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一、氣相色譜

1、氣相色譜法的概述

氣相色譜法是二十世紀(jì)五十年代出現(xiàn)的一項(xiàng)重大科學(xué)技術(shù)成就。這是一種新的分離、分析技術(shù)，它在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)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。氣固色譜的“氣”指的是流動(dòng)相是氣體，“固”指的是固定相是固體物質(zhì)。例如活性炭、硅膠等。氣液色譜“氣”指的是流動(dòng)相是氣體，“液”指的是固定相是液體物質(zhì)。例如在惰性材料硅藻土上涂上一層角鯊?fù)?，可以分離、測(cè)定純乙烯中的微量甲烷、乙炔、丙烷、丙烯等雜質(zhì)。

2、氣相色譜法的原理

色譜分析是一種多組分混合物的分離、分析工具。它主要利用物質(zhì)的物理性質(zhì)對(duì)混合物進(jìn)行分離，測(cè)定混合物的各組分。并對(duì)混合物中的各組分進(jìn)行定量、定性分析。

氣相色譜儀是以氣體作為流動(dòng)相（載氣）。當(dāng)樣品被送入進(jìn)樣器后由載氣攜帶進(jìn)入色譜柱。由于樣品中各組分在色譜柱中的流動(dòng)相（氣相）和固定相（液相或固相）間分配或吸附系數(shù)的差異。在載氣的沖洗下，各組分在兩相間作反復(fù)多次分配，使各組分在色譜柱中得到分離，然后由接在柱后的檢測(cè)器根據(jù)組分的物理化學(xué)特性，將各組分按順序檢測(cè)出來。

3、氣相色譜法的特點(diǎn)

（1）分離效能高

對(duì)物理化學(xué)性能很接近的復(fù)雜混合物質(zhì)一般都能很好的分離，進(jìn)行定性、定量檢測(cè)。有時(shí)在一次分析時(shí)可同時(shí)解決幾十甚至上百個(gè)組分的分離測(cè)定。

（2）靈敏度高

能檢測(cè)出PPM級(jí)甚至PPB級(jí)的雜質(zhì)含量。

（3）分析速度快

一般在幾分鐘或幾十分鐘內(nèi)可以完成一個(gè)樣品的測(cè)定。

（4）應(yīng)用范圍廣

氣相色譜法可以分析氣體、易揮發(fā)性的液體和固體樣品。就有機(jī)物而言，應(yīng)用最為廣泛，可以分析約20%的有機(jī)物。此外，某些無機(jī)物通過轉(zhuǎn)化也可以進(jìn)行分析。

4、氣相色譜儀的組成及一般流程

（1）組成：由氣路系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、檢測(cè)記錄系統(tǒng)組成。

（2）一般流程：載氣由高壓鋼瓶中流出，經(jīng)減壓閥降壓到所需壓力后，通過凈化干燥管使載氣凈化，再經(jīng)穩(wěn)壓閥和轉(zhuǎn)子流量計(jì)后，以穩(wěn)定的壓力、恒定的速度流經(jīng)氣化室和與氣化的樣品混合，將樣品氣體帶入色譜柱中進(jìn)行分離。分離后的各組分隨著載氣先后流入檢測(cè)器，然后載氣放空。檢測(cè)器將物質(zhì)的濃度或質(zhì)量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)橐欢ǖ碾娦盘?hào)，經(jīng)放大后在記錄儀上記錄下來，就得到色譜流出曲線。根據(jù)色譜流出曲線上得到的每一個(gè)峰的保留時(shí)間，可以進(jìn)行定性分析，根據(jù)峰面積或峰高的大小，可以進(jìn)行定量分析。

5、常用檢測(cè)器

熱導(dǎo)檢測(cè)器TCD、氫火焰離子化檢測(cè)器FID、火焰光度檢測(cè)器FPD、氮磷檢測(cè)器NPD、電子捕獲檢測(cè)器ECD。

（1）熱導(dǎo)檢測(cè)器TCD

原理：氣流中樣品濃度發(fā)生變化，則從熱敏元件上所帶走的熱量也就不同，從而改變熱敏元件的電阻值，由于熱敏元件為組成惠斯頓電橋之臂，只要橋路中任何一臂電阻發(fā)生變化，則整個(gè)線路就立即有信號(hào)輸出。

