气相色谱仪简介

气相色谱仪是用于分离复杂样品中的化合物的化学分析仪器。气相色谱仪中有一根流通型的狭长管道，这就是色谱柱。

在色谱柱中，不同的样品因为具有不同的物理和化学性质，与特定的柱填充物（固定相）有着不同的相互作用而被气流（载气，流动相）以不同的速率带动。当化合物从柱的末端流出时，它们被检测器检测到，产生相应的信号，并被转化为电信号输出。

在色谱柱中固定相的作用是分离不同的组分，使得不同的组分在不同的时间（保留时间）从柱的末端流出。其它影响物质流出柱的顺序及保留时间的因素包括载气的流速，温度等。在气相色谱分析法中，一定量（已知量）的气体或液体分析物被注入到柱一端的进样口中（通常使用微量进样器，也可以使用固相微萃取纤维（solidphasemicroextractionfibres）或气源切换装置）。当分析物在载气带动下通过色谱柱时，分析物的分子会受到柱壁或柱中填料的吸附，使通过柱的速度降低。分子通过色谱柱的速率取决于吸附的强度，它由被分析物分子的种类与固定相的类型决定。

由于每一种类型的分子都有自己的通过速率，分析物中的各种不同组分就会在不同的时间（保留时间）到达柱的末端，从而得到分离。检测器用于检测柱的流出流，从而确定每一个组分到达色谱柱末端的时间以及每一个组分的含量。通常来说，人们通过物质流出柱（被洗脱）的顺序和它们在柱中的保留时间来表征不同的物质。

气相色谱仪检测器

气相色谱法中可以使用的检测器有很多种，最常用的有火焰电离检测器（FID）与热导检测器（TCD）。这两种检测器都对很多种分析成分有灵敏的响应，同时可以测定一个很大的范围内的浓度。

TCD从本质上来说是通用性的，可以用于检测除了载气之外的任何物质（只要它们的热导性能在检测器检测的温度下与载气不同），而FID则主要对烃类响应灵敏。FID对烃类的检测比TCD更灵敏，但却不能用来检测水。两种检测器都很强大。由于TCD的检测是非破坏性的，它可以与破坏性的FID串联使用（连接在FID之前），从而对同一分析物给出两个相互补充的分析信息。其它的检测器要么只能检测出个别的被测物，要么可以测定的浓度范围很窄。

有一些气相色谱仪与质谱仪相连接而以质谱仪作为它的检测器，这种组合的仪器称为气相色谱质谱联用（GCMS，简称气质联用），有一些气质联用仪还与核磁共振波谱仪相连接，后者作为辅助的检测器，这种仪器称为气相色谱质谱核磁共振联用（GCMSNMR）。有一些GCMSNMR仪器还与红外光谱仪相连接，后者作为辅助的检测器，这种组合叫做气相色谱质谱核磁共振红外联用（GCMSNMRIR）。但是必须指出，这种情况是很少见的，大部分的分析物用单纯的气质联用仪就可以解决问题。

气相色谱仪基本组成

1.气流系统

指载气及其他气体（燃烧气、助燃气）流动的管路和控制、测量元件。所用的气体从高压气瓶或气体发生器逸出后，通过减压和气体净化干燥管，用稳压阀、稳流阀控制到所需的流量。

2.分离系统

由进样室与色谱柱组成。进样室有气体进样阀、液体进样室、热裂解进样室等多种型式。色谱柱通常为内径2～3毫米、长1～3米、内盛固定相的填充柱，或内径0.25毫米、长20米以上、内涂固定液的开管柱。样品从进样室被载气携带通过色谱柱，样品中的组分在色谱柱内被分离而先后流出，进入检测器。

3.检测系统

包括检测器、微电流放大器、记录器。检测器（表3）将色谱柱流出的组分，依浓度的变化转化为电信号，经微电流放大器后，把放大后的电信号分别送到记录器和数据处理装置，由记录器绘出色谱流出曲线。

