氣相色譜法的原理:氣相色譜常識問答

一、氣相色譜法有哪些特點？

答：氣相色譜是色譜中的一種，就是用氣體做為流動相的色譜法，在分離分析方面，具有如下一些特點：

１、高靈敏度：可作超純氣體、高分子單體的痕跡量雜質分析和空氣中微量毒物的分析。

２、高選擇性：可有效地分離性質極為相近的各種同分異構體和各種同位素。

３、高效能：可把組分復雜的樣品分離成單組分。

４、速度快：一般分析、只需幾分鐘即可完成，有利于指導和控制生產。

５、應用范圍廣：即可分析低含量的氣、液體，亦可分析高含量的氣、液體，可不受組分含量的限制。

６、所需試樣量少：一般氣體樣用幾毫升，液體樣用幾微升或幾十微升。

７、設備和操作比較簡單儀器價格便宜。

二、氣相色譜的分離原理為何？

答：氣相色譜是一種物理的分離方法。利用被測物質各組分在不同兩相間分配系數（溶解度）的微小差異，當兩相作相對運動時，這些物質在兩相間進行反復多次的分配，使原來只有微小的性質差異產生很大的效果，而使不同組分得到分離。

三、何謂氣相色譜？它分幾類？

答：凡是以氣相作為流動相的色譜技術，通稱為氣相色譜。一般可按以下幾方面分類：

１、按固定相聚集態分類：

（１）氣固色譜：固定相是固體吸附劑，

（２）氣液色譜：固定相是涂在擔體表面的液體。

２、按過程物理化學原理分類：

（１）吸附色譜：利用固體吸附表面對不同組分物理吸附性能的差異達到分離的色譜。

（２）分配色譜：利用不同的組分在兩相中有不同的分配系數以達到分離的色譜。

（３）其它：利用離子交換原理的離子交換色譜：利用膠體的電動效應建立的電色譜；利用溫度變化發展而來的熱色譜等等。

３、按固定相類型分類：

（１）柱色譜：固定相裝于色譜柱內，填充柱、空心柱、毛細管柱均屬此類。

（２）紙色譜：以濾紙為載體，

（３）薄膜色譜：固定相為粉末壓成的薄漠。

４、按動力學過程原理分類：可分為沖洗法，取代法及迎頭法三種。

四、氣相色譜法簡單分析裝置流程是什么？

答：氣相色譜法簡單分析裝置流程基本由四個部份組成：

1、氣源部分 2、進樣裝置 3、色譜柱 4、鑒定器和記錄器

五、氣相色譜法的一些常用術語及基本概念解釋？

答：１、相、固定相和流動相：一個體系中的某一均勻部分稱為相；在色譜分離過程中，固定不動的一相稱為固定相；通過或沿著固定相移動的流體稱為流動相。

2、色譜峰：物質通過色譜柱進到鑒定器后，記錄器上出現的一個個曲線稱為色譜峰。

3、基線：在色譜操作條件下，沒有被測組分通過鑒定器時，記錄器所記錄的檢測器噪聲隨時間變化圖線稱為基線。

4、峰高與半峰寬：由色譜峰的濃度極大點向時間座標引垂線與基線相交點間的高度稱為峰高，一般以h表示。色譜峰高一半處的寬為半峰寬，一般以x１／２表示。

5、峰面積：流出曲線（色譜峰）與基線構成之面積稱峰面積，用Ａ表示。

6、死時間、保留時間及校正保留時間：從進樣到惰性氣體峰出現極大值的時間稱為死時間，以td表示。從進樣到出現色譜峰******值所需的時間稱保留時間，以tr表示。保留時間與死時間之差稱校正保留時間。以Ｖd表示。

7、死體積，保留體積與校正保留體積：死時間與載氣平均流速的乘積稱為死體積，以Ｖd表示，載氣平均流速以Ｆc表示，Ｖd=tdxFc。保留時間與載氣平均流速的乘積稱保留體積，以Ｖr表示，Ｖr=trxFc。

8、保留值與相對保留值：保留值是表示試樣中各組分在色譜柱中的停留時間的數值，通常用時間或用將組分帶出色譜柱所需載氣的體積來表示。以一種物質作為標準，而求出其他物質的保留值對此標準物的比值，稱為相對保留值。

