氣相色譜儀的係統和進樣基礎簡述

1.什麽(me) 是氣相色譜？

     氣相色譜（GC)是一種把混合物分離成單個(ge) 組分的實驗技術。它被用來對樣品組分進行鑒定和定量測定。

     基於(yu) 時間的差別進行分離：和物理分離（比如蒸餾和類似的技術）不同，氣相色譜（GC)是基於(yu) 時間差別的分離技術。

     將氣化的混合物或氣體(ti) 通過含有某種物質的管，基於(yu) 管中物質對不同化合物的保留性能不同而得到分離。這樣，就是基於(yu) 時間的差別對化合物進行分離。樣品經過檢測器以後，被記錄的就是色譜圖（如圖1所示)，每一個(ge) 峰代表最初混合樣品中不同的組分。

     峰出現的時間稱為(wei) 保留時間，可以用來對每個(ge) 組分進行定性，而峰的大小（峰高或峰麵積）則是組分含量大小的度量。

色譜係統：

     一個(ge) 氣相色譜係統包括：可控而純淨的載氣源，它能將樣品帶入GC係統進樣口；進樣口，它同時還作為(wei) 液體(ti) 樣品的氣化室；色譜柱，實現隨時間的分離；檢測器，當組分通過時，檢測器電信號的輸出值改變，從(cong) 而對組分做出響應；數據處理裝置。

     載氣必須是純淨的。汙染物可能與(yu) 樣品或色譜柱反應，產(chan) 生假峰進入檢測器使基線噪音增大等（推薦使用配備有水分、烴類化合物和氧氣捕集阱的高純載氣。見圖3所示）。

     若使用氣體(ti) 發生器而不是氣體(ti) 鋼瓶時，應對每一台GC都裝配淨化器，並且使氣源盡可能靠近儀(yi) 器的背麵。

     進樣口就是將揮發後的樣品引入載氣流。常用的進樣裝置是注射進樣口和進樣閥。

1.注射進樣口

     用於(yu) 氣體(ti) 和液體(ti) 樣品進樣。常用來加熱使液體(ti) 樣品蒸發。用氣體(ti) 或液體(ti) 注射器穿透隔墊將樣品注入載氣流。其原理（非實際設計尺寸）如圖4所示。

2.進樣閥

     樣品從(cong) 機械控製的定量管被掃入載氣流。因為(wei) 進樣量通常差別很大，所以對氣體(ti) 和液體(ti) 樣品采用不同的進樣閥。其原理（非實際設計尺寸）如圖5所示。進樣閥通常與(yu) 進樣口連接，特別在分流進樣模式時，進樣閥連接到分流/不分流進樣口。

     分離就在色譜柱中進行。因為(wei) 用戶可以選擇不同的色譜柱。故使用一台儀(yi) 器能夠進行許多不同的分析。因為(wei) 大多數分離都強烈依賴於(yu) 溫度，故色譜柱要安裝在能夠精密控溫的柱箱內(nei) 。如圖6所示。

     從(cong) 色譜柱裏出來的含有分離組分的載氣流通過檢測器而產(chan) 生信號。檢測器的輸出信號經過轉化後成為(wei) 色譜圖，如圖7所示。

    檢測器有幾種類型的檢測器可供選擇，但是所有的檢測器的功能都是相同的：當純的載氣（沒有待分離組分）流經檢測器時，產(chan) 生穩定的電信號（基線）；當有待分離組分通過檢測器時，產(chan) 生不同的電信號（基線）。

1.測量

    色譜圖記錄下了檢測器輸出的電信號。它可以通過以下幾種方式進行處理：

    在帶狀圖記錄儀(yi) 上記錄、使用數字積分儀(yi) 處理、用計算機數據係統處理。

     傳(chuan) 統的帶狀圖記錄儀(yi) 必須手工測量峰的保留時間和峰大小。積分儀(yi) 和數據係統則可直接進行這些測量（強烈推薦使用積分儀(yi) 和數據係統，因為(wei) 它們(men) 有很好的重現性和靈敏度）。

