气相色谱仪检定方法要点和注意事项

孟雪，赵少雷，赵海波，林青，张宜文，王冰玥，蔡玮

（北京市计量检测科学研究院，北京 100041）

气相色谱仪是利用不同物质的沸点、极性和吸附性质的差异来实现混合物的分离和鉴定的常见仪器，用于分析气体和可挥发的物质，广泛用于石油化工［1-2］、环境监测［3-4］、食品分析［5-7］、药品和临床检验［8-9］、司法鉴定［10-11］等领域。气相色谱仪的性能好坏直接影响检测结果，甚至直接影响生产质量、司法判定和经济利益等，综合评判仪器的准确性，保证仪器功能的正常发挥，就必须对仪器进行计量检定。现已有百余家计量机构对气相色谱仪进行建标，每年检定的气相色谱仪数量超过万台。一些企业和厂家也开展气相色谱仪自校、期间核查和仪器性能验证等工作。

气相色谱仪检定校准任务量多，不同应用领域的气相检测器和色谱柱类型多样，仪器型号和操作软件不断更迭等都给仪器检定工作增加了难度，提出了挑战。此外，气相色谱仪一般在客户现场检定，客户使用的色谱柱和设置条件经常与检定要求不同，需要快速进行色谱柱的选用和更换，完成硬件和软件多个环节的操作，设置和优化实验条件和排查异常问题，这就对检定装置的规范使用和检定人员技术水平提出了更高的要求。

随着科学技术的高速发展，气相色谱仪的技术和性能也在不断更新和提高，《气相色谱仪检定规程》经过三次制修订，从JJG 700—1990 《气相色谱仪检定规程》到1999年实施的JJG 700—1999 《气相色谱仪检定规程》，再到现行的JJG 700—2016《气相色谱仪检定规程》，检定规程在计量性能要求、检定项目和检定方法方面进行了多次修改和完善［12］。由于检定规程对于气相色谱仪检定过程中的细节没有过多深入的讲解，一些检定或实验人员由于缺乏大量实践和经验积累，只会按规程按部就班地简单操作，在实际检定中仍然存在困惑和模糊易混的地方，在一些问题上并没有理解透彻，容易在气相色谱仪检定时准备不足或操作不当，出现检定结果存在差异或误判的情况，造成影响生产质量、经济损失等严重后果。在气相色谱检定中一些非理想结果或现象可能并非仪器故障，而是由于操作或条件不合适造成的，可根据经验进行判断、排除和有效避免。为得到准确可靠的检定结果，需要检定人员充分掌握检定规程要求，了解不同检测器原理和性能，掌握仪器的检定前准备和参数条件设置优化，解决和排除检定中常见的问题。

笔者结合自身多年工作实践经验，总结了使用新版气相色谱仪检定规程进行检定的方法要点，对检定前、中、后的注意事项和规程中未展开的细节内容进行详细探讨，为规范和高效地完成气相色谱仪检定工作提出有效建议，望对提高气相色谱仪检定人员技术水平，提高检定的规范性和准确可靠性提供帮助。

1 检定前准备工作

1.1 确定标准物质和检定项目

仪器检定前，检定员需与客户沟通了解仪器的检测器类型和仪器日常使用情况，判断仪器属于首次检定还是后续检定，确定相应检定用标准物质和检定项目。检测器有两种类型，一种类型为浓度型检测器，如热导检测器（TCD）、电子捕获检测器（ECD）；另一种是质量型检测器，如火焰离子化检测器（FID），火焰光度检测器（FPD）、氮磷检测器（NPD）等。根据检定规程，不同类型检测器气相色谱仪使用不同的标准物质进行检定，相应地设置不同的检定条件。常用气相色谱检测器的特点、检定条件和检定合格技术指标［12-13］见表1。气相色谱仪检定需选用国家有证标准物质，要求标准物质的不确定度要符合检定规程对标准物质不确定度要求，即相对扩展不确定度U≤3%（k=2）并在有效期内妥善保管。