9、儀器噪音：基線的不穩定程度稱噪音。

10、基流：氫焰色譜，在沒有進樣時，儀器本身存在的基始電流（底電流），簡稱基流

六、一般選擇載氣的依據是什么？氣相色譜常用的載氣有哪些？

答：作為氣相色譜載氣的氣體，要求要化學穩定性好；純度高；價格便宜并易取得；能適合于所用的檢測器。常用的載氣有氫氣、氮氣、氬氣、氦氣、二氧化碳氣等等。

七、載氣為什么要凈化？應如何凈化？

答：所謂凈化，就是除去載氣中的一些有機物、微量氧，水分等雜質，以提高載氣的純度。不純凈的氣體作載氣，可導致柱失效，樣品變化，氫焰色譜可導致基流噪音增大，熱導色譜可導致鑒定器線性變劣等，所以載氣必須經過凈化。一般均采用化學處理的方法除氧，如用活性銅除氧；采用分子篩、活性碳等吸附劑除有機雜質；采用矽膠，分子篩等吸附劑除水分。

八、試樣的進樣方法有哪些？

答：色譜分離要求在***短的時間內，以“塞子”形式打進一定量的試樣，進樣方法可分為：

１、氣體試樣：

大致進樣方法有四種：
（１）注射器進樣（２）量管進樣（３）定體積進樣（４）氣體自動進樣。

一般常用注射器進樣及氣體自動進樣。注射器進樣的優點是使用靈活，方法簡便，但進樣量重復性較差。氣體自動進樣是用定量閥進樣，重復性好，且可自動操作。

２、液體試樣：一般用微量注射器進樣，方法簡便，進樣迅速。也可采用定量自動進樣，此法進行重復性良好。

３、固體試樣：通常用溶劑將試樣溶解，然后采用和液體進樣同樣方法進樣。也有用固體進樣器進樣的。

九、簡述在氣相色譜分析中柱長、柱內徑、柱溫、載氣流速、固定相、進樣等操作條件對分離的影響？

答：操作條件對于色譜分離有很大影響。

１、柱長，柱內徑：一般講，柱管增長，可改善分離能力，短則組分餾出的快些；柱內徑小分離效果好，柱內徑大處理量大，但柱內徑過大，將導致擔體不能均勻地分布在色譜柱中。分析用柱管一般內徑為３－６毫米，柱長為１－４米。

２、柱溫：是一個重要的操作變數，直接影響分離效能和分析速度。選擇柱溫的根據是混合物的沸點范圍，固定液的配比和鑒定器的靈敏度。提高柱溫可縮短分析時間；降低柱溫可使色譜柱選擇性增大，有利于組分的分離和色譜柱穩定性提高，柱壽命延長。一般采用等于或高于數十度于樣品的平均沸點的柱溫為較合適，對易揮發樣用低柱溫，不易揮發的樣品采用高柱溫。

３、載氣流速：載氣流速是決定色譜分離的重要原因之一。一般講流速高色譜峰狹，反之則寬些，但流速過高或過低對分離都有不利的影響。流速要求要平穩，常用的流速范圍每分鐘在10-100亳升之間。

４、固定相：固定相是由固體吸附劑或涂有固定液的擔體構成。

（１）固體吸附劑或擔體粗細：一般采用40-60目、60-80目、80-100目。當用同等長度的柱子，顆粒細的分離效率就要比粗的好些。

（２）固定液含量：固定液含量對分離效率的影響很大，它與擔體的重量比一般用15%-25%。比例過大有損于分離，比例過小會使色譜峰拖尾。

５、進樣：一般講進樣快，進樣量小，進樣溫度高其分離效果好。對進液體樣，速度要快，汽化溫度要高于樣品中高沸點組分的沸點值，一次汽化，保證色譜峰形不致展寬、使柱效高。當進樣量在一定限度時，色譜峰的半峰寬是不變的。若進樣量過多就會造成色譜柱超載。一般講柱長增加四倍，樣品的許可量增加一倍。對于常規分析，液體進樣量為1-20微升；氣體進樣量為0.1-5毫升。

