气相色谱仪技术与应用

苏静

摘要：主要对气相色谱仪的分析检测原理做了介绍，并介绍了传统的气相色谱仪载气系统、进样系统、分离系统、检测系统以及记录系统五个部分。随着科技的进步与发展，人们在气相色谱仪的基础上发明了便携式气相色谱仪，在石油化工等发面有更加方便快捷的应用;利用毛细管柱气相色谱法对苯系物进行了监测。

关键词：气相色谱仪;便携式;技术与应用

中图分类号：C35文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2019）06-0118-04

气相色谱仪凭借其强大的分离能力成为了现代分析领域中重要的应用仪器。气相色谱仪从1952年问世以来，经过不断地改进和完善，如今其准确性和效率方面达到了很高水平。气相色谱仪结构简单，反应灵敏，对常见的气体适应性很高，逐渐实现了进样、分离、分析全程自动化;在化工分析、石油石化分析、环境监测及应急监测方面有广泛应用。

1气相色谱仪的技术原理介绍

气相色谱仪主要是基于样品气化后，各组分在色谱柱中流动相和固定相的分配系数的不同，从而对样品中各组分进行分离。样品各组分在流动相和固定相中进行吸附、脱附、放出一系列的多次分配，根据固定相对各组分的吸附能力不同，使各组分以不同的速度被分离出来，先后进入检测系统;检测系统根据样品各组分不同的性质进行检测，记录系统会显示出各组分的色谱峰，从而对样品各组分进行定量分析。

1.1气相色谱仪的结构、原理、使用方法

如今在实验室以及企业单位广泛应用的气相色谱法是依靠气相色谱仪完成分离检测的。气相色谱仪一般由载气系统、进样系统、分离系统、检测系统以及记录系统五个部分组成。

1.1.1载气系统

气相色谱仪的载气系统是由载气和部分检测器组成的，目的是对气体的流速进行一定的控制并对气源气体进行净化。在选择载气的过程中，要注意严格控制载气的流速，并要充分适应不同的检测器。

1.1.2进样系统

气相色谱仪的进样系统主要由气化室和进样器两部分组成，将不同状态的样品（气态、液态、固态）进行气化，使不同的样品精确的转移到分离系统中。进样系统的进样口一般有两种类型：填充柱进样口和毛细柱进样口，填充柱进样口适用于不需要对气体进行高效分析的样品，而毛细柱进样口更适用于液体样品，经过改进后开发了五分流进样，样品进入时，关闭分流闸，样品气化且进入分离系统时，打開分流闸对气化室进行清洗，提高了气相色谱仪的灵敏度。

1.1.3分离系统

分离系统是气相色谱仪的核心，主要由色谱柱组成，在分离过程中色谱柱的选择尤为重要。在色谱分析过程中，可以选择的色谱柱主要有气液填充柱、毛细管柱、填充毛细管柱等。色谱柱在分离过程中，柱温的选择是重要的条件之一。柱温根据样品与固体吸收液作为的固定相所允许的温度来选择。如果待分离样品组分沸点相差较大，可通过逐渐升温完成分离。

1.1.4检测系统

气相色谱仪的检测系统起到将分离后不同浓度不同成分的样品转化为电信号输送到记录系统中。常见的检测器有热导池检测器、氢火焰离子化检测器、电子俘获检测器等。热导池检测器属于浓度型检测器，根据样品的成分以及气源的热导率不同进行信号转换。热导池检测器灵敏度较低，但是其结构简单，定量较为准确，适用性较强且耐用。氢火焰离子化检测器是以氢火焰做电离源，通过对有机物进行电离产生微电流的一种检测器，具有高灵敏度、对有机物响应度高的特点，通常可以与毛细管柱直接相连，便捷简单。电子俘获检测器是一种只对电负物质产生选择性响应的检测器，具有选择性高、灵敏度好的特点。通过电负组分在检测器内俘获池内电子，在电场作用下使基流下降获得响应信号。

1.1.5记录系统

气相色谱仪的记录系统通过检测系统转化的电信号通过自动电子电位差计来记录色谱峰型，通过计算算出峰高以及峰面积，对进样样品进行分离与检测。气相色谱仪与计算机技术的结合，完成了从进样、分离、测量、运算、打印的全自动化。

气相色谱仪在使用过程中应该注意周围环境，在5-35℃的温度范围内、20%-85%的湿度范围气相色谱仪会保证一个准确稳定的测量结果。如果在一个温度过低或过高、过于潮湿的环境中会降低气相色谱仪检验系统的敏感度。另外也要保证气相色谱仪气源的纯度达到99.99%，气源的纯度不够会导致检测系统检测器的基线不稳;若气源的纯度过低，不小心进入微量氧时，将会对毛细管寿命造成一定影响。

1.2便携式气相色谱仪

气相色谱仪技术在检测、分析方面有广泛、准确的应用，但是由于其体积较大，只能将待测样品采集后运输回实验室进行分析。随着科学技术的发展，对于实时在线分析检测的需求更为强烈，人们设计出了便携式气相色谱仪。便携式气相色谱仪与传统的气相色谱仪组成相似，由进样系统、分离系统、检测系统三个部分组成，实现了方便携带、现场实时检测、自动化等一体化的需求。

1.2.1GC-1000便携式气相色谱仪

GC-1000便携式气相色谱仪是以空气作为载体，催化氧化热阻性检测器、拥有双进样口、可以同时搭配两根色谱柱的检测分离仪器。GC-1000便携式气相色谱仪具有较高的灵敏度，对于无机气体成分以及有机气体成分都可以检测，对于10-10g的微量气体也可以进行检测;其体积较小，便于携带，对于石油石化工厂排气分析、对于工艺状况的实时监测都可以起到良好的效果，自动化且无需人值守给科学进步发展带来了便利。GC-1000便携式色谱仪的亮点在于仅仅是易得的空气就可以作为载气，克服了传统的只能由纯气体作为载气的繁琐、危险的弊端。

