第十一章 气相色谱法
Gas Chromatography
气相色谱法（GC）是英国生物化学 家 Martin A T P等人在研究液液分配色谱 的基础上，于1952年创立的一种极有效的 分离方法，它可分析和分离复杂的多组分 混合物。目前由于使用了高效能的色谱柱， 高灵敏度的检测器及微处理机，使得气相 色谱法成为一种分析速度快、灵敏度高、 应用范围广的分析方法。
气相色谱对 载气的基本要求 ： （1）纯净
通过活性炭或分子筛净化器，除去载气中的 水分、氧等有害杂质。 （2）稳定
采用稳压阀或双气路方式：
载气
（3）常用的载气： 氮气 氢气
氦气 氩气
2、进样系统
包括进样装置和汽化室。
进样通常用微量注射器和进样阀将样品 引入。液体样品引入后需要瞬间汽化。汽化 在汽化室进行。
对于沸点范围很宽的混合物，往往采 用程序升温法进行分析。程序升温指在一 个分析周期内柱温随时间由低温向高温作 线性或非线性变化，以达到用最短时间获 得最佳分离的目的。
控温系统 作用
恒温 程序升温
K是热力学常数，随温度变化，温度越高，K 值越小，因此保留时间越短，据此，可通过柱 温调节分离程度。
提高温度 程序升温
Hale Waihona Puke （l）浓度型检测器 测量的是载气中某组 分浓度瞬间的变化，即检测器的响应值和 组分的浓度成正比。如热导检测器和电子 捕获检测器。
（2）质量型检测器 测量的是载气中某 组分进入检测器的速度变化，即检测器的 响应值和单位时间内进入检测器某组分的 量成正比。如火焰离子化检测器和火焰光 度检测器等。
－.热导检测器（ TCD）
? 而后者的固定相是用 高沸点的有机物 涂渍在惰性载体上 。由于可供选择的固 定液种类多，故选择性较好，应用亦广 泛。
气相色谱仪
一.GC工作过程
气相色谱仪主要包括 五部分：
1、载气系统
2、进样系统
3、分离系统
4、温控系统
1、载气系统
5、检测系统
载气由压缩气体钢瓶供给，经减压阀、稳压阀 控制压强和流速，由压强计指示气体压强，然后进 入检测器热导池的参考臂，继而进入色谱柱。最后 通过热导池、流量计而放入大气。
热导检测器是根据不同的物质具有不 同的热导系数原理制成的。热导检测器由于 结构简单，性能稳定，几乎对所有物质都有 响应，通用性好，而且线性范围宽，价格便 宜，因此是应用最广，最成熟的一种检测器。 其主要缺点是灵敏度较低。
1．热导池的结构和工作原理
热导池由池体和热敏元件构成，可 分双臂和四臂热导池两种。由于四臂热 导池热丝的阻值比双臂热导池增加一倍， 故灵敏度也提高一倍。
目前仪器中都采用四根金属丝组成 的四臂热导地。其中二臂为参比臂，另 二臂为测量臂，将参比臂和测量臂接入 惠斯电桥，由恒定的电流加热组成热导 地测量线路，如前图所示。
2．影响热导检测器灵敏度的因素
? （l）桥电流 桥电流增加，使钨丝温度提 高，钨丝和热导池体的温差加大，气体就 容易将热量传出去，灵敏度就提高。响应 值与工作电流的三次方成正比。所以，增 大电流有利于提高灵敏度，但电流太大会 影响钨丝寿命。一般桥电流控制在100～ 200mA左右（N2作载气时为100～150mA, H2作载气时150～200mA为宜）。
毛细管色谱柱渗透性好，传质阻力小， 而柱子可以做到长几十米。与填充往相比， 其分离效率高（理论塔板数可达106）、分 析速度块、样品用量小，但柱容量低、要求 检测器的灵敏度高，并且制备较难。
分离系统 色谱柱 填充柱（ 2-6mm直径，1-6m长）
毛细管柱（ 0.1-0.5mm 直径, 几十米长）
固体固定相：固体吸附剂 固定相
对汽化室的要求是：（1）体积小；（2） 热容量大；（3）对样品无催化作用
进样系统
进样系统： 六通阀
进样系统 通常采用六通伐进样：
色谱柱
色谱柱
泵 1
进 样
泵 2
散热片
接色谱柱
加热块
载气入口
汽化室示意图
对高分子样品，采用 裂解装置： 管式炉裂解器 热丝裂解器 居里点裂解器
载气入口
尼龙6/66共聚物在6500C的裂解色谱图
作用： 要求：
将色谱分离后的各组分的量 转变成可测量的电信号，然 后纪录下来。
灵敏度高
线性范围宽
响应速度快 结构简单
通用性强
常用检测器： 热导检测器
氢火焰离子化检测器
电子捕获检测器
气相色谱检测器
气相色谱检测器是把载气里被分离的 各组分的浓度或质量转换成电信号的装置。 目前检测器的种类多达数十种。根据检测 原理的不同，可将其分为 浓度型检测器和 质量型检测器两种：
液体固定相：由担体和固定液组成
（1）固体固定相： 固体吸附剂包括活性碳、硅胶、Al2O3、
分子筛等；用于H2、O2、N2、CO、CO2、 C1-C4的分离；
（2）液体固定相
担体 固定液
4.控制温度系统
在气相色谱测定中，温度是重要的指 标，它直接影响色谱柱的选择分离、检测 器的灵敏度和稳定性。控制温度主要指对 色谱柱炉，气化室，检测器三处的温度控 制。色谱柱的温度控制方式有恒温和程序 升温二种。
联用：
如气相色谱与质谱（GC－MS） 联用、气相色谱与Fourier红外光谱 (GC－FTIR）联用、气相色谱与原子 发射光谱（GC－AES）联用等。
气相色谱法又可分为气固色谱 （GSC）和气液色谱（GLC）：
? 前者是用 多孔性固体 为固定相，分离 的对象主要是一些永久性的气体和低沸 点的化合物；
恒温和程序升温分析烃类化合物
5.检测和数据处理系统
这个系统是指样品经色谱柱分离后， 各成分按保留时间不同，顺序地随载气进 人检测器检测器把进入的组分按时间及其 浓度或质量的变化，转化成易于测量的电 信号，经过必要的放大传递给记录仪或计 算机，最后得到该混合样品的色谱流出曲 线及定性和定量信息。
检测器
3.分离系统
分离系统由色谱柱组成，它是色谱仪 的核心部件，其作用是分离样品。色谱柱 主要有两类：填充柱和毛细管柱。
1）填充柱 填充柱由不锈钢或玻璃材料 制成，内装固定相，一般内径为 2～4 mm， 长1～3m。填充柱的形状有U型和螺旋型二 种。
2）毛细管柱 毛细管柱又叫空心柱，分为 涂壁，多孔层和涂载体空心柱。涂壁空心柱 是将固定液均匀地涂在内径0.l～0.5 mm的 毛细管内壁而成，毛细管材料可以是不锈钢， 玻璃或石英。