十、色譜柱管材料應根據什么原則選擇？常用的柱管是由什么材質制成的？

答：對色譜柱管材質，應按如下要求選擇：

１、應與固定相、試樣、載氣不起化學反應。

２、要易于加工成型。

３、管內壁應光滑，橫截面應均勻呈圓形。一般色譜柱管形狀呈Ｕ型或螺旋形，大多由銅、不銹鋼，玻璃等材質制成。

十一、新的色譜柱管（銅或不銹鋼管）應怎樣處理后方能使用？

答：新柱管應先用稀酸或稀堿（1:1鹽酸或氫氧化鈉）洗滌，以除去油污等臟垢，而后用自來水沖洗，繼而用蒸餾水沖洗至中性，再用干凈的空氣吹洗并烘干后，即可使用了。

十二、什么叫擔體？對擔體有哪些要求？

答：擔體是一種多孔性化學惰性固體，在氣相色譜中用來支撐固定液。對擔體有如下幾點要求：

１、表面積較大，一般應在0.5-2米/克之間；

２、具有化學惰性和熱穩定性；

３、有一定的機械強度，使涂漬和填充過程不引起粉碎；

４、有適當的孔隙結構，利于兩相間快速傳質；

５、能制成均勻的球狀顆粒，利于氣相滲透和填充均勻性好；

６、有很好的浸潤性，便于固定液的均勻分布。完全滿足上述要求的擔體是困難的，人們在實踐中只能找出性能比較優良的擔體。

十三、擔體分幾類？其特點如何？

答：通常分為硅藻土和非硅藻土兩大類，每一類又有種種小類。

1、硅藻土類型：

（１）白色的：表面積小，疏松，質脆，吸附性能小，經適當處理，可分析強極性組分；

（２）紅色的：有較大的表面積和較好的機械強度，但吸附性較大。

2、非硅藻土類型：

（１）氟擔體：表面惰性好，可用來分析高極性和腐蝕性物質，但裝柱不易，柱效率低些。

（２）玻璃微球：表面積小，用它做擔體柱溫可以大大降低，而分離完全且快速。但涂漬困難，柱效低。

（３）多孔性高聚物小球：機械強度高，熱穩定性好，吸附性低，耐腐蝕，分離效率高，是一種性能優良的新型色譜固定相。

（４）炭分子篩：中性，表面積大，強度高，祛壽命長，在微量分析上有無比的優越性。

（５）活性炭：可以單獨做為固定相。

（６）沙：主要用于分離金屬。

十四、一般常用的擔體有哪幾種？各屬哪類？

答：101擔體：為白色硅藻土擔體；

102擔體：為白色硅藻土擔體；

celite545：為白色硅藻土擔體；

201擔體：為紅色硅藻土擔體；

6201擔體：為紅色硅藻土擔體；

C-22保溫磚：為紅色硅藻土擔體；

chromosorb：為紅色硅藻土擔體。

十五、使用擔體為何要進行處理？一般處理的方法有哪些？

答：常用的擔體表面并非惰性，它具有不同程度的催化作用和吸附性（特別是固定液含量低時和分離極性物質時）造成峰拖尾和柱效下降，保留值改變等影響，因而需要預處理。現將一般處理方法簡述如下：

１、酸洗法：用濃鹽酸加熱處理擔體20-30分鐘，然后用自來水沖洗至中性，再用甲醇漂洗，烘干備用。此法主要除去擔體表面的鐵等無機物雜質。

２、堿洗法：用10%的氫氧化鈉或5%的氫氧化鉀－甲醇溶液浸泡或回流擔體，然后用水沖洗至中性，再用甲醇漂洗，烘干備用。堿洗的目的是除去表面的三氧化二鋁等酸性作用點，但往往在表面上殘留微量的游離堿，它能分解或吸附一些非堿性物質，使用時要注意。

