氣相色譜技術的研究進展

秦青青 吳曉燕 謝思思 楊貴金 宮萬華

摘要：經濟的迅速發展不僅促進了科學技術的不斷發展，同時隨著科學體系的進一步完善，氣相色譜技術就是眾多先進技術中應用較為廣泛地一種。就氣相色譜技術的發展以及實際應用進行了分析和探討。

關鍵詞：氣相色譜技術;應用;研究進展

氣相色譜技術是現代儀器分析的重要研究領域之一，由于其獨特、高效、快速的分離特性，已成為物理、化學分析不可缺少的重要工具。進入21世紀以來，氣相色譜技術的發展已漸趨成熟，基礎性的創新成果十分有限，但技術性的進步一直在進行著，尤其是與行業相關的應用性研究仍然十分恬躍，以微柱閥切換、專用色譜柱和自控技術為基礎發展起來的各類試樣預處理系統和專用分析系統的標準化與商品化結果，使得這些新技術和新方法的應用變得越來越便利。目前，氣相色譜技術已在石油、化工、環保、藥物等方面有廣泛應用。

1?氣相色譜技術的原理

色譜法又叫層析法，它是一種物理分離技術。它的分離原理是使混合物中各組分在兩相間進行，其中一相是不動的，叫做固定相，另一相則是推動混合物流過此固定相的流體，叫做流動相。當流動相中所含的混合物經過固定相時，就會與固定相發生相互作用。由于各組分在性質與結構上的不同，相互作用的大小強弱也有差異。因此在同一推動力作用下，不同組分在固定相中的滯留時間有長有短，從而按先后秩序從固定相中流出，這種借在兩相分配原理而使混合物中各組分獲得分離的技術，稱為色譜分離技術或色譜法。當用液體作為流動相時，稱為液相色譜，當用氣體作為流動相時，稱為氣相色譜。氣相色譜的分離原理是利用不同物質在兩相問具有不同的分配系數，當兩相作相對運動時，試樣的各組分就在兩相中經反復多次地分配，使得原來分配系數只有微小差別的各組分產生很大的分離效果，從而將各組分分離開來[1-4]。然后再進入檢測器對各組分進行鑒定。

2 氣相色譜系統的組成

氣相色譜系統組成包括氣源、進樣系統、氣路控制系統、色譜分離系統、檢測器、記錄儀表、溫度控制器、檢測器電路等。

氣源一般采用高壓氣瓶，常用有：H2、N2、He、空氣等氣體鋼瓶;也可采用氣體發生器，如氫氣發生器、氮氣發生器、無油空氣泵等。進樣系統可根據不同的分析要求和不同的進樣器內襯確定。對于氣體樣品，最好采用六通閥進樣，可獲得良好的進樣重復性;做高純Ar分析，最好采用特殊設計的進樣壓力調節氣體進樣系統;液體樣品采用微量注射器進樣;固體樣品采用裂解爐與脈沖爐配合使用。氣路控制系統由開關閥、穩壓閥、針型閥、切換閥和氣阻、壓力表、流量計等組成。色譜分離系統主要是指色譜柱，它是解決樣品組分分離的關鍵，色譜柱分為填充柱和毛細管柱兩大類。檢測器是將樣品中的化學組分轉化為電訊號，實現非電量轉移的檢測裝置，其靈敏度和穩定性關系到整個儀器的性能。記錄儀表包括有記錄儀和數據處理機兩大類，后者有專用機和PC機發展出來的色譜工作站。溫度控制器有恒溫控制和程序升溫控制兩種方式，它是保證進樣器、色譜柱、檢測器能在正常溫度條件下工作的基本元件。檢測器電路是各種類型的檢測器必須配備的控制及檢測電路，用來實現非電量轉換。