表1 常用气相色谱检测器的特点和检定合格技术指标

1.2 确定选用的气相色谱柱

检定气相色谱仪时要选择合适的色谱柱，需要综合考虑检定所用标准物质的性质和分析需求、色谱柱的规格参数、检定时长和效率等因素。JJG 700—2016 《气相色谱仪检定规程》规定色谱柱的选择为5% OV-101，80～100目白色硅烷化载体（或其它能分离的固定液和载体）填充柱或毛细柱。一般检测现场使用毛细柱的情况更多。

选择合适的用于检定的色谱柱要综合考虑柱子的极性、长度、内径、膜厚等参数，这就要求检定员或实验操作人员能理解读懂毛细管柱规格参数的标注信息。一般情况下，柱子的包装盒上和柱子的标签处都清晰地标注柱子的参数。毛细管柱的规格参数是由固定相种类、长度、内径和膜厚等要素组成的。例如毛细管柱标注为“DB-5型，30 m×0.25 mm，0.25 μm”，DB-5型表示固定相种类，固定相为5%苯基和95%二甲基聚硅氧烷，“30 m×0.25 mm，0.25 μm”分别表示为柱长为30 m，内径为0.25 mm，膜厚为0.25 μm。标注为“DB-1型，20 m×0.18 mm，0.14 μm”的毛细管柱，表示此毛细管柱的固定相为DB-1型，即固定相为100%二甲基聚硅氧烷，“20 m×0.18 mm，0.14 μm”分别表示柱长为20 m，内径为0.18 mm，膜厚为0.14 μm。

选择色谱柱首先要考虑柱子的极性。色谱柱根据固定相的极性来分类，主要可分为非极性、弱极性、中等极性和强极性色谱柱。固定相极性由取代基团的极性及其相对量确定。选择柱子的极性的一般原则是相似相容原则。一般气相色谱检定用的毛细柱常选型号为DB-5、HP-5、RTX-5 、BP-5、CP-Sil 8 CB、SPB-5、国产SE-54等弱极性柱子和DB-1、HP-1、RTX-1、BP-1、SPB-1、国产OV-1、国产SE-30等非极性柱子。

商品化气相色谱毛细管柱的长度从5 m至100 m不等，柱长会影响溶质的保留时间、柱头压力、柱流失及成本。一般在内径和膜厚相同的情况下，增加柱子长度可以提高分离度，但分析时间也会增长，柱流失也会增加。检定时选用太长的柱子一般会增加检定时间，导致检定效率降低。最常见的毛细管色谱柱长度规格是30 m，也是检定中最常使用柱长。

商品化毛细管柱柱子内径规格有0.1、0.15、0.18、0.2、0.25、0.32、0.45、0.5、0.8 mm等尺寸。色谱柱的液膜薄厚会影响柱容量、柱流失、惰性、温度上限和保留时间。实验室最常用的规格是0.25 mm内径色谱柱。此外，不同商品化毛细管柱有0.1～20 μm等不同规格膜厚，常见的色谱柱膜厚是0.25、0.5、1.0 μm，其中应用最广泛的膜厚规格是0.25 μm。气相色谱仪检定中最常用的毛细管柱的参数为“DB-5型，30 m×0.25 mm，0.25 μm”毛细管柱以及类似性质的毛细管柱。

1.3 检定前仪器和色谱柱的准备

检定前要沟通了解仪器日常使用情况、使用频率和状态。如果待检定的气相色谱仪通过热解吸装置或顶空装置进样，需要将连接的管路拆卸下来，通过进样口直接进样。NPD检测器在新的铷珠开始使用前，为获得高稳定性还需要进行铷珠老化处理。在气相色谱仪检定前，如存在以下几种情况需要进行柱子老化：（1）新色谱柱新启用；（2）仪器已停用很长一段时间；（3）仪器使用一段时间后基线波动较大或出现鬼峰等情况。特别是对于高灵敏度检测器，如ECD检测器等，检定前由于没有做好色谱柱老化和高温烘烤检测器工作，造成基线波动过大，会影响检定结果。

