氣相色譜法(GC)是以氣體為流動相的色譜分析法，主要用于分離分析易揮發(fā)的物質(zhì)。

在藥學(xué)和中藥學(xué)領(lǐng)域，氣相色譜法已成為藥物含量測定和雜質(zhì)檢查，中藥揮發(fā)油分析，溶劑殘留分析，體內(nèi)藥物分析等的一種重要手段。在醫(yī)藥，石油化工，環(huán)境監(jiān)測，生物化學(xué)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

? 氣相色譜要求樣品

氣化，不適用于大部分沸點(diǎn)高和熱不穩(wěn)定的化合物，對于腐蝕性能和反應(yīng)性能較強(qiáng)的物質(zhì)更難于分析。大約有15%-20%的有機(jī)物能用氣相色譜法進(jìn)行分析。

? 氣相色譜儀的組成

(1)氣路系統(tǒng)

包括氣源、凈化器和載氣流速控制。常用的載氣有氫氣、氮?dú)狻⒑狻?/span>

(2)進(jìn)樣系統(tǒng)

包括進(jìn)樣裝置和氣化室。

a.氣體進(jìn)樣器(六通閥)

試樣首先充滿定量管，切入后，載氣攜帶定量管中的試樣氣體進(jìn)入分離柱；

b.液體進(jìn)樣器

不同規(guī)格的微量注射器，填充柱色譜常用10μL；毛細(xì)管色譜常用1μL；

c.新型儀器帶有全自動液體進(jìn)樣器，清洗、潤沖、取樣、進(jìn)樣、換樣等過程自動完成，一次可放置數(shù)十個試樣。

d.進(jìn)樣方式

①分流進(jìn)樣

樣品在汽化室內(nèi)氣化，蒸氣大部分經(jīng)分流管道放空，只有極小一部分被載氣導(dǎo)入色譜柱；

②不分流進(jìn)樣

樣品直接注入色譜的汽化室，經(jīng)過揮發(fā)后全部引入色譜柱。

(3)分離系統(tǒng)

a.色譜柱

填充柱(2-6mm直徑，1-5m長)，毛細(xì)管柱(0.1-0.5mm直徑，幾十米長)；

b.溫控系統(tǒng)的作用

溫度是色譜分離條件的重要選擇參數(shù)，氣化室、色譜柱恒溫箱、檢測器三部分在色譜儀操作時均需控制溫度。氣化室保證液體試樣瞬間氣化；檢測器保證被分離后的組分通過時不在此冷凝；色譜柱恒溫箱準(zhǔn)確控制分離需要的溫度。

(4)檢測系統(tǒng)

將色譜分離后的各組分的量轉(zhuǎn)變成可測量的電信號；指標(biāo)：靈敏度、線性范圍、響應(yīng)速度、結(jié)構(gòu)、通用性。

a.通用型

對所有物質(zhì)均有響應(yīng)；

b.專屬型

對特定物質(zhì)有高靈敏響應(yīng)。

①濃度型檢測器

熱導(dǎo)檢測器：結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性好；對無機(jī)物和有機(jī)物都有響應(yīng)，不破壞樣品；靈敏度不高。

電子捕獲檢測器：對鹵素、硫、磷、氮、氧有很強(qiáng)的響應(yīng)；靈敏度高，可用于痕量農(nóng)藥殘留物的分析;線性范圍較窄。

②質(zhì)量型檢測器

氫火焰離子化檢測器：典型的質(zhì)量型檢測器；通用型檢測器(測含C有機(jī)物)；氫焰檢測器具有結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、靈敏度高、響應(yīng)迅速、死體積小、線性范圍寬等特點(diǎn)；比熱導(dǎo)檢測器的靈敏度高出近3個數(shù)量級，檢測下限可達(dá)10-12g?g-1。缺點(diǎn)是對載氣要求高，檢測時要破壞樣品，無法回收樣品，不能檢測永久性氣體、水及四氯化碳等。

火焰光度檢測器：一種對含硫、磷化合物具有高選擇性的檢測器。含硫、磷化合物在富氫火焰中燃燒被打成有機(jī)碎片，發(fā)出不同波長的特征光譜。

(5)溫控系統(tǒng)