特點(diǎn)：此檢測(cè)器幾乎對(duì)所有可揮發(fā)性的有機(jī)和無機(jī)物質(zhì)均能響應(yīng)。但靈敏度低，被測(cè)樣品的濃度不得低于萬分之一。屬非破壞性檢測(cè)器。

（2）氫火焰離子化檢測(cè)器FID

原理：在氫氧焰的高溫作用下，許多分子均將分裂為碎片，并有自由基和激態(tài)分子產(chǎn)生，從而在氫焰中形成這些高能粒子所組成的高能區(qū)，當(dāng)有機(jī)分子進(jìn)入此高能區(qū)時(shí)，就會(huì)被電離，從而在外電路中輸出離子電流信號(hào)。

特點(diǎn)：體積小，靈敏度高，死體積小，應(yīng)答時(shí)間快，但對(duì)部分物質(zhì)無響應(yīng)，如H2，O2，N2，CO，CO2，NO，NO2，CS2，H2O等，屬破壞性檢測(cè)器。

（3）火焰光度檢測(cè)器FPD

原理：燃燒著的氫焰中當(dāng)有樣品進(jìn)入時(shí)，則氫焰的譜線和發(fā)光強(qiáng)度均發(fā)生變化，然后由光電倍增管將光度變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。

特點(diǎn)：對(duì)磷、硫化合物有很高的選擇性，適當(dāng)選擇光電倍增管前的濾光片將有助于提高選擇性，排除干擾。

（4）氮磷檢測(cè)器NPD

原理：在FID中加入一個(gè)用堿金屬鹽制成的玻璃珠，當(dāng)樣品分子含有在燃燒時(shí)能與堿鹽起反應(yīng)的元素時(shí)，則將堿鹽的揮發(fā)度增大，這些堿鹽蒸汽在火焰中將被激發(fā)電離，而產(chǎn)生新的離子流，從而輸出信號(hào)。

特點(diǎn)：這是一種有選擇性的檢測(cè)器，對(duì)含有能增加堿鹽揮發(fā)性的化合物特別敏感。對(duì)含有氮、磷有機(jī)物有很高的靈敏度。屬破壞性檢測(cè)器。

（5）電子捕獲檢測(cè)器ECD

原理：載氣分子在63Ni輻射源中所產(chǎn)生的β粒子的作用下離子化，在電場(chǎng)中形成穩(wěn)定的基流，當(dāng)含電負(fù)性基團(tuán)的組分通過時(shí)，俘獲電子使基流減小而產(chǎn)生電信號(hào)。

特點(diǎn)：對(duì)電負(fù)性物質(zhì)如鹵化物，有機(jī)汞，有機(jī)氯以及過氧化物，金屬有機(jī)物，硝基、甾類化合物等有很高的靈敏度。屬非破壞性檢測(cè)器。

6、氣相色譜的應(yīng)用

（1）在石油化工行業(yè)中大部分的原料和產(chǎn)品都可采用氣相色譜法來分析。

（2）在電力部門中可用來檢查變壓器的潛伏性故障。

（3）在環(huán)境保護(hù)工作中可用來監(jiān)測(cè)城市大氣和水的質(zhì)量。

（4）在農(nóng)業(yè)上可用來監(jiān)測(cè)農(nóng)作物中殘留的農(nóng)藥含量。

（5）在商業(yè)部門可用來檢驗(yàn)和鑒定食品質(zhì)量的好壞。

（6）在醫(yī)學(xué)上可用來研究人體新陳代謝、生理機(jī)能。

（7）在臨床上用于鑒別藥物中毒或疾病類型。

（8）在宇宙舴中可用來自動(dòng)監(jiān)測(cè)飛船密封艙內(nèi)的氣體等等。

（9）有機(jī)合成領(lǐng)域內(nèi)的成分研究和生產(chǎn)控制。

（10）尖端科學(xué)上軍事檢測(cè)控制和研究。

二、液相色譜

1、液相色譜法

利用混合物在液-固或不互溶的兩種液體之間分配比的差異，對(duì)混合物進(jìn)行先分離，而后分析鑒定。

液相色譜儀根據(jù)固定相是液體或者固體，又分為液-液色譜（LLC）及液-固色譜（LSC）。

2、液相色譜法的原理

樣品溶液中的各組分在兩相（流動(dòng)相、固定相）中具有不同的分配系數(shù)，在兩相中作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，經(jīng)過反復(fù)多次的吸附-解吸的分配過程，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，通過檢測(cè)器時(shí)，樣品濃度被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳送到記錄儀，數(shù)據(jù)以圖譜形式打印出來。

