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    气相色谱仪的构造及应用

    一、气相色谱仪的工作原理 
    1.1色谱法: 俄国植物学家茨维特于1903年在波兰华沙大学研究植物叶子的组成时,用碳酸钙作吸附剂,以石油醚为洗脱植物色素的提取液,把干燥的碳酸钙粉末装到一根细长的玻璃管中,然后把石油醚萃取液,倒到管中的碳酸钙上,萃取液中的色素就吸附在管内上部的碳酸钙里,在管内的碳酸钙上形成三种颜色的色带,这就是色谱法的开端。并由此引出三个概念: 
    ①色谱过程中携带待测组分向前移动的物质称为流动相。 
    ②在色谱分离中固定不动、对样品产生保留的一相称为固定相。
    ③不同色素由于运动速度不同产生的色带成为色谱。
    2.1本质:
    色谱过程的本质是待分离物质分子在固定相和流动相之间分配平衡的过程,是一种物理化学分析方法,它利用不同溶质(样品)与固定相和流动相之间的作用力(分配、吸附、离子交换等)的差别,当两相做相对移动时,各溶质在两相间进行多次平衡,使各溶质达到相互分离。
    二、气相色谱的构造
    2.1外部气源系统(动力-流动相)
    第一,在功能方面气体可以分为载气和辅助器,载气一般采用惰性气体比如氮气、氦气、氩气,根据不同的检测器还要配备不同的辅助气供其燃烧、电离等。
    第二,气源供应设备,一般都是钢瓶和气体发生器,载气对色谱至关重要,必须保证持续不断并且高纯度才能保证色谱仪的分析功能。一般气瓶总压力下降到200-300psi就要更换气瓶,保证气体的纯度。
    2.2气相色谱仪(分离物质、固定相;产生信号、检测器)
    作为气相色谱最关键的部分,一个色谱仪可以分为三个功能系统,进样口、色谱柱,检测器。进样口分为液体进样口和气体进样口,气体进样口比较简单,当样气被输入进去后它通过气体进样阀控制进样量。液体进样口比较复杂,液体样品进入后被加热的进样口瞬间气化,所以液体进样口又称气化室。其温度一般在150-300度,高温既可以使样品气化,又可以使样品残留更少但同时要避免温度过高使样品热裂解。
    色谱作为一种分离分析方法,起到分离作用的色谱柱是色谱系统的核心,在实验流程中起到固定相的作用,色谱柱一般为毛细管柱。
    毛细管柱(开口柱)的优点是柱渗透性好、能通过高速载气进行快速分析;柱效高;样品用量少;易实现气相色谱-质谱联用。但其柱容量小、最大允许进样量小。它通过控制温度、流速等条件以管壁上的附着物质对气体样品不同的截留能力来达到分离物质的目的。
    检测器:它的作用是将色谱柱分离后的样品进行定性定量的分析,产生信号传输给计算机工作站。不同的检测器原理不同,以两种常见的检测器为例:
    FID是最常用的检测器,它的原理是化合物在氢气中燃烧电离,产生电子、离子被检测器收集后产生电信号,传输到计算机。它对大多数有机物是有响应的。
    ECD是放射性离子化检测器的一种,它是利用放射性同位素的衰变能量轰击载气,使载气电离成正离子和自由电子,在电场的作用下离子和电子做定向移动,但是电子移动速度比离子快的多,所以正离子和电子的复合机率很小,它们的定向移动就形成了基流,当载气带有微量的电负性组分进入离子室时,亲电子的组分,大量捕获电子形成负离子或带电负分子。因为负离子(分子)的移动速度和正离子差不多,正负离子的复合机率比正离子和电子的复合机率高 100 倍左右,导致基流下降,这时就会出现一个负极性的电信号,因此,通过 ECD被测组分在数据处理上出现负峰,但一般经过处理显示正峰。
    2.3计算机+气相色谱工作站(仪器控制、数据分析与存储)
    首先需要一个与色谱仪适配的计算机,二者通过局域网连接,在计算机上安装相应的色谱工作站,首次使用需要配置好仪器。
    测样前仪器设置:
    ①建立检测方法
    ②建立数据处理方法
    工作站下设两个子系统,分别为控制仪器参数的联机程序和接收、处理信号的脱机程序。
    三、测样操作流程(Agilent 7890B)
    1、打开外部气路气源,保证仪器内各项流动相稳定,避免损伤。
    2、打开色谱仪,确认开机情况。
    3、打开计算机工作站,首次使用需要将计算机与GC进行局域网连接,连接后依次启动联机、脱机程序,在联机程序调用检测方法,在脱机程序调用数据处理方法。
    4.在联机程序-仪器-设置安捷伦参数查看仪器参数,等待色谱仪参数就绪(实际值=设定值),并在运行控制-样品信息中输入样品信息和信号保存目录,一切就绪后开始测样。使用针管从进样口打入气体,摁下GC仪器操作板的start按键。
    5.在脱机程序内导入信号,识别峰,进行数据处理。
    .测样完成后进行色谱柱老化(1~2小时)、降温(70℃以下)、关机(顺序为色谱仪、外部气路、计算机)。

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