氣相色譜儀工作原理

系統(tǒng)由儲液器、泵、進樣器、色譜柱、檢測器、統(tǒng)計儀等幾部分構(gòu)成。儲液器中的流動相被高壓泵打入系統(tǒng),樣品溶液經(jīng)進樣器進入流動相,被流動相載入色譜柱(固定相)內(nèi),由于樣品溶液中的各組分在兩相中含有不同的分派系數(shù),在兩相中作相對運動時,通過重復(fù)多次的吸附-解吸的分派過程,各組分在移動速度上產(chǎn)生較大的差別,被分離成單個組分依次從柱內(nèi)流出,通過檢測器時,樣品濃度被轉(zhuǎn)換成電信號傳送到統(tǒng)計儀,數(shù)據(jù)以圖譜形式打印出來高效液相色譜儀重要有進樣系統(tǒng)、輸液系統(tǒng)、．分離系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)和數(shù)據(jù)解決系統(tǒng)，下面將分別敘述其各自的構(gòu)成與特點。1．進樣系統(tǒng)

液相色譜儀普通采用隔閡注射進樣器或高壓進樣間完畢進樣操作，進樣量是恒定的。這對提高分析樣品的重復(fù)性是有益的。2．輸液系統(tǒng)該系統(tǒng)涉及高壓泵、流動相貯存器和梯度儀三部分。高壓泵的普通壓強為l．47～4．4X107Pa，流速可調(diào)且穩(wěn)定，當高壓流動相通過層析柱時，可減少樣品在柱中的擴散效應(yīng)，可加緊其在柱中的移動速度，這對提高分辨率、回收樣品、保持樣品的生物活性等都是有利的。流動相貯存錯和梯度儀，可使流動相隨固定相和樣品的性質(zhì)而變化，涉及變化洗脫液的極性、離子強度、PH值，或改用競爭性克制劑或變性劑等。這就可使多個物質(zhì)（即使僅有一種基團的差別或是同分異構(gòu)體）都能獲得有效分離。3.分離系統(tǒng)該系統(tǒng)涉及色譜柱、連接管和恒溫器等。色譜柱普通長度為10～50cm（需要兩根連用時，可在兩者之間加一連接管），內(nèi)徑為2～5mm，由"優(yōu)質(zhì)不銹鋼或厚壁玻璃管或鈦合金等材料制成，住內(nèi)裝有直徑為5～10μm粒度的固定相（由基質(zhì)和固定液構(gòu)成）．固定相中的基質(zhì)是由機械強度高的樹脂或硅膠構(gòu)成，它們都有惰性（如硅膠表面的硅酸基因基本已除去）、多孔性（孔徑可達1000?）和比表面積大的特點，加之其表面通過機械涂漬（與氣相色譜中固定相的制備同樣），或者用化學法偶聯(lián)多個基因（如磷酸基、季胺基、羥甲基、苯基、氨基或多個長度碳鏈的烷基等）或配體的有機化合物。因此，這類固定相對構(gòu)造不同的物質(zhì)有良好的選擇性。例如，在多孔性硅膠表面偶聯(lián)豌豆凝集素（PSA）后，就能夠把成纖維細胞中的一種糖蛋白分離出來。另外，固定相基質(zhì)粒小，柱床極易達成均勻、致密狀態(tài)，極易減少渦流擴散效應(yīng)?；|(zhì)粒度小，微孔淺，樣品在微孔區(qū)內(nèi)傳質(zhì)短。這些對縮小譜帶寬度、提高分辨率是有益的。根據(jù)柱效理論分析，基質(zhì)粒度小，塔板理論數(shù)N就越大。這也進一步證明基質(zhì)粒度小，會提高分辨率的道理。再者，高效液相色譜的恒溫器可使溫度從室溫調(diào)到60C，通過改善傳質(zhì)速度，縮短分析時間，就可增加層析柱的效率。氣相色譜儀的基本構(gòu)造有兩部分，即分析單元和顯示單元。前者重要涉及來源及控制計量裝置﹑進樣裝置﹑恒溫器和色譜柱。后者重要涉及檢定器和自動統(tǒng)計儀。色譜柱（涉及固定相）和檢定器是氣相色譜儀的核心部件色譜儀運用色譜柱先將混合物分離，然后運用檢測器依次檢測已分離出來的組分。色譜柱的

