氣相色譜儀工作原理

系統(tǒng)由儲(chǔ)液器、泵、進(jìn)樣器、色譜柱、檢測(cè)器、統(tǒng)計(jì)儀等幾部分構(gòu)成。儲(chǔ)液器中的流動(dòng)相被高壓泵打入系統(tǒng),樣品溶液經(jīng)進(jìn)樣器進(jìn)入流動(dòng)相,被流動(dòng)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(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),通過(guò)重復(fù)多次的吸附-解吸的分派過(guò)程,各組分在移動(dòng)速度上產(chǎn)生較大的差別,被分離成單個(gè)組分依次從柱內(nèi)流出,通過(guò)檢測(cè)器時(shí),樣品濃度被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳送到統(tǒng)計(jì)儀,數(shù)據(jù)以圖譜形式打印出來(lái)高效液相色譜儀重要有進(jìn)樣系統(tǒng)、輸液系統(tǒng)、．分離系統(tǒng)、檢測(cè)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(diǎn)。1．進(jìn)樣系統(tǒng)

液相色譜儀普通采用隔閡注射進(jìn)樣器或高壓進(jìn)樣間完畢進(jìn)樣操作，進(jìn)樣量是恒定的。這對(duì)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(dòng)相貯存器和梯度儀三部分。高壓泵的普通壓強(qiáng)為l．47～4．4X107Pa，流速可調(diào)且穩(wěn)定，當(dāng)高壓流動(dòng)相通過(guò)層析柱時(shí)，可減少樣品在柱中的擴(kuò)散效應(yīng)，可加緊其在柱中的移動(dòng)速度，這對(duì)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(dòng)相貯存錯(cuò)和梯度儀，可使流動(dòng)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(qiáng)度、PH值，或改用競(jìng)爭(zhēng)性克制劑或變性劑等。這就可使多個(gè)物質(zhì)（即使僅有一種基團(tuán)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(zhǎng)度為10～50cm（需要兩根連用時(shí)，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(jī)械強(qiáng)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(dá)1000?）和比表面積大的特點(diǎn)，加之其表面通過(guò)機(jī)械涂漬（與氣相色譜中固定相的制備同樣），或者用化學(xué)法偶聯(lián)多個(gè)基因（如磷酸基、季胺基、羥甲基、苯基、氨基或多個(gè)長(zhǎng)度碳鏈的烷基等）或配體的有機(jī)化合物。因此，這類固定相對(duì)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(xì)胞中的一種糖蛋白分離出來(lái)。另外，固定相基質(zhì)粒小，柱床極易達(dá)成均勻、致密狀態(tài)，極易減少渦流擴(kuò)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(duì)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(jìn)一步證明基質(zhì)粒度小，會(huì)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(guò)改善傳質(zhì)速度，縮短分析時(shí)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(lái)源及控制計(jì)量裝置﹑進(jìn)樣裝置﹑恒溫器和色譜柱。后者重要涉及檢定器和自動(dòng)統(tǒng)計(jì)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(yùn)用色譜柱先將混合物分離，然后運(yùn)用檢測(cè)器依次檢測(cè)已分離出來(lái)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(duì)應(yīng)的尚有一種流動(dòng)相。流動(dòng)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(dòng)相，流動(dòng)相帶著樣品進(jìn)入色譜柱，故流動(dòng)相又稱為載氣。載氣在分析過(guò)程中是持續(xù)地以一定流速流過(guò)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(xué)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(duì)氣固色譜儀是吸附力不同，對(duì)氣液分派色譜儀是溶解度不同）。當(dāng)載氣帶著樣品持續(xù)地通過(guò)色譜柱時(shí)，親合力大的組分在色譜柱中移動(dòng)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(dòng)快。4根柱管事實(shí)上是一根,只是用來(lái)表達(dá)樣品中各組分在不同瞬間的狀態(tài)。樣品是由A、B、C3個(gè)組分構(gòu)成的混合物。在載氣剛將它們帶入色譜柱時(shí)，三者是完全混合的，如狀態(tài)(Ⅰ)。通過(guò)一定時(shí)間，即載氣帶著它們?cè)谥凶哌^(guò)一段距離后，三者開始分離，如狀態(tài)(Ⅱ)。再繼續(xù)邁進(jìn)，三者便分離開，如狀態(tài)(Ⅲ)和(Ⅳ)。固定相對(duì)它們的親合力是A>B>C，故移動(dòng)速度是C＞B＞A。走在最前面的組分C首先進(jìn)入緊接在色譜柱后的檢測(cè)器，如狀態(tài)(Ⅳ)，而后A和B也依次進(jìn)入檢測(cè)器。檢測(cè)器對(duì)每個(gè)進(jìn)入的組分都給出一種對(duì)應(yīng)的信號(hào)。將從樣品注入載氣為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，到各組分經(jīng)分離后依次進(jìn)入檢測(cè)器，檢測(cè)器給出對(duì)應(yīng)于各組分的最大信號(hào)(常稱峰值)所經(jīng)歷的時(shí)間稱為各組分的保存時(shí)間tr。實(shí)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(zhǎng)度和溫度等)一定時(shí),不同組分的保存時(shí)間tr也是一定的。因此，反過(guò)來(lái)能夠從保存時(shí)間推斷出該組分是何種物質(zhì)。故保存時(shí)間就能夠作為色譜儀器實(shí)現(xiàn)定性分析的根據(jù)。檢測(cè)器對(duì)每個(gè)組分所給出的信號(hào)，在統(tǒng)計(jì)儀上體現(xiàn)為一種個(gè)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(duì)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(jì)儀統(tǒng)計(jì)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(guò)載氣流量調(diào)節(jié)閥穩(wěn)流和轉(zhuǎn)子流量計(jì)檢測(cè)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(jìn)樣室，樣品能夠經(jīng)它注射加入載氣。載氣從進(jìn)樣口帶著注入的樣品進(jìn)入色譜柱，經(jīng)分離后依次進(jìn)入檢測(cè)器而后放空。檢測(cè)器給出的信號(hào)經(jīng)放大后由統(tǒng)計(jì)儀統(tǒng)計(jì)下樣品的色譜圖。氣相色譜工作原理：是運(yùn)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(dāng)汽化后的試樣被載氣帶入色譜柱中運(yùn)行時(shí)，組份就在其中的兩相間進(jìn)行重復(fù)多次分派，由于固定相對(duì)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(yùn)行速度就不同，通過(guò)一定的柱長(zhǎng)后，便彼此分離，按次序離開色譜柱進(jìn)入檢測(cè)器，產(chǎn)生的離子流訊號(hào)經(jīng)放大后，在統(tǒng)計(jì)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(cè)量

