色譜儀的原理

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氣相色譜（GC）

1.基本原理

氣象色譜儀

氣象色譜儀是一種分離技術。實際工作中要分析的樣品往往是複雜基體中的 多組分混合物，對含有未知組分的樣品，首先必須將其分離，然後才能對有關組分進行進一步的分析。混合物的分離是基於組分的物理化學性質的差異，GC主要是利用物質的沸點、極性及吸附性質的差異來實現混合物的分離。待分析樣品在汽化室汽化後被惰性氣體（即載氣，一般是N2、He等）帶入色譜柱，柱內含有液體或固體固定相，由於樣品中各組分的沸點、極性或吸附性能不同，每種組分都傾向於在流動相和固定相之間形成分配或吸附平衡。但由於載氣是流動的，這種平衡實際上很難建立起來，也正是由於載氣的流動，使樣品組分在運動中進行反覆多次的分配或吸附/解附，結果在載氣中分配濃度大的組分先流出色譜柱，而在固定相中分配濃度大的組分後流出。當組分流出色譜柱後，立即進入檢測器，檢測器能夠將樣品組分的存在與否轉變為電信號，而電信號的大小與被測組分的量或濃度成比例，當將這些信號放大並記錄下來時，它包含了色譜的全部原始信息。在沒有組分流出時，色譜圖的記錄是檢測器的本底信號，即色譜圖的基線。

