氣相色譜儀是實驗室中用于混合物分離與分析的重要儀器，憑借分離效能高、分析速度快等優勢，在化工、環保、食品等多個領域廣泛應用。本文將從基礎原理、儀器組成到關鍵術語及操作疑問，系統梳理氣相色譜儀的核心知識。

 

 

01氣相色譜原理

色譜法又稱層分析法，是一種物理分離技術。其分離原理是使混合物中的各組分在兩相間進行分配：一相是固定不動的，稱為固定相；另一相是推動混合物流過固定相的流體，稱為流動相。

當流動相攜帶混合物經過固定相時，各組分會與固定相發生相互作用。由于各組分在性質與結構上存在差異，相互作用的大小和強弱也不同。因此，在同一推動力作用下，不同組分在固定相中的滯留時間有長有短，從而按先后順序從固定相中流出。這種借助兩相分配原理使混合物中各組分分離的技術，稱為色譜分離技術或色譜法。若以氣體為流動相，則稱為氣相色譜。

色譜法具有分離效能高、分析速度快、樣品用量少、靈敏度高、適用范圍廣等優點，是許多化學分析法難以比擬的。

 

02氣相色譜儀工作原理

利用試樣中各組分在氣相和固定液液相間的分配系數不同，當汽化后的試樣被載氣帶入色譜柱中運行時，組分就在兩相間進行反復多次分配。

由于固定相對各組分的吸附或溶解能力不同，各組分在色譜柱中的運行速度存在差異。經過一定的柱長后，組分彼此分離，按順序離開色譜柱進入檢測器，產生的離子流信號經放大后，在記錄器上描繪出各組分的色譜峰。

 

03氣相色譜儀的組成部分

載氣系統：包括氣源、氣體凈化、氣體流速控制和測量裝置。

進樣系統：包括進樣器、汽化室（將液體樣品瞬間汽化為蒸氣）。

色譜柱和柱溫：包括恒溫控制裝置（將多組分樣品分離為單個組分）。

檢測系統：包括檢測器及控溫裝置。

記錄系統：包括放大器、記錄儀，或數據處理裝置、工作站。

 

04什么叫保留時間？

從進樣開始至每個組分流出曲線達極大值所需的時間，可作為色譜峰位置的標志，此時間稱為保留時間，用t表示。

 

05

什么是色譜圖？

進樣后，色譜柱流出物通過檢測器系統時，所產生的響應信號隨時間或載氣流出體積變化的曲線圖，稱為色譜圖。

 

06

什么是色譜峰？峰面積？

色譜柱流出組分通過檢測器系統時所產生的響應信號的微分曲線，稱為色譜峰。

從出峰到峰回到基線所包圍的面積，稱為峰面積。

 

07

怎樣測定載氣流速？

高檔色譜儀通常安裝有自動測試裝置；若無自動測試裝置，可用皂膜流量計測量：將皂膜流量計連接在檢測器出口（也可將色譜柱與檢測器斷開，把皂膜流量計接在色譜柱一端），測試每分鐘的流速。

測完后，色譜升溫時壓力表指示會升高，原因是溫度升高使色譜柱對氣體的阻力增加，此時不要把壓力調下來，當色譜溫度升高后，穩流指示不會改變。載氣流速需在室溫下測試。

 

08

怎樣控制載氣流速？

載氣流速的控制主要靠氣路上高壓鋼瓶上的減壓閥減壓，然后經儀器的穩壓閥穩壓，再經穩流閥控制，以達到載氣流量穩定。減壓閥給出的壓力要高出穩壓后的壓力。非程序升溫色譜一般沒有穩流閥，僅靠穩壓閥控制流速。

 

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氣相色譜分析怎樣測其線速度？

一般測定線速度實際上是測定色譜柱的死時間；

以甲烷作為不滯留物，測定甲烷的保留時間（TCD檢測器以空氣峰計算）；

用色譜柱的長度除以甲烷的保留時間，得到色譜柱的平均線速度。

 

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氣相色譜分析中如何選擇

載氣流速的最佳操作條件？

在色譜分析中，選擇最佳載氣流速可獲得塔板高度的最小值。根據速率理論關于峰形擴張的公式，可求出最佳流速值。通常色譜柱內徑為4mm時，可用流速為30ml/min。

 

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氣相色譜分析中如何選擇

載氣的最佳操作條件？

載氣的性質對柱效和分析時間有影響；

用相對分子質量小的載氣時，最佳流速和最小塔板高度都比用相對分子質量大的載氣更優越；

用輕載氣有利于提高分析速度，但柱效較低；

低速時，最好用重載氣，既能提高柱效又能減小噪聲；

另外，選擇載氣還需從檢測器的靈敏度考慮。

 

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氣相色譜分析中如何選擇

氣化室溫度的最佳操作條件？

氣化室溫度以能使樣品瞬間氣化而不造成樣品分解為最佳；

一般規律是氣化室溫度高于樣品的沸點溫度，且保持氣化溫度恒定，即可用峰高定量。

 

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色譜分析中，氣、液、固樣品

各用什么進樣器進樣？

氣體樣品進樣：用注射器進樣；或用氣體定量管進樣，常用六通閥。

液體樣品進樣：用微量注射器。

固體樣品進樣：將固體樣品溶解后用微量注射器進樣，或采用頂空進樣法。

 