用于控制和測量色譜柱、檢測器、氣化室的溫度，對保證色譜過程的正確運(yùn)行至關(guān)重要。溫度控制是否準(zhǔn)確和升、降溫速度是否快速是市售色譜儀器的最重要指標(biāo)之一。溫控方式有恒溫和程序升溫。柱溫是影響分離的最重要的因素，其變化應(yīng)小±0.1℃。選擇柱溫主要是考慮樣品待測物沸點(diǎn)和對分離的要求。柱溫通常要等于或略高于樣品的平均沸點(diǎn)(分析時間20-30min)；對寬沸程的樣品，應(yīng)使用程序升溫方法。

(6)記錄系統(tǒng)

用于記錄檢測到的信號，指從色譜柱流出的組分，經(jīng)過檢測器把濃度(或質(zhì)量)信號轉(zhuǎn)化為電信號，并經(jīng)放大器放大后由記錄儀顯示和記錄分析結(jié)果的裝置，它由檢測器、放大器和記錄儀三部分構(gòu)成。

? 固定相

(1)固體固定相

固體吸附劑；常用的有活性炭、硅膠、氧化鋁和分子篩。優(yōu)點(diǎn)是吸附容量大、熱穩(wěn)定性好、價格便宜；缺點(diǎn)是柱效低、吸附活性中心易中毒，使用前要進(jìn)行活化。主要用于惰性氣體、H2、O2、N2、CO、CO2和CH4等一般氣體和低沸點(diǎn)物質(zhì)。

(2)液體固定相

由載體和固定液組成；在使用溫度下是液體，具有較低的揮發(fā)性和良好的熱穩(wěn)定性；對要分離的各組分應(yīng)具有合適的分配系數(shù)，化學(xué)穩(wěn)定性好，不與樣品組分、載氣、載體發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)。

a.非極性固定液

主要是一些飽和烷烴和甲基硅油，它們與待測物質(zhì)分子之間的作用力以色散力為主。組分按沸點(diǎn)由低到高順序流出，若樣品中兼有極性和非極性組分，則同沸點(diǎn)的極性組分先出峰。常用的固定液有角鯊?fù)?異三十烷)、阿皮松等。適用于非極性和弱極性化合物的分析。

b.中等極性固定液

由較大的烷基和少量的極性基團(tuán)或可以誘導(dǎo)極化的基團(tuán)組成，它們與待測物質(zhì)分子間的作用力以色散力和誘導(dǎo)力為主，組分基本上按沸點(diǎn)順序出峰，同沸點(diǎn)的非極性組分先出峰。常用的固定液有鄰苯二甲酸二壬酯、聚酯等，適用于弱極性和中等極性化合物的分析。

c.強(qiáng)極性固定液

含有較強(qiáng)的極性基團(tuán)，它們與待測物質(zhì)分子間作用力以靜電力和誘導(dǎo)力為主，組分按極性由小到大的順序出峰。常用的固定液有氧二丙腈等，適用于極性化合物的分析。

d.氫鍵型固定液

是強(qiáng)極性固定液中特殊的一類，與待測物質(zhì)分子間作用力以氫鍵力為主，組分依形成氫鍵的難易程度出峰，不易形成氫鍵的組分先出峰。常用的固定液有聚乙二醇、三乙醇胺等，適用于分析含F(xiàn)、N、O等的化合物。

