氣相色譜法是以惰性氣體(He、N2、Ar、H2等)為流動相的柱色譜分離技術(shù),當(dāng)與適當(dāng)?shù)臋z測手段相結(jié)合后,就構(gòu)成了氣相色譜分析法。氣相色譜是二十世紀(jì)五十年代出現(xiàn)的一項(xiàng)重大科學(xué)技術(shù)成就。它在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、建設(shè)、科學(xué)研究中都得到了廣泛應(yīng)用。氣相色譜可分為氣固色譜和氣液色譜。
氣液相色譜法1952年由James和Martin提出,與此同時他們還發(fā)明了第一個氣相色譜檢測器。這是一個接在填充柱出口的滴定裝置,用來檢測脂肪酸的分離。用滴定溶液體積對時間做圖,得到積分色譜圖。以后,他們又發(fā)明了氣體密度天平。1954年Ray提出熱導(dǎo)計(jì),開創(chuàng)了現(xiàn)代氣相色譜檢測器的時代。此后至1957年,是填充柱、TCD年代。
1958年Gloay首次提出毛細(xì)管,同年,Mcwillian和Harley同時發(fā)明了FID,Lovelock發(fā)明了氬電離檢測器(AID)使檢測方法的靈敏度提高了2~3個數(shù)量級。
20世紀(jì)60和70年代,由于氣相色譜技術(shù)的發(fā)展,柱效大為提高,環(huán)境科學(xué)等學(xué)科的發(fā)展,提出了痕量分析的要求,又陸續(xù)出現(xiàn)了一些高靈敏度、高選擇性的檢測器。
進(jìn)入20世紀(jì)90年代,由于電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)和軟件的飛速發(fā)展使MSD生產(chǎn)成本和復(fù)雜性下降,以及穩(wěn)定性和耐用性增加,從而成為最通用的氣相色譜檢測器之一。
依據(jù)分離機(jī)理不同,氣象色譜可分為分配色譜(即氣液色譜)和吸附色譜(即氣固色譜)。應(yīng)當(dāng)指出,氣液色譜并不總是純粹的分配色譜,氣固色譜也不完全是吸附色譜。一個色譜過程常常是兩種或多種機(jī)理的結(jié)合,只是有一種機(jī)理起主導(dǎo)作用而已。
氣象色譜根據(jù)固定相狀態(tài)分可分為氣固色譜和氣液色譜。前者采用固體固定相,如多孔氧化鋁或高分子小球等,主要用于分離永久氣體和較低分子量的有機(jī)化合物,其分離主要是基于吸附機(jī)理。后者則為液體固定相,分離主要基于分配機(jī)理。在實(shí)際GC分析中,90%以上的應(yīng)用為氣液色譜。
3、按進(jìn)樣方式分
按進(jìn)樣方式分可分為常規(guī)色譜、頂空色譜和裂解色譜等。
氣相色譜的流動相為惰性氣體,包括氦氣、氮?dú)?、氬氣等。?固色譜法中以表面積大且具有一定活性的吸附劑作為固定相。當(dāng)多組分的混合樣品進(jìn)入色譜柱后,由于吸附劑對每個組分的吸附力不同,經(jīng)過一定時間后,各組分在色譜柱中的運(yùn)行速度也就不同。吸附力弱的組分容易被解吸下來,最先離開色譜柱進(jìn)入檢測器,而吸附力最強(qiáng)的組分最不容易被解吸下來,因此最后離開色譜柱。如此,各組分得以在色譜柱中彼此分離,順序進(jìn)入檢測器中被檢測、記錄下來。
氣相色譜分離過程中,由于樣品在氣相中傳遞速度快,因此樣品組分在流動相和固定相之間可以瞬間地達(dá)到平衡。另外加上可選作固定相的物質(zhì)很多,因此氣相色譜法是一個分析速度快和分離效率高的分離分析方法。
(1)分析速度快,僅用幾分鐘至幾十分鐘就可完成一次分析,操作簡單。
(2)靈敏度高,可測定痕量物質(zhì),可進(jìn)行mg級的定量分析,進(jìn)樣量可在1mg以下。
(3)應(yīng)用范圍廣,能分析氣體、液體和固體。
(4)選擇性高,可分離性能相近物質(zhì)和多組分混合物。
另外,還有操作稍有失誤不會損傷儀器、試祥分析費(fèi)用低等特點(diǎn)。所以.氣相色譜法在環(huán)境監(jiān)測中得到廣泛的應(yīng)用。
氣相色譜儀,是利用氣象色譜分析原理的儀器。氣相色譜儀通??捎糜谠嚇又袩岱€(wěn)定且沸點(diǎn)不超過500°C的有機(jī)物,如揮發(fā)性有機(jī)物、有機(jī)磷、有機(jī)氯、多環(huán)芳烴、酞酸酯等,具有快速、有效、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn),在土壤有機(jī)物等研究中發(fā)揮重要作用。
