[科普中国]-气相色谱分析

气相色谱分析是指流动相为气体的色谱分析法。气体和易于挥发的液体或固体 等试佯都可用气相色谱分析进行分离和测定。

简述色谱分析是以分离为基础的，要进行有效的气相色谱分析，必须在色谱柱中将样品中各组分完全分离才能定性和定量。气相色谱分离过程中，溶质分子与固定相之间的相互作用，决定了溶质在固定相和载气之问的相平衡关系，与溶质的保留值直接相关，这是影响色谱分离的热力学因素。溶质在色谱柱内移动时，质量传递过程对谱带宽度有直接影响．这是影响色谱分离的动力学因素。色谱分离的结果是热力学因素和动力学因素综合影响的反映，了解色谱分离的影响因素，对正确选择色谱条件，提高操作技术水平．合理运用色谱技术进行各种复杂体系的分析研究，都十分必要。

在气相色谱分析中，气-液色谱比气-固色谱的应用广泛的多。

气相色谱具有以下特点：

①分析速度快。一般只需几分钟到几十分钟便可完成一次分析，如果用色谱工作站控制整个分析过程，自动化程度提高，分析速度更快。

②选择性好。能分离分析性质极为相近的物质，如有机物中的手性物质，顺、反异构体，同位素，芳香烃中的邻、间、对位异构体、对映体积组成极复杂的混合物，如石油、污染水样和天然精油等。

③分离效能高。在较短时间内能够同时分离和测定极为复杂的混合物。例如，用空心毛细管柱能一次分析样品中的150个组分。

④灵敏度高。可以分析～g的物质，可以检测出超纯气体、高分子单体和高纯试剂等数量级在。数量级的杂质，非常适合于微量和痕量分析。

⑤应用范围广。可以分析气体、易挥发的液体和固体，包含在固体之中的气体。通常，只要沸点在500℃以下，且在操作条件下热稳定性良好的物质，理论上均可以采用气相色谱技术进行分析。对于受热易分解或挥发性低的物质，通过化学衍生的方法使其转化为热稳定性或高挥发性的衍生物，同样可以实现气相色谱的分离和分析。1

常用术语①基线。基线是指在实验操作条件下，当无样品组分进入检测器时，在前进的记录纸上由记录笔画出的线，稳定仪器的基线应为直线。

②峰高。峰高是指色谱峰顶点与基线间的距离。

③保留时间。保留时间是指从进样到出现峰高的时间。

④保留体积。保留体积是指从进样到出现峰高时间段内通过的载气体积。

⑤半峰宽。半峰宽是指峰高1/2处的峰宽。

⑥死体积。死体积是指由进样口到检测器的全部空间中未被固定相所占据的体积。

⑦柱前压。柱前压是指色谱柱进口处载气的压力。2

流程气相色谱分析流程示意图如图1所示。气相色谱分析中的流动相称为载气，它载送试样流经色谱仪。常用的载气为氢气、氮气等不与固定相及试样反应的惰性气体。

载气由高压钢瓶1供给，经减压阀2减压后，进入载气净化干燥管3以除去载气中的水分。由针形阀4控制载气的压力和流量。流量计5和压力表6用以指示载气的柱前流量和压力。再经过进样器（包括汽化室）7，试样就在进样器注入（如为液体试样，经汽化室瞬间汽化为气体）。由不断流动的载气携带试样进入色谱柱8，将各组分分离，各组分依次进入检测器9后放空。检测器将不同组分浓度或质量信号转变为电信号，用记录仪（色谱工作站）10记录下来，就可得到色谱图。3

类型气相色谱分析方法包括定性分析和定量分析两部分。定性分析的应用受到一些限制，远不及定量分析应用广泛。下面逐一介绍。

1、定性分析

气相色谱分析中最常用的方法是利用保留值进行定性分析，保留值是保留时间和保留体积的总称。当操作条件不变时，物质的保留值只与其化学性质相关，因此可用于定性分析，

利用保留值进行定性分析时，当样品中某一组分与已知标准品的保留值相同时，可初步判断该组分与标准品可能是同一化合物。但需要注意的是，有时多种物质在一定的操作条件下具有相同的保留值，所以不能完全根据保留值相同而断定它们是同一物质。常见处理方法是：选用其他具有不同极性的色谱柱进行二次乃至多次分析，若在不同色谱柱上测得的保留值均相同，则基本可以断定为同一物质。

2、定量分析

在一定范围内，色谱峰的峰面积和样品组分中的含量或浓度成线性关系，故可通过测量相应的峰面积确定样品的含量。

在定量分析中常采用内标法和外标法。内标法是指测量样品中某一组分或某几个组分的含量时，将一定量的某一纯组分加入样品中作为内标物，然后进行色谱分析，通过测量并对比内标物的峰面积和待测组分的峰面积，即可求出待测组分在样品中的含量。外标法则是用已知浓度的标准品进行色谱分析，得出关于峰面积和浓度的标准曲线，然后在完全相同的条件下注入被分析物，得到相应的峰面积，最后根据标准曲线计算待测样品的浓度2

应用气相色谱分析是重要的仪器分析手段之一，它具有分离效能高、分析速度快、灵敏度高、对复杂的多组分混合物定性与定量分析结果准确，容易自动化、高选择性等特点。日益广泛地应用于石油、精细化工、医药、生化、电力、白酒、矿山、环境科学等各个领域，成为工农业生产、科研、教学等部门不可缺少的重要分离、分析工具。具体如下：

在石油化学工业中，采用气相色谱法来分析原料和产品，进行质量控制；

在电力部门中，用来检查变压器等的潜伏性故障；在环境保护工作中，用来监测空气和水的质量；

在农业上，用来监测农作物中残留的农药；

在商业部门，检验及鉴定食品质量的好坏；

在医学上可用来研究人体新陈代谢、生理机能，在临床上用于鉴别药物中毒或疾病类型；

在宇宙舱中可用来自动监测飞船密封仓内的气体；

在有机合成领域内的成份研究和生产控制；

尖端科学上军事检测控制和研究等等。4

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所