３、硅烷化：用硅烷化試劑和擔體表面的硅醇、硅醚基團起反應，除去表面的氫鍵結合能力，可以改進擔體的性能。常用的硅烷化試劑有二甲基二氯硅烷和六甲基二硅胺。

４、釉化：把欲處理的擔體在２%~3%的碳酸鈉－碳酸鉀（１：１）水溶液中浸泡一天，烘干后先在870度下煅燒3.5小時，然后升溫到980度煅燒約40分鐘。經過這樣處理，擔體表面形成一層玻璃化的釉質，故稱“釉化擔體”。這種擔體的吸附性能小，強度大，當固定液中加入少量的去尾劑后，能分析如醇、酸等極性較強的物質。但對非極性物質柱效能則稍有下降。此外甲醇和甲酸等物質在釉化擔體上有一定的不可逆化學吸附，在定量分析時應予以注意。

５、其他純化方法：凡是用化學反應來除去活性作用點或用物理復蓋以達到純化擔體表面性質的方法都可以使用。

十六、常用的擔體目數為多少？

答：常用的4-6毫米內徑的色譜柱：對于較長色譜柱，選用擔體目數一般為40-80目；對于較短色譜柱選用擔體目數一般為80-100目（每英寸內的篩孔數目為目）。

十七、常用的擔體怎樣選擇？

答：各種擔體，名目繁多。在常用硅藻土擔體中：

紅色擔體（如6201、201），可用于非極性或弱極性物質的分離。

白色擔體（如101）可用于極性物質或堿性物質。

釉化紅色擔體（如301）可用于中等極性物質。

硅烷化白色擔體可用于強極性氫鍵型物質如廢水測定。

分離酸性物質，如酚類，要用酸洗處理的擔體。

分離堿性物質，如乙醇胺，要用堿洗處理的擔體。

微量分析要用硅烷化的擔體。

有些特殊的情況下要用特殊的擔體，如氟擔體分離異氰酸酯類。

但是在普通的常量分析中，對擔體可以不必過份講究，甚至如耐火磚粉粒，玻璃珠砂和海沙也可以使用。

十八、何謂固體固定相？大體可分為幾類？

答：指直接裝填到色譜柱中作為固定相的具有活性的多孔性固體物質。固體固定相大體可分為三類：

******類是吸附劑。如：分子篩、硅膠、活性炭、氧化鋁等；

第二類是高分子聚合物。如國內的GDX型高分子多孔微球，國外Ｐorapak系列等；

第三類是化學鍵合固定相。在氣相色譜中，通常是將固定液涂敷在載體表面上。采用化學鍵合固定相分析極性或非極性物質通常都能夠得到對稱峰，柱效很高，固定相的熱穩定性也有所改善。

十九、什么是固定液？對固定液有哪些要求？

答：一般是一種高沸點的有機物的液膜，通過對不同組份的不同分子間的作用，使組份在色譜柱中得到分離。對氣相色譜用的固定液，一般有如下幾點要求：

１、在操作溫度下蒸氣壓低，熱穩定性好，與被分析物理或載氣不產生不可逆反應；

２、在操作溫度下呈液態，而且粘度愈低愈好。物質在高粘度的固定液中傳質速度慢，柱效率因而降低。這決定固定液的******使用溫度；

３、能牢固地附著在載體上，并形成均勻和結構穩定的薄層；

４、被分離的物質必須在其中有一定的溶解度，不然就會很快地被載氣帶走而不能在兩相之間進行分配；

５、對沸點相近而類型不同的物質有分離能力，即保留一種類型化合物的能力大于另一種類型。這種分離能力即是固定液的選擇性。

二十、固定液的選擇原則有哪些？

答：根據被分離組分和固定液分子間的相互作用關系，固定液的選擇一般根據所謂的“相似性原則”，即固定液的性質與被分離組分之間的某些相似性，如官能團、化學鍵、極性、某些化學性質等，性質相似時，兩種分子間的作用力就強，被分離組分在固定液中的溶解度就大，分配系數大，因而保留時間就長；反之溶解度小，分配系數小，因而能很快流出色譜柱。

