气相色谱法的应用.doc

气相色谱法的原理及应用
摘要：色谱法利用不同物质在不同相态的选择性分配，以固定相对流动相中的混合物进行洗脱，混合物中不同的物质会以不同的速度沿固定相移动，最终达到分离的效果。气相色谱法是指用气体作为流动相的色谱法。由于样品在气相中传递速度快，因此样品组分在流动相和固定相之间可以瞬间地达到平衡。另外加上可选作固定相的物质很多，因此气相色谱法是一个分析速度快和分离效率高的分离分析方法。近年来采用高灵敏选择性检测器，使得它又具有分析灵敏度高、应用范围广等特点。它在分析方面的应用领域已经涉及食品行业的农药残留分析，香精香料分析、添加剂分析等。
关键词：气象色谱法 原理 应用
引言：气相色谱是二十世纪五十年代出现的一项重大科学技术成就。这是一种新的分离、分析技术，它在工业、农业、国防、建设、科学研究中都得到了广泛应用。气相色谱可分为气固色谱和气液色谱。气固色谱的“气”指流动相是气体，“固”指固定相是固体物质。例如活性炭、硅胶等。气液色谱的“气”字指流动相是气体，“液”指固定相是液体。例如在惰性材料硅藻土涂上一层角鲨烷，可以分离、测定纯乙烯中的微量甲烷、乙炔、丙烯、丙烷等杂质。
一、气相色谱的发展
气相色谱的发展与下面两个方面的发展是密不可分的。一是气相色谱分离技术的发展，二是其他学科和技术的发展。1952年James和Martin提出气液相色谱法，同时也发明了第一个气相色谱检测器。这是一个接在填充柱出口的滴定装置，用来检测脂肪酸的分离。用滴定溶液体积对时间做图，得到积分色谱图。以后，他们又发明了气体密度天平。1954年Ray提出热导计，开创了现代气相色谱检测器的时代。此后至1957年，是填充柱、TCD年代。1958年Gloay首次提出毛细管，同年，Mcwillian和Harley同时发明了FID，Lovelock发明了氩电离检测器（AID）使检测方法的灵敏度提高了2～3个数量级。20世纪60和70年代，由于气相色谱技术的发展，柱效大为提高，环境科学等学科的发展，提出了痕量分析的要求，又陆续出现了一些高灵敏度、高选择性的检测器。如1960年Lovelock提出电子俘获检测器（ECD）；1966年Brody等发明了FPD；1974年Kolb和Bischoff提出了电加热的NPD；1976年美国HNU公司推出了实用的窗式光电离检测器（PID）等。同时，由于电子技术的发展，原有的检测器在结构和电路上又作了重大的改进。如TCD出现了衡电流、横热丝温度及衡热丝温度检测电路；ECD出现衡频率变电流、衡电流脉冲调制检测电路等，从而使性能又有所提高。20世纪80年代，由于弹性石英毛细管柱的快速广泛应用，对检测器提出了体积小、响应快、灵敏度高、选择性好的要求，特别是计算机和软件的发展，使TCD、FID、ECD、和NPD的灵敏度和稳定性均有很大提高，TCD和ECD的池体积大大缩小。
进入20世纪90年代，由于电子技术、计算机和软件的飞速发展使MSD生产成本和复杂性下降，以及稳定性和耐用性增加，从而成为最通用的气相色谱检测器之一。其间出现了非放射性的脉冲放电电子俘获检测器（PDECD）、脉冲放电氦电离检测器（PDHID）和脉冲放电光电离检测器（PDECD）以及集次三者为一体的脉冲放电检测器（PDD），4年后，美国Varian公司推出了商品仪器，它比通常FPD灵敏度高100倍。另外，快速GC和全二维GC等快速分离技术的迅猛发展，促使快速GC检测方法逐渐成熟。
二、气相色谱的原理
