氣相色譜分析操作概述

摘要：隨著氣相色譜從實驗室的研究技術變成了常規分析手段，在煙草行業也不例外，原材料的進廠檢驗、煙葉的質量檢驗、卷煙在制品及卷煙產品的質量監控，都離不開氣相色譜分析，因此從事氣相色譜分析的技術人員掌握分析操作的技能尤為重要。文章對氣相色譜分析操作進行了概述。

關鍵詞：氣相色譜；檢測器；色譜柱

中圖分類號：X132文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2012）04-0099-03

一、氣相色譜法基本原理

1．氣相色譜分析的分離原理：基于不同物質在兩相間具有不同的分配系數，當兩相作相對運動時，試樣中的各組分就在兩相中進行反復多次的分配，使得原來分配系數只有微小差異的各組分產生很大的分離效果，從而各組分彼此分離開來。

2．色譜分離的塔板理論：將色譜分離過程比擬作蒸餾過程，引用了處理蒸餾過程的概念、理論和方法來處理色譜過程。把色譜柱比作一個分餾塔，色譜柱可由許多假想的塔板組成（既色譜柱可分成許多小段），在每一小段（塔板）內，一部分空間為涂在擔體上的液相占據，另一部分空間充滿著載氣（氣相），載氣占據的空間稱為板體積△V。當欲分離的組分隨載氣進入色譜柱后，就在兩相間進行分配。

3．氣相色譜的速率理論：吸收了塔板理論中板高和載氣流速的概念，并充分考慮了組分在兩相間的擴散和傳質過程，從而在動力學基礎上較好地解釋了影響板高的各種因素，建立了定量關系式，，式中u為流動相的線速度；A，B，C為常數，分別代表渦流擴散項系數、分子擴散項系數、傳質阻力項系數。

二、氣相色譜儀的組成部分

（1）載氣系統：包括氣源、氣體凈化、氣體流速控制和測量；（2）進樣系統：包括進樣器、汽化室（將液體樣品瞬間汽化為蒸氣）；（3）色譜柱和柱溫：包括恒溫控制裝置（將多組分樣品分離為單個）；（4）檢測系統：包括檢測器，控溫裝置；（5）記錄系統：包括放大器、記錄儀、或數據處理裝置、工作站。

三、氣相色譜的定性定量分析

（一）定性分析

氣相色譜的定性分析主要有相對保留值定性法、保留值規律定性法、已知物增加峰高定性法、化學試劑定性法、文獻值對照定性法和檢測器定性法。

（二）定量方法

1．歸一化法：如果試樣中所有組分均能流出色譜柱，并在檢測器上都有響應信號，都能出現色譜峰，可用此法計算各待測組分的含量。

2．內標法：在試樣中加入一定量的純物質作為內標物來測定組分的含量。內標物應選用試樣中不存在的純物質，其色譜峰應位于待測組分色譜峰附近或幾個待測組分色譜峰的中間，并與待測組分完全分離，內標物的加入量也應接近試樣中待測組分的含量。

3．外標法：取待測試樣的純物質配成一系列不同濃度的標準溶液，分別取一定體積，進樣分析。從色譜圖上測出峰面積（或峰高），以峰面積（或峰高）對含量作圖即為標準曲線。然后在相同的色譜操作條件，分析待測試樣，從色譜圖上測出試樣的峰面積（或峰高），由上述標準曲線查出待測組分的含量。

四、樣品前處理技術

1．樣品前處理是指樣品的制備及對樣品中被測組分進行提取、凈化、濃縮或衍生化處理以滿足分析需要的過程，其目的是消除基質干擾、保護儀器、提高方法的準確度、精密度、選擇性和靈敏度。

2．樣品制備的基本要求，因為樣品為實驗室樣品中具有代表性的試樣，制備均勻的有代表性得的實驗室測試樣品是樣品前處理的重要環節，直接影響檢測結果的準確性和可靠性，制備中應防止被測組分發生變化、降解、污染。

3．制備樣品的技術。（1）樣品萃取。采用索氏萃取、超臨界流體萃取、加速溶劑萃取、微波輔助萃取等技術，實現被測組分的分離，提高分析的準確性。（2）樣品凈化。利用化學平衡下的分配定律，采用液液分配、固相萃取、凝膠滲透色譜分離、分子印記技術、衍生化等方法，達到樣品的濃縮、富集、凈化，提高檢測靈敏度、準確度。

五、氣相色譜柱

1．氣相色譜柱的分類，按照尺寸、主要以色譜柱的內經分類為毛細管色譜空心柱和填充色譜柱；按色譜柱中固定相類型分類，可將色譜柱分為吸附柱和分配柱。

2．固定液的選擇和固定液的配比，試樣在色譜柱中兩相間的分配行為決定于試樣中各組分本身性質與固定液，因而固定液對于試樣能否被有效分離起決定性作用，固定液的選擇是在基本原則指導下，多根據操作者的實踐經驗進行。固定液選擇的總原則是“相似相溶”。

