氣相色譜儀技術與應用

蘇靜

摘要：主要對氣相色譜儀的分析檢測原理做了介紹，并介紹了傳統的氣相色譜儀載氣系統、進樣系統、分離系統、檢測系統以及記錄系統五個部分。隨著科技的進步與發展，人們在氣相色譜儀的基礎上發明了便攜式氣相色譜儀，在石油化工等發面有更加方便快捷的應用;利用毛細管柱氣相色譜法對苯系物進行了監測。

關鍵詞：氣相色譜儀;便攜式;技術與應用

中圖分類號：C35文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）06-0118-04

氣相色譜儀憑借其強大的分離能力成為了現代分析領域中重要的應用儀器。氣相色譜儀從1952年問世以來，經過不斷地改進和完善，如今其準確性和效率方面達到了很高水平。氣相色譜儀結構簡單，反應靈敏，對常見的氣體適應性很高，逐漸實現了進樣、分離、分析全程自動化;在化工分析、石油石化分析、環境監測及應急監測方面有廣泛應用。

1氣相色譜儀的技術原理介紹

氣相色譜儀主要是基于樣品氣化后，各組分在色譜柱中流動相和固定相的分配系數的不同，從而對樣品中各組分進行分離。樣品各組分在流動相和固定相中進行吸附、脫附、放出一系列的多次分配，根據固定相對各組分的吸附能力不同，使各組分以不同的速度被分離出來，先后進入檢測系統;檢測系統根據樣品各組分不同的性質進行檢測，記錄系統會顯示出各組分的色譜峰，從而對樣品各組分進行定量分析。

1.1氣相色譜儀的結構、原理、使用方法

如今在實驗室以及企業單位廣泛應用的氣相色譜法是依靠氣相色譜儀完成分離檢測的。氣相色譜儀一般由載氣系統、進樣系統、分離系統、檢測系統以及記錄系統五個部分組成。

1.1.1載氣系統

氣相色譜儀的載氣系統是由載氣和部分檢測器組成的，目的是對氣體的流速進行一定的控制并對氣源氣體進行凈化。在選擇載氣的過程中，要注意嚴格控制載氣的流速，并要充分適應不同的檢測器。

1.1.2進樣系統

氣相色譜儀的進樣系統主要由氣化室和進樣器兩部分組成，將不同狀態的樣品（氣態、液態、固態）進行氣化，使不同的樣品精確的轉移到分離系統中。進樣系統的進樣口一般有兩種類型：填充柱進樣口和毛細柱進樣口，填充柱進樣口適用于不需要對氣體進行高效分析的樣品，而毛細柱進樣口更適用于液體樣品，經過改進后開發了五分流進樣，樣品進入時，關閉分流閘，樣品氣化且進入分離系統時，打開分流閘對氣化室進行清洗，提高了氣相色譜儀的靈敏度。

1.1.3分離系統

分離系統是氣相色譜儀的核心，主要由色譜柱組成，在分離過程中色譜柱的選擇尤為重要。在色譜分析過程中，可以選擇的色譜柱主要有氣液填充柱、毛細管柱、填充毛細管柱等。色譜柱在分離過程中，柱溫的選擇是重要的條件之一。柱溫根據樣品與固體吸收液作為的固定相所允許的溫度來選擇。如果待分離樣品組分沸點相差較大，可通過逐漸升溫完成分離。

1.1.4檢測系統

氣相色譜儀的檢測系統起到將分離后不同濃度不同成分的樣品轉化為電信號輸送到記錄系統中。常見的檢測器有熱導池檢測器、氫火焰離子化檢測器、電子俘獲檢測器等。熱導池檢測器屬于濃度型檢測器，根據樣品的成分以及氣源的熱導率不同進行信號轉換。熱導池檢測器靈敏度較低，但是其結構簡單，定量較為準確，適用性較強且耐用。氫火焰離子化檢測器是以氫火焰做電離源，通過對有機物進行電離產生微電流的一種檢測器，具有高靈敏度、對有機物響應度高的特點，通常可以與毛細管柱直接相連，便捷簡單。電子俘獲檢測器是一種只對電負物質產生選擇性響應的檢測器，具有選擇性高、靈敏度好的特點。通過電負組分在檢測器內俘獲池內電子，在電場作用下使基流下降獲得響應信號。