4.数据处理系统

简单的数据处理部件是积分仪。新型的气相色谱仪都有微处理机作数据处理。

5.温度控制系统及其他辅助部件

温度控制器用于控制进样室、色谱柱、检测器的温度。如果色谱柱放置在有鼓风的色谱炉内，则要求色谱炉能在恒定温度或程序升温下操作。重要的辅助部件有顶空取样器、流程切换装置等。

6.流动相

即载气可用氦气、二氧化碳、氢气、氮气等。载气的选择与纯化的要求取决于所用的色谱柱、检测器和分析项目的要求，如对有些固定相不能与微量氧气接触，又如对热传导池检测器宜用氢气作载气；对电子捕获检测器须除去载气中负电性较强的杂质，以利于提高检测器的灵敏度。用分子量小的气体作载气时可用较高的线速，这时柱效下降不大，却可以缩短分析时间，因为分子量小的气体粘度小，柱压增加不大，并且在高线速时可减小气相传质阻力。用氢气作载气时，在填充柱和开管柱中的流速可分别选用35和2毫升/分左右。

7.固定相

一般来说，宜按“相似性”原则选择固定液；分析非极性样品时用非极性固定液；分析强极性样品时用极性强的固定液

把固定液涂敷于开管柱的内壁，或涂渍在载体上制成填充柱的固定相，均勿太厚。开管柱的df宜为0.2～0.4微米，填充柱的固定液含量宜为3%～10%。载体颗粒约为柱径的0.1，即80～目较好。这样，组分在液相中传质快载体粒度较小而又未增大填充不均匀性，有利于在较低的温度下分析高沸点组分及缩短分析时间。

8.操作温度

进样室的温度应根据进样方法和样品而定。气化方式进样时，气化温度既要使组分能充分气化，又不会分解（裂解进样除外）。检测室的温度以稍高于柱温为好，可避免组分冷凝或产生其他问题。色谱柱温的确定要作综合考虑，即要照顾到固定相的使用温度范围、分析时间长短、便于定性和定量测定等因素。最好能在恒温下操作，沸程很宽的样品才采用程序升温操作。满意的操作温度须由实验求得。

9.样品预处理

欲分析的化合物常用化学反应的方法转变成另一种化合物，这称为衍生物的制备。然后再对衍生物进行色谱分析。

预处理的好处是：

①许多化合物挥发性过低或过高，极性很小或热稳定性差，不能或不适于直接取样注入色谱分析仪进行分析，其衍生物则可以很方便地进入色谱仪；

②一些难于分离的组分，转化成衍生物就便于分离和进行定性分析；

③用选择性检测器检测可获得高灵敏度的衍生物；

④样品中有些杂质因不能成为衍生物而被除去。

常用术语

基线：在操作条件下，仅有纯流动相进入检测器时的流出曲线。

峰高与峰面积：色谱峰顶点与峰底之间的垂直距离称为峰高(peakheight)。用h表示。

峰与峰底之间的面积称为峰面积(peakarea)，用A表示。

峰的区域宽度：a、峰底宽WD=4σ=1.70Wh/2b、半高峰宽Wh/2=2.σc、标准偏差峰宽W0.h=2σ

气相色谱仪应用范围

1．在卫生检验中的应用

空气、水中污染物如挥发性有机物、多环芳烃[苯、甲苯、苯并（a）比等；农作物中残留有机氯、有机磷农药等；食品添加剂苯甲酸等；体液和组织等生物材料的分析如氨基酸、脂肪酸、维生素等。

2．在医学检验中的应用

体液和组织等生物材料的分析：如脂肪酸、甘油三酯、维生素、糖类等。

3.在药物分析中的应用

抗癫痫药、中成药中挥发性成分、生物碱类药品的测定等。

气相色谱仪选购技巧

1.按需购物，有的放失

“需要什么买什么”这似乎是一条很浅显的原则，谁都知道，但是知道归知道做归做，因为许多人都还有另外一个“小九九”—“宽打窄用”，也就是暂时不需要、甚至将来也不一定需要的附件也都一块买来。在若干年前各单位买色谱仪时，如果上级拨款，就把所有的附件都买来，这实际上既浪费又给自己找麻烦，比如您的实际工作只需要热导检测器和氢火焰离子化检测器就够用了，可是订购色谱仪时把电子俘获检测器和火焰光度检测器也都买了，结果用不着放在仓库里睡觉。所以应该是需要哪些检测器和附件九只买哪些，这既是按需购物，有的放失。如果您在需要某一附件时，再买一个新的性能更好的，不也既节约又实惠吗，特别是现在各种仪器发展极快，新的功能不断增加，已有的功能不断改善，所以应该是当时需要什么买什么，当时不需要的附件就不要买。

