气相色谱仪工作原理

系统由储液器、泵、进样器、色谱柱、检测器、统计仪等几部分构成。储液器中的流动相被高压泵打入系统,样品溶液经进样器进入流动相,被流动相载入色谱柱(固定相)内,由于样品溶液中的各组分在两相中含有不同的分派系数,在两相中作相对运动时,通过重复多次的吸附-解吸的分派过程,各组分在移动速度上产生较大的差别,被分离成单个组分依次从柱内流出,通过检测器时,样品浓度被转换成电信号传送到统计仪,数据以图谱形式打印出来高效液相色谱仪重要有进样系统、输液系统、．分离系统、检测系统和数据解决系统，下面将分别叙述其各自的构成与特点。1．进样系统

液相色谱仪普通采用隔阂注射进样器或高压进样间完毕进样操作，进样量是恒定的。这对提高分析样品的重复性是有益的。2．输液系统该系统涉及高压泵、流动相贮存器和梯度仪三部分。高压泵的普通压强为l．47～4．4X107Pa，流速可调且稳定，当高压流动相通过层析柱时，可减少样品在柱中的扩散效应，可加紧其在柱中的移动速度，这对提高分辨率、回收样品、保持样品的生物活性等都是有利的。流动相贮存错和梯度仪，可使流动相随固定相和样品的性质而变化，涉及变化洗脱液的极性、离子强度、PH值，或改用竞争性克制剂或变性剂等。这就可使多个物质（即使仅有一种基团的差别或是同分异构体）都能获得有效分离。3.分离系统该系统涉及色谱柱、连接管和恒温器等。色谱柱普通长度为10～50cm（需要两根连用时，可在两者之间加一连接管），内径为2～5mm，由"优质不锈钢或厚壁玻璃管或钛合金等材料制成，住内装有直径为5～10μm粒度的固定相（由基质和固定液构成）．固定相中的基质是由机械强度高的树脂或硅胶构成，它们都有惰性（如硅胶表面的硅酸基因基本已除去）、多孔性（孔径可达1000?）和比表面积大的特点，加之其表面通过机械涂渍（与气相色谱中固定相的制备同样），或者用化学法偶联多个基因（如磷酸基、季胺基、羟甲基、苯基、氨基或多个长度碳链的烷基等）或配体的有机化合物。因此，这类固定相对构造不同的物质有良好的选择性。例如，在多孔性硅胶表面偶联豌豆凝集素（PSA）后，就能够把成纤维细胞中的一种糖蛋白分离出来。另外，固定相基质粒小，柱床极易达成均匀、致密状态，极易减少涡流扩散效应。基质粒度小，微孔浅，样品在微孔区内传质短。这些对缩小谱带宽度、提高分辨率是有益的。根据柱效理论分析，基质粒度小，塔板理论数N就越大。这也进一步证明基质粒度小，会提高分辨率的道理。再者，高效液相色谱的恒温器可使温度从室温调到60C，通过改善传质速度，缩短分析时间，就可增加层析柱的效率。气相色谱仪的基本构造有两部分，即分析单元和显示单元。前者重要涉及来源及控制计量装置﹑进样装置﹑恒温器和色谱柱。后者重要涉及检定器和自动统计仪。色谱柱（涉及固定相）和检定器是气相色谱仪的核心部件色谱仪运用色谱柱先将混合物分离，然后运用检测器依次检测已分离出来的组分。色谱柱的