3、高效液相色譜法的特點(diǎn)

（1）高壓

壓力可達(dá)150-300 kg/cm2。色譜柱每米降壓為75 kg/cm2以上。

（2）高速

流速為0.1-10.0 mL/min。

（3）高效

塔板數(shù)可達(dá)5000/米。在一根柱中同時(shí)分離成分可達(dá)100種。

（4）高靈敏度

紫外檢測(cè)器靈敏度可達(dá)0.01 ng，同時(shí)消耗樣品少。

4、高效液相色譜儀的系統(tǒng)組成

高效液相色譜儀的系統(tǒng)由儲(chǔ)液器、泵、進(jìn)樣器、色譜柱、檢測(cè)器、記錄儀等幾部分組成。

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)。

5、高效液相色譜的應(yīng)用

高效液相色譜法只要求樣品能制成溶液，不受樣品揮發(fā)性的限制，流動(dòng)相可選擇的范圍寬，固定相的種類繁多，因而可以分離熱不穩(wěn)定和非揮發(fā)性的、離解的和非離解的以及各種分子量范圍的物質(zhì)。

由于HPLC具有高分辨率、高靈敏度、速度快、色譜柱可反復(fù)利用，流出組分易收集等優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用到生物化學(xué)、食品分析、醫(yī)藥研究、環(huán)境分析、無機(jī)分析等各種領(lǐng)域。高效液相色譜儀與結(jié)構(gòu)儀器的聯(lián)用是一個(gè)重要的發(fā)展方向。

液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)受到普遍重視，如分析氨基甲酸酯類農(nóng)藥和多環(huán)芳烴等；液相色譜-紅外光譜聯(lián)用也發(fā)展很快，如在環(huán)境污染分析測(cè)定水中的烴類，海水中的不揮發(fā)烴類等，使環(huán)境污染分析得到新的發(fā)展。

6、操作過程中的注意事項(xiàng)

（1）流動(dòng)相

a.流動(dòng)相應(yīng)選用色譜純?cè)噭?、高純水或雙蒸水，酸堿液及緩沖液需經(jīng)過濾后使用，過濾時(shí)注意區(qū)分水系膜和油系膜的適用范圍。

b.水相流動(dòng)相需經(jīng)常更換（一般不超過兩天），防止長(zhǎng)菌變質(zhì)。

c.使用雙泵時(shí)，A、B、C、D四相中，若所用流動(dòng)相中有含鹽流動(dòng)相，則A、D（進(jìn)樣口位于混合器下方）放置含鹽流動(dòng)相，B、C（進(jìn)樣口位于混合器上方）放置不含鹽流動(dòng)相。A、B、C、D四個(gè)儲(chǔ)液器中其中一個(gè)為棕色瓶，用于存放水相流動(dòng)相。

（2）樣品

a.采用過濾或離心方法處理樣品，確保樣品中不含固體顆粒。

b.用流動(dòng)相或比流動(dòng)相弱（若為反相柱，則極性比流動(dòng)相大：若為正相柱，則極性比流動(dòng)相?。┑娜軇┲苽錁悠啡芤?，盡量用流動(dòng)相制備樣品液。

c.手動(dòng)進(jìn)樣時(shí)，進(jìn)樣量盡量小，使用定量管定量時(shí)，進(jìn)樣體積應(yīng)為定量管的3-5倍。

（3）色譜柱

a.使用前仔細(xì)閱讀色譜柱附帶的說明書，注意適用范圍，如pH值范圍、流動(dòng)相類型等。

b.使用符合要求的流動(dòng)相。

c.使用保護(hù)柱。

d.如所用流動(dòng)相為含鹽流動(dòng)相，反向色譜柱使用后，先用水或低濃度甲醇水沖洗，再用純甲醇沖洗。

e.色譜柱在不使用時(shí)，應(yīng)用甲醇沖洗，取下后緊密封閉兩端保存。

f.不要高壓沖洗柱子。

g.不要在高溫下長(zhǎng)時(shí)間使用硅膠鍵合相色譜柱。