2.色譜儀的結構套用

2.1進樣隔墊一般為矽橡膠材料製成，一般可分普通型、優質型和高溫型三種，普通型為米黃色，不耐高溫，一般在200℃以下使用；優質型可耐溫到300℃；高溫型為綠色，使用溫度可高於350℃，至色譜柱最高使用溫度的400℃。 正因為進樣隔墊多為矽橡膠材料製成，其中不可避免地含有一些殘留溶劑和/或低分子齊聚物，另外由於汽化室高溫的影響，矽橡膠會發生部分降解，這些殘留的溶劑和降解產物如果進入色譜柱，就可能出現“鬼峰”（即不是樣品本身的峰），從而影響分析。解決的辦法有：一是進行“隔墊吹掃”，二是更換進樣隔墊。 一般更換進樣隔墊的周期以下面三個條件為準：（1）出現“鬼峰”；（2）保留時間和峰面積重現性差；（3）手動進樣次數70次，或自動進樣次數50次以後。
2.2 玻璃襯管
氣相色譜的襯管多為玻璃或石英材料製成，主要分成分流襯管、不分流襯管、填充柱玻璃襯管三種類型。襯管能起到保護色譜柱的作用，在分流/不分流進樣時，不揮發的樣品組分會滯留在襯管中而不進入色譜柱。如果這些污染物在襯管內積存一定量後，就會對分析產生直接影響。比如，它會吸附極性樣品組分而造成峰拖尾，甚至峰分裂，還會出現“鬼峰”，因此一定要保持襯管幹淨，注意及時清洗和更換。
玻璃襯管清洗的原則和方法：
當以下現象：（1）出現“鬼峰”；（2）保留時間和峰面積重現性差出現時，應考慮對襯管進行清洗。清洗的方法和步驟如下：（1）拆下玻璃襯管；（2）取出石英玻璃棉；（3）用浸過溶劑（比如丙酮）的紗布清洗襯管內壁。 玻璃襯管更換時要注意玻璃棉的裝填：裝填量3～6mg，高度5～10mm。要求填充均勻、平整。
2.3 氣體過濾器
變色矽膠可根據顏色變化來判斷其性能，但分子篩等吸附有機物的過濾器就不能用肉眼判斷了，所以必須定期更換，一般3個月更換或再生一次。 由於分流氣路中的分子篩過濾器飽和或受污嚴重，就會出現基線漂移大的現象，這個時候就必須更換或再生過濾器了。再生的方法是：（1）卸下過濾器，反方向連線於原色譜柱位置。（2）再生條件：載氣流速40～50ml/min，溫度340℃，時間5h。
2.4 檢測器
如果說色譜柱是色譜分離的心臟，那么，檢測器就是色譜儀的眼睛。無論色譜分離的效果多么好，若沒有好的檢測器就會“看”不出分離效果。因此，高靈敏度、高選擇性的檢測器一直是色譜儀發展的關鍵技術。目前，GC所使用的檢測器有多種，其中常用的檢測器主要有火焰離子化檢測器（FID）、火焰熱離子檢測器（FTD）、火焰光度檢測器（FPD）、熱導檢測器（TCD）、電子俘獲檢測器（ECD）等。
下面對檢測器的日常維護作一簡單討論：
2.4.1火焰離子化檢測器（FID）
（1） FID雖然是準通用型檢測器，但有些物質在檢測器上的回響值很小或無回響，這些物質包括永久氣體、鹵代矽烷、H2O、NH3、CO、CO2、CS2、CCl4，等等。所以檢測這些物質時不應使用FID。
（2）FID的靈敏度與氫氣、空氣、氮氣的比例有直接關係，因此要注意最佳化，一般三者的比例應接近或等於1∶10∶1。
（3）FID是用氫氣在空氣燃燒所產生的火焰使被測物質離子化的，故應注意安全問題。在未接上色譜柱時，不要打開氫氣閥門，以免氫氣進入柱箱。測定流量時，一定不能讓氫氣和空氣混合，即測氫氣時，要關閉空氣，反之亦然。無論什麼原因導致火焰熄滅時，應儘量關閉氫氣閥門，直到排除了故障重新點火時，再打開氫氣閥門。
（4）為防止檢測器被污染，檢測器溫度設定不應低於色譜柱實際工作的最高溫度。檢測器被污染的影響輕則靈敏度明顯下降或噪音增大，重則點不著火。消除污染的辦法是對噴嘴和氣路管道的清洗。具體方法是：斷開色譜柱，拔出信號收集極；用一細鋼絲插入噴嘴進行疏通，並用丙酮、乙醇等溶劑浸泡。
2.4.2 火焰熱離子檢測器（FTD）
FTD使用注意事項：
（1） 銣珠：避免樣品中帶水，使用壽命大約600～700h；
（2） 載氣：N2或He，要求純度99.999%。一般He的靈敏度高；
（3） 空氣：最好是選鋼瓶空氣，無油；
（4） 氫氣：要求純度99.999%。
另外需要注意的是使用FTD時，不能使用含氰基固定液的色譜柱，比如OV-1701。
2.4.3火焰光度檢測器（FPD）
FPD使用注意事項：
（1） FPD也是使用氫火焰，故安全問題與FID相同；
（2） 頂部溫度開關常開（250℃）；
（3） FPD的氫氣、空氣和尾吹氣流量與FID不同，一般氫氣為60～80ml/min，空氣為 100～120ml/min，而尾吹氣和柱流量之和為20～25ml/min。分析強吸附性樣品如農藥等，中部溫度應高於底部溫度約20℃；
（4） 更換濾光片或點火時，應先關閉光電倍增管電源；
（5） 火焰檢測器，包括FID、FPD，必須在溫度升高后再點火；關閉時，應先熄火再 降溫。
2.4.4熱導檢測器（TCD）
TCD使用注意事項：
（1）確保熱絲不被燒斷。在檢測器通電之前，一定要確保載氣已經通過了檢測器，否則，熱絲就可能被燒斷，致使檢測器報廢；關機時一定要先關檢測器電源，然後關載氣。任何時候進行有可能切斷通過TCD的載氣流量的操作，都要關閉檢測器電源；
（2）載氣中含有氧氣時，熱絲壽命會縮短，所以載氣中必須徹底除氧；
（3）用氫氣作載氣時，氣體排至室外；
（4）基線漂移大時，要考慮以下幾個問題：
——雙柱是否相同，雙柱氣體流速是否相同；
——是否漏氣； 更換色譜柱至檢測器的石墨墊圈
——池體污染； 清洗措施：正己烷浸泡沖洗。
2.4.5 電子俘獲檢測器（ECD）
ECD使用注意事項：
（1） 氣路安裝氣體過濾器和氧氣捕集器； 氧氣捕集器再生：
（2） 使用填充柱時也需供給尾吹氣（2～3ml/min）；
（3） 操作溫度為250～350℃。無論色譜柱溫度多么低，ECD的溫度均不應低於250℃， 否則檢測器很難平衡。
（4） 關閉載氣和尾吹氣後，用堵頭封住ECD出口，避免空氣進入。