2.按体裁衣，量力而行

目前气相色谱仪国内有许多厂家有中高档、中低档产品，国内年出版的《国产科学仪器推荐产品》一书中列出了多种分析用气相色谱仪，这些不同厂家的气相色谱仪大都有多年生产的经验，一般价格在2至8万元上下。如果您是教学、一般常规测试，国内生产的这些气相色谱仪应当是可以满足要求了。如果您是配合生产的常规分析，就选择只有一种检测器的单检测器气相色谱仪，如只配热导检测器或只配电子俘获检测器的气相色谱仪，这样可以发挥其更大的有效性。当然如果由于工作的需要，比如需要高灵敏度、高再现性、高可靠性的分析和工艺过程控制，例如需要电子压力控制、自动进样器、大体积进样、生产线上成年累月地不停机运转等。同时又有经费支持，可以选择国外高档次的气相色谱仪。目前世界上几家著名生产气相色谱仪的厂家在国内均有销售机构，以其水平相近，各有其特点，可以说各有千秋，至于选择哪一家、哪一个型号，您就要花点时间来考查了。

3.调查研究，心中有数

在购买气相色谱仪之前，要作一些调查研究，包括资料、市场、对象的调查。资料调查可以通过一些手册、丛书（如朱良其漪等主编的《分析仪器手册》李浩春主编的《分析化学手册第五分册：气相色谱分析》傅若农等主编的《色谱技术丛书》有关分册）。也可以通过专业仪器门户网站了解有关厂家的最近一期介绍。国外的厂家也可以通过厂家的互联网站了解他们的最新产品和特点。市场调查是在资料调查的基础上直接到有关厂家作进一步地详细考察，了解其性能、特点、价格，同时了解一些已经使用该产品的用户，以便您到这些用户处做更深一步的调查，从实际分析的角度了解该仪器的特点、适用性和问题。

对象的调查包括使用该仪器的对象，如上述该产品的用户。另外一个对象是您要做研究、做分析的对象，比如您主要是做水中有机物的分析，您就有必要了解一些目前进行这一工作的单位和文献，看看进行这一工作使用的气相色谱仪的状况。做过这样调研之后您要再买气相色谱仪就心中有数了。

气相色谱仪常见问题处理

结合常见问题，本文建议如下：

A所有组分峰变小

1、进样针缺陷：使用新针或无缺陷的针

2、进样后漏夜：判断漏夜点，维修之

3、MAEUP过大：分流比过大：调整气体流速和分流比

4、分析物质分子量过大，底挥发样品时：提高INJ。OVEN（主要柱子的最高使样品的汽化温度过低，或柱温度低用温度）

5、NPD被污染物（二氧化硅）覆盖：更换铷珠

6、NPD温度过高（使用或环境温度），气体不纯：更换铷珠，避免高温使用

7、不分流进样，分流阀关闭快：初始OVEN温高

8、检测器与样品不匹配

9、样品的挥发：调整样品的的浓度或选择合适的溶剂

B峰伸舌

峰伸舌多右色谱柱过载：减小进样量(可能需提高仪器的sensitivity使用大容量柱子：提高OVEN，INJ温度：增大气体流速

C峰高峰面积不重复

1、进样不重复，偏差大：自动进样器—加强手动进样的练习

2、其他峰型变化引起的峰错位，干扰

3、基线的干扰

4、仪器系统参数设定的改变—参数标准化，规范化

D负峰

1、Detector有数据处理系统信号极性接反：信号连接倒置

2、TCD中，样品导热系数大于载气导热系数：选择数据处理中的“负峰处理”