3 氣相色譜技術的應用

3.1 在石化分析中的應用

徐廣通等對基于汽油單體烴分析的各類物性數據的計算進行了研究，提出了一套新的辛烷值計算方法，對一些具有加和性的物性參數，如：密度、蒸氣壓、折光等也進行了預測。且進一步推出了一套可用于SOA和苯含量分析的雙柱箱、雙氣路多維色譜系統，并進行了相關的標準化工作。由于較好地解決了烯烴捕集阱對烯烴的選擇性保留和定量解析等困難，所開發的專用分析系統和方法有很好的應用前景。楊永壇等建立了汽油餾分、煤/柴油餾分中各種硫化物類型分布的GC—AED分析方法，采用一非極性色譜柱，可對汽油餾分中的80多個硫化物、柴油餾分中的130多個硫化物進行檢測，并開發了相應的分析軟件。

3.2 在環境分析中的應用

環境中多氯聯苯（PCIN）、氯化硼烷和氯化莰烯的分析對分析化學家具有很大的挑戰性。PCBs共有209個氯代聯苯化合物，僅150個在商用產品中出現。大連物化所得許國旺等用GCxGC與TOF.MS飛行時間質譜聯用表征卷煙主流煙氣中的酚類化合物，初步鑒定出250個酚類化合物，包括66個烷基苯酚、47個烯基苯酚、57個萘酚、1 7個苯基苯酚、32個甲氧基苯酚、9個酚酮和15個酚醛化合物。劉文民等對水中的正構烷烴以及農藥污染物進行了分析，結果表明所設計的In—tube和SPME—GC接口裝置中微三通的引入避免了解吸下來的分析物經過六通閥而造成殘留，同時還避免了高溫六通閥的使用，從而降低了新裝置的成本，適宜水體中有機污染物的分析;SBSE方法中攪拌棒的制作方法可靠，重復性好，熱解吸裝置中傳輸線的加熱由氣相色譜進樣口完成，操作簡單。

3.3 在生物藥劑學研究分析中的應用

根據國際奧委會醫學委員會的要求，體育運動中的興奮劑檢測唯一能用作確認的儀器是GC～Ms。段宏瑾等采用氣相色譜一質譜聯用系統對此藥進行了研究。實驗發現，PEN原藥在尿中的代謝很快，2 h后的尿中已檢測不到，因而檢測其代謝物十分重要。在實驗中共檢出了6種代謝產物，其中有5種在72 h的尿中仍能檢出。大大增加了檢測的可靠性。與此同時，還建立了血中PEN的檢測方法。此方法現已用于對運動員興奮劑的檢查。

3.4 在白酒分析中的應用

白酒的主要成分是乙醇和水（占總量的98%～99%），而溶于其中的醇、醛、酸、酯等眾多有機化合物（占總量的1%～2%）作為白酒的呈香呈味物質，卻決定著白酒的質量和風格。因此，氣相色譜分析在白酒的質量監控上起著關鍵作用。

4 結論

隨著氣相色譜技術研究的不斷深入及應用領域的日趨廣泛，使其朝著靈敏度更高、選擇性更高、更方便快捷的方向發展，不斷推出新的方法來解決可能遇到的新的分析難題。其發展主要體現在以下幾個方面：（1）滿足各種應用需求的專用色譜柱的開發。高選擇性和壽命、低應用成本及齊全規格尺寸是對這類色譜柱的基本要求。（2）針對各類具體需求開發的與標準分析方法相配套的專用分析系統的普遍應用。小型（芯片化、模塊化）、快速、可靠和自動化、網絡化將是這類專用系統的主要技術特征。（3）基于各類應用系統或分析方法開發的專用分析軟件也是一個值得關注的方向。專業化、網絡化和遠程技術支持性能將是對這類應用軟件的基本要求。

參考文獻：

[1]賀利民，劉祥國，曾振靈.氣相色譜分析農藥殘留的基質效應及其解決方法[J].色譜，2008，26（1）：98-104.

[2]傅若農.近兩年國內氣相色譜的進展[J].分析試驗室，2011，030（005）：88-122.

[3]朱堅，楊景賢，李波等.氣相色譜-質譜法測定肝、腎和肉中β2-受體激動劑殘留量[J].分析測試學報，2004，023（0z1）：223-225.

[4]王明林，寇立娟，張玉倩，等.基質固相分散-氣相色譜/質譜法測定蔬菜中的鄰苯二甲酸酯[J].色譜，2007，25（11）：577-580.