氣相色譜儀有兩部分組成,即分析單元和顯示單元。前者主要包括氣源及進(jìn)樣裝置﹑控制計(jì)量裝置﹑恒溫器和色譜柱。后者主要包括檢定器和自動記錄儀。色譜柱(包括固定相)和檢定器是氣相色譜儀的核心部件。
(1)進(jìn)樣系統(tǒng) 進(jìn)樣就是把氣體或液體樣品勻速而定量地加到色譜柱上端。
(2)氣路系統(tǒng) 氣相色譜儀中的氣路是一個載氣連續(xù)運(yùn)行的密閉管路系統(tǒng)。整個氣路系統(tǒng)要求載氣純凈、密閉性好、流速穩(wěn)定及流速測量準(zhǔn)確。
(3)信號記錄或微機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 近年來氣相色譜儀主要采用色譜數(shù)據(jù)處理機(jī)。色譜數(shù)據(jù)處理機(jī)可打印記錄色譜圖,并能在同一張記錄紙上打印出處理后的結(jié)果,如保留時間、被測組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)等。
(4)分離系統(tǒng)分離系統(tǒng)的核心是色譜柱,它的作用是將多組分樣品分離為單個組分。色譜柱分為填充柱和毛細(xì)管柱兩類。
(5)檢測系統(tǒng)檢測器的作用是把被色譜柱分離的樣品組分根據(jù)其特性和含量轉(zhuǎn)化成電信號,經(jīng)放大后,由記錄儀記錄成色譜圖。
(6)溫度控制系統(tǒng) 用于控制和測量色譜柱、檢測器、氣化室溫度,是氣相色譜儀的重要組成部分。 氣相色譜儀分為兩類:一類是氣固色譜儀,另一類是氣液分配色譜儀。這兩類色譜儀所分離的固定相不同,但儀器的結(jié)構(gòu)是通用的。
將分析樣品在進(jìn)樣口中氣化后,由載氣帶入色譜柱,通過對欲檢測混合物中組分有不同保留性能的色譜柱,使各組分分離,依次導(dǎo)入檢測器,以得到各組分的檢測信號。按照導(dǎo)入檢測器的先后次序,經(jīng)過對比,可以區(qū)別出是什么組分,根據(jù)峰高度或峰面積可以計(jì)算出各組分含量。
環(huán)境保護(hù):大氣水源等污染地的痕量毒物分析、監(jiān)測和研究
生物化學(xué):臨床應(yīng)用,病理和毒理研究;
有機(jī)化學(xué):有機(jī)合成領(lǐng)域內(nèi)的成分研究和生產(chǎn)控制;
食品發(fā)酵:徽生物飲料中微量組分的分析研究;
中西藥物:原料中間體及成品分析;
石油加工:石油化工,石油地質(zhì),油質(zhì)組成等分析控制和控礦研究;
衛(wèi)生檢查:勞動保護(hù)公害檢測的分析和研究;
尖端科學(xué):軍事檢測控制和研究;
a、車用和航空汽油中苯及甲苯分析:
選用熱導(dǎo)檢測器或氫焰離子化檢測器,雙柱串聯(lián),通過閥自動切換,并配有反吹系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)一次進(jìn)樣完成對汽油中苯及甲苯的定性及定量分析。分析結(jié)果符合國標(biāo)GB17930-1999。
b、白酒中有關(guān)醛、醇、酯的分析:
采用氫焰離子化檢測器,使用20%DNP+7%吐溫-80,或蘭州化物所大口徑¢0.53mm專用毛細(xì)管柱,完成濃香型白酒和清香型白酒中主要的醇、醛、酸、酯各個組分的分析。使用毛細(xì)管柱除提高了分析效率外,還能檢出有機(jī)酸,為復(fù)雜的釀造發(fā)酵工藝提供了更多有價值的信息。分析結(jié)果完全符合國標(biāo)GB10345.7-89/GB10345.8-89。
c、室內(nèi)空氣檢測分析:
選用氫焰離子化檢測器,配以熱解吸進(jìn)樣器、填充柱或毛細(xì)管柱,按國標(biāo)GB50325-2001選用專用的色譜柱可完成對室內(nèi)空氣中苯、甲苯、二甲苯及總揮發(fā)性有機(jī)合物(TVOC)的檢測。采用衍生氣相色譜法,經(jīng)2.4-二硝基苯肼衍生,用環(huán)已烷萃取,以O(shè)V-17和QF-1混涂色譜柱分離,用電子俘獲檢測器(ECD)測定室內(nèi)空氣中的甲醛,與用比色法測定甲醛相比,具有靈敏、準(zhǔn)確、無干擾、試劑易保存等優(yōu)點(diǎn)。