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如何判斷你的pH計是否準確？

一般采用柱溫為被分析物的平均沸點左右或稍低一點；

柱溫不能高于固定液最高使用溫度，且需低于樣品分解溫度；

特殊情況下，柱溫也可以遠低于樣品沸點（例如環己酮中環己基過氧化氫的色譜分析中，環己酮沸點160多度，用55℃柱溫時，峰型和出峰速度都很好）。

 

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在氣相色譜分析中如何選擇

柱形、柱徑和柱長的最佳操作條件？

縮小柱子的直徑對提高柱效率、改善分離度有利，但直徑太小會對分析速度產生不利影響；

柱子直徑與柱曲率半徑相差越大越好；

一般填充柱柱長多用兩米左右，毛細管柱則為十幾米至幾十米左右。

 

16熱導檢測器使用時應注意什么？

溫度：熱導池溫度應高于或接近柱溫，防止樣品冷凝；

熱絲：為避免熱絲氧化，需先通載氣，再通橋流；關閉時要先關橋流，再關載氣。

 

17載氣熱導池的基本結構有幾種？

熱導池檢測器由不銹鋼制成的池體、池槽和熱敏元件組成；

基本結構有三種：直通型、擴散型、半擴散型。

 

18熱導池檢測器溫度如何控制？

熱導池檢測器溫度要求高于柱溫，防止分離物質冷凝污染；

更重要的是，控溫精度需控制在±0.05℃以內。

 

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簡述氣相色譜檢測器的性能指標？

1.靈敏度；2. 敏感度；3. 線性范圍；4. 穩定性。

 

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熱導檢測器（TCD）的基本原理？

熱導檢測器基于不同物質有不同的熱導系數；

未進樣時，兩池孔的鎢絲溫度和阻值變化相等；

進樣時，載氣經參比池，而載氣攜帶試樣組分流經測量池，由于組分與載氣組成的混合氣體的熱導系數與載氣不同；

因此測量池中的鎢絲溫度發生變化，使兩池孔中兩根鎢絲的阻值產生差異；

通過電橋測出這一差異，從而測定被測組分含量。

 

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氫火焰檢測器的注意事項是什么？

離子頭絕緣要好，外殼要接地；

氫火焰離子化檢測器使用溫度應大于100℃；

離子頭的噴嘴和收集極，在使用一定時間后應進行清洗。

 

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氫火焰離子檢測器（FID）的基本原理？

氫火焰檢測器根據色譜流出物中可燃性有機物在氫-氧火焰中發生電離的原理制成；

火焰附近存在由收集極和發射極之間形成的靜電場；

當被測組分燃燒生成離子，在電場作用下定向移動形成離子流，經微電流放大器放大后，由記錄儀記錄。

（目前氫火焰離子檢測器的基本原理有兩種說法：一種是在火焰作用下離子化，另一種是在電場作用下離子化。）

 

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火焰光度檢測器（FPD）的基本原理？

主要原理為：組分在富氫火焰中燃燒時，不同程度地變為碎片或分子；

由于外層電子互相碰撞而被激發，當電子由激發態返回低能態或基態時，發射出特征波長的光譜，這種特征光譜通過選擇濾光片后被測量。

 

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電子捕獲器檢測器（ECD）的基本原理？

主要原理為：檢測室內的放射源放出β射線（初級電子），與通過檢測室的載氣碰撞產生次級電子和正離子，在電場作用下，分別向與自身極性相反的電極運動，形成基流；

當具有負電性的組分（即能捕獲電子的組分）進入檢測室后，捕獲檢測室內的電子，變成負電荷的離子；由于電子被組分捕獲，檢測室基流減少，產生色譜峰信號。

 

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氮磷檢測器（NPD）的基本原理？

目前認為響應機理主要有氣相電離理論和表面電離理論，通常認為氣相電離理論能更好地解釋NPD工作原理；

氣相電離理論認為：氮、磷化合物先在氣相邊界層中熱化學分解，產生負電性的基團；該電負性基團與氣相的銣原子（Rb）發生化學電離反應，生成銣離子和負離子；負離子在收集極釋放出一個電子，并與氫離子反應，同時輸出組分信號。

 

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在氣固色譜中，常用的固定相有哪些？

活性炭；2. 氧化鋁；3. 硅膠；4. 分子篩；5. 高分子多孔小球。

色譜柱固定液選擇原則是什么？

相似相溶原則；

利用分子間特殊作用力原則；

利用混合固定液原則。

什么是固定相？

在色譜柱內不能移動且能起分離作用的物質，稱為固定相。

 

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色譜固定相分幾類？

一類為具有吸附性的多孔固體物質，稱為吸附劑；另一類是能起分離作用的液體物質，稱為固定液。

 

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常用的固體吸附固定相有哪些？

常用的固體吸附固定相有：吸附劑、高分子多孔小球、化學鍵合固定相。

 

29氣相色譜選擇固定液的要求是什么？

熱穩定性好，蒸汽壓低，在色譜溫度下呈液態；

試樣在固定液中有足夠的溶解能力；

選擇性高；

具有化學惰性。

 

30氣相色譜用載體應具備哪些特性？

應具有大的比表面積；

應具有化學惰性；

載體形狀規則；

要有較大的機械強度。

 

31怎樣老化色譜柱？

在室溫下，將柱子接真空泵的一端連接到色譜儀的氣化室上，另一端放空；

通載氣在室溫下吹0.5小時，使柱中空氣被吹干凈；

然后升溫，在高于使用溫度20-30℃的條件下保持12-24小時；

降至室溫，完成老化后，連接檢測器。