2.計算

     色譜峰的保留時間和峰大小必須轉換成待分離組分的名稱和含量。這可以通過與(yu) 已知樣品（校準樣品）的保留時間和響應值大小進行比較來完成。這種比較可以手工完成，但是鑒於(yu) 速度和準確性. 采用數據處理係統是好的。

3、儀(yi) 器控製

     某些數據係統和GC組合還可通過數據係統計算機提供對GC的直接控製。這樣就能創建可存儲(chu) 的方法.需要時調用儲(chu) 存的方法即可。從(cong) 而可實現高度的自動化分析。一些樣品已經是氣體(ti) （例如室內(nei) 或室外的空氣，可燃氣體(ti) 等），則可以用氣體(ti) 注射器或氣體(ti) 進樣閥直接進樣。

2.氣相色譜的進樣方式

     一些樣品已經是氣體(ti) （例如室內(nei) 或室外的空氣可燃氣體(ti) 等），則可以用氣體(ti) 注射器或氣體(ti) 進樣閥直接進樣。大多數樣品為(wei) 液體(ti) ，為(wei) 了用氣相色譜來分析，必須首先使之氣化，這常常由加熱的進樣口和液體(ti) 注射器或液體(ti) 進樣閥相結合而完成的。

     進樣口的設計和選擇取決(jue) 於(yu) 色譜柱的直徑和類型，填充柱和大口徑毛細管柱使用填充柱進樣口，小口徑的毛細管柱使用分流/不分流進樣口。

     為(wei) 填充柱設計的，可更換的襯管使進樣口適用於(yu) 特定內(nei) 徑的色譜柱，柱內(nei) 徑一般為(wei) 1/8或1/4英寸。典型的設計如圖8所示。

    當用大口徑毛細管柱時，專(zhuan) 用的襯管使得它們(men) 可以用於(yu) 填充柱進樣口，這種色譜柱的柱容量與(yu) 填充柱的類似。

     樣品用注射器穿過隔墊注入到載氣流中。加熱的進樣口使樣品（如果是液體(ti) ）氣化，而後載氣將氣化的樣品帶入色譜柱。

    分流/不分流進樣用毛細管柱，有兩(liang) 種操作模式：

1.分流模式

    毛細管柱有較小的樣品容量，進樣量必須非常少，通常遠少於(yu) 1 μL，以防止色譜柱超載。如此小的樣品量操作起來是很困難的，分流模式提供了一種方法來解決(jue) 此問題，即采用通常的進樣量氣化，然後隻把其中一部分引入到色譜柱內(nei) 進行分析，其餘(yu) 大部分經分流出口放空（如圖9所示）。

     分流閥開啟並一直維持此狀態。樣品被注射進襯管，同時被氣化。氣化的樣品在色譜柱（氣流阻力大）和分流放空口（氣流阻力可調）之間分配。

2.不分流進樣模式

     此模式特別適用於(yu) 低濃度的樣品。它將樣品捕集在柱頭，同時將殘留在進樣口的溶劑氣體(ti) 放空。此模式包括兩(liang) 個(ge) 步驟：

a.注射樣品

　　關(guan) 閉分流閥。載氣流在隔墊吹掃氣出口和色譜柱之間分配。柱頭壓力由分流放空調節閥來設定，從(cong) 而設定流過色譜柱的流速；注射樣品。溶劑（主要的樣品成分）在富集樣品的柱頭產(chan) 生飽和區帶。

b.進樣口吹掃

    在樣品被捕集到色譜柱頭之後，打開分流閥，將殘留在進樣口中的氣體(ti) （此時大部分是溶劑）放空。現在流路和分流模式是相同的（圖9)，升高柱溫，開始將樣品組分引入色譜柱並分離。