1.2.2Voyager便携式气相色谱仪

Voyager便携式气相色谱仪是一种可以直接进样，拥有光离子化检测器和电子捕获检测器两个检测器、可以在色谱柱和检测器之间自由切换的一种分析、检测仪器。其体积小、重量轻，仅有0.68kg。Voyager便携式气相色谱仪在检验过程中，样品不需要富集，可以直接进入色谱柱内进行检测，分析速度快，大大提高了工作效率。

1.2.3Alpha mos便携式气相色谱仪

Alpha mos便携式气相色谱仪是一种有双光离子化检测器、极性非极性双柱的检测仪器，每进一次样品，分配两个色谱图。Alpha mos便携式气相色谱仪更适合车载使用，对液态样品进行检测。该仪器的亮点在于仪器出厂时自带常见污染物质的定性分析以及标准曲线，省去了对标准物质对色谱的定性过程，更适用于应急监测。

2气相色谱仪的应用

在化工生产中经常产生一些焦炉煤气，张卫宏使用Ag-ilent 6820型气相色谱仪对焦炉煤气进行了检测，焦炉煤气中更成分性质不同，选取了GDX-502和了DX-01两种色谱柱以干燥空气作为载气，进样口温度控制在110℃，检测器和柱温分别控制在80℃和60℃为最佳的色谱条件。色谱柱作为气相色谱仪的核心，色谱柱在选择过程中要保持柱长和时间的平衡，增加柱长可以保证更好的分离度，但是却延长了分析时间，实验选用的是2～3m的色谱柱。实验过程中要保证柱温的稳定，这样基线也是稳定的，测试结果更加准确。检测器在选用时要保证从色谱柱流出的组分不会被冷凝。经过多次平行实验，成功的检测出焦炉煤气的组分。

液化石油气作为一种烃类混合物，组分中如果重烃组分过多，会导致烃类燃烧不充分，留有残夜在钢瓶中难以气化或者挥发，存在爆炸、燃烧等潜在危险因素。丁小萃利用气相色谱仪对液化石油气成分进行了分析，以氢气作为载气，使用热导池检测器，利用面积归一化法求出组分的峰面积，对液化石油气成分进行了分析检测。

苯系物作为石油的主要成分在海洋运输的过程中，很大可能会对海洋造成一定的污染。孙浩”便携式气相色谱仪对海水中苯系物的代表物甲苯进行了检测。自制的便携式气相色谱仪的检测器选用的是氢火焰离子化检测器，检测过程中，利用膜萃取的方法对海水进行了富集浓缩，大大提高了气相色谱仪测试的敏感度。

對于挥发性有机物VOCS污染源监测时，传统的采样法是将样品带回实验室进行分析，在运输过程中会导致气体泄漏从而造成实验结果不准确。而便携式气相色谱仪的出现大大提高了对VOCS检测的准确性。吴迓名”等利用便携式气相色谱仪在现场对VOCS气体进行了检测，成功克服了样品泄露以及气体吸附在瓶体的问题，检测结果满足VOCS检测的标准。

3气相色谱仪对苯系物的测定

在中国水环境优先控制的污染物名单中，有六种苯系物，包括苯、甲苯、二甲苯、乙苯、苯乙烯等。在国内工业污染源的普查中，苯系物作为生产原料占据工业领域的80%，而苯系物是属于三致作用的污染物，对环境造成的危害不容小觑。本文利用毛细管柱气相色谱法对苯系物进行了监测。

3.1仪器和主要试剂

仪器：气相色谱仪;色谱柱：毛细管柱（30m×320um×0.25um）

载气：纯度为99.99%的氮气

标准溶液：苯系物的混合溶液（1.0mg/mL）

3.2色谱条件

气化室温度：200℃，检测器温度：220℃，程序升温50℃，保留5min，以10～/min升到120℃，保留10min。

载气流速：3mL/min;尾吹：50mL/min。

3.3测定步骤

标准溶液的配制：配制含有苯、甲苯、乙苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯各lmL的混合溶液，浓度为1000mg/L，置于纯化过的二氧化碳的容量瓶中，配制成10um/mL的储备液。分别配制Oug/mL、0.5ug/mL、1ug/mL、1.5ug/mL、2.0ug/mL、2.5um/mL的标准溶液。取标准溶液在毛细管柱色谱条件下进行进样，通过峰高制定标准曲线。

3.4毛细管柱色谱法测定苯系物的分离度

表1为通过气相色谱仪测定的苯系物的分离度。

3.5毛细管柱色谱法测定苯系物准确性

最小可检峰高以噪声峰高的2倍为标准，毛细管柱色谱法的最低检出限（mg/L）：苯0.033、甲苯0.030、邻二甲苯0.042、间二甲苯0.028、对二甲苯0.032。通过校准曲线以及苯系物混合标样结果可以说明气相色谱仪的精密度与灵敏度。毛细管柱色谱法苯系物的校准曲线见表2.毛细管柱色谱法苯系物混合标样结果见表3.

4结语

气相色谱法随着科技的进步及发展，已经逐渐走向成熟，成为世界上常见的被广泛应用的分析检测技术之一，而且在石油化工方向发挥着不可替代的作用。近年来，便携式气相色谱仪逐渐使分析检测更为精确，方便快捷;国外的便携式气相色谱仪制造以逐渐成型，而国内的仪器发展仍有差距;逐渐完善我国便携式气相色谱仪技术会进一步推动我国的经济发展。