氣相色譜儀直徑為數(shù)毫米，其中填充有固體吸附劑或液體溶劑，所填充的吸附劑或溶劑稱為固定相。與固定相相對應(yīng)的尚有一種流動相。流動相是一種與樣品和固定相都不發(fā)生反映的氣體，普通為氮或氫氣。待分析的樣品在色譜柱頂端注入流動相，流動相帶著樣品進入色譜柱，故流動相又稱為載氣。載氣在分析過程中是持續(xù)地以一定流速流過色譜柱的；而樣品則只是一次一次地注入，每注入一次得到一次分析成果。樣品在色譜柱中得以分離是基于熱力學性質(zhì)的差別。固定相與樣品中的各組分含有不同的親合力（對氣固色譜儀是吸附力不同，對氣液分派色譜儀是溶解度不同）。當載氣帶著樣品持續(xù)地通過色譜柱時，親合力大的組分在色譜柱中移動速度慢，由于親合力大意味著固定相拉住它的力量大。親合力小的則移動快。4根柱管事實上是一根,只是用來表達樣品中各組分在不同瞬間的狀態(tài)。樣品是由A、B、C3個組分構(gòu)成的混合物。在載氣剛將它們帶入色譜柱時，三者是完全混合的，如狀態(tài)(Ⅰ)。通過一定時間，即載氣帶著它們在柱中走過一段距離后，三者開始分離，如狀態(tài)(Ⅱ)。再繼續(xù)邁進，三者便分離開，如狀態(tài)(Ⅲ)和(Ⅳ)。固定相對它們的親合力是A>B>C，故移動速度是C＞B＞A。走在最前面的組分C首先進入緊接在色譜柱后的檢測器，如狀態(tài)(Ⅳ)，而后A和B也依次進入檢測器。檢測器對每個進入的組分都給出一種對應(yīng)的信號。將從樣品注入載氣為計時起點，到各組分經(jīng)分離后依次進入檢測器，檢測器給出對應(yīng)于各組分的最大信號(常稱峰值)所經(jīng)歷的時間稱為各組分的保存時間tr。實踐證明,在條件(涉及載氣流速、固定相的材料和性質(zhì)、色譜柱的長度和溫度等)一定時,不同組分的保存時間tr也是一定的。因此，反過來能夠從保存時間推斷出該組分是何種物質(zhì)。故保存時間就能夠作為色譜儀器實現(xiàn)定性分析的根據(jù)。檢測器對每個組分所給出的信號，在統(tǒng)計儀上體現(xiàn)為一種個的峰，稱為色譜峰。色譜峰上的極大值是定性分析的根據(jù)，而色譜峰所包羅的面積則取決于對應(yīng)組分的含量，故峰面積是定量分析的根據(jù)。一種混合物樣品注入后，由統(tǒng)計儀統(tǒng)計得到的曲線，稱為色譜圖。分析色譜圖就能夠得到定性分析和定量分析成果。圖中c為氣相色譜儀的構(gòu)造。載氣由載氣鋼瓶提供，通過載氣流量調(diào)節(jié)閥穩(wěn)流和轉(zhuǎn)子流量計檢測流量后到樣品氣化室。樣品氣化室有加熱線圈，以使液體樣品氣化。如果待分析樣品是氣體，氣化室便不必加熱。氣化室本身就是進樣室，樣品能夠經(jīng)它注射加入載氣。載氣從進樣口帶著注入的樣品進入色譜柱，經(jīng)分離后依次進入檢測器而后放空。檢測器給出的信號經(jīng)放大后由統(tǒng)計儀統(tǒng)計下樣品的色譜圖。氣相色譜工作原理：是運用試樣中各組份在氣相和固定液液相間的分派系數(shù)不同，當汽化后的試樣被載氣帶入色譜柱中運行時，組份就在其中的兩相間進行重復(fù)多次分派，由于固定相對各組份的吸附或溶解能力不同，