GC主要是利用物质的沸点、极性及吸附性质的差异来实现混合物的分离。待分析样品在汽化室汽化后被惰性气体（即载气，也叫流动相）带入色谱柱，柱内含有液体或固体固定相，由于样品中各组分的沸点、极性或吸附性能不同，每种组分都倾向于在流动相和固定相之间形成分配或吸附平衡。但由于载气是流动的，这种平衡实际上很难建立起来。也正是由于载气的流动，使样品组分在运动中进行反复多次的分配或吸附/解吸附，结果是在载气中浓度大的组分先流出色谱柱，而在固定相中分配浓度大的组分后流出。当组分流出色谱柱后，立即进入检测器。检测器能够将样品组分的与否转变为电信号，而电信号的大小与被测组分的量或浓度成正比。当将这些信号放大并记录下来时，就是气相色谱图了。气相色谱仪由以下五大系统组成：气路系统、进样系统、分离系统、温控系统、检测记录系统。组分能否分开，关键在于色谱柱；分离后组分能否鉴定出来则在于检测器，所以分离系统和检测系统是仪器的核心。
三．气象色谱的应用
1. 气象色谱在药物分析中的应用
气相色谱在药物分析中的应用主要体现在顶空气相色谱法、气质联用技术、气相一红外联用技术、全二维气相色谱等技术在药物分析中的应用。
2. 气相色谱法在食品中的应用分析
现在在市场中存在着很多不安全的食品，由于其所含的成分或者是添加剂具有一定的危险性，尤其是随着油炸食品或者是烧烤食品中，淀粉类食品在一定的温度上非常容易产生丙烯酰胺。这是一类具有致癌的物质，属于一种有毒的物质，人类可以通过多种途径接触到这一物质，以消化道最快。经过流通，其可以进入到胎盘中或者是婴幼儿的体内，经过反应后，其更容易与DNA结合，导致基因突变，致癌，影响人的健康。因此，有必要在进行食物的选择中提高警惕性，
气象色谱分析恰好提供了相对成本较低而且效果很好的方法。以炸土豆片中丙烯酰胺的分析来看，Elite—wax ETR毛细柱显示出对分析复杂基体，像食品类中的丙烯酰胺有出色的选择性，提高了食品的安全性。气象色谱在食品方面的应用表现在一：提高食品的筛选速度;二：分析水中是否含有卤化物;三：增强食品的安全检验水准;四:分析食品中的农药残留;五:对食品中的防腐剂含量进行测定。
3.气相色谱仪在农业生产中的应用
在农业生产中常用气相色谱仪检测蔬菜中有机磷、有机氯、菊酯类及氨基甲酸酯类等农残。在检测时要注意的一些技术要点包括有采样、制样以及上机检测等。在前处理操作中,必须要注意以下几点:取样时,不能只取单株样品,应取混合样,打碎所有样品后用四分法,各取对角两部分样品，混匀后称样。前处理过程中需要使用多种实验器具,必须要保正这些器具的清洁,如玻璃器皿必须经溶剂浸泡清洗风干后才能使用,而且是一次使用,不能混用,这样才能确保实验器具不被污染。前处理过程中需要使用多种化学试剂,如丙酮、正已烷等,最好使用农残级化学试剂。提取和盐析的时间要按照标准进行,时间太短溶液扩散不充分, 容易引起水溶性农药如甲胺磷等损失过大,影响回收率浓缩时水浴锅的温度不能过高,氮吹不能过快,不能将样品吹干,应在近干时取出自然晾干,否则对甲拌磷等蒸气压高、沸点低、易分解的农药回收率影响大。样品净化时,活化、上样及洗脱过程必须确保小柱的吸附剂处于溶剂中,不能让吸附干涸,也不能净化过快,造成净化不彻底,从而影响回收率,应以液滴连续下滴但不成线为宜;洗脱完成后可在小柱上方用洗耳球加正压,使其中目标物全部流出。

五、小结
气相色谱经过了半个多世纪的发展，已经成为世界上应用最广泛的分析技术之一。近几年气相色谱的发展主要集中在高性能毛细管气相色谱柱、全二维气相色谱、快速气相色谱、便携式气相色谱仪和微型仪几个方面。毛细管气相色谱柱的开发和研制主要由厂家进行，以开发高惰性低流失细内径柱为主。展望未来，气相色谱技术将主要朝着仪器小型化、简单化、精密化、高效化等方面发展，气相色谱的灵敏度、选择性、方便快捷性、自动化程度将会得到显著提高。此外，气相色谱仪和其他仪器的联用技术将会得到更加充分的发展。

参考文献
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