氣相色譜技術(shù)的研究進(jìn)展

秦青青 吳曉燕 謝思思 楊貴金 宮萬華

摘要：經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展不僅促進(jìn)了科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，同時(shí)隨著科學(xué)體系的進(jìn)一步完善，氣相色譜技術(shù)就是眾多先進(jìn)技術(shù)中應(yīng)用較為廣泛地一種。就氣相色譜技術(shù)的發(fā)展以及實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了分析和探討。

關(guān)鍵詞：氣相色譜技術(shù);應(yīng)用;研究進(jìn)展

氣相色譜技術(shù)是現(xiàn)代儀器分析的重要研究領(lǐng)域之一，由于其獨(dú)特、高效、快速的分離特性，已成為物理、化學(xué)分析不可缺少的重要工具。進(jìn)入21世紀(jì)以來，氣相色譜技術(shù)的發(fā)展已漸趨成熟，基礎(chǔ)性的創(chuàng)新成果十分有限，但技術(shù)性的進(jìn)步一直在進(jìn)行著，尤其是與行業(yè)相關(guān)的應(yīng)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(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的各類試樣預(yù)處理系統(tǒng)和專用分析系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化與商品化結(jié)果，使得這些新技術(shù)和新方法的應(yīng)用變得越來越便利。目前，氣相色譜技術(shù)已在石油、化工、環(huán)保、藥物等方面有廣泛應(yīng)用。

1?氣相色譜技術(shù)的原理

色譜法又叫層析法，它是一種物理分離技術(shù)。它的分離原理是使混合物中各組分在兩相間進(jìn)行，其中一相是不動(dòng)的，叫做固定相，另一相則是推動(dòng)混合物流過此固定相的流體，叫做流動(dòng)相。當(dāng)流動(dòng)相中所含的混合物經(jīng)過固定相時(shí)，就會(huì)與固定相發(fā)生相互作用。由于各組分在性質(zhì)與結(jié)構(gòu)上的不同，相互作用的大小強(qiáng)弱也有差異。因此在同一推動(dòng)力作用下，不同組分在固定相中的滯留時(shí)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(shù)，稱為色譜分離技術(shù)或色譜法。當(dāng)用液體作為流動(dòng)相時(shí)，稱為液相色譜，當(dāng)用氣體作為流動(dòng)相時(shí)，稱為氣相色譜。氣相色譜的分離原理是利用不同物質(zhì)在兩相問具有不同的分配系數(shù)，當(dāng)兩相作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，試樣的各組分就在兩相中經(jīng)反復(fù)多次地分配，使得原來分配系數(shù)只有微小差別的各組分產(chǎn)生很大的分離效果，從而將各組分分離開來[1-4]。然后再進(jìn)入檢測器對(duì)各組分進(jìn)行鑒定。

2 氣相色譜系統(tǒng)的組成

氣相色譜系統(tǒng)組成包括氣源、進(jìn)樣系統(tǒng)、氣路控制系統(tǒng)、色譜分離系統(tǒng)、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(fā)生器，如氫氣發(fā)生器、氮?dú)獍l(fā)生器、無油空氣泵等。進(jìn)樣系統(tǒng)可根據(jù)不同的分析要求和不同的進(jìn)樣器內(nèi)襯確定。對(duì)于氣體樣品，最好采用六通閥進(jìn)樣，可獲得良好的進(jìn)樣重復(fù)性;做高純Ar分析，最好采用特殊設(shè)計(jì)的進(jìn)樣壓力調(diào)節(jié)氣體進(jìn)樣系統(tǒng);液體樣品采用微量注射器進(jìn)樣;固體樣品采用裂解爐與脈沖爐配合使用。氣路控制系統(tǒng)由開關(guān)閥、穩(wěn)壓閥、針型閥、切換閥和氣阻、壓力表、流量計(jì)等組成。色譜分離系統(tǒng)主要是指色譜柱，它是解決樣品組分分離的關(guān)鍵，色譜柱分為填充柱和毛細(xì)管柱兩大類。檢測器是將樣品中的化學(xué)組分轉(zhuǎn)化為電訊號(hào)，實(shí)現(xiàn)非電量轉(zhuǎn)移的檢測裝置，其靈敏度和穩(wěn)定性關(guān)系到整個(gè)儀器的性能。記錄儀表包括有記錄儀和數(shù)據(jù)處理機(jī)兩大類，后者有專用機(jī)和PC機(jī)發(fā)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(jìn)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(shí)現(xiàn)非電量轉(zhuǎn)換。