e.固定液的選擇

①按極性相似原則選擇：極性相似，溶解度大，分配系數(shù)大，保留時間長；

②按官能團(tuán)相似選擇：酯類--酯或聚酯類固定液；醇類--聚乙二醇固定液；

③按主要差別選擇：各組分間沸點(diǎn)是主要差別--非極性固定液；極性為主要差別--極性固定液；

④選擇混合固定液：對于難分離的復(fù)雜樣品，可選用兩種或兩種以上固定液。

(3)聚合物固定相

既可作為固體固定相，也可作為載體，又稱高分子多孔微球。物質(zhì)在其表面既存在吸附作用，又存在溶解作用。

a.具有較大的比表面積，表面孔徑均勻；

b.對非極性及極性物質(zhì)無有害的吸附活性，拖尾現(xiàn)象小，極性組分也能出對稱峰；

c.由于不存在液膜，無流失現(xiàn)象，熱穩(wěn)定性好；

d.機(jī)械強(qiáng)度和耐腐蝕性較好，系均勻球形，在填充柱色譜中均勻性、重現(xiàn)性好，有助于減少渦流擴(kuò)散。

? 載氣種類的選擇

檢測器的適應(yīng)性，載氣流速的大小。

? 柱溫的選擇

(1)首先應(yīng)使柱溫控制在固定液的最高使用溫度(超過該溫度固定液易流失)和最低使用溫度(低于此溫度固定液以固體形式存在)范圍之內(nèi)；

(2)提高柱溫，可以改善傳質(zhì)阻力，有利于提高柱效，縮短分析時間，但降低了容量因子和選擇性，不利于分離。一般的原則是在使最難分離的組分盡可能分離的前提下，盡量采用較低的柱溫，但以保留時間適宜，峰形不拖尾為度；

(3)柱溫一般選擇在接近或略低于組分平均沸點(diǎn)時的溫度；

(4)組分復(fù)雜，沸程寬的試樣，采用程序升溫。

? 載體和固定液含量的選擇

配比：固定液在載體上的涂漬量，一般指的是固定液與擔(dān)體的百分比，填充柱的配比通常在5%-25%之間。配比越低，擔(dān)體上形成的液膜越薄，傳質(zhì)阻力越小，柱效越高，分析速度也越快。配比較低時，固定相的負(fù)載量低，允許的進(jìn)樣量較小。分析工作中通常傾向于使用較低的配比。

? 進(jìn)樣條件的選擇

進(jìn)樣量應(yīng)控制在柱容量允許范圍及檢測器線性檢測范圍之內(nèi)。進(jìn)樣要求動作快、時間短;氣化室一般較柱溫高30-70°C。

? 提高色譜分離能力的途徑

(1)塔板理論

增加柱長，減小柱徑，即增加柱子塔板；

(2)速率理論

減小組分在柱中的渦流擴(kuò)散和傳質(zhì)阻力，可降低塔板高度。

? 毛細(xì)管色譜柱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

(1)不裝填料阻力小，長度可達(dá)百米的毛細(xì)管柱，管徑0.2mm；

(2)氣流單途徑通過柱子，消除了組分在柱中的渦流擴(kuò)散；

(3)固定液直接涂在管壁上，總柱內(nèi)壁面積較大,涂層很薄，則氣相和液相傳質(zhì)阻力大大降低；

(4)毛細(xì)管色譜柱柱效高達(dá)每米3000-4000塊理論塔板，一支長度100米的毛細(xì)管柱，總的理論塔板數(shù)可達(dá)104-106。

? 毛細(xì)管色譜的優(yōu)點(diǎn)

(1)分離效率高：比填充柱高10-100倍；

(2)分析速度快：用毛細(xì)管色譜分析比用填充柱色譜速度；

(3)色譜峰窄、峰形對稱。較多采用程序升溫方式；

(4)靈敏度高，一般采用氫焰檢測器；

(5)渦流擴(kuò)散為零。

? 毛細(xì)管色譜柱的類型

(1)涂壁毛細(xì)管柱

將固定液直接涂敷在管內(nèi)壁上。柱制作相對簡單，但柱制備的重現(xiàn)性差、壽命短。

(2)多孔層毛細(xì)管柱

在管壁上涂敷一層多孔性吸附劑固體微粒。構(gòu)成毛細(xì)管氣固色譜。

(3)載體涂漬毛細(xì)管柱

將非常細(xì)的擔(dān)體微粒粘接在管壁上，再涂固定液。柱效較涂壁毛細(xì)管柱高。

(4)化學(xué)鍵合或交聯(lián)毛細(xì)管柱

將固定液通過化學(xué)反應(yīng)鍵合在管壁上或交聯(lián)在一起。使柱效和柱壽命進(jìn)一步提高。