1.1.5記錄系統

氣相色譜儀的記錄系統通過檢測系統轉化的電信號通過自動電子電位差計來記錄色譜峰型，通過計算算出峰高以及峰面積，對進樣樣品進行分離與檢測。氣相色譜儀與計算機技術的結合，完成了從進樣、分離、測量、運算、打印的全自動化。

氣相色譜儀在使用過程中應該注意周圍環境，在5-35℃的溫度范圍內、20%-85%的濕度范圍氣相色譜儀會保證一個準確穩定的測量結果。如果在一個溫度過低或過高、過于潮濕的環境中會降低氣相色譜儀檢驗系統的敏感度。另外也要保證氣相色譜儀氣源的純度達到99.99%，氣源的純度不夠會導致檢測系統檢測器的基線不穩;若氣源的純度過低，不小心進入微量氧時，將會對毛細管壽命造成一定影響。

1.2便攜式氣相色譜儀

氣相色譜儀技術在檢測、分析方面有廣泛、準確的應用，但是由于其體積較大，只能將待測樣品采集后運輸回實驗室進行分析。隨著科學技術的發展，對于實時在線分析檢測的需求更為強烈，人們設計出了便攜式氣相色譜儀。便攜式氣相色譜儀與傳統的氣相色譜儀組成相似，由進樣系統、分離系統、檢測系統三個部分組成，實現了方便攜帶、現場實時檢測、自動化等一體化的需求。

1.2.1GC-1000便攜式氣相色譜儀

GC-1000便攜式氣相色譜儀是以空氣作為載體，催化氧化熱阻性檢測器、擁有雙進樣口、可以同時搭配兩根色譜柱的檢測分離儀器。GC-1000便攜式氣相色譜儀具有較高的靈敏度，對于無機氣體成分以及有機氣體成分都可以檢測，對于10-10g的微量氣體也可以進行檢測;其體積較小，便于攜帶，對于石油石化工廠排氣分析、對于工藝狀況的實時監測都可以起到良好的效果，自動化且無需人值守給科學進步發展帶來了便利。GC-1000便攜式色譜儀的亮點在于僅僅是易得的空氣就可以作為載氣，克服了傳統的只能由純氣體作為載氣的繁瑣、危險的弊端。

1.2.2Voyager便攜式氣相色譜儀

Voyager便攜式氣相色譜儀是一種可以直接進樣，擁有光離子化檢測器和電子捕獲檢測器兩個檢測器、可以在色譜柱和檢測器之間自由切換的一種分析、檢測儀器。其體積小、重量輕，僅有0.68kg。Voyager便攜式氣相色譜儀在檢驗過程中，樣品不需要富集，可以直接進入色譜柱內進行檢測，分析速度快，大大提高了工作效率。

1.2.3Alpha mos便攜式氣相色譜儀

Alpha mos便攜式氣相色譜儀是一種有雙光離子化檢測器、極性非極性雙柱的檢測儀器，每進一次樣品，分配兩個色譜圖。Alpha mos便攜式氣相色譜儀更適合車載使用，對液態樣品進行檢測。該儀器的亮點在于儀器出廠時自帶常見污染物質的定性分析以及標準曲線，省去了對標準物質對色譜的定性過程，更適用于應急監測。

2氣相色譜儀的應用

在化工生產中經常產生一些焦爐煤氣，張衛宏使用Ag-ilent 6820型氣相色譜儀對焦爐煤氣進行了檢測，焦爐煤氣中更成分性質不同，選取了GDX-502和了DX-01兩種色譜柱以干燥空氣作為載氣，進樣口溫度控制在110℃，檢測器和柱溫分別控制在80℃和60℃為最佳的色譜條件。色譜柱作為氣相色譜儀的核心，色譜柱在選擇過程中要保持柱長和時間的平衡，增加柱長可以保證更好的分離度，但是卻延長了分析時間，實驗選用的是2～3m的色譜柱。實驗過程中要保證柱溫的穩定，這樣基線也是穩定的，測試結果更加準確。檢測器在選用時要保證從色譜柱流出的組分不會被冷凝。經過多次平行實驗，成功的檢測出焦爐煤氣的組分。

