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1、气相色谱仪第一节 色谱仪的主要结构和流程一、气相色谱仪的主要结构 一台先进的气相色谱仪，主要由分析系统、流量控制系统和电路控制系统组成。其中分析系 统为色谱仪的主机，流量控制和电路控制系统为色谱仪的辅助设备。1、主机 主机包括进样器、色谱术、检测器、恒温箱和气路连接装置等。通常把上述的装置均安装在 主机上，构成色谱仪的分析系统。2、辅助设备 气相色谱仪除了主机以外，还有流量控制系统和电路控制系统。其中流量控制系统由装有载 气、可燃气和助燃气的气瓶大中型专用装置组成。电路控制系统由温度控制、放大器、记录 仪大中型数据处理机和稳压器等组成。这些设备与主机构成气相色谱仪的完整、统一的整体。在白酒气相
2、色谱分析中常用的色谱仪有：惠普上海分析仪器厂生产的1102G、1890；上海计算技术研究所生产的Gc-920；四川分析仪器玫生产的Sc-6；山东藤州分析仪器玫生产的 Sp-502；北京分析仪器玫生产的3400系列等。进口仪器有：日本岛津Gc-8A、Gc-14B；美 国产的HP5890等。它们的共同特点是温控好，流量控制精密。值得指出的是国产仪器价格便宜，适用于白酒常规色谱分析。如1102G是白酒专用色谱仪， 装有单一的氢焰检测器，并用氢气作载气，简化了操作，还在一定程度上提高了分离效率。 二、气相色谱的一般流程（一）气相色谱流程示意图及分析系统1 、气相色谱流程示意图 气相色谱仪是和种一种多组
3、分混合物的分离分析仪器。它是以气体为流动相彩冲洗法的柱相 色谱技术。从结构上看，它又是一个载气连续运行，自动分离、检测（鉴定）和记录的体系。 一般简化流程如图 3-6-1 所示。从图 3-6-1 可见，载气由高压瓶供给，经减压阀，流速计控制流量后，以稳定的压力，精确 的流速连续流过汽化室、色谱柱、检测器，最后放空。其中汽化室的作用是翁液体或固体样 品（先用溶剂溶解）瞬间汽化，被载气带簇色谱柱内进行分离。色谱柱为一根金属或玻璃管 子，内装固定相，起分离作用。检测器是一种检测的装置，它能把经色谱柱分离后载气中的 给分浓度（或质量）转换为电信号。放大器是把检测器适来的微弱电信号放大，以带动二次 仪表
4、。记录器是把放大器的电信号自动记录下来。恒温箱又称色谱柱箱，是为色谱柱提供一 个恒定的或程序改变的温度环境。试样通常是用微量注射器以打针的方式注入汽化室，瞬间汽化后被载气带入色谱柱中进行分 离。分离后各组分按顺序进入检测器，产生的电信号经放大后，由记录器自动记录下来，或 直接连接色谱数据处理机或色谱数据工作站，自动打印分析结果。2、分析系统（1）进样控制 进样就是把气体或液体样品，快速定量地加到色谱柱头上进行色谱分离。 进样量的大小、进样时间的长短、试样汽化速度和试样量等对色谱分离效率有较大影响。并 对分析结果的准确度和重复性也有影响。A、对汽化室的要求：为了使液体样品注入后能瞬间汽化，对汽化
5、室总的要求是热容量大， 死体积小，无催化效应（即不使样品分解）。操作时汽化室的温度应大于柱温。B、彩柱上进样方式：为了避免试样的热分解和洋鬼子化室死体积对试样的稀释作用，用注 射器将试样直接打到色谱柱头的固定相上。柱上进样：要求柱子插入汽化室的加热区，柱内抠掉一此固定相，装入玻璃棉或石棉绒，以 使注射器正好打到固定相上为宜。柱上进样对于填充柱、微型填充柱和毛细管柱效果良好。 对于程序升温，其效果更好。 此外，还彩自动进样器进样，有利于提高进样的准确性和重复性，并提高工作效率。C、进样量：进样量太多，使色谱柱超负荷，色谱峰变宽（扁平）甚至变形（不对称），使 保留时间与面积的测量带来困难。适当减少
