國(guó)產(chǎn)氣相色譜儀,是指用氣體作為流動(dòng)相的色譜分析儀器。其原理主要是利用物質(zhì)的沸點(diǎn)、極性及吸附性質(zhì)的差異實(shí)現(xiàn)混合物的分離。待分析樣品在氣化室氣化后被惰性氣體(即載氣,亦稱流動(dòng)相)帶入色譜柱內(nèi),柱內(nèi)含有液體或固體固定相,樣品中各組分都傾向于在流動(dòng)相和固定相之間形成分配或吸附平衡。隨著載氣的流動(dòng),樣品組分在運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行反復(fù)多次的分配或吸附/解吸,在載氣中分配濃度大的組分先流出色譜柱,而在固定相中分配濃度大的組分后流出。組分流出色譜柱后進(jìn)入檢測(cè)器被測(cè)定,常用的檢測(cè)器有電子捕獲檢測(cè)器(ECD)、氫火焰檢測(cè)器(FID)、火焰光度檢測(cè)器(FPD)及熱導(dǎo)檢測(cè)器(TCD)等。
國(guó)產(chǎn)氣相色譜儀的品種繁多,功用各異,但其根本構(gòu)造類似。氣相色譜儀普通由氣路系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、分離系統(tǒng)(色譜柱系統(tǒng))、檢測(cè)及溫控系統(tǒng)、記載系統(tǒng)組成。
1.氣路系統(tǒng)
氣路系統(tǒng)包括氣源、凈化干燥管和載氣流速控制及氣體化安裝,是一個(gè)載氣連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的密閉管路系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)該系統(tǒng)能夠取得純潔的、流速穩(wěn)定的載氣。它的氣密性、流量測(cè)量的精確性及載氣流速的穩(wěn)定性,都是影響氣相色譜儀性能的重要要素。
氣相色譜中常用的載氣有氫氣、氮?dú)?、氬氣,純度?qǐng)求99.999%以上,化學(xué)惰性好,不與有關(guān)物質(zhì)反應(yīng)。載氣的選擇除了要求考慮對(duì)柱效的影響外,還要與分析對(duì)象和所用的檢測(cè)器相配。
2.進(jìn)樣系統(tǒng)
?。?)進(jìn)樣器:依據(jù)試樣的狀態(tài)不同,采用不同的進(jìn)樣器。液體樣品的進(jìn)樣普通采用微量注射器。氣體樣品的進(jìn)樣常用色譜儀自身配置的推拉式六通閥或旋轉(zhuǎn)式六通閥。固體試樣普通先溶解于恰當(dāng)試劑中,然后用微量注射器進(jìn)樣
?。?)氣化室:氣化室普通由一根不銹鋼管制成,管外繞有加熱絲,其作用是將液體或固體試樣霎時(shí)氣化為蒸氣。為了讓樣品在氣化室中霎時(shí)氣化而不合成,因而要求氣化室熱容量大,無(wú)催化效應(yīng)。
?。?)加熱系統(tǒng):用以保證試樣氣化,其作用是將液體或固體試樣在進(jìn)入色譜柱之前霎時(shí)氣化,然后快速定量地轉(zhuǎn)入到色譜柱中。
3.分離系統(tǒng)
分離系統(tǒng)是色譜儀的心臟局部。其作用就是把樣品中的各個(gè)組分別離開(kāi)來(lái)。分離系統(tǒng)由柱室、色譜柱、溫控部件組成。其中色譜柱是色譜儀的中心部件。色譜柱主要有兩類:填充柱和毛細(xì)管柱(開(kāi)管柱)。柱材質(zhì)包括金屬、玻璃、融熔石英、聚四氟等。色譜柱的分離效果除與柱長(zhǎng)、柱徑和柱形有關(guān)外,還與所選用的固定相和柱填料的制備技術(shù)以及操作條件等許多要素有關(guān)。
4.檢測(cè)系統(tǒng)
檢測(cè)器是將經(jīng)色譜柱分離出的各組分的濃度或質(zhì)量(含量)轉(zhuǎn)變成易被測(cè)量的電信號(hào)(如電壓、電流等),并停止信號(hào)處置的一種安裝,是色譜儀的眼睛。通常由檢測(cè)元件、放大器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器三局部組成。被色譜柱分離后的組分依次進(jìn)檢測(cè)器,按其濃度或質(zhì)量隨時(shí)間的變化,轉(zhuǎn)化成相應(yīng)電信號(hào),經(jīng)放大后記載和顯現(xiàn),繪出色譜圖。檢測(cè)器性能的好壞將直接影響到色譜儀器最終分析結(jié)果的精確性。
依據(jù)檢測(cè)器的響應(yīng)原理,可將其分為濃度型檢測(cè)器和質(zhì)量型檢測(cè)器。
?。?)濃度型檢測(cè)器:測(cè)量的是載氣中組分濃度的霎時(shí)變化,即檢測(cè)器的響應(yīng)值正比于組分的濃度。如熱導(dǎo)檢測(cè)器、電子捕獲檢測(cè)器。
?。?)質(zhì)量型檢測(cè)器:測(cè)量的是載氣中所攜帶的樣品進(jìn)入檢測(cè)器的速度變化,即檢測(cè)器的響應(yīng)信號(hào)正比于單位時(shí)間內(nèi)組分進(jìn)入檢測(cè)器的質(zhì)量。如氫焰離子化檢測(cè)器和火焰光度檢測(cè)器。
5.溫度控制系統(tǒng)
在氣相色譜測(cè)定中,溫度控制是重要的指標(biāo),直接影響柱的分離效能、檢測(cè)器的靈活度和穩(wěn)定性。溫度控制系統(tǒng)主要指對(duì)氣化室、色譜柱、檢測(cè)器三處的溫度控制。在氣化室要保證液體試樣霎時(shí)氣化;在色譜柱室要精確控制分離需求的溫度,當(dāng)試樣復(fù)雜時(shí),柱溫溫度需求按一定程序控制溫度變化,各組分在最佳溫度下分離;在檢測(cè)器要使被分離后的組分經(jīng)過(guò)時(shí)不在此冷凝。
控溫方式分恒溫和程序升溫兩種。
(1)恒溫:對(duì)于沸程不太寬的簡(jiǎn)單樣品,可采用恒溫形式。普通的氣體分析和簡(jiǎn)單液體樣品分析都采用恒溫形式。
(2)程序升溫:所謂程序升溫,是指在一個(gè)分析周期里色譜柱的溫度隨時(shí)間由低溫到高溫呈線性或非線性地變化,使沸點(diǎn)不同的組分,各在其最佳柱溫下流出,從而改善分離效果,縮短分析時(shí)間。關(guān)于沸程較寬的復(fù)雜樣品,假如在恒溫下分離很難到達(dá)好的分離效果,應(yīng)運(yùn)用程序升溫辦法。
6.記載系統(tǒng)
記載系統(tǒng)是記載檢測(cè)器的檢測(cè)信號(hào),停止定量數(shù)據(jù)處置。普通采用自動(dòng)均衡式電子電位差計(jì)停止記載,繪制出色譜圖。一些國(guó)產(chǎn)氣相色譜儀裝備有積分儀,測(cè)量色譜峰的面積,直接提供定量剖析的精確數(shù)據(jù)。先進(jìn)的氣相色譜儀還配有電子計(jì)算機(jī),能自動(dòng)對(duì)色譜剖析數(shù)據(jù)停止處置。