一、 基本概念、分類及公式
1、色譜法的定義及發展
色譜法是一種分離方法，它利用物質在兩相中分配係數的微小差異進行分離。當兩相做相對移動時，使被測物質在兩相之間進行多次分配，這樣原來的微小差異產生了很大的效果，使各組分分離，以達到分離分析及測定一些物理化學常數的目的。
色譜法發展的歷史：
1906年俄國植物學家Tswett命名自己發明的分離植物色素的新方法為色譜法。因為他並不是一個著名的學者，因此他發表出來的文章並沒有得到重視。
1931年，德國的Kuhn和Lederer重複了Tswett的實驗，得到很好的結果，色譜法因此得到很大的推廣。
1940年，Martin和Synge提出了液液分配色譜法，又把塔板的 概念引入色譜法中，初步建立了塔板理論。
1941年，他們提出了用氣體代替流體做流動相的可能性，在他們發展了完整的氣液色譜法之後，他們得了1952年的諾貝爾化學獎。隨後，1957年Golay開展了開管柱氣相色譜。
上個世紀六十年代末把高壓泵和鍵合相固定相結合，出現了高效液相色譜。
接著，出現了色譜法和其他檢測技術的聯用，例如GC-MS、GC-IR等。
上個世紀八十年代，毛細管電泳出現，此後得到長足的發展，並不斷出現新的模式，一直成為研究的熱點。
2、氣相色譜工作原理：是利用試樣中各組份在氣相和固定液液相間的分配係數不同，當汽化後的試樣被載氣帶入色譜柱中運行時，組分就在其中的兩相間進行反覆多次分配，由於固定相對各組分的吸附或溶解能力不同，因此各組分在色譜柱中的運行速度就不同，經過一定的柱長後，便彼此分離，按順序離開色譜柱進入檢測器，產生的離子流訊號經放大後，在記錄器上描繪出各組分的色譜峰。
二、氣相色譜儀介紹
GC1. 載氣系統：包括：氣源 高壓鋼瓶 氣體發生器 氣路控制系統 ；控制閥 電子氣路控制（即EFC或EPC）
2. 進樣系統：進樣口（氣化室） 手動進樣 自動進樣；特別說明的是關於氣體進樣的問題：需要氣體進樣閥
3. 色譜柱：填充柱（填充固定相）或毛細管柱（內壁塗有固定液）；
4. 檢測器：可連線各種檢測器（FID、ECD、NPD、FPD），以熱導檢測器或氫火焰檢測器最為常見；
5. 記錄系統：放大器、記錄儀或數據處理儀；
6. 溫度控制系統：柱室、氣化室的溫度控制。
填充柱與毛細管柱的比較：
參數 內徑mm 常見長度m 每米柱效N 柱材料 柱容量 程式升溫套用 固定相
填充柱 2～5 0.5-3 1000玻璃不鏽鋼 mg級 基線漂移載體＋固定相
毛細管柱 0.1-0.53 10-60 3000 熔融石英 100ng 基線穩定 固定液
毛細管柱的優點：毛細管內沒有固體填料，氣阻比填充柱小的多，可以採用較長的柱管和較小的內徑，以及較高的載氣流速，既沒有渦流擴散，又減小了縱向擴散造成的譜帶展寬。較薄的液膜又在一定程度上抵消了由於載氣流速增大引起的傳質阻力增大。 缺點：柱容量小，進樣量小，對進樣技術要求更高。載氣流速的控制要求更加精確。對檢測器的靈敏度要求更高。
檢測系統：火焰離子化檢測器FID：flame ionization detector
熱導檢測器TCD：thermal conductivity detector
電子俘獲檢測器ECD：electron capture detector
氮磷檢測器NPD：nitrogen phosphor detector
火焰光度檢測器FPD：flame photometric detector
質譜檢測器MSD：mass spectrometry detector
毛細管色譜柱7、頂空氣相色譜法
z 定義：試樣（液體或固體）密封入試樣瓶中，在一定溫度下保溫，使試樣中的揮發 成分揮發，提取至氣相（試樣上部的空間稱這部分為頂空）。保溫一定時間後， 採集頂空氣體的一部分，使用 GC 進行分析的方法，稱為頂空進樣色譜法。
