气相色谱仪

气相色谱仪是利用色谱分离技术和检测技术，对多组分的复杂混合物进行定性和定量分析的仪器。通常可用于分析土壤中热稳定且沸点不超过500°C的有机物，如挥发性有机物、有机氯、有机磷、多环芳烃、酞酸酯等。

· 一、基本原理

        气相色谱法是利用气体作流动相的色层分离分析方法。汽化的试样被载气（流动相）带入色谱柱中，柱中的固定相与试样中各组份分子作用力不同，各组份从色谱柱中流出时间不同，组份彼此分离。采用适当的鉴别和记录系统，制作标出各组份流出色谱柱的时间和浓度的色谱图。根据图中表明的出峰时间和顺序，可对化合物进行定性分析；根据峰的高低和面积大小，可对化合物进行定量分析。

        具有效能高、灵敏度高、选择性强、分析速度快、应用广泛、操作简便等特点。适用于易挥发有机化合物的定性、定量分析。对非挥发性的液体和固体物质，可通过高温裂解，气化后进行分析。

可与红光及收光谱法或质谱法配合使用，以色谱法做为分离复杂样品的手段，达到较高的准确度，是司法鉴定中检测有机化合物的重要分析手段。

· 二、基本结构

        气相色谱仪的种类繁多，功能各异，但其基本结构相似。气相色谱仪一般由气路系统、进样系统、分离系统（色谱柱系统）、检测及温控系统、记录系统组成。

· 1、气路系统

        气相色谱仪的气路系统包括气源、净化干燥管和载气流速控制装置，是一个载气连续运行的密闭管路系统，通过气相色谱仪的气路系统获得纯净、流速稳定的载气。气相色谱仪的气路系统气密性、流量监测的准确性及载气流速的稳定性都是影响气相色谱仪性能的重要因素。

        气相色谱仪中常用的载气有氢气、氮气和氩气，纯度要求99.999%以上，化学惰性好，不与待测组分反应。载气的选择除了要求考虑待测组分的分离效果之外，还要考虑待测组分在不同载气条件下的检测器灵敏度。

·2、进样系统

（1）进样器：根据试样的状态不同，采用不同的进样器。液体样品的进样一般采用微量注射器；气体样品的进样常用色谱仪本身配置的推拉式六通阀或旋转式六通阀；固体试样一般先溶解于适当试剂中，然后用微量注射器进样。

（2）气化室：气化室一般由一根不锈钢管制成，管外绕有加热丝，其作用是将液体或固体试样瞬间气化为蒸气。为了让样品在气化室中瞬间气化而不分解，因此要求气化室热容量大，无催化效应。

（3）加热系统：用以保证试样气化，其作用是将液体或固体试样在进入色谱柱之前瞬间气化，然后快速定量地转入到色谱柱中。

· 3、分离系统

        气相色谱仪的分离系统是气相色谱仪的核心部分，作用是将待测样品中的各个组分进行分离。分离系统由柱箱、色谱柱、温控部件组成。色谱柱主要有两类：填充柱和毛细柱，柱材料包括金属、玻璃、融熔石英、聚四氟乙烯等。色谱柱的分离效果除与柱长、柱径和柱形有关外，还与所选用的柱填料种类以及操作条件等因素有关。

· 4、检测及温控系统

检测系统：

        气相色谱仪的检测系统是将色谱柱中分离后的组分按照浓度的变化转化为电信号，经放大器后，将电信号传送至记录仪，由记录仪绘出色谱流出曲线。 

        检测器性能的好坏将直接影响到色谱仪#@*终分析结果的准确性。

        根据检测器的响应原理，可将其分为浓度型检测器和质量型检测器。

（1）浓度型检测器：测量的是载气中待测组分的瞬间浓度变化，即检测器的响应信号正比于待测组分的浓度，如热导检测器（Thermal Conductivity Detector，TCD）、电子捕获检测器（Electron Capture Detector，ECD）。

（2）质量型检测器：测量的是载气中所携带的待测样品进入检测器的速度变化，即检测器的响应信号正比于单位时间内待测组分进入检测器的质量，如氢火焰离子化检测器（Flame Ionization Detector，FID）和火焰光度检测器（Flame Photometric Detector，FPD）。