3、ECD被污染，可能在正峰后跟随负峰：清洗ECD，更换之（若有必要）

E样品的检测灵敏度下降

1、色谱柱，衬管被污染，使活性物质灵敏度小将清洗衬管：用溶剂（优级纯甲醇）清洗色谱柱：更换之（如有必要）

2、进样时样品渗漏（对易挥发物质更甚）：查找渗漏点

3、在split汽化进样中，OVEN初始温度过高：用低于样品溶剂的初始温度；致使样品汽化后扩散加剧，导致撕沸点样品灵敏度下降使用高沸点溶剂

F峰分叉

1、进样过激，不稳定，形成二次进样：练习手动进样—使用自动进样器

2、色谱柱安装失败：重新安装

3、splitless或柱头进样，样品溶剂的混合：使用相同的溶剂

4、柱子温度波动：修理稳控系统

5、splitless进样量大，时间长：希望用“溶剂在毛细管色谱柱前端安装5米的去效应“谱带浓缩时，溶剂的固定相的湿润性差活化，未覆盖固定液的毛细管溶剂将在柱子中形成几米长，厚度不等的溶剂带破坏正常的浓缩，使峰拉宽分叉

G峰拖尾

1、衬管，色谱柱被污染；有活性点：清洗，更换之（如有必要）

2、衬管，色谱柱安装不党，存在死体积：注射甲烷，峰若拖尾，则重新安装

3、色谱柱柱头不平：用金刚砂切割，使之平

4、固定相的极性指标与样品分析不匹配：换匹配的柱子

5、样品流通路线中有冷井：消除路线中的过低温度区

6、衬管或色谱柱中有堆积切割碎屑：清洗更换衬管，切除柱头10cm

7、进样时间过长：缩短之

8、分流比低：增大分流比（至少大于20/1）

9、进样量过高：减小进样体积或稀释样品

10、醇胺，伯胺，叔胺和羧酸类易拖尾：用极性大的色谱柱，样品衍生处理

H保留时间漂移

1、温度变化：检查柱温箱的温度

2、气体流速变化：注射甲烷，测定载气线速度

3、进样口泄露：检查进样垫；判断其他泄露处

4、溶剂条件变化：样品，标准品使用相同的溶剂

5、色谱柱被污染：切除柱头10cm，高温老化，清洗

I分离度下降

1、色谱柱被污染：方法同上

2、固定相被破坏（柱流失）：更换之

3、进样失败：检查泄露，维修之检查吹扫时间；检查温度的适应性；检查衬管

4、样品浓度过高：稀释；减少进样量；用高分流比

J溶剂峰拉宽

1、色谱柱安装失败

2、进样渗漏

3、进样量高：提高汽化温度

4、分流比低：提高分流比

5、OVEN低

6、分流进样时，初始OVEN过高：降低初始柱温，使用高沸点溶剂

7、吹扫时间过长（不分流进样）：定义短时间的吹扫程序

气相色谱仪维护

1.保证汽化室密封垫的气密性

a、进样口的硅橡胶垫的寿命与汽化室的温度有关，一般可以用数十次，硅橡胶垫漏气时会引起基线的波动，分析的重现性变差，从而使结果不准。

b、由于进样器穿刺过多，使硅橡胶垫碎屑进入汽化室，如果碎屑过多，高温时会影响基线的稳定，或者形成鬼峰。因此为保证分析的正常进行请经常更换密封垫和经常检查汽化室的气密性。

2.经常清理汽化室或衬管

a、由于长期使用，汽化室和衬管内常聚集大量的高沸点物质，如遇某次分析高沸点物质时就会逸出多余的峰，给分析带影响，因此要经常用有机溶剂清洗汽化室和衬管。

b、汽化室的清洗：卸掉色谱柱，在加热和通气的情况下，由进样口注入无水乙醇或丙酮，反复几次，最后加热通气干燥。

3.气路的经常性检漏

a、一般情况下，在购置新仪器时已经进行过检漏，但是在使用过程中如发现灵敏度降低、保留时间延长、出现波浪状的基线等，则应重新检漏，尤其是氢气气路更应该经常性检漏，以免发生危险。