气相色谱仪直径为数毫米，其中填充有固体吸附剂或液体溶剂，所填充的吸附剂或溶剂称为固定相。与固定相相对应的尚有一种流动相。流动相是一种与样品和固定相都不发生反映的气体，普通为氮或氢气。待分析的样品在色谱柱顶端注入流动相，流动相带着样品进入色谱柱，故流动相又称为载气。载气在分析过程中是持续地以一定流速流过色谱柱的；而样品则只是一次一次地注入，每注入一次得到一次分析成果。样品在色谱柱中得以分离是基于热力学性质的差别。固定相与样品中的各组分含有不同的亲合力（对气固色谱仪是吸附力不同，对气液分派色谱仪是溶解度不同）。当载气带着样品持续地通过色谱柱时，亲合力大的组分在色谱柱中移动速度慢，由于亲合力大意味着固定相拉住它的力量大。亲合力小的则移动快。4根柱管事实上是一根,只是用来表达样品中各组分在不同瞬间的状态。样品是由A、B、C3个组分构成的混合物。在载气刚将它们带入色谱柱时，三者是完全混合的，如状态(Ⅰ)。通过一定时间，即载气带着它们在柱中走过一段距离后，三者开始分离，如状态(Ⅱ)。再继续迈进，三者便分离开，如状态(Ⅲ)和(Ⅳ)。固定相对它们的亲合力是A>B>C，故移动速度是C＞B＞A。走在最前面的组分C首先进入紧接在色谱柱后的检测器，如状态(Ⅳ)，而后A和B也依次进入检测器。检测器对每个进入的组分都给出一种对应的信号。将从样品注入载气为计时起点，到各组分经分离后依次进入检测器，检测器给出对应于各组分的最大信号(常称峰值)所经历的时间称为各组分的保存时间tr。实践证明,在条件(涉及载气流速、固定相的材料和性质、色谱柱的长度和温度等)一定时,不同组分的保存时间tr也是一定的。因此，反过来能够从保存时间推断出该组分是何种物质。故保存时间就能够作为色谱仪器实现定性分析的根据。检测器对每个组分所给出的信号，在统计仪上体现为一种个的峰，称为色谱峰。色谱峰上的极大值是定性分析的根据，而色谱峰所包罗的面积则取决于对应组分的含量，故峰面积是定量分析的根据。一种混合物样品注入后，由统计仪统计得到的曲线，称为色谱图。分析色谱图就能够得到定性分析和定量分析成果。图中c为气相色谱仪的构造。载气由载气钢瓶提供，通过载气流量调节阀稳流和转子流量计检测流量后到样品气化室。样品气化室有加热线圈，以使液体样品气化。如果待分析样品是气体，气化室便不必加热。气化室本身就是进样室，样品能够经它注射加入载气。载气从进样口带着注入的样品进入色谱柱，经分离后依次进入检测器而后放空。检测器给出的信号经放大后由统计仪统计下样品的色谱图。气相色谱工作原理：是运用试样中各组份在气相和固定液液相间的分派系数不同，当汽化后的试样被载气带入色谱柱中运行时，组份就在其中的两相间进行重复多次分派，由于固定相对各组份的吸附或溶解能力不同，

因此各组份在色谱柱中的运行速度就不同，通过一定的柱长后，便彼此分离，按次序离开色谱柱进入检测器，产生的离子流讯号经放大后，在统计器上描绘出各组份的色谱峰。

气相色谱仪的构成部分

（1）载气系统：涉及气源、气体净化、气体流速控制和测量

（2）进样系统：涉及进样器、汽化室（将液体样品瞬间汽化为蒸气）

（3）色谱柱和柱温：涉及恒温控制装置（将多组分样品分离为单个）

（4）检测系统：涉及检测器，控温装置

（5）统计系统：涉及放大器、统计仪、或数据解决装置、工作站1、原理：

在一种处在热平衡的TCD中，组分进入测量臂池腔，就会由于气体构成的变化，引发气体热导系数的变化，从而引发热敏元件温度的变化，热敏元件的温度变化，就会引发热敏元件阻值的变化，热敏元件阻值的变化使惠斯顿电桥输出信号的变化。信号大小与被测物质浓度成函数关系。因此TCD的信号变化是各个变量相继变化的成果。

R1/R2=R4/R3：静态电阻之比规定比例相等，R1R3池和R2R4池互为参比。将电桥在未通入试样与通入试样后平衡性的差别（以电位差的形式来体现）统计下来，得到色谱峰，反映待测物浓度。

2、特点：

构造简朴，性能稳定，敏捷度适宜，对大多数物质都有响应，特别适应常规分析、气体分析。池体为不锈钢块，热敏元件普通为铼钨丝构成，温度系数为正。由于热导检测器属于浓度型检测器，因此检测器的敏捷度与池体的几何构造、池体温度、稳定性、热丝的稳定性能、所用载气的热传导率，以及气体流量的稳定性、纯度、流速等因素有关。检测器响应与桥流使用亲密有关，桥流大，敏捷度高，但是噪声随之增大，寿命也会缩短。

TCD检测条件的选择：

（1）.载气种类

TCD检测器普通使用氢气或者氦气作为载气，由于它们的热导系数远远不不大于其它化合物，故敏捷度高，且易于定量，线性范畴宽。从理论上讲用氦气较合理，但它价格昂贵，因此在我国普通都选用氢气作载气，质检中心现在除美国热电的两台GC气相色谱仪TCD检测器用的氩气作载气外，其它色谱全部TCD检测器均是采用氢气作载气。用氢气作载气要避免泄漏和爆炸，有条件话应当将尾气排到室外。