液化石油氣作為一種烴類混合物，組分中如果重烴組分過多，會導致烴類燃燒不充分，留有殘夜在鋼瓶中難以氣化或者揮發，存在爆炸、燃燒等潛在危險因素。丁小萃利用氣相色譜儀對液化石油氣成分進行了分析，以氫氣作為載氣，使用熱導池檢測器，利用面積歸一化法求出組分的峰面積，對液化石油氣成分進行了分析檢測。

苯系物作為石油的主要成分在海洋運輸的過程中，很大可能會對海洋造成一定的污染。孫浩”便攜式氣相色譜儀對海水中苯系物的代表物甲苯進行了檢測。自制的便攜式氣相色譜儀的檢測器選用的是氫火焰離子化檢測器，檢測過程中，利用膜萃取的方法對海水進行了富集濃縮，大大提高了氣相色譜儀測試的敏感度。

對于揮發性有機物VOCS污染源監測時，傳統的采樣法是將樣品帶回實驗室進行分析，在運輸過程中會導致氣體泄漏從而造成實驗結果不準確。而便攜式氣相色譜儀的出現大大提高了對VOCS檢測的準確性。吳迓名”等利用便攜式氣相色譜儀在現場對VOCS氣體進行了檢測，成功克服了樣品泄露以及氣體吸附在瓶體的問題，檢測結果滿足VOCS檢測的標準。

3氣相色譜儀對苯系物的測定

在中國水環境優先控制的污染物名單中，有六種苯系物，包括苯、甲苯、二甲苯、乙苯、苯乙烯等。在國內工業污染源的普查中，苯系物作為生產原料占據工業領域的80%，而苯系物是屬于三致作用的污染物，對環境造成的危害不容小覷。本文利用毛細管柱氣相色譜法對苯系物進行了監測。

3.1儀器和主要試劑

儀器：氣相色譜儀;色譜柱：毛細管柱（30m×320um×0.25um）

載氣：純度為99.99%的氮氣

標準溶液：苯系物的混合溶液（1.0mg/mL）

3.2色譜條件

氣化室溫度：200℃，檢測器溫度：220℃，程序升溫50℃，保留5min，以10～/min升到120℃，保留10min。

載氣流速：3mL/min;尾吹：50mL/min。

3.3測定步驟

標準溶液的配制：配制含有苯、甲苯、乙苯、鄰二甲苯、間二甲苯、對二甲苯各lmL的混合溶液，濃度為1000mg/L，置于純化過的二氧化碳的容量瓶中，配制成10um/mL的儲備液。分別配制Oug/mL、0.5ug/mL、1ug/mL、1.5ug/mL、2.0ug/mL、2.5um/mL的標準溶液。取標準溶液在毛細管柱色譜條件下進行進樣，通過峰高制定標準曲線。

3.4毛細管柱色譜法測定苯系物的分離度

表1為通過氣相色譜儀測定的苯系物的分離度。

3.5毛細管柱色譜法測定苯系物準確性

最小可檢峰高以噪聲峰高的2倍為標準，毛細管柱色譜法的最低檢出限（mg/L）：苯0.033、甲苯0.030、鄰二甲苯0.042、間二甲苯0.028、對二甲苯0.032。通過校準曲線以及苯系物混合標樣結果可以說明氣相色譜儀的精密度與靈敏度。毛細管柱色譜法苯系物的校準曲線見表2.毛細管柱色譜法苯系物混合標樣結果見表3.

4結語

氣相色譜法隨著科技的進步及發展，已經逐漸走向成熟，成為世界上常見的被廣泛應用的分析檢測技術之一，而且在石油化工方向發揮著不可替代的作用。近年來，便攜式氣相色譜儀逐漸使分析檢測更為精確，方便快捷;國外的便攜式氣相色譜儀制造以逐漸成型，而國內的儀器發展仍有差距;逐漸完善我國便攜式氣相色譜儀技術會進一步推動我國的經濟發展。