錄系統組成。

· 1、氣路系統

氣相色譜儀的氣路系統包括氣源、凈化干燥管和載氣流速控制裝置，是一個載氣連續運行的密閉管路系統，通過氣相色譜儀的氣路系統獲得純凈、流速穩定的載氣。氣相色譜儀的氣路系統氣密性、流量監測的準確性及載氣流速的穩定性都是影響氣相色譜儀性能的重要因素。

氣相色譜儀中常用的載氣有氫氣、氮氣和氬氣，純度要求99.999%以上，化學惰性好，不與待測組分反應。載氣的選擇除了要求考慮待測組分的分離效果之外，還要考慮待測組分在不同載氣條件下的檢測器靈敏度。

·2、進樣系統

（1）進樣器：根據試樣的狀態不同，采用不同的進樣器。液體樣品的進樣一般采用微量注射器；氣體樣品的進樣常用色譜儀本身配置的推拉式六通閥或旋轉式六通閥；固體試樣一般先溶解于適當試劑中，然后用微量注射器進樣。

（2）氣化室：氣化室一般由一根不銹鋼管制成，管外繞有加熱絲，其作用是將液體或固體試樣瞬間氣化為蒸氣。為了讓樣品在氣化室中瞬間氣化而不分解，因此要求氣化室熱容量大，無催化效應。

（3）加熱系統：用以保證試樣氣化，其作用是將液體或固體試樣在進入色譜柱之前瞬間氣化，然后快速定量地轉入到色譜柱中。

· 3、分離系統

氣相色譜儀的分離系統是氣相色譜儀的核心部分，作用是將待測樣品中的各個組分進行分離。分離系統由柱箱、色譜柱、溫控部件組成。色譜柱主要有兩類：填充柱和毛細柱，柱材料包括金屬、玻璃、融熔石英、聚四氟乙烯等。色譜柱的分離效果除與柱長、柱徑和柱形有關外，還與所選用的柱填料種類以及操作條件等因素有關。

· 4、檢測及溫控系統

檢測系統：

氣相色譜儀的檢測系統是將色譜柱中分離后的組分按照濃度的變化轉化為電信號，經放大器后，將電信號傳送至記錄儀，由記錄儀繪出色譜流出曲線。

檢測器性能的好壞將直接影響到色譜儀#@*終分析結果的準確性。

根據檢測器的響應原理，可將其分為濃度型檢測器和質量型檢測器。

（1）濃度型檢測器：測量的是載氣中待測組分的瞬間濃度變化，即檢測器的響應信號正比于待測組分的濃度，如熱導檢測器（Thermal Conductivity Detector，TCD）、電子捕獲檢測器（Electron Capture Detector，ECD）。

（2）質量型檢測器：測量的是載氣中所攜帶的待測樣品進入檢測器的速度變化，即檢測器的響應信號正比于單位時間內待測組分進入檢測器的質量，如氫火焰離子化檢測器（Flame Ionization Detector，FID）和火焰光度檢測器（Flame Photometric Detector，FPD）。

氫火焰離子（FID）：載氣可用氦氣和氮氣，檢測濃度為ppm以上，主要用于檢測有機化合物；

電子捕獲（ECD）：載氣可用氮氣，檢測濃度為ppb以上，主要用于檢測有機鹵素的化合物；

火焰光度（FPD）：載氣可為氦氣和氮氣，檢測濃度約0.1ppm,主要用于檢測硫、磷化合物；

火焰熱離子（FTD）：載氣可為氦氣和氮氣，檢測濃度為ppm以上，主要用于檢測氮、磷化合物；

熱導（TCD）：載氣可為氦氣、氫氣、氮氣和氬氣，檢測濃度為50ppm以上，主要用于檢測無極氣體和有機化合物；

溫控系統：

在氣相色譜儀中，溫度控制極其重要，溫控直接影響色譜柱的分離效能、檢測器的靈敏度和穩定性。溫度控制系統的主要對象是氣化室、色譜柱和檢測器。

在氣化室中要保證液體試樣瞬間氣化，在柱箱中要確保組分分離。當試樣中待測組分種類繁多時，柱箱溫度需要通過程序控制溫度變化，各組分應在#@*溫度下分離，并確保試樣中各組分在檢測器中通過時不發生冷凝。