（2）.载气纯度

载气纯度影响敏捷度，实验证明：在电桥电流120mA～200mA范畴内，用99.999％的超纯氢气比用99％的普氢敏捷度高6％～13％，同时，基线漂移和噪声也能够大大减少。载气纯度对峰形也有影响，用TCD作高纯气中杂质检测时，载气纯度应比被测气体高十倍以上，否则易出倒峰。

（3）.载气流速

TCD为浓度型检测器，对流速波动很敏感，TCD的峰面积响应值反比于载气流速。因此，在检测过程中，载气流速必须保持恒定。在柱分离许可的状况下，以低某些为妥。流速波动可能造成基线噪声和漂移增大。在加桥流之前，首先应当测定流量，让柱流量和参比流量相等。对于福立的色谱，用的H2作载气，大致流量可参考色谱仪上贴的“稳流阀调节圈数与载气流量对照表”调节，然后用皂膜流量计测定具体的参比流量和柱流量；对2#SP3240，能够在色谱仪正面面板上变化柱压力，然后用皂膜流量计在检测器两出口测定具体需要的参比流量和柱流量；对GC，先在仪器程序中选择所用的载气种类，然后设定柱前压，检测器两出口一种是参比气（Ref

flow）出口，一种是载气+尾吹气（Mkup）的出口，可根据具体测定需要变化载气压力、参比气及尾吹气的流量最后使两出口气体流量相等。

（4）.电桥电流

电桥电流能够明显提高TCD的敏捷度。普通认为S值与电流的3次方成正比。但是电流的提高又受到噪声和使用寿命的限制。桥流设定与TCD检测池的温度及使用的载气种类亲密有关

TCD的使用注意事项

不能在没有载气通过的状况下打开仪器，会影响柱子的使用寿命，更不能升温加上电流，否则检测器的核心部件铼钨丝会在短时间内烧毁。载气一定要在开机之前开，在仪器温度稳定后开始做样前再给桥流，降温关机之前要先关桥流（福立的色谱将桥流设为0，北分的SP3420和热电的GC将桥流设为OFF）。然后将柱温设为室温，待温度降下来后关机再关载气。

在每次开机前都检查一下热导排出口有无气出来（福立及北分的色谱仪电源关掉后仍有压力，热电的GC关机后气源自动切断），没有的状况下千万不要开机和加电流，要认真检查看气源供气与否正常，气路系统有无漏气，阀门与否打开，压力显示与否正常，不能解决的问题立刻上报，一切正常后才干开机。进样时要时刻注意硅胶垫的松紧度，很松了立刻把桥电流关掉换上新的硅胶垫。进样时感觉特别容易，用TCD检测器不进样时统计仪上有规则小峰出现，阐明密封垫漏气该更换。每次认真检查全部色谱仪的各类气体压力显示，若发现与设定的值有差别，要认真检查状况所在。若出现柱前压为0的状况，要立刻关桥流，降柱温关仪器，先换进样垫后看压力与否正常，若正常则重新开机，如果仍然不正常要立刻上报。

要定时老化柱子。现在全部测氧的柱子都是装填的5A分子筛，它作为吸附剂吸附容量有限，当吸附某种分子达成饱和时，就没有继续吸附的能力，需要将被吸附的物质驱掉，因此需要再生解决，普通用加热提高温度或者减少压力的办法解决。现在所使用的是升高柱温的办法对柱子进行老化，普通用180~200℃FID的全称是火焰离子化检测器，由于普通都用的是氢气，因此普通叫氢火焰检测器。它的原理很简朴，当有机物通过检测器时，在火焰那里会产生离子，在极化电压的作用下，喷嘴和收集极之间的电流会增大，对这个电流信号进行检测和统计即可得到对应的谱图。普通的有机化合物在FID上都有响应，普通分子量越大，敏捷度越高。FID是GC最基本的检测器。

ECD检测器全称电子捕获检测器，它有一种放射源，会不间断地发射电子，这个电子流在普通的时间尺度下，可认为是恒定的，我们称为基流。当含有强电负性元素如卤素、O尚有N等元素的化合物通过检测器时，他们会捕获并带走一部分电子而使基流下降，检测并统计基流信号的变化就能够得到谱图。因此，ECD是一种选择性的检测器，仅对含强电负性元素的化合物有高响应，它的敏捷度很高，比FID要高出2-3个数量级。

另外尚有FPD,NPD，也是选择性的检测器，分别对含S，P和N,P元素的化合物有高响应。其中