因此各組份在色譜柱中的運行速度就不同，通過一定的柱長后，便彼此分離，按次序離開色譜柱進入檢測器，產(chǎn)生的離子流訊號經(jīng)放大后，在統(tǒng)計器上描繪出各組份的色譜峰。

氣相色譜儀的構(gòu)成部分

（1）載氣系統(tǒng)：涉及氣源、氣體凈化、氣體流速控制和測量

（2）進樣系統(tǒng)：涉及進樣器、汽化室（將液體樣品瞬間汽化為蒸氣）

（3）色譜柱和柱溫：涉及恒溫控制裝置（將多組分樣品分離為單個）

（4）檢測系統(tǒng)：涉及檢測器，控溫裝置

（5）統(tǒng)計系統(tǒng)：涉及放大器、統(tǒng)計儀、或數(shù)據(jù)解決裝置、工作站1、原理：

在一種處在熱平衡的TCD中，組分進入測量臂池腔，就會由于氣體構(gòu)成的變化，引發(fā)氣體熱導(dǎo)系數(shù)的變化，從而引發(fā)熱敏元件溫度的變化，熱敏元件的溫度變化，就會引發(fā)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(zhì)濃度成函數(shù)關(guān)系。因此TCD的信號變化是各個變量相繼變化的成果。

R1/R2=R4/R3：靜態(tài)電阻之比規(guī)定比例相等，R1R3池和R2R4池互為參比。將電橋在未通入試樣與通入試樣后平衡性的差別（以電位差的形式來體現(xiàn)）統(tǒng)計下來，得到色譜峰，反映待測物濃度。

2、特點：

構(gòu)造簡樸，性能穩(wěn)定，敏捷度適宜，對大多數(shù)物質(zhì)都有響應(yīng)，特別適應(yīng)常規(guī)分析、氣體分析。池體為不銹鋼塊，熱敏元件普通為錸鎢絲構(gòu)成，溫度系數(shù)為正。由于熱導(dǎo)檢測器屬于濃度型檢測器，因此檢測器的敏捷度與池體的幾何構(gòu)造、池體溫度、穩(wěn)定性、熱絲的穩(wěn)定性能、所用載氣的熱傳導(dǎo)率，以及氣體流量的穩(wěn)定性、純度、流速等因素有關(guān)。檢測器響應(yīng)與橋流使用親密有關(guān)，橋流大，敏捷度高，但是噪聲隨之增大，壽命也會縮短。

TCD檢測條件的選擇：

（1）.載氣種類

TCD檢測器普通使用氫氣或者氦氣作為載氣，由于它們的熱導(dǎo)系數(shù)遠遠不不大于其它化合物，故敏捷度高，且易于定量，線性范疇寬。從理論上講用氦氣較合理，但它價格昂貴，因此在我國普通都選用氫氣作載氣，質(zhì)檢中心現(xiàn)在除美國熱電的兩臺GC氣相色譜儀TCD檢測器用的氬氣作載氣外，其它色譜全部TCD檢測器均是采用氫氣作載氣。用氫氣作載氣要避免泄漏和爆炸，有條件話應(yīng)當將尾氣排到室外。

（2）.載氣純度

載氣純度影響敏捷度，實驗證明：在電橋電流120mA～200mA范疇內(nèi)，用99.999％的超純氫氣比用99％的普氫敏捷度高6％～13％，同時，基線漂移和噪聲也能夠大大減少。載氣純度對峰形也有影響，用TCD作高純氣中雜質(zhì)檢測時，載氣純度應(yīng)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(yīng)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。在柱分離許可的狀況下，以低某些為妥。流速波動可能造成基線噪聲和漂移增大。在加橋流之前，首先應(yīng)當測定流量，讓柱流量和參比流量相等。對于福立的色譜，用的H2作載氣，大致流量可參考色譜儀上貼的“穩(wěn)流閥調(diào)節(jié)圈數(shù)與載氣流量對照表”調(diào)節(jié)，然后用皂膜流量計測定具體的參比流量和柱流量；對2#SP3240，能夠在色譜儀正面面板上變化柱壓力，然后用皂膜流量計在檢測器兩出口測定具體需要的參比流量和柱流量；對GC，先在儀器程序中選擇所用的載氣種類，然后設(shè)定柱前壓，檢測器兩出口一種是參比氣（Ref