安装毛细管柱的操作要点：安装色谱柱前，检查毛细管柱的柱头是否堵塞，平整切割柱头，毛细管柱两头插入气化室和检测器达正确的位置和深度，选择合适的密封圈［14］，要保证柱子不超温运行，换好毛细柱之后再开机。毛细管柱老化方法可参考如下步骤：将色谱柱进口端连接进样口，连接FID检测器或TCD检测器时要将出口端连接在检测器上，对于连接高灵敏度检测器（如ECD、FPD），柱子出口不要连接ECD或FPD检测器，而是放置在柱温箱中，同时检测器入口用死堵堵住。安装好柱子后通载气，先用载气吹扫色谱柱15 min后运行升温程序，将柱温从60 ℃左右以5～10 ℃/min升温速率升温到老化温度（老化温度可参照色谱柱说明书，一般低于色谱柱的最高温度30 ℃或者比实际分析操作温度高30 ℃），升至老化温度后恒温30 min到120 min，直到基线稳定，进样口和检测器的温度一般设置为高于柱箱温度30～50 ℃。

2 检定方法要点和注意事项

2.1 仪器条件设定

检定时气相色谱检定的仪器参数要根据气相色谱仪检定规程中推荐的参数、色谱柱的类型和仪器说明书要求等进行设置，再根据标准物质中溶质和溶剂的分离效果和出峰时间对仪器参数进行适当调整和优化。其中，检定时柱流速和柱温的设定尤其关键，检定规程中给出了各检测器检定时推荐的柱温参数，并要求流速设为适当值或参考仪器说明书要求。柱流速和柱温设定值合适与否直接影响分离效果、出峰时间和柱效，设定值的选择和检定过程中的调整优化都对检定员的色谱基本理论知识和实验经验积累提出了要求。一般而言，柱流速越大，柱温越高，分离效果越差。如果标准物质溶剂和溶质色谱峰没有分开或目标色谱峰有拖尾，应适当降低柱流速或柱温。但在保证分离效果的情况下，可增大流速、增高柱温来减小保留时间，提高检定效率。

这里需要特别指出的是柱流速、柱温的参数设定还要充分考虑选择的柱子的极性、长度、内径、膜厚等。检定时，一般检定选用30 m长毛细管柱。如选用60 m柱子，其它参数不变，目标峰的出峰时间可能是使用30 m柱子时的两倍，当选用60 m柱子等长柱子时，可适当增大柱流速和柱温，缩短溶质保留时间，提高检定效率。

色谱柱直径会影响柱效、溶质的保留时间、柱头压力和载气流速等因素。需要根据经验综合判断，选择合适的柱流速，一般色谱柱内径越大，流速设置越大。在检定时，0.25 mm内径的色谱柱一般流速设置为1～2 mL/min，0.32 mm内径的柱子一般流速设置为1～4 mL/min，0.53 mm内径的色谱柱一般流速设置为5～20 mL/min，可根据实际应用情况和分离效果适当减少或增加。

色谱柱膜厚也会影响柱效、溶质的保留时间和柱流失等。根据塔板理论，增加膜的厚度相当于增加塔板数，吸附和脱附交换的次数就会增加，在一定程度上就会增加分离效果，保留时间也会随之增加。气相色谱检定时，如果选用的柱子液膜较厚，为缩短目标峰保留时间，提高检定效率，在保证分离效果的前提下，应适当增加流速，缩短目标峰的保留时间。如检定一台安捷伦科技有限公司生产的配备FID检测器的气相色谱仪，使用RTX-5型柱子（30 m×0.53 mm，0.5 μm），将柱流量增大设为13.5 mL/min，柱前压力为83.596 kPa，柱温设为160 ℃，用正十六烷-异辛烷标准物质进样后，正十六烷与异辛烷分离度良好，于2.74 min就出现溶质正十六烷的目标峰，提高了检定的效率。

尾吹气流量的设置值与色谱柱类型尺寸和检测器类型有关，一般填充柱不用尾吹气，毛细柱需要设定尾吹气，这是因为检测器一般要求的载气流量为20 mL/min左右，而毛细柱的柱流速远低于此，不能满足检测器的最佳操作条件，所以需要在柱后增加尾吹气。为保障检测器能在高灵敏度状态下工作，一般FID、NPD、FPD设置柱内载气和尾吹气的流量总和为30 mL/min左右，ECD则需要设置流量总和为40～60 mL/min，可用总流量参考值减去柱内载气流量得到尾吹气流量的参考设置值［13］。