z 原理：封入液體（固體）試樣，在密封狀態下保持一定溫度時，一部分汽化向氣相 移動。另外氣相中一部分再次溶入液體中，經過一段時間達到平衡狀態，抽取氣 態部分進入 GC 分析。
z 特點：可高靈敏度地分析揮發物成分
避免高沸點的成分進 GC，分析時間縮短
GC 的污染降至最小限度，延長 GC 的使用壽命，便於維護
三、氣相色譜定性定量技術
一．定性分析 ：氣相色譜的優點是能對多種組分的混合物進行分離分析，（這是光譜、質譜法所不能的）。但由於能用於色譜分析的物質很多，不同組分在同一固定相上色譜峰出現時間可能相同，進憑色譜峰對未知物定性有一定困難。對於一個未知樣品，首先要了解它的來源、性質、分析目的；在此基礎上，對樣品可有初步估計；再結合已知純物質或有關的色譜定性參考數據，用一定的方法進行定性鑑定。
（一）利用保留值定性
1. 已知物對照法 各種組分在給定的色譜柱上都有確定的保留值，可以作為定性指標。即通過比較已知純物質和未知組分的保留值定性。如待測組分的保留值與在相同色譜條件下測得的已知純物質的保留值相同，則可以初步認為它們是屬同一種物質。由於兩種組分在同一色譜柱上可能有相同的保留值，只用一根色譜往定性，結果不可靠。可採用另一根極性不同的色譜柱進行定性，比較未知組分和已知純物質在兩根色譜柱上的保留值，如果都具有相同的保留值，即可認為未知組分與已知純物質為同一種物質。
利用純物質對照定性，首先要對試樣的組分有初步了解，預先準備用於對照的已知純物質（標準對照品）。該方法簡便，是氣相色譜定性中最常用的定性方法。
2. 相對保留值法
對於一些組成比較簡單的已知範圍的混合物或無已知物時，可選定一基準物按文獻報導的色譜條件進行實驗，計算兩組分的相對保留值：並與文獻值比較，若二者相同，則可認為是同一物質。（ris僅隨固定液及柱溫變化而變化。）
可選用易於得到的純品，而且與被分析組分的保留值相近的物質作基準物。
3. 保留指數法
又稱為Kovats指數，與其它保留數據相比，是一種重現性較好的定性參數。
保留指數是將正構烷烴作為標準物，把一個組分的保留行為換算成相當於含有幾個碳的正構烷烴的保留行為來描述，這個相對指數稱為保留指數。
在有關文獻給定的操作條件下，將選定的標準和待測組分混合後進行色譜實驗（要求被測組分的保留值在兩個相鄰的正構烷烴的保留值之間）。由上式計算則待測組分X的保留指數IX，再與文獻值對照，即可定性。
4. 聯用技術
氣相色譜對多組分複雜混合物的分離效率很高，但定性卻很困難。而質譜、紅外光譜和核磁共振等是鑑別未知物的有力工具，但要求所分析的試樣組分很純。因此，將氣相色譜與質譜、紅外光譜、核磁共振譜聯用，複雜的混合物先經氣相色譜分離成單一組分後，再利用質譜儀、紅外光譜儀或核磁共振譜儀進行定性。未知物經色譜分離後，質譜可以很快地給出未知組分的相對分子質量和電離碎片，提供是否含有某些元素或基團的信息。紅外光譜也可很快得到未知組分所含各類基團的信息。對結構堅定提供可靠的論據。近年來，隨著電子計算機技術的套用，大大促進了氣相色譜法與其它方法聯用技術的發展。
二．定量分析
在一定的色譜操作條件下，流入檢測器的待測組分i的含量mi（質量或濃度）與檢測器的回響信號（峰面積A或峰高h）成正比：mi = fiAi 或 mi= fi hi
式中，fi 為定量校正因子。要準確進行定量分析，必須準確地測量回響信號，確求出定量校正因子fi 。
此兩式是色譜定量分析的理論依據。
1．峰面積的測量
(1)峰高乘半峰寬法：
（2）峰高乘平均峰寬法：