（1）固定液的選擇，分離非極性組分時，通常選擇用非極性固定相，各組分按沸點順序出峰，低沸點組分先出峰；分離極性組分時，一般選擇用極性固定液，各組分按極性大小順序流出色譜柱，極性小的先出峰；分離非極性和極性的混合物，一般選用極性固定液，此時非極性（或易被極化的）組分后出峰；醇、胺、水等強極性和能形成氫鍵化合物的分離，通常選擇極性或氫鍵性的固定液；組成復雜、較難分離的試樣，通常使用特殊固定液或混合固定相。

（2）固定液配比的選擇，固定液在擔體上涂漬量，一般指的是固定液與擔體的百分比，配比通常在5%～25%之間，配比越低，在擔體上形成的液膜越薄，傳質阻力越小，柱效越高，分析速度也越快，配比較低時，固定相的負載量低，允許的進樣量較小，分析工作中通常傾向于使用較低的配比。

3．分離柱長和柱內徑的選擇，填充色譜柱的柱長通常為1～3m，內徑3～4mm，材質有玻璃、石英玻璃、不銹鋼（較常用）。增加柱長對提高分離度有利，但組分的保留時間增加，且柱阻力增加，不便操作。柱長的選擇原則是在能滿足分離目的的前提下，盡可能選用較短的柱，有利于縮短分析時間。對于空心毛細管色譜柱其選用原則相似，不過空心毛細管色譜柱不存在固定液配比之說，但講液層厚度，一般液層厚度在0.1～0.6um之間，液層薄、柱效高，但柱容量小。

4．色譜柱選擇原則，在滿足分析要求的條件下，先填充柱后毛細管柱，選毛細管柱，先大口徑后小口徑；柱長越短越好，固定相用量越少越好；非極性比記性好，最高使用溫度越高越好，自身穩定性好，抗污染能力強、老化、活化、再生簡單、時間短、使用周期長。

六、檢測器

（一）TCD檢測器

1．原理：在一個處于熱平衡的TCD中，組分進入測量臂池腔，就會由于氣體組成的改變，引起氣體熱導系數的變化，從而引起熱敏元件溫度的變化，熱敏元件的溫度變化，就會引起熱敏元件阻值的變化，熱敏元件阻值的變化使惠斯頓電橋輸出信號的變化。信號大小與被測物質濃度成函數關系。

2．TCD檢測條件的選擇。

（1）載氣種類，TCD檢測器通常使用氫氣或者氦氣作為載氣，因為它們的熱導系數遠遠大于其它化合物，故靈敏度高，且易于定量，線性范圍寬。從理論上講用氦氣較合理，但它價格昂貴，因此在我國一般都選用氫氣作載氣。

（2）載氣純度，載氣純度影響靈敏度，實驗證明：在電橋電流120～200mA 范圍內，用99.999％的超純氫氣比用99％的普氫靈敏度高6％～13％，同時，基線漂移和噪聲也可以大大降低。載氣純度對峰形也有影響，用TCD作高純氣中雜質檢測時，載氣純度應比被測氣體高十倍以上，否則易出倒峰。

（3）載氣流速，TCD為濃度型檢測器，對流速波動很敏感，TCD的峰面積響應值反比于載氣流速。因此，在檢測過程中載氣流速必須保持恒定。在柱分離許可的情況下以低一些為妥。流速波動可能導致基線噪聲和漂移增大。

（4）電橋電流，電橋電流可以顯著提高TCD的靈敏度。一般認為S值與電流的3次方成正比。但是電流的提高又受到噪聲和使用壽命的限制。橋流設定與TCD檢測池的溫度及使用的載氣種類密切相關。

（二）FID檢測器

1．原理：當有機物經過檢測器時，在火焰那里會產生離子，在極化電壓的作用下，噴嘴和收集極之間的電流會增大，對這個電流信號進行檢測和記錄即可得到相應的譜圖。只有選擇最佳氣流比，使火焰達到穩定的擴撒型火焰時，才能得到較高的靈敏度。

2．特點：FID是目前所有檢測器中最令人滿意，近似理想的一個通用檢測器，其檢測限低，由屬于質量型檢測器，故對操作條件變化相對不夠敏感，穩定性好，特別適合用于常量至微量的常規分析；FID對水、空氣沒有什么響應，故而特別適合于生物物質的水相樣品盒空氣污染物的測定；FID響應時間快，和毛細管分析技術配合使用，能完成痕量及快速分析。

作者簡介：胡林軍（1971-），男，陜西安康人，供職于陜西中煙工業有限責任公司，研究方向：理化檢測及儀器管理。

（責任編輯：趙秀娟）