北方偉業(yè)計(jì)量集團(tuán)有限公司
一、氣相色譜基本原理
氣相色譜主要利用被分析物質(zhì)的沸點(diǎn)、極性及吸附性質(zhì)的差異來實(shí)現(xiàn)混合物的分離。當(dāng)載氣攜帶樣品進(jìn)入色譜柱中,氣相中的已汽化的被測物質(zhì)就溶解在固定液中,載氣連續(xù)流經(jīng)色譜柱,溶解在固定液中的被測組分會從固定液中揮發(fā)到氣相中去。隨著載氣流動,揮發(fā)到氣相中的被測組分又會溶解到前面的固定液中,這樣反復(fù)多次的溶解、揮發(fā)、再溶解、再揮發(fā)。因此各組分在色譜柱中的運(yùn)行速度就不同,經(jīng)過一定的柱長后,試樣中被分離的各組分即能達(dá)到完全分離。
二、氣相色譜儀構(gòu)成
氣相色譜由以下五大系統(tǒng)組成: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)。
(一)載氣系統(tǒng)
氣相色譜載氣的氣體,必須具有化學(xué)惰性、純度高、價格便宜且易取得、能適合于所用檢測器,常用的載氣有氫氣、氮?dú)?/u>、氬氣、氦氣等,其中最常用的是氮?dú)狻?/p>
載氣中的一些有機(jī)物、微量氧、水分等雜質(zhì)污染物可能與樣品或色譜柱反應(yīng),產(chǎn)生假峰,進(jìn)入檢測器使基線噪音增大,有可能污染檢測器。因此要求用配備有水分、烴類化合物和氧氣捕集阱的高純載氣。
檢測器用氣體(如氫火焰檢測器和氮磷檢測器用到的氫氣和空氣)如果不純,同樣會使基線噪音增大,污染檢測器,若使用氣體發(fā)生器而不是氣體鋼瓶時,應(yīng)對每一臺氣體發(fā)生器都裝配氣體凈化器,并且使氣源盡可能靠近儀器。
氣相色譜一質(zhì)譜聯(lián)用,必須采用具有化學(xué)惰性的、不干擾質(zhì)譜圖、不干擾總離子流的載氣進(jìn)行檢測,目前所有商品化氣相色譜一質(zhì)譜聯(lián)用儀均使用高純氦氣(純度大于99.999%)作為載氣。儀器公司已將脫水、脫烴類化合物和除氧等多種功能集為一體,即氣體凈化器,并且其帶有指示劑,當(dāng)指示劑顏色發(fā)生變化時,表示其吸附捕集功能已經(jīng)飽和,需要更換新的氣體凈化器。載氣必須通過控制形成恒定的壓力和恒定的流量。
(二)進(jìn)樣系統(tǒng)
進(jìn)樣口將樣品直接或經(jīng)過特殊處理后引入氣相色譜儀,導(dǎo)入色譜柱。根據(jù)導(dǎo)入色譜柱方式不同可劃分為如下幾種方式。
(1)頂空進(jìn)樣方式:頂空進(jìn)樣主要用于固體、半固體、液體樣品基質(zhì)中揮發(fā)性有機(jī)化合物的分析,將平衡后的頂空氣體導(dǎo)入色譜柱,如水中揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)、茶葉中香氣成分、中草藥揮發(fā)性成分、食品中溶劑殘留量、合成高分子材料中殘留單體等揮發(fā)性成分的分析等。
(2)手動進(jìn)樣方式:有微量注射器和固相微萃取進(jìn)樣器兩種。微量注射器:使用微量注射器抽取一定量的氣體或液體樣品注入氣相色譜儀進(jìn)行分析的手動進(jìn)樣。廣泛適用于熱穩(wěn)定的氣體和沸點(diǎn)一般在5000C以下的液體樣品的分析。
固相微萃取(SPME)進(jìn)樣器:固相微萃取是20世紀(jì)90年代發(fā)明的一種樣品預(yù)處理技術(shù),可用于萃取液體或氣體基質(zhì)中的有機(jī)物,萃取的樣品可注入氣相色譜儀的汽化室進(jìn)行熱解析汽化,然后進(jìn)色譜柱分析。這一技術(shù)尤其適用于水中有機(jī)物的分析。
(3)閥進(jìn)樣方式:氣體樣品采用閥進(jìn)樣方式不僅定量重復(fù)性好,而且可以與儀器周圍環(huán)境空氣隔離,避免空氣對樣品的污染。而采用注射器的手動進(jìn)樣很難做到上面這兩點(diǎn)。采用閥進(jìn)樣的方式可以用多柱多閥的組合進(jìn)行一些特殊分析。氣體進(jìn)樣閥的樣品定量管體積一般在0.25mL以上。
液體進(jìn)樣閥一般用于裝置中液體樣品的在線取樣分析,其樣品定量環(huán)一般體積是0.1~1.0μL。
