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氣相色譜儀色譜柱是一種對混合氣體中各組成分進(jìn)行分析檢測的儀器。氣相色譜柱在石油、化工、生物化學(xué)、醫(yī)藥衛(wèi)生、食品工業(yè)、環(huán)保等方面應(yīng)用很廣。它除用于定量和定性分析外，還能測定樣品在固定相上的分配系數(shù)、活度系數(shù)、分子量和比表面積等物理化學(xué)常數(shù)。
氣相色譜儀色譜柱工作原理色譜柱的直徑為數(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)的還有一個流動相。流動相是一種與樣品和固定相都不發(fā)生反應(yīng)的氣體，一般為氮或氫氣。
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(jìn)入色譜柱，故流動相又稱為載氣。載氣在分析過程中是連續(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結(jié)果。
樣品在色譜柱中得以分離是基于熱力學(xué)性質(zhì)的差異。固定相與樣品中的各組分具有不同的親合力(對氣固色譜儀是吸附力不同，對氣液分配色譜儀是溶解度不同)。當(dāng)載氣帶著樣品連續(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，因為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。
氣相色譜儀檢測器對每個組分所給出的信號，在記錄儀上表現(xiàn)為一個個的峰，稱為色譜峰。色譜峰上的極大值是定性分析的依據(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依據(jù)。一個混合物樣品注入后，由記錄儀記錄得到的曲線，稱為色譜圖。分析色譜圖就可以得到定性分析和定量分析結(jié)果。
氣相色譜儀色譜柱有多種類型，可按色譜柱的材料、形狀、柱內(nèi)徑的大小和長度、固定液的化學(xué)性能等進(jìn)行分類。色譜柱使用的材料通常有玻璃、石英玻璃、不銹鋼和聚四氟乙烯等，根據(jù)所使用的材質(zhì)分別稱之為玻璃柱、石英玻璃柱、不銹鋼柱和聚四氟乙烯管柱等。
在毛細(xì)管色譜中目前普遍使用的是玻璃柱和石英玻璃柱，后者應(yīng)用范圍最廣。對于填充柱色譜，大多數(shù)情況下使用不銹鋼柱，其形狀有U型和螺旋型，使用U型柱時柱效較高。按照色譜柱內(nèi)徑的大小和長度，又可分為填充柱和毛細(xì)管柱。前者的內(nèi)徑在2-4mm，長度為1-10m左右;后者內(nèi)徑在0.2-0.5mm，長度一般在25-100m。在滿足分離度的情況下，為提高分離速度，現(xiàn)在也有人使用高柱效、薄液膜的10m短柱。
根據(jù)固定液的化學(xué)性能，氣相色譜儀色譜柱可分為非極性、極性與手性色譜分離柱等。固定液的種類繁多，極性各不相同。色譜柱對混合樣品的分離能力，往往取決于固定液的極性。常用的固定液有烴類、聚硅氧烷類、醇類、醚類、酯類以及腈和腈醚類等。新近發(fā)展的手性色譜柱使用的是手性固定液，主要有手性氨基酸衍生物、手性金屬絡(luò)合物、冠醚、杯芳烴和環(huán)糊精衍生物等。其中以環(huán)糊精及其衍生物為色譜固定液的手性色譜柱，用于分離各種對映體十分有效，是近年來發(fā)展極為迅速且應(yīng)用前景相當(dāng)廣闊的一種手性色譜柱。
氣相色譜儀色譜柱的選擇1、固定相的選擇
當(dāng)面對一個未知物時，先試用現(xiàn)有GC柱，如果該柱分離不理想，根據(jù)對樣品的了解，基本原則是分析物與固定相有相似化學(xué)性質(zhì)時才會相互作用。這說明對樣品越了解，越容易找到合適的固定相。
非極性分子：通常僅由C和H組成并且無偶極矩，直聯(lián)(正烷)是常見的非極性化合物的例子。
極性分子：主要由C和H組成同時也有其他原子，如：N、O、P、S或鹵素。樣品包括有醇類、胺類、硫醇類、酮類、有機(jī)鹵化物等。
可極化物質(zhì)：主要由C和H組成同時包含不飽和鍵。通常有：炔和芳香族化合物。
如果你的樣品是具有相似的化學(xué)性質(zhì)的非極性組分的混合物，比如大多數(shù)石油餾分中的烴，可以試用OV-1毛細(xì)管色譜柱，它按沸點順序分離。如果懷疑有芳族化合物，試著用有苯基的SE-52或SE-54柱。