6、进样量，可改变分离效率，一般进样量为ug量 到mg量，液体样一般0.510ul。注射样品的最佳体积，取决于色谱柱内经和固定液的涂敷 量，一般根据实验确定。进样量是否准确，对定量的重复性和准确性有较大影响。尤其是以外标法定量，对进样的准 确性要求更高。D、进样速度：要求以“塞子”形式注入，一般要求在1s以内完成，否则峰形变宽、变形。 同时，在进样过程中，手稿主射和拔出针头的时间要一致。E、要经常保持进样器的密封性能：经常检查硅橡胶垫是否漏气并注意更换。在更换硅像胶 垫前，先用酒精洗净，干燥后方可进行。否则因硅橡胶的杂质带入色谱中，会干扰色谱的分 离效果。（ 2）色谱柱 参见第七章色谱柱。（ 3）
7、检测器 参见本章第二节色谱检测器。（ 4）恒温箱 参见本章温度控制系统。（二）流量控制系统 气相色谱仪的流量控制系统是一个载气连续运行、管路密闭的系统。它的气密性、载气流速 的稳定性以及流量测量的准确性都对色谱分析结果有影响，需要严格控制。1 、载气气相色谱中常用的载气 有氢、氮、氦、氩气等。这些气体一般都由高压钢瓶供给，通常 都要经过净化、稳压和测量流量。目前高纯氢发生器应用较为普遍。高纯氮发生器也逐步在 应用中。在恒温色谱中，色谱柱的渗透性并不改变。因此用一个稳压阀，就可使柱的进口压恒定、流 速稳定。这样在一定的温度下，恒定的流速将在特定 时间内把组分冲洗出来。 至于选用何种载气，主要取决
8、于选用的检测器和其他因素。最广泛应用的是氢和氮，氦气有 比氢气更好的特点，但成本高，使用受到限制。氢气，由于分子量小，导热系数大，粘度系数小，常用作热导池检测器的载气，也用作氢焰 检测器的载气和可燃气。氢气的缺点主要是易燃、易爆，操作时要注意安全。氢气瓶要远离 火种，不能与空气瓶或空压机混放。氮气，扩散系数小，常用作氢焰检测器的载气。对热导池检测器来说，由于氮气导热系数小， 灵敏度低，在白酒气相色谱分析中，常用作氢焰检测器的载气。用作载气时，必须用高纯氮（纯度为 99.99% ）对载气和氢焰用的H2和空气都要进行净化。一般可用变色硅胶、分子筛和活性炭干燥管（先 经水洗干燥，以除去细粉）即可满足
9、分析要求。用氢焰时要注意除去敢源中的烃类等有机杂质，可用活性炭除去。用电子捕获检测器时，要 把电负性较强的组分如水、氧气通过装有6080目紫铜末的净化器和5A分子筛净化除去。 火焰光度检测器用的载气，要用5A型分子筛除去硫磷等化合物。痕量分析或毛细管色谱用 的载气纯化程度，要高于常规分析。（2）气体的流量控制和测量 这是气相色谱的重要操作条件之一。载气流量对提高柱的 分离效能，保证分析的准确度，缩短分析时间等，都有重要意义。要求载气流量变化要小于 1%，否则将影响给分的定性和定量。流量的稳定，一般采用减压阀（氧气表），使压力减到 0.20.4MPa,然后串联一个针形阀或波纹管式稳压阀，以稳定载
10、气流量。 气体流量的测量一般用转子流量计、皂膜流量计及毛细管流速计等方法，常用的为前两种。 转子流量计结构简单，操作方便。它是利用气体由下而上流动时所产生的浮力，使转达子重 力的平衡位置和气流流量成正比例的关系。在使用中可作转子高度和流量的校正曲线。皂膜 流量计是利用气流顶着皂膜沿刻度管移动，用秒表测定单位时间内移动的距离即气体流量， 测量精度可达 1%。（3）气体流量比例的选择假如以氮气为载气，氢气为燃气，空气为助燃气时，这三种5 气体的流量比例取决于不同的气相色谱仪并通过实验确定。一般可参照以下参数进行选 择：N2：H2=1：11.5H2:空气=1： 102、气路 气相色谱的气路有单柱气路
11、和双柱气路两种。前者简单，适用于恒温分析。后者适用于程序 升温，以参比柱补偿固定液流失，使基线稳定。（三）电路控制系统1 、温度控制（1）温度 一个重要的操作参数温度直接影响色谱柱的选择性、分离效率与检测器的灵敏度和稳定性等，因此要严格控制色谱柱与检测器的温度，使柱温不仅要稳定而且不高于 固定液的最高使用温度。提高柱温，虽能使气相和液相传质速度加快，各组分出峰也快，但 使柱子选择性变坏，分离效能下降。柱温过低，分析时间长，峰形扁平，效果不好。对恒温 箱的温度要求，分布均匀，上下或不同位置的温度左不超过1oC。控制点温度要求控制精度 为（0.10.5）oC。恒温箱普遍采用空气浴加热方法，即由鼓风