(4)自動進(jìn)樣方式:液體自動進(jìn)樣器用于液體樣品的進(jìn)樣,可以實(shí)現(xiàn)自動化操作,降低人為的進(jìn)樣誤差,減少人工操作成本。適用于批量樣品的分析。
多功能自動進(jìn)樣器可以集成液體進(jìn)樣、頂空進(jìn)樣和固相微萃取進(jìn)樣等多種功能于一體,先進(jìn)的技術(shù)可確保試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確和效率的提高。
(5)熱解吸方式:將采集到吸附管中的樣品高溫脫附出來,導(dǎo)入色譜柱。用于氣體樣品中揮發(fā)性有機(jī)化合物的捕集,經(jīng)過熱解吸后進(jìn)入氣相色譜儀進(jìn)行分析。
(6)吹掃捕集方式:用于固體、半固體、液體樣品基質(zhì)中揮發(fā)性有機(jī)化合物的富集和直接進(jìn)入氣相色譜儀進(jìn)行分析。
(7)熱裂解器進(jìn)樣方式:配備熱裂解器的氣相色譜稱為熱解氣相色譜(Pyrolysis GasChromatography PGC),理論上可適用于由于揮發(fā)性差,依靠氣相色譜還不能分離分析的任何有機(jī)物,在無氧條件下熱分解,其熱解產(chǎn)物或碎片一般與母體化合物的結(jié)構(gòu)有關(guān),通常比母體化合物的分子小,適用于氣相色譜分析,但目前主要應(yīng)用于聚合物的分析。
(三)分離系統(tǒng)(色譜柱)
分離在色譜柱中進(jìn)行。因?yàn)橛脩艨梢赃x擇不同的色譜柱,故使用一臺儀器可以接上不同的色譜柱,能夠進(jìn)行許多不同類型組分的分析。
色譜柱有兩種:毛細(xì)管色譜柱和填充色譜柱。毛細(xì)管色譜柱分為涂壁開管毛細(xì)管色譜柱(WC()T)和多孔層毛細(xì)管色譜柱(PLOT),與質(zhì)譜聯(lián)用的氣相色譜儀主要使用涂壁開管毛細(xì)管色譜柱。
毛細(xì)管色譜柱根據(jù)固定相類型不同分類,主要有非極性、弱極性、中等極性和強(qiáng)極性。
因?yàn)榇蠖鄶?shù)分離都依賴于溫度,故色譜柱要安裝在能夠精密控溫的柱箱內(nèi)。
(四)檢測系統(tǒng)
氣相色譜常用的檢測器主要有火焰離子化檢測器(F1D)、電子捕獲檢測器(ECI))、熱導(dǎo)檢測器(TCD)、氮磷檢測器(NlPD)、火焰光度檢測器(FPD),質(zhì)譜也作為一種質(zhì)量選擇檢測器(MSD)。
從色譜柱里出來的含有分離組分的載氣流通過檢測器而產(chǎn)生信號。檢測器的輸出信號經(jīng)過轉(zhuǎn)化后成為色譜圖。組分能否分開,關(guān)鍵在于色譜柱;分離后的組分能否鑒定出來則在于檢測器,所以分離系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)是儀器的核心。
(五)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,各公司生產(chǎn)的儀器的數(shù)據(jù)處理功能越來越強(qiáng)大,已經(jīng)將數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和儀器控制系統(tǒng)集于一體。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可以快速準(zhǔn)確地采集、儲存和處理數(shù)據(jù);監(jiān)控色譜各單元的工作狀態(tài);對化合物進(jìn)行定性定量分析;按用戶要求設(shè)計(jì)、編輯報告格式、自動生成分析報告、用不同的格式輸出報告。
參考資料:氣相色譜-質(zhì)譜在儀器安全監(jiān)測中的應(yīng)用,版權(quán)歸原作者所有,如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)等問題,請與本網(wǎng)聯(lián)系
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