     此方法對於(yu) 沸點比溶劑高的組分的分離是很有效的。溶劑峰將會(hui) 很大，要采用程序升溫將目標化合物的峰和溶劑峰分離。

不分流模式進樣步驟：

（1）在加熱的進樣口中使樣品和溶劑揮發。

（2）采用較低的柱溫在柱頭產(chan) 生一個(ge) 溶劑飽和區帶。

（3）利用此區帶使樣品在柱頭進行富集和重組。

（4）在所有樣品，或至少是大部分樣品進入色譜柱後，通過打開分流放空閥放空進樣口中殘留的樣品氣體(ti) 。

（5）升高柱溫，先將溶劑，然後將樣品從(cong) 柱頭釋放。操作參數初始值設定。

    您必須通過實驗來確定最佳操作參數值，如下表所示。

     每一個(ge) 色譜峰的起始點是與(yu) 載氣混合的揮發的樣品區域的一部分，在樣品組分於(yu) 柱內(nei) 被分離的過程中，樣品區域由於(yu) 擴散而展寬。任何色譜峰的寬度都不會(hui) 比初始區域寬度更窄。由於(yu) 分離窄峰比寬峰容易得多，故必須使初始區域寬度最小化。理想的注射進樣技術是：

（1）將樣品充入注射器，調節進樣量；

（2）將注射器的針尖以盡可能深地速度穿過進樣隔墊（進樣口的設計者假定您會(hui) 這樣做）；

（3）快速壓下注射器推杆；

（4）立即把針從(cong) 進樣口拔出。

    重要的就是速度，任何遲疑都將導致樣品區域寬度增大。

    如果一個(ge) 熟練的操作者按以上方法進樣，他能達到3%~4%的進樣量重複性，能夠限製注射器推杆移動距離的機械裝置能提高進樣重複性。

     應避免使用在兩(liang) 個(ge) 氣泡間捕集樣品的注射技術。這樣您必須做兩(liang) 次估算，因而使進樣量的誤差增倍。

     自動進樣器是解決(jue) 進樣問題的一個(ge) 方法，它們(men) 能夠實現高度重複的進樣。因此，它們(men) 通常允許采用更簡單的峰的含量計算方法（用外標法，而不是內(nei) 標法）。

     如果配備有自動進樣器（裝備有樣品盤，並與(yu) 數據係統連接），就可以進行全自動分析。

1、氣體(ti) 樣品進樣閥，包括一個(ge) 定量管和將定量管接入載氣流和脫離載氣流的閥體(ti) 。樣品量通過定量管來確定。定量管是可以更換的，因此一個(ge) 進樣閥能夠提供多種高度重複的進樣體(ti) 積。

2、液體(ti) 進樣閥，這與(yu) 氣體(ti) 進樣閥的原理是一樣的。由於(yu) 液體(ti) 進樣要求更小的進樣體(ti) 積，因此“定量管”是構成閥體(ti) 的一部分，且是不可更換的。如果要改變進樣量，您必須更換整個(ge) 進樣閥。

1、氣體(ti) 樣品

    對於(yu) 氣體(ti) 樣品而言，進樣口不需要氣化任何物質，因此也就沒有必要加熱。然而，大多數色譜工作者更傾(qing) 向於(yu) 加熱進樣口以保證進樣口不會(hui) 使任何物質冷凝。常用的進樣口溫度為(wei) 100℃。

2、液體(ti) 樣品

    液體(ti) 樣品要求加熱進樣口，溫度要足夠高以使樣品氣化，但又不能過高而導致樣品分解。

（1）溫度足夠高  

    開始將進樣口溫度設置為(wei) 溶劑沸點值並觀察色譜峰形。如果所有色譜峰的峰形大致相同（大小不同），說明進樣口溫度已經足夠高了。如果後流出的色譜峰顯得過寬，就將進樣口溫度升高10℃看峰形是否改善。

（2）溫度過高  

     如果出現的峰數比組分數還多，且峰型較差，說明可能有樣品分解發生。

     在進樣口發生分解所產(chan) 生的峰，其大小主要取決(jue) 於(yu) 進樣口溫度。為(wei) 了驗證是否發生分解，稍稍降低進樣口溫度後進行第二次分析，然後比較峰的大小。若有明顯的變化，就表明在進樣口處有樣品分解發生。