[科普中國]-氣相色譜分析

氣相色譜分析是指流動(dòng)相為氣體的色譜分析法。氣體和易于揮發(fā)的液體或固體 等試佯都可用氣相色譜分析進(jìn)行分離和測定。

簡述色譜分析是以分離為基礎(chǔ)的，要進(jìn)行有效的氣相色譜分析，必須在色譜柱中將樣品中各組分完全分離才能定性和定量。氣相色譜分離過程中，溶質(zhì)分子與固定相之間的相互作用，決定了溶質(zhì)在固定相和載氣之問的相平衡關(guān)系，與溶質(zhì)的保留值直接相關(guān)，這是影響色譜分離的熱力學(xué)因素。溶質(zhì)在色譜柱內(nèi)移動(dòng)時(shí)，質(zhì)量傳遞過程對譜帶寬度有直接影響．這是影響色譜分離的動(dòng)力學(xué)因素。色譜分離的結(jié)果是熱力學(xué)因素和動(dòng)力學(xué)因素綜合影響的反映，了解色譜分離的影響因素，對正確選擇色譜條件，提高操作技術(shù)水平．合理運(yùn)用色譜技術(shù)進(jìn)行各種復(fù)雜體系的分析研究，都十分必要。

在氣相色譜分析中，氣-液色譜比氣-固色譜的應(yīng)用廣泛的多。

氣相色譜具有以下特點(diǎn)：

①分析速度快。一般只需幾分鐘到幾十分鐘便可完成一次分析，如果用色譜工作站控制整個(gè)分析過程，自動(dòng)化程度提高，分析速度更快。

②選擇性好。能分離分析性質(zhì)極為相近的物質(zhì)，如有機(jī)物中的手性物質(zhì)，順、反異構(gòu)體，同位素，芳香烴中的鄰、間、對位異構(gòu)體、對映體積組成極復(fù)雜的混合物，如石油、污染水樣和天然精油等。

③分離效能高。在較短時(shí)間內(nèi)能夠同時(shí)分離和測定極為復(fù)雜的混合物。例如，用空心毛細(xì)管柱能一次分析樣品中的150個(gè)組分。

④靈敏度高?？梢苑治?img src="https://img-xml.kepuchina.cn/images/newsWire/ExnMp2UEFTdxR13JEb5iVL8iP4KZrE6SxzbC.jpg" alt="" />～g的物質(zhì)，可以檢測出超純氣體、高分子單體和高純試劑等數(shù)量級在。數(shù)量級的雜質(zhì)，非常適合于微量和痕量分析。

⑤應(yīng)用范圍廣?？梢苑治鰵怏w、易揮發(fā)的液體和固體，包含在固體之中的氣體。通常，只要沸點(diǎn)在500℃以下，且在操作條件下熱穩(wěn)定性良好的物質(zhì)，理論上均可以采用氣相色譜技術(shù)進(jìn)行分析。對于受熱易分解或揮發(fā)性低的物質(zhì)，通過化學(xué)衍生的方法使其轉(zhuǎn)化為熱穩(wěn)定性或高揮發(fā)性的衍生物，同樣可以實(shí)現(xiàn)氣相色譜的分離和分析。1

常用術(shù)語①基線?；€是指在實(shí)驗(yàn)操作條件下，當(dāng)無樣品組分進(jìn)入檢測器時(shí)，在前進(jìn)的記錄紙上由記錄筆畫出的線，穩(wěn)定儀器的基線應(yīng)為直線。

②峰高。峰高是指色譜峰頂點(diǎn)與基線間的距離。

③保留時(shí)間。保留時(shí)間是指從進(jìn)樣到出現(xiàn)峰高的時(shí)間。

④保留體積。保留體積是指從進(jìn)樣到出現(xiàn)峰高時(shí)間段內(nèi)通過的載氣體積。

⑤半峰寬。半峰寬是指峰高1/2處的峰寬。

⑥死體積。死體積是指由進(jìn)樣口到檢測器的全部空間中未被固定相所占據(jù)的體積。

⑦柱前壓。柱前壓是指色譜柱進(jìn)口處載氣的壓力。2

流程氣相色譜分析流程示意圖如圖1所示。氣相色譜分析中的流動(dòng)相稱為載氣，它載送試樣流經(jīng)色譜儀。常用的載氣為氫氣、氮?dú)獾炔慌c固定相及試樣反應(yīng)的惰性氣體。