b、有的控制阀门是用“O”形橡胶圈，由于长期磨损，可能漏气；进样口硅胶垫不经常更换、色谱柱没有接好…….都可能漏气。故要经常检漏！

4.热导检测器（TCD）的清洗

a、拆下色谱柱，换上一根空的短的色谱柱，通载气，升高柱温箱和检测室温度至－度，从进样口注入2ml有机溶剂，重复数次，通气至干燥。

b、清洗时绝对不能通电桥电流。否则会损坏检测器！！！！

5.电子俘获检测器（ECD）的清洗

a、清洗法同热导检测器。

b、清洗有机溶剂不能用电负性的有机溶剂如三氯甲烷、四氯化碳等，可用苯、正已烷等。于度。

c、对于放射源是Ni63检测器温度在－之间，而氚钪源温度应不高

d、在清洗ECD时必要时做好个人防护！！

6.氢焰检测器（FID）的清洗

a、清洗的目的是为了提高检测器的绝缘程度。

b、污染严重时可卸下收集极、极化极、喷嘴。收集极、极化极可用无水乙醇浸泡擦洗，底座和喷嘴用有机溶剂反复冲洗，通气管路也要彻底清洗，喷嘴口要平整光滑，如有毛刺可用油石或什锦锉、砂纸打磨光滑，再用乙醇反复冲洗，然后用热冷风交替吹干。

c、固定这些电极的绝缘体可在无水乙醇中浸泡10－15min，用绸子或纱布擦拭干净。烘干待安装。

d、装配时要恢复原状，做到俯视喷嘴、极化极、收极集三者同心，侧视极化极与喷嘴口二者处于同一水平。

e、注意：清洗完后，所有的配件禁止用手接触，安装时要戴干净手套，所有的工具用前要清洗干燥。

7.氮磷检测器（NPD）及火焰光度检测器（FPD）的清洗

由于上述二检测器与FID结构基本相似，故清洗方法参考FID的清洗。NPD注重铷铢的清洗；而FPD则应注重光窗的清洗，但注意不要将光电管暴露于强光下如何防止FID收集极上的积垢清除收集极积垢，拆洗FID时，常把喷嘴拆断造成了不可挽回的损失。依据FID工作原理，收集极对地为高阻，一般都在欧姆以上，所以收集极的一般污染或收集极和静电计连接不良，除非在限制灵敏度操作外不会造成严重的噪声。所以当操作FID遇到尖峰噪声（基线毛刺）不提倡首先拆洗FID检测器，而应先寻找其它引起噪声的原因如：

a、气流比是否合适;

b、汽化室严重污染;

c、柱流失严重(老化不够);

d、静电放大器不稳定;

e、极化电压不稳定;

f、有关信号连接接触不良;

g、市电不稳定;

h、接地不正确;

i、数据处理机有故障或参数设置不合理;

j、气体纯度欠佳(特别是使用各种气体发生器时);

k、色谱柱连接以后各接头有严重漏气。

8、我们经常看到检测器特别是收集极内沉积的白色粉末壮物质，均是硅酮型固定相流失经FID中燃烧后生成的二氧化硅所致。为防止二氧化硅在检测器中积聚要注意以下几点：

①谱柱在连接检测器使用前充分老化。

②最好应用纯度较高（如色谱级纯）的固定相OV；少用纯度差的DC。

③在满足分析对FID灵敏度要求的情况下，尽量选择大一些的空气流量，以便把各种燃烧物排出FID。

在确认可能是FID污染引起某种脉冲尖峰干扰噪声后。其清除积垢方法有以下三种供大家参考使用。

①：注射若干微升氟里昂，燃烧形成氟化氢，氟化氢和二氧化硅反应后形成可挥发性物质。

②：拆下检测器的有关部分如：收集极，喷嘴，壳体，绝缘体等。在超声波浴中清洗两小时，用蒸馏水漂洗。装入检测器之前，再用丙酮清洗一次。

③：若相关部分特别是收集极积垢太多时，可以用细颗粒砂纸打磨清洗也是一种好方法。

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