3 氣相色譜技術(shù)的應(yīng)用

3.1 在石化分析中的應(yīng)用

徐廣通等對(duì)基于汽油單體烴分析的各類物性數(shù)據(jù)的計(jì)算進(jìn)行了研究，提出了一套新的辛烷值計(jì)算方法，對(duì)一些具有加和性的物性參數(shù)，如：密度、蒸氣壓、折光等也進(jìn)行了預(yù)測。且進(jìn)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(tǒng)，并進(jìn)行了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化工作。由于較好地解決了烯烴捕集阱對(duì)烯烴的選擇性保留和定量解析等困難，所開發(fā)的專用分析系統(tǒng)和方法有很好的應(yīng)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(duì)汽油餾分中的80多個(gè)硫化物、柴油餾分中的130多個(gè)硫化物進(jìn)行檢測，并開發(fā)了相應(yīng)的分析軟件。

3.2 在環(huán)境分析中的應(yīng)用

環(huán)境中多氯聯(lián)苯（PCIN）、氯化硼烷和氯化莰烯的分析對(duì)分析化學(xué)家具有很大的挑戰(zhàn)性。PCBs共有209個(gè)氯代聯(lián)苯化合物，僅150個(gè)在商用產(chǎn)品中出現(xiàn)。大連物化所得許國旺等用GCxGC與TOF.MS飛行時(shí)間質(zhì)譜聯(lián)用表征卷煙主流煙氣中的酚類化合物，初步鑒定出250個(gè)酚類化合物，包括66個(gè)烷基苯酚、47個(gè)烯基苯酚、57個(gè)萘酚、1 7個(gè)苯基苯酚、32個(gè)甲氧基苯酚、9個(gè)酚酮和15個(gè)酚醛化合物。劉文民等對(duì)水中的正構(gòu)烷烴以及農(nóng)藥污染物進(jìn)行了分析，結(jié)果表明所設(shè)計(jì)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(jīng)過六通閥而造成殘留，同時(shí)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(jī)污染物的分析;SBSE方法中攪拌棒的制作方法可靠，重復(fù)性好，熱解吸裝置中傳輸線的加熱由氣相色譜進(jìn)樣口完成，操作簡單。

3.3 在生物藥劑學(xué)研究分析中的應(yīng)用

根據(jù)國際奧委會(huì)醫(yī)學(xué)委員會(huì)的要求，體育運(yùn)動(dòng)中的興奮劑檢測唯一能用作確認(rèn)的儀器是GC～Ms。段宏瑾等采用氣相色譜一質(zhì)譜聯(lián)用系統(tǒng)對(duì)此藥進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，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(shí)驗(yàn)中共檢出了6種代謝產(chǎn)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(shí)，還建立了血中PEN的檢測方法。此方法現(xiàn)已用于對(duì)運(yùn)動(dòng)員興奮劑的檢查。

3.4 在白酒分析中的應(yīng)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(jī)化合物（占總量的1%～2%）作為白酒的呈香呈味物質(zhì)，卻決定著白酒的質(zhì)量和風(fēng)格。因此，氣相色譜分析在白酒的質(zhì)量監(jiān)控上起著關(guān)鍵作用。

4 結(jié)論

隨著氣相色譜技術(shù)研究的不斷深入及應(yīng)用領(lǐng)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(fā)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(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）滿足各種應(yīng)用需求的專用色譜柱的開發(fā)。高選擇性和壽命、低應(yīng)用成本及齊全規(guī)格尺寸是對(duì)這類色譜柱的基本要求。（2）針對(duì)各類具體需求開發(fā)的與標(biāo)準(zhǔn)分析方法相配套的專用分析系統(tǒng)的普遍應(yīng)用。小型（芯片化、模塊化）、快速、可靠和自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化將是這類專用系統(tǒng)的主要技術(shù)特征。（3）基于各類應(yīng)用系統(tǒng)或分析方法開發(fā)的專用分析軟件也是一個(gè)值得關(guān)注的方向。專業(yè)化、網(wǎng)絡(luò)化和遠(yuǎn)程技術(shù)支持性能將是對(duì)這類應(yīng)用軟件的基本要求。

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