載氣由高壓鋼瓶1供給，經(jīng)減壓閥2減壓后，進(jìn)入載氣凈化干燥管3以除去載氣中的水分。由針形閥4控制載氣的壓力和流量。流量計(jì)5和壓力表6用以指示載氣的柱前流量和壓力。再經(jīng)過進(jìn)樣器（包括汽化室）7，試樣就在進(jìn)樣器注入（如為液體試樣，經(jīng)汽化室瞬間汽化為氣體）。由不斷流動(dòng)的載氣攜帶試樣進(jìn)入色譜柱8，將各組分分離，各組分依次進(jìn)入檢測器9后放空。檢測器將不同組分濃度或質(zhì)量信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺糜涗泝x（色譜工作站）10記錄下來，就可得到色譜圖。3

類型氣相色譜分析方法包括定性分析和定量分析兩部分。定性分析的應(yīng)用受到一些限制，遠(yuǎn)不及定量分析應(yīng)用廣泛。下面逐一介紹。

1、定性分析

氣相色譜分析中最常用的方法是利用保留值進(jìn)行定性分析，保留值是保留時(shí)間和保留體積的總稱。當(dāng)操作條件不變時(shí)，物質(zhì)的保留值只與其化學(xué)性質(zhì)相關(guān)，因此可用于定性分析，

利用保留值進(jìn)行定性分析時(shí)，當(dāng)樣品中某一組分與已知標(biāo)準(zhǔn)品的保留值相同時(shí)，可初步判斷該組分與標(biāo)準(zhǔn)品可能是同一化合物。但需要注意的是，有時(shí)多種物質(zhì)在一定的操作條件下具有相同的保留值，所以不能完全根據(jù)保留值相同而斷定它們是同一物質(zhì)。常見處理方法是：選用其他具有不同極性的色譜柱進(jìn)行二次乃至多次分析，若在不同色譜柱上測得的保留值均相同，則基本可以斷定為同一物質(zhì)。

2、定量分析

在一定范圍內(nèi)，色譜峰的峰面積和樣品組分中的含量或濃度成線性關(guān)系，故可通過測量相應(yīng)的峰面積確定樣品的含量。

在定量分析中常采用內(nèi)標(biāo)法和外標(biāo)法。內(nèi)標(biāo)法是指測量樣品中某一組分或某幾個(gè)組分的含量時(shí)，將一定量的某一純組分加入樣品中作為內(nèi)標(biāo)物，然后進(jìn)行色譜分析，通過測量并對比內(nèi)標(biāo)物的峰面積和待測組分的峰面積，即可求出待測組分在樣品中的含量。外標(biāo)法則是用已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行色譜分析，得出關(guān)于峰面積和濃度的標(biāo)準(zhǔn)曲線，然后在完全相同的條件下注入被分析物，得到相應(yīng)的峰面積，最后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算待測樣品的濃度2

應(yīng)用氣相色譜分析是重要的儀器分析手段之一，它具有分離效能高、分析速度快、靈敏度高、對復(fù)雜的多組分混合物定性與定量分析結(jié)果準(zhǔn)確，容易自動(dòng)化、高選擇性等特點(diǎn)。日益廣泛地應(yīng)用于石油、精細(xì)化工、醫(yī)藥、生化、電力、白酒、礦山、環(huán)境科學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域，成為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科研、教學(xué)等部門不可缺少的重要分離、分析工具。具體如下：

在石油化學(xué)工業(yè)中，采用氣相色譜法來分析原料和產(chǎn)品，進(jìn)行質(zhì)量控制；

在電力部門中，用來檢查變壓器等的潛伏性故障；在環(huán)境保護(hù)工作中，用來監(jiān)測空氣和水的質(zhì)量；

在農(nóng)業(yè)上，用來監(jiān)測農(nóng)作物中殘留的農(nóng)藥；

在商業(yè)部門，檢驗(yàn)及鑒定食品質(zhì)量的好壞；

在醫(yī)學(xué)上可用來研究人體新陳代謝、生理機(jī)能，在臨床上用于鑒別藥物中毒或疾病類型；

在宇宙艙中可用來自動(dòng)監(jiān)測飛船密封倉內(nèi)的氣體；

在有機(jī)合成領(lǐng)域內(nèi)的成份研究和生產(chǎn)控制；

尖端科學(xué)上軍事檢測控制和研究等等。4

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

杜強(qiáng) - 高級工程師 - 中國科學(xué)院工程熱物理研究所