氣相色譜儀的工作原理

色譜儀利用色譜柱先將混合物分離，然后利用檢測器依次檢測已分離出來的組分。色譜柱的直徑為數毫米，其中填充有固體吸附劑或液體溶劑，所填充的吸附劑或溶劑稱為固定相。與固定相相對應的還有一個流動相。流動相是一種與樣品和固定相都不發生反應的氣體，一般為氮或氫氣。　待分析的樣品在色譜柱頂端注入流動相，流動相帶著樣品進入色譜柱，故流動相又稱為載氣。載氣在分析過程中是連續地以一定流速流過色譜柱的；而樣品則只是一次一次地注入，每注入一次得到一次分析結果。　樣品在色譜柱中得以分離是基于熱力學性質的差異。固定相與樣品中的各組分具有不同的親合力（對氣固色譜儀是吸附力不同，對氣液分配色譜儀是溶解度不同）。當載氣帶著樣品連續地通過色譜柱時，親合力大的組分在色譜柱中移動速度慢，因為親合力大意味著固定相拉住它的力量大。親合力小的則移動快。4根柱管實際上是一根，只是用來表示樣品中各組分在不同瞬間的狀態。樣品是由A、B、C3個組分組成的混合物。在載氣剛將它們帶入色譜柱時，三者是完全混合的，如狀態（Ⅰ）。經過一定時間，即載氣帶著它們在柱中走過一段距離后，三者開始分離，如狀態（Ⅱ）。再繼續前進，三者便分離開，如狀態（Ⅲ）和（Ⅳ）。固定相對它們的親合力是A>B>C，故移動速度是C>B>A。走在最前面的組分 C首先進入緊接在色譜柱后的檢測器，如狀態（Ⅳ），而后B和A也依次進入檢測器。檢測器對每個進入的組分都給出一個相應的信號。將從樣品注入載氣為計時起點，到各組分經分離后依次進入檢測器，檢測器給出對應于各組分的最大信號（常稱峰值）所經歷的時間稱為各組分的保留時間tr。實踐證明，在條件（包括載氣流速、固定相的材料和性質、色譜柱的長度和溫度等）一定時，不同組分的保留時間tr也是一定的。因此，反過來可以從保留時間推斷出該組分是何種物質。故保留時間就可以作為色譜儀器實現定性分析的依據。
檢測器對每個組分所給出的信號，在記錄儀上表現為一個個的峰，稱為色譜峰。色譜峰上的極大值是定性分析的依據，而色譜峰所包羅的面積則取決于對應組分的含量，故峰面積是定量分析的依據。一個混合物樣品注入后，由記錄儀記錄得到的曲線，稱為色譜圖。分析色譜圖就可以得到定性分析和定量分析結果。
圖中c為氣相色譜儀的結構。載氣由載氣鋼瓶提供，經過載氣流量調節閥穩流和轉子流量計檢測流量后到樣品氣化室。樣品氣化室有加熱線圈，以使液體樣品氣化。如果待分析樣品是氣體，氣化室便不必加熱。氣化室本身就是進樣室，樣品可以經它注射加入載氣。載氣從進樣口帶著注入的樣品進入色譜柱，經分離后依次進入檢測器而后放空。檢測器給出的信號經放大后由記錄儀記錄下樣品的色譜圖。
氣相色譜儀是一種多組份混合物的分離、分析工具，它是以氣體為流動相，采用沖洗法的柱色譜技術。當多組份的分析物質進入到色譜柱時，由于各組分在色譜柱中的氣相和固定液液相間的分配系數不同，因此各組份在色譜柱的運行速度也就不同，經過一定的柱長后，順序離開色譜柱進入檢測器，經檢測后轉換為電信號送至數據處理工作站，從而完成了對被測物質的定性定量分析。 1）熱導檢測器
熱導檢測器（TCD）屬于濃度型檢測器，即檢測器的響應值與組分在載氣中的濃度成正比。它的基本原理是基于不同物質具有不同的熱導系數，幾乎對所有的物質都有響應，是目前應用最廣泛的通用型檢測器。由于在檢測過程中樣品不被破壞，因此可用于制備和其他聯用鑒定技術。