氢火焰离子（FID）：载气可用氦气和氮气，检测浓度为ppm以上，主要用于检测有机化合物；

电子捕获（ECD）：载气可用氮气，检测浓度为ppb以上，主要用于检测有机卤素的化合物；

火焰光度（FPD）：载气可为氦气和氮气，检测浓度约0.1ppm,主要用于检测硫、磷化合物；

火焰热离子（FTD）：载气可为氦气和氮气，检测浓度为ppm以上，主要用于检测氮、磷化合物；

 热导（TCD）：载气可为氦气、氢气、氮气和氩气，检测浓度为50ppm以上，主要用于检测无极气体和有机化合物；

温控系统：

        在气相色谱仪中，温度控制极其重要，温控直接影响色谱柱的分离效能、检测器的灵敏度和稳定性。温度控制系统的主要对象是气化室、色谱柱和检测器。

        在气化室中要保证液体试样瞬间完全气化，在柱箱中要确保组分分离完全。当试样中待测组分种类繁多时，柱箱温度需要通过程序控制温度变化，各组分应在#@*温度下分离，并确保试样中各组分在检测器中通过时不发生冷凝。

气相色谱仪的温度控制方式分为恒温和程序升温两种：

（1）恒温控温方式：对于沸程较窄的简单样品，可采用恒温模式。简单的气体分析和液体样品分析均采用恒温模式。

（2）程序升温控温方式：是指在一个分析周期内，气相色谱仪中色谱柱的温度随时间由低温到高温呈阶梯式变化，使沸点不同的组分，在#@*理想柱温下流出，从而改善分离效果，缩短分析时间。

        对于沸程较宽的复杂样品，如果在恒温下分离难于达到理想的分离效果，应使用程序升温方法。

·5、数据处理系统

        气相色谱仪的记录系统主要用于气相色谱仪记录检测器的检测信号，并进行定量数据处理和记录。部分气相色谱仪还配有电子计算机，可自动测量色谱峰的面积，直接提供定量分析的准确数据，并能自动对色谱分析数据进行再处理分析。

· 三、分析流程

        气相色谱仪的载气由高压钢瓶中流出，经减压阀降到气相色谱仪所需压力后，通过净化干燥管使载气净化，再经稳压阀和流量计后，以稳定的压力、恒定的速度流经气化室后与已完成气化的样品进行混合，将样品气体输送至色谱柱中进行分离。分离后的各组分先后流入检测器中进行检测。 

        检测器将待测组分的浓度或质量变化转化为电信号，经放大后在记录仪上记录下来，便可得到色谱流出曲线。根据色谱流出曲线上的保留时间，可以进行定性分析，根据峰面积或峰高的大小，可以进行定量分析。

· 四、使用方法及实验操作

A、打开氮气、氢气、空气发生器的电源开关(或氮气钢瓶总阀)，调整输出压力稳定在0.4 Mpa左右（气体发生器一般在出厂时已调整好，不用再调整）。

 B、打开色谱仪气体净化器的氮气开关转到“开”的位置。注意观察色谱仪载气B的柱前压上升并稳定大约5分钟后，打开色谱仪的电源开关。

 C、设置各工作部温度。例如：TVOC分析的条件设置：(a)柱箱：柱箱初始温度50℃、初始时间10 min、升温速率5℃/min、终止温度250℃、终止时间10 min; (b)进样器和检测器：都是250℃。脂肪酸分析时的色谱条件：(a)柱箱：柱箱初始温度140℃、初始时间5 min、升温速率4℃/min、终止温度240℃、终止时间15 min; (b)进样器温度是260℃，检测器温度是280℃。

D、点火：待检测器（按“显示、换档、检测器”可查看检测器温度）温度升到150℃以上后，打开净化器上的氢气、空气开关阀到“开”的位置。观察色谱仪上的氢气和空气压力表分别稳定在0.1 Mpa和0.15 Mpa左右。按住点火开关（每次点火时间不能超过6~8秒钟）点火。同时用明亮的金属片靠近检测器出口，当火点着时在金属片上会看到有明显的水汽。如果在6~8秒时间内氢气没有被点燃，要松开点火开关，再重新点火。在点火操作的过程中，如果发现检测器出口内白色的聚四氟帽中有水凝结，可旋下检测器收集极帽，把水清理掉。在色谱工作站上判断氢火焰是否点燃的方法：观察基线在氢火焰点着后的电压值应高于点火之前。

E、打开电脑及工作站（通道一分析脂肪酸，通道二分析碘），打开一个方法文件：脂肪酸分析方法或碘分析方法。显示屏左下方应有蓝字显示当前的电压值和时间。接着可以转动色谱仪放大器面板上点火按钮上边的“粗调”旋钮，检查信号是否为通路(转动“粗调”旋钮时，基线应随着变化)。待基线稳定后进样品并同时点击“启动”按钮或按一下色谱仪旁边的快捷按钮，进行色谱数据分析。分析结束时，点击“停止”按钮，数据即自动保存。

F、关机程序：首先关闭氢气和空气气源，使氢火焰检测器灭火。在氢火焰熄灭后再将柱箱的初始温度、检测器温度及进样器温度设置为室温（20 - 30℃），待温度降至设置温度后，关闭色谱仪电源。#@*再关闭氮气。