12、马达强制空气对流，减少热辐射造成 温度 均匀 现象。这种装置升温快，温度范围广，蜱于变温与自动控制，还易于获得高温，也便于程序 升温分析时快速升温。（ 2）温度选择A、柱箱温度：恒温操作最简单，重现性也好，适宜用于常规产品质量检查和生产控制分析。 对于沸点范围很宽（大于80oC）的混合物，可采用程序升温，就是在一个分析周期内，柱 温随时间由低向高温线性或非线性的变化，使沸点不同的组分各在其最佳柱温下流出，从面 是改善分离效果，缩短分析时间。帮适宜于鑫组分试样的分析和研究。B、汽化室的温度要求在此温度上，试样能瞬间汽化而不分解。检查汽化室温度否恰当的 方法是升高汽化室温度。如果柱效和峰形有所改变
13、，则说明原温度太低。如果积极留时间、 峰面积和峰形激烈变化，则说明温度太高，出现了分解。所以，准确地选择与控制汽化室温 度，对高沸点与易分解样品尤为重要。汽化室温度般比柱温高50-100oC即可。C、检测室温度：除氢焰检测器外，所有检测器都对温度变化敏感，尤其是热导池检测器 温度变化直接影响灵敏度和稳定性。大多数仪器都把检测器单放在检测室单独进行温度控 制。一般控制在土0.1oC使用，并由直读温度表指示温度，检测室温度 恒温操作时，一般 选择与柱温相同或略高于柱温的温度。对于程序升温操作，一般选择最高柱温为检测室温度 样，即使柱温程序变更，而检测器温可保持不变。另外，检测器与柱出口连接管路也要
14、加热， 防止样品与固定液冷凝。通常峰形扩张或组分丢失，就是冷凝的表现。氢焰检测器温度 高 于100oC，以免积水。2、放大器 对于电离式检测器，在外加电场作用下形成的离子流，是缓慢变化的微弱直流电信号。这种 信号只有经过放大器后，才能带动二次仪表，由记录器记录。通常离子化检测器的信号测量 范围为10-610-12A。由于离子流太弱，讯号源内阻又高，故需用高灵敏度和高输入阻抗和 响应时间小的直流放大信号。其次，由于待测电流变化较大，又具有连续变化的性质，因此 还要求放大器有大的量程、线性响应和足够大的功率输出，以能带动记录器。另外，要求放 大器稳定性能好，结构简单等。3、记录仪4、色谱数据处理机
15、 色谱数据处理机是一种新型的数据处理仪器。它的工作要点是，首先把数据处理程序输入计 算机中，然后启动计算机，进样，待色谱峰出来时，通过数据放大器和模数转换装置，把色 谱仪输出的模拟量mV信号，转换成相应的数字时，再经接口输入计算机。计算机便对色谱 峰进行自动鉴别、求积和计算，在出峰完毕时，立即算出各组分含量，并由电传打字机自动 打印出分析结果。目前色谱分析已普遍应用色谱数据处理机，还出现了色谱数据工作台。它比专用的色谱数据 处理机更先进，充分发挥了当今计算机高速度、大容量、多媒体的优势，使色谱分析在仪器 装备上走向现代化。第二节色谱检测器一、氢火焰离子化检测器（F ID）氢气火焰离子化检测器灵
16、敏度高，敏感度可达10-12g/s，线性范围宽，死体积几乎等于零， 响应快，可在室温至约300oC范围内使用。而且结构简单，稳定性好，不受操作条件影响， 故多用它做常规分析。在白酒色谱分析中，氢火焰检测器是应用最广泛的比较理想的一种检 测器。1、氢火焰检测器的工作原理 氢火焰检测器是以氢气和空气的火焰为能源。在氢火焰的上下部装置两个电极（收集极和发 射极），两极之间外加100350V的电压（极化电压）形成一直流电场。当样品组分从色谱 柱流出后，由革气携带与氢气汇合从喷嘴流出，与注入离子室内的空气相遇，经过引燃（点 火）而燃烧。在氢火焰高温的作用下，样品组分电离成正离子一负离子。在直接电场作用下， 正离子被收集极吸收，负离子被极化极（发射极）吸收，离子向电极移动产生离子电流。这 微小的电流被放大器放大后，输入记录器，得到色谱信号。