2）氫火焰離子化檢測器
氫火焰離子化檢測器（FID）利用有機物在氫火焰的作用下化學電離而形成離子流，借測定離子流強度進行檢測。該檢測器靈敏度高、線性范圍寬、操作條件不苛刻、噪聲小、死體積小，是有機化合物檢測常用的檢測器。但是檢測時樣品被破壞，一般只能檢測那些在氫火焰中燃燒產生大量碳正離子的有機化合物。
3）電子捕獲檢測器
電子捕獲檢測器（ECD）是利用電負性物質捕獲電子的能力，通過測定電子流進行檢測的。ECD具有靈敏度高、選擇性好的特點。它是一種專屬型檢測器，是目前分析痕量電負性有機化合物最有效的檢測器，元素的電負性越強，檢測器靈敏度越高，對含鹵素、硫、氧、羰基、氨基等的化合物有很高的響應。電子捕獲檢測器已廣泛應用于有機氯和有機磷農藥殘留量、金屬配合物、金屬有機多鹵或多硫化合物等的分析測定。它可用氮氣或氬氣作載氣，最常用的是高純氮。
4）火焰光度檢測器
火焰光度檢測器（FPD）對含硫和含磷的化合物有比較高的靈敏度和選擇性。其檢測原理是，當含磷和含硫物質在富氫火焰中燃燒時，分別發射具有特征的光譜，透過干涉濾光片，用光電倍增管測量特征光的強度。
5）質譜檢測器
質譜檢測器（MSD）是一種質量型、通用型檢測器，其原理與質譜相同。它不僅能給出一般GC檢測器所能獲得的色譜圖（總離子流色譜圖或重建離子流色譜圖），而且能夠給出每個色譜峰所對應的質譜圖。通過計算機對標準譜庫的自動檢索，可提供化合物分析結構的信息，故是GC定性分析的有效工具。常被稱為色譜-質譜聯用（GC-MS）分析，是將色譜的高分離能力與MS的結構鑒定能力結合在一起。 （1） 大屏幕液晶中文顯示，同時顯示各路控溫參數及載氣流量或檢測器參數，各種數據一目了然。
（2） 數字流量顯示，采用電子質量流量計，從屏幕精確顯示載氣流量。
（3） TCD斷氣自動保護，儀器斷氣或漏氣時，微機系統自動斷開橋電流，保護鎢絲不被損壞。
（4） 先進的氣路流程，儀器采用一次進樣，三檢測器技術，分離效果更好，靈敏度更高。
（5） 自動功能：開機后，儀器自動檢測運行狀態，如有問題自動顯示故障部位及故障類型，并對儀器自我保護。
（6） 專用色譜工作站和色譜數據處理器
（7） 色譜柱（進口擔體）和三個凈化器　1. 柱室溫度：室溫+15℃---350℃
2. 控制精度：+0.1℃---0.2℃
3. 檢測室溫度：室溫+30---350℃ 控制精度：+0.1℃---0.2℃
4. 轉化爐溫度： +30---350℃ 控制精度：±0.1℃
5. 檢測精度：H2≤2UL/L O2≤5UL/L N2≤10UL/L
CO≤2UL/L CO2≤2UL/L 烴類≤0.1UL/L
6. 開機穩定時間： <1.0小時
7. 控溫范圍： 柱室溫度：RT+5~300℃ 汽化室、檢測器溫度：RT+5~350℃
8.程序升溫重復性：0.2%
9. 基線噪聲： TCD：≤0.1mv FID：≤1×10A
10.基線漂移： TCD：≤0.2mv/30min FID：≤1×10A/30min
11. 靈 敏 度： ≥5000ml/mg FID：≤1×10g/s
12.溫度設定范圍： RT+5—350℃