flow）出口，一種是載氣+尾吹氣（Mkup）的出口，可根據(jù)具體測定需要變化載氣壓力、參比氣及尾吹氣的流量最后使兩出口氣體流量相等。

（4）.電橋電流

電橋電流能夠明顯提高TCD的敏捷度。普通認為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(shè)定與TCD檢測池的溫度及使用的載氣種類親密有關(guān)

TCD的使用注意事項

不能在沒有載氣通過的狀況下打開儀器，會影響柱子的使用壽命，更不能升溫加上電流，否則檢測器的核心部件錸鎢絲會在短時間內(nèi)燒毀。載氣一定要在開機之前開，在儀器溫度穩(wěn)定后開始做樣前再給橋流，降溫關(guān)機之前要先關(guān)橋流（福立的色譜將橋流設(shè)為0，北分的SP3420和熱電的GC將橋流設(shè)為OFF）。然后將柱溫設(shè)為室溫，待溫度降下來后關(guān)機再關(guān)載氣。

在每次開機前都檢查一下熱導(dǎo)排出口有無氣出來（福立及北分的色譜儀電源關(guān)掉后仍有壓力，熱電的GC關(guān)機后氣源自動切斷），沒有的狀況下千萬不要開機和加電流，要認真檢查看氣源供氣與否正常，氣路系統(tǒng)有無漏氣，閥門與否打開，壓力顯示與否正常，不能解決的問題立刻上報，一切正常后才干開機。進樣時要時刻注意硅膠墊的松緊度，很松了立刻把橋電流關(guān)掉換上新的硅膠墊。進樣時感覺特別容易，用TCD檢測器不進樣時統(tǒng)計儀上有規(guī)則小峰出現(xiàn)，闡明密封墊漏氣該更換。每次認真檢查全部色譜儀的各類氣體壓力顯示，若發(fā)現(xiàn)與設(shè)定的值有差別，要認真檢查狀況所在。若出現(xiàn)柱前壓為0的狀況，要立刻關(guān)橋流，降柱溫關(guān)儀器，先換進樣墊后看壓力與否正常，若正常則重新開機，如果仍然不正常要立刻上報。

要定時老化柱子?，F(xiàn)在全部測氧的柱子都是裝填的5A分子篩，它作為吸附劑吸附容量有限，當吸附某種分子達成飽和時，就沒有繼續(xù)吸附的能力，需要將被吸附的物質(zhì)驅(qū)掉，因此需要再生解決，普通用加熱提高溫度或者減少壓力的辦法解決?，F(xiàn)在所使用的是升高柱溫的辦法對柱子進行老化，普通用180~200℃FID的全稱是火焰離子化檢測器，由于普通都用的是氫氣，因此普通叫氫火焰檢測器。它的原理很簡樸，當有機物通過檢測器時，在火焰那里會產(chǎn)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統(tǒng)計即可得到對應(yīng)的譜圖。普通的有機化合物在FID上都有響應(yīng)，普通分子量越大，敏捷度越高。FID是GC最基本的檢測器。

ECD檢測器全稱電子捕獲檢測器，它有一種放射源，會不間斷地發(fā)射電子，這個電子流在普通的時間尺度下，可認為是恒定的，我們稱為基流。當含有強電負性元素如鹵素、O尚有N等元素的化合物通過檢測器時，他們會捕獲并帶走一部分電子而使基流下降，檢測并統(tǒng)計基流信號的變化就能夠得到譜圖。因此，ECD是一種選擇性的檢測器，僅對含強電負性元素的化合物有高響應(yīng)，它的敏捷度很高，比FID要高出2-3個數(shù)量級。

另外尚有FPD,NPD，也是選擇性的檢測器，分別對含S，P和N,P元素的化合物有高響應(yīng)。其中