（2）進(jìn)樣系統(tǒng)：涉及進(jìn)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(gè)）

（4）檢測(cè)系統(tǒng)：涉及檢測(cè)器，控溫裝置

（5）統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)：涉及放大器、統(tǒng)計(jì)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(jìn)入測(cè)量臂池腔，就會(huì)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(huì)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(hào)的變化。信號(hào)大小與被測(cè)物質(zhì)濃度成函數(shù)關(guān)系。因此TCD的信號(hào)變化是各個(gè)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(lái)體現(xiàn)）統(tǒng)計(jì)下來(lái)，得到色譜峰，反映待測(cè)物濃度。

2、特點(diǎn)：

構(gòu)造簡(jiǎn)樸，性能穩(wěn)定，敏捷度適宜，對(duì)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(cè)器屬于濃度型檢測(cè)器，因此檢測(cè)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(cè)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(huì)縮短。

TCD檢測(cè)條件的選擇：

（1）.載氣種類

TCD檢測(cè)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(jià)格昂貴，因此在我國(guó)普通都選用氫氣作載氣，質(zhì)檢中心現(xiàn)在除美國(guó)熱電的兩臺(tái)GC氣相色譜儀TCD檢測(cè)器用的氬氣作載氣外，其它色譜全部TCD檢測(cè)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(dāng)將尾氣排到室外。