（3）自動積分法 ：具有微處理機（工作站、數據站等），能自動測量色譜峰面積，對不同形狀的色譜峰可以採用相應的計算程式自動計算，得出準確的結果，並由印表機打出保留時間和A或h等數據。
2. 定量校正因子
由於同一檢測器對不同物質的回響值不同，所以當相同質量的不同物質通過檢測器時，產生的峰面積（或峰高）不一定相等。為使峰面積能夠準確地反映待測組分的含量，就必須先用已知量的待測組分測定在所用色譜條件下的峰面積，以計算定量校正因子。校正因子一般都由實驗者自己測定。準確稱取組分和標準物，配製成溶液，取一定體積注入色譜柱，經分離後，測得各組分的峰面積，再由上式計算fm 或 fM 。
4. 定量方法
（1）面積歸一化法：如果試樣中所有組分均能流出色譜柱，並在檢測器上都有回響信號，都能出現色譜峰，可用此法計算各待測組分的含量。歸一化法簡便，準確，進樣量多少不影響定量的準確性，操作條件的變動對結果的影響也較小，尤其適用多組分的同時測定。但若試樣中有的組分不能出峰，則不能採用此法。
（2）內標法：內標法是在試樣中加入一定量的純物質作為內標物來測定組分的含量。內標物應選用試樣中不存在的純物質，其色譜峰應位於待測組分色譜峰附近或幾個待測組分色譜峰的中間，並與待測組分完全分離，內標物的加入量也應接近試樣中待測組分的含量。具體作法是準確稱取m（g）試樣，加入ms（g）內標物，根據試樣和內標物的質量比及相應的峰面積之比，由下式計算待測組分的含量
內標法的優點是定量準確。因為該法是用待測組分和內標物的峰面積的相對值進行計算，所以不要求嚴格控制進樣量和操作條件，試樣中含有不出峰的組分時也能使用，但每次分析都要準確稱取或量取試樣和內標物的量，比較費時。
為了減少稱量和測定校正因子可採用內標標準曲線法 ——簡化內標法：
在一定實驗條件下，待測組分的含量mi與Ai／As成正比例。先用待測組分的純品配置一系列已知濃度的標準溶液，加入相同量的內標物；再將同樣量的內標物加入到同體積的待測樣品溶液中，分別進樣，測出Ai/As，作 Ai/As—m 或Ai/As—C 圖，由Ai（樣）/As 即可從標準曲線上查得待測組分的含量。
（3）外標法：取待測試樣的純物質配成一系列不同濃度的標準溶液，分別取一定體積，進樣分析。從色譜圖上測出峰面積（或峰高），以峰面積（或峰高）對含量作圖即為標準曲線。然後在相同的色譜操作條件，分析待測試樣，從色譜圖上測出試樣的峰面積（或峰高），由上述標準曲線查出待測組分的含量。
外標法是最常用的定量方法。其優點是操作簡便，不需要測定校正因子，計算簡單。結果的準確性主要取決於進樣的重視性和色譜操作條件的穩定性。
五、氣相色譜儀套用領域
1、 石油和石油化工分析：油氣田勘探中的化學分析、原油分析、煉廠氣分析、模擬蒸餾、油料分析、單質烴分析、含硫/含氮/含氧化合物分析、汽油添加劑分析、脂肪烴分析、芳烴分析。
2、 環境分析：大氣污染物分析、水分析、土壤分析、固體廢棄物分析。
3、 食品分析：農藥殘留分析、香精香料分析、添加劑分析、脂肪酸甲酯分析、食品包裝材料分析。
4、 藥物和臨床分析：雌三醇分析、兒茶酚胺代謝產物分析、尿中孕二醇和孕三醇分析、血漿中睪丸激素分析、血液中乙醇/麻醉劑及胺基酸衍生物分析。
5、 農藥殘留物分析：有機氯農藥殘留分析、有機磷農藥殘留分析、殺蟲劑殘留分析、除草劑殘留分析等。
6、 精細化工分析：添加劑分析、催化劑分析、原材料分析、產品質量控制。
7、 聚合物分析：單體分析、添加劑分析、共聚物組成分析、聚合物結構表征/聚合物中的雜質分析、熱穩定性研究。
8、 合成工業：方法研究、質量監控、過程分析。
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