下面就不同情況進行討論：

a、分離極性化合物，采用極性固定液。這時樣品各組分與固定液分子間作用力主要是定向力和誘導力，各組分出峰次序按極性順序，極性小的先出峰，極性越大，出峰越慢；

b、分離非極性化合物，應用非極性固定液，樣品各組分與固定液分子間作用力是色散力，沒有特殊選擇性，這時各組分按沸點順序出峰，沸點低的先出峰。對于沸點相近的異構物的分離，效率很低；

c、分離非極性和極性化合物的混合物時，可用極性固定液，這時非極性組分先餾出，固定液極性越強，非極性組分越易流出；

d、對于能形成氫鍵的樣品。如醇、酚、胺和水的分離，一般選擇極性或氫鍵型的固定液，這時依組分和固定液分子間形成氫鍵能力大小進行分離。“相似相容性原則”是選擇固定液的一般原則，有時利用現有的固定液不能達到滿意的分離結果時，往往采用“混合固定液”，應用兩種或兩種以上性質各不相同的，按適合比例混合的固定液，使分離有比較滿意的選擇性，又不致使分析時間延長。然而，在實際工作中選擇固定液往往是參考資料或文獻介紹的實例來選用固定液的。

廿一、混合固定液的處理方法有幾種？

答：混合固定液的處理方法有三種：
１、分別涂漬于擔體后再混合；
２、將固定液混合后再涂漬，注意這時所用的固定液都應溶解在同一個溶劑里；
３、分別涂漬，分別填裝入按比例長短的色譜柱，***后再將它們串接起來。
上述三種處理方法，結果基本相同，但對于特殊的分離，有些也會有差異。

廿二、常用的固定液涂量為多少合適？

答：由于固定液含量對分離效率的影響很大。所以它與擔體的重量比例，低比例為5%，一般用15%-25%。液體比例再大，則被分析的樣品在比較厚的液膜上有擴散現象，有損于分離；液體比例太低時，則由于液膜太薄，擔體表面上殘余的吸附能力會顯示出來，使色譜峰拖尾。由于低比例能促進平衡的建立，可以用較高的載氣流速，所以用低的液體比例，再加上少量樣品，能縮短分析時間。對硅藻土擔體固定液含量可大些15-30％；由于氟擔體表面積較小，所以***多只能10％；至于玻璃微球由于表面積特小，固定液含量便只能保持在0.25％左右。

廿三、配柱時常用的固定液溶劑有哪些？選用溶劑的原則是什么？

答：常用的溶劑有：甲醇、乙醇、乙醚、丙酮、正丁醇、正己烷、石油醚、苯、甲苯和氯仿等等。選用的原則是：１、溶解性好，２、不與固定液起化學反應，３、沸點低，４、毒性小。

廿四、配柱時在擔體上涂漬固定液采用的常規方法是什么？

答：一般配常用的色譜柱，大都采用“常規”涂漬法，其簡要操作為：取所需量的固定液，用適量（能浸過擔體）的溶劑溶解，將擔體緩緩倒入其中，隨到隨攪，而后用紅外燈照射（或用水浴蒸發）以趕走溶劑，則固定液就附著于擔體上了。

廿五、色譜柱的常用填充方法有哪些？

答：固定相填充的好壞，將直接影響柱效率。通常多用泵抽填充法，即把色譜柱的一端塞上玻璃棉，接真空泵，另一端接一漏斗，在抽吸下加入固定相，邊裝邊敲打色譜柱，至固定相不再進入為止。裝好后，塞上玻璃棉。裝柱要求要填充得均勻，緊密，切忌有空隙。

廿六、新裝填的色譜柱為什么要老化一段時間才能使用？

答：裝填好的色譜柱，連接于儀器上后，應先試壓，試漏，而后在恒定的溫度下用載氣吹洗數小時后承受分析，一般稱此為柱子的老化過程。老化的目的是把固定相的殘存溶劑，低沸點雜質，低分子量固定液等趕走，使記錄器基線平直，并在老化溫度下使固定液在擔體表面有一個再分布過程，從而涂得更加均勻牢固。裝填好的色譜柱，經過老化一段時間后，柱效及性能均穩定了，這樣才可使用。

 

廿七、色譜柱失效后有哪些表現？其失敗原因是什么？

 

答：色譜柱失效主要表現為色譜分離不好和組分保留時間顯著變短。色譜柱失效的主要原因是：對氣固色譜來說是固定相的活性或吸附性能降低了，對氣液色譜來說，是使用過程中固定液逐漸流失所致。