（2）.載氣純度

載氣純度影響敏捷度，實(shí)驗(yàn)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(shí)，基線漂移和噪聲也能夠大大減少。載氣純度對(duì)峰形也有影響，用TCD作高純氣中雜質(zhì)檢測(cè)時(shí)，載氣純度應(yīng)比被測(cè)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(cè)器，對(duì)流速波動(dòng)很敏感，TCD的峰面積響應(yīng)值反比于載氣流速。因此，在檢測(cè)過(guò)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(dòng)可能造成基線噪聲和漂移增大。在加橋流之前，首先應(yīng)當(dāng)測(cè)定流量，讓柱流量和參比流量相等。對(duì)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(duì)照表”調(diào)節(jié)，然后用皂膜流量計(jì)測(cè)定具體的參比流量和柱流量；對(duì)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(jì)在檢測(cè)器兩出口測(cè)定具體需要的參比流量和柱流量；對(duì)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(cè)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(cè)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(rèn)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(cè)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(xiàng)

不能在沒(méi)有載氣通過(guò)的狀況下打開儀器，會(huì)影響柱子的使用壽命，更不能升溫加上電流，否則檢測(cè)器的核心部件錸鎢絲會(huì)在短時(shí)間內(nèi)燒毀。載氣一定要在開機(jī)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(jī)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(lái)后關(guān)機(jī)再關(guān)載氣。

在每次開機(jī)前都檢查一下熱導(dǎo)排出口有無(wú)氣出來(lái)（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(jī)后氣源自動(dòng)切斷），沒(méi)有的狀況下千萬(wàn)不要開機(jī)和加電流，要認(rèn)真檢查看氣源供氣與否正常，氣路系統(tǒng)有無(wú)漏氣，閥門與否打開，壓力顯示與否正常，不能解決的問(wèn)題立刻上報(bào)，一切正常后才干開機(jī)。進(jìn)樣時(shí)要時(shí)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(jìn)樣時(shí)感覺(jué)特別容易，用TCD檢測(cè)器不進(jìn)樣時(shí)統(tǒng)計(jì)儀上有規(guī)則小峰出現(xiàn)，闡明密封墊漏氣該更換。每次認(rèn)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(rèn)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(jìn)樣墊后看壓力與否正常，若正常則重新開機(jī)，如果仍然不正常要立刻上報(bào)。

要定時(shí)老化柱子?，F(xiàn)在全部測(cè)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(dāng)吸附某種分子達(dá)成飽和時(shí)，就沒(méi)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(duì)柱子進(jìn)行老化，普通用180~200℃FID的全稱是火焰離子化檢測(cè)器，由于普通都用的是氫氣，因此普通叫氫火焰檢測(cè)器。它的原理很簡(jiǎn)樸，當(dāng)有機(jī)物通過(guò)檢測(cè)器時(shí)，在火焰那里會(huì)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(huì)增大，對(duì)這個(gè)電流信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和統(tǒng)計(jì)即可得到對(duì)應(yīng)的譜圖。普通的有機(jī)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(cè)器。

ECD檢測(cè)器全稱電子捕獲檢測(cè)器，它有一種放射源，會(huì)不間斷地發(fā)射電子，這個(gè)電子流在普通的時(shí)間尺度下，可認(rèn)為是恒定的，我們稱為基流。當(dāng)含有強(qiáng)電負(fù)性元素如鹵素、O尚有N等元素的化合物通過(guò)檢測(cè)器時(shí)，他們會(huì)捕獲并帶走一部分電子而使基流下降，檢測(cè)并統(tǒng)計(jì)基流信號(hào)的變化就能夠得到譜圖。因此，ECD是一種選擇性的檢測(cè)器，僅對(duì)含強(qiáng)電負(fù)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(gè)數(shù)量級(jí)。

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