氣相色譜儀的溫度控制方式分為恒溫和程序升溫兩種：

（1）恒溫控溫方式：對于沸程較窄的簡單樣品，可采用恒溫模式。簡單的氣體分析和液體樣品分析均采用恒溫模式。

（2）程序升溫控溫方式：是指在一個分析周期內，氣相色譜儀中色譜柱的溫度隨時間由低溫到高溫呈階梯式變化，使沸點不同的組分，在#@*理想柱溫下流出，從而改善分離效果，縮短分析時間。

對于沸程較寬的復雜樣品，如果在恒溫下分離難于達到理想的分離效果，應使用程序升溫方法。

·5、數據處理系統

氣相色譜儀的記錄系統主要用于氣相色譜儀記錄檢測器的檢測信號，并進行定量數據處理和記錄。部分氣相色譜儀還配有電子計算機，可自動測量色譜峰的面積，直接提供定量分析的準確數據，并能自動對色譜分析數據進行再處理分析。

· 三、分析流程

氣相色譜儀的載氣由高壓鋼瓶中流出，經減壓閥降到氣相色譜儀所需壓力后，通過凈化干燥管使載氣凈化，再經穩壓閥和流量計后，以穩定的壓力、恒定的速度流經氣化室后與已完成氣化的樣品進行混合，將樣品氣體輸送至色譜柱中進行分離。分離后的各組分先后流入檢測器中進行檢測。

檢測器將待測組分的濃度或質量變化轉化為電信號，經放大后在記錄儀上記錄下來，便可得到色譜流出曲線。根據色譜流出曲線上的保留時間，可以進行定性分析，根據峰面積或峰高的大小，可以進行定量分析。

· 四、使用方法及實驗操作

A、打開氮氣、氫氣、空氣發生器的電源開關(或氮氣鋼瓶總閥)，調整輸出壓力穩定在0.4 Mpa左右（氣體發生器一般在出廠時已調整好，不用再調整）。

B、打開色譜儀氣體凈化器的氮氣開關轉到“開”的位置。注意觀察色譜儀載氣B的柱前壓上升并穩定大約5分鐘后，打開色譜儀的電源開關。

C、設置各工作部溫度。例如：TVOC分析的條件設置：(a)柱箱：柱箱初始溫度50℃、初始時間10 min、升溫速率5℃/min、終止溫度250℃、終止時間10 min; (b)進樣器和檢測器：都是250℃。脂肪酸分析時的色譜條件：(a)柱箱：柱箱初始溫度140℃、初始時間5 min、升溫速率4℃/min、終止溫度240℃、終止時間15 min; (b)進樣器溫度是260℃，檢測器溫度是280℃。

D、點火：待檢測器（按“顯示、換檔、檢測器”可查看檢測器溫度）溫度升到150℃以上后，打開凈化器上的氫氣、空氣開關閥到“開”的位置。觀察色譜儀上的氫氣和空氣壓力表分別穩定在0.1 Mpa和0.15 Mpa左右。按住點火開關（每次點火時間不能超過6~8秒鐘）點火。同時用明亮的金屬片靠近檢測器出口，當火點著時在金屬片上會看到有明顯的水汽。如果在6~8秒時間內氫氣沒有被點燃，要松開點火開關，再重新點火。在點火操作的過程中，如果發現檢測器出口內白色的聚四氟帽中有水凝結，可旋下檢測器收集極帽，把水清理掉。在色譜工作站上判斷氫火焰是否點燃的方法：觀察基線在氫火焰點著后的電壓值應高于點火之前。

E、打開電腦及工作站（通道一分析脂肪酸，通道二分析碘），打開一個方法文件：脂肪酸分析方法或碘分析方法。顯示屏左下方應有藍字顯示當前的電壓值和時間。接著可以轉動色譜儀放大器面板上點火按鈕上邊的“粗調”旋鈕，檢查信號是否為通路(轉動“粗調”旋鈕時，基線應隨著變化)。待基線穩定后進樣品并同時點擊“啟動”按鈕或按一下色譜儀旁邊的快捷按鈕，進行色譜數據分析。分析結束時，點擊“停止”按鈕，數據即自動保存。

F、關機程序：首先關閉氫氣和空氣氣源，使氫火焰檢測器滅火。在氫火焰熄滅后再將柱箱的初始溫度、檢測器溫度及進樣器溫度設置為室溫（20 - 30℃），待溫度降至設置溫度后，關閉色譜儀電源。#@*再關閉氮氣。