極性或可極化組分樣品能夠在中極性和/或可極化固定相色譜柱上進(jìn)行分析，如有苯基或類似基團(tuán)固定相，比如OV-17或OV-225柱。如果需要更高極性，可以選用聚乙二醇(PEG)固定相，即通常所說的WAX固定相。
2、膜厚選擇
氣相色譜儀色譜柱薄膜比厚膜洗脫組分快、峰分離好、溫度低。
一般而言，色譜柱的膜厚為0.25到0.5μm。對于流出達(dá)300℃的大多數(shù)樣品(包括蠟、甘油三脂、甾族化合物等)能夠很好的分析。對于更高的洗脫溫度，可以用0.1μm的液膜。而厚液膜對于低沸點化合物有利，對于流出溫度在100℃～200℃之間的物質(zhì)，用1～1.5μm的液膜效果較好。超厚膜(3～5μm)用于分析氣體、溶劑和可吹掃出來的物質(zhì)，以增加樣品組分與固定相的相互作用。另一個選擇厚膜的原因是當(dāng)用大口徑柱時保持分離度和保留時間。由于這個原因，大口徑柱都只有厚膜。厚膜的流失較大，溫度極限必須隨膜厚度增加而下降。
3、長度選擇
一般情況，15m柱用于快速篩選簡單混合物或分子量極高的化合物。30m柱是氣相色譜儀最普遍的柱長。超長柱(50、60或100m、150m)用于非常復(fù)雜的樣品。
柱長度在柱性能上不是一個重要參數(shù)，例如：加倍柱長，恒溫分析時間則加倍但峰分辨率僅增大約40%。如果分析只是比較好但不是特別好時，有比增加柱長度更好的辦法來改進(jìn)分析結(jié)果，如考慮更薄的膜，優(yōu)化載氣流量或用程序升溫等。
分析活性極強(qiáng)的組分是一種特殊情況。如果樣品與柱材質(zhì)接觸，那么峰會嚴(yán)重拖尾。較厚的膜、相對短的柱可以由于較少的柱材和較厚的固定液體掩蓋其表面以屏蔽活性表面，從而減少相互作用的機(jī)會。
4、內(nèi)徑選擇
增加直徑意味著需要更多的固定相，即使厚度不增加，也有較大的樣品容量。同時也意味著降低了分離能力且流失較大。小口徑柱為復(fù)雜樣品提供了所需的分離，但通常因為柱容量低需要分流進(jìn)樣。如果分離度的降低能夠接受的話，大口徑柱可以避免這一點。當(dāng)樣品容量是主要的考慮因素時，如：氣體、強(qiáng)揮發(fā)性樣品、吹掃和捕集或頂空進(jìn)樣，大內(nèi)徑甚至PLOT柱可能比較合適。
同時氣相色譜儀色譜柱內(nèi)徑的選擇中要考慮氣相色譜儀的限制和要求。填充柱的進(jìn)樣口可以使用大口徑毛細(xì)管柱(0.53mm內(nèi)徑)，而小口徑柱就不一定能夠被連接在氣相色譜儀上使用。毛細(xì)管柱的進(jìn)樣口一般可以用于所有內(nèi)徑范圍的毛細(xì)管柱。(0.1mm、0.25mm、0.32mm、0.53mm)直接聯(lián)用的GC/MSD和MSD需要小口徑柱，因為真空泵不能處理大口徑柱的大流量。查明你的整個系統(tǒng)看看你適合那些柱內(nèi)徑的色譜柱。
氣相色譜儀是實現(xiàn)氣相色譜過程的儀器，氣相色譜儀型號繁多，但總的說來，其基本結(jié)構(gòu)是相似的，主要由載氣系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、分離系統(tǒng)(色譜柱)、檢測系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)構(gòu)成。
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隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，分析技術(shù)水平的不斷提高，氣相色譜儀作為一種高效、快速、高靈敏度的現(xiàn)代分析儀器在我國正逐漸普及并廣泛應(yīng)用。
02-26
氣相色譜分析于1952年出現(xiàn)，經(jīng)過50年的發(fā)展已成為重要的近代分析手段之一，由于氣相色譜儀具有分離效能高，分析速度快，定量結(jié)果準(zhǔn)，易于自動化等特點;且當(dāng)其與質(zhì)譜。
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氣相色譜儀根據(jù)用途可以分為分析、制備、和工業(yè)等三種類型。雖然氣相色譜儀的型號很多，性能有所差異和用途各有不同，但從構(gòu)件來說，基本上可以歸屬為氣路和電路兩大系統(tǒng)。
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