2.2 分流模式设定

气相色谱检定一般采用不分流模式，是因为不分流进样，可保证样品全部进入色谱柱，有助于对分析样品准确定量，消除分流歧视影响，又可以提高分析灵敏度。如果采用分流模式则存在分流歧视，具体是由于不均匀气化，在一定分流比条件下，不同样品组分的实际分流比是不同的，造成进入色谱柱的样品组成不同于原来的样品组成，影响定量分析准确度，对检测限的计算也会存在一定影响。比如分流比为n∶1，一般计算检出限时实际进样量以进样量/（n+1）来计算［15］，但实际上由于分流歧视等因素的影响，导致计算的实际进样量不准确，代入检测限计算公式计算的结果会存在一定偏差。所以，检定时采用分流模式以及引入分流比来计算检测限，这种方法的准确性严格来说是值得商榷的。气相色谱检定推荐采用不分流模式，但由于不分流进样溶剂峰易出现严重拖尾，易掩盖溶质目标峰，易发生柱污染，这就对对检定条件优化和检定人员经验提出了更高要求和挑战，检定员可参考本文2.1的内容进行仪器条件的设定和优化，不断积累经验参数。

2.3 程序升温检定的操作要点

在实际分析应用中，气相色谱方法经常采用程序升温的形式。这是因为在实际应用中分析的组分经常比较复杂、样品的沸程较宽，当设定柱温恒定进行分析时，各组分经常难以完全分离且峰形较差，柱温设定太高则分离度下降，柱温设定太低则分析时间延长。所以常采用柱温程序升温方法来改善后流出组分的分离度和峰形。根据检定规程规定，仅首次检定时对程序升温重复性项目进行检定，没有程序升温功能的气相色谱仪也不检定此项。由于实践次数少，一些检定员对这个项目的检定方法、记录格式、数据处理等掌握不好。现以一台赛默飞世尔科技公司生产的1300E型气相色谱仪程序升温的实际检定操作为例进行说明，以供参考。

把温度计的探头固定在柱箱中部，不要贴在柱箱内壁上。选定初温为60 ℃，终温为200 ℃，升温速率为10 ℃/min。待初温稳定后，进行程序升温，并记录数据，按公式（1）计算相应点的相对偏差△t，取其最大值为程序升温重复性。该实验重复3次。具体实验数据见表2。

表2 气相色谱仪程序升温项目检定结果

式中：t′max— —相应点的最高温度，℃

t′min——相应点的最低温度，℃

2.4 手动进样操作要点

手动进样时，为了确保针尖和针筒内没有气泡要反复推拉注射器。手动进样速度要快，一般应在1 s之内完成，针尖一般要插到底，要到达衬管中部最高温度区，使样品快速气化。进样时间过长或位置不对，会造成峰展宽、前伸或拖尾变形。

2.5 样品进样后色谱不出峰问题排查

样品进样后色谱如果不出峰，可考虑和排查进样系统、检测器等存在的问题，排查是否存在如下问题：样品瓶内样品量不足、进样口隔垫漏气、自动进样器进样针漏气或堵塞、色谱柱与进样口和检测器两端连接漏气或堵塞、进样口温度或柱温设置太低、氢火焰离子化检测器没点着火或火焰熄灭，未加上极化电压等［16］。这里值得注意的是若采用氢火焰离子化检测器（FID检测器）、火焰光度检测器（FPD检测器）时，可先检查检测器是否点着火，一般氢气流速太小或载气流量太大等情况可能导致点不着火或熄火。检查火焰正常与否的方法一般是在FID检测器的排气口放置表面光亮的金属片、玻璃片或镜子，如有水雾冷凝在其表面，说明检测器火焰正常［17］。如果确定火焰正常可再排查其它问题。

3 检定信息记录和数据处理注意事项

3.1 检定时规范原始记录，注意记录有效信息

（1）要记录清楚检测器类型、选用标准物质的名称和浓度。

（2）浓度型检测器如TCD检测器和ECD检测器：涉及到载气流速校准，需要记录检测器温度、室温、大气压、流速等信息，根据规程中载气流速校正公式进行载气流速计算。

（3）FPD检测器配置不同滤光片来测定硫或者磷等峰，使用394 nm的滤光片测定硫的色谱，使用526 nm的滤光片测定磷的色谱峰。要记录清楚仪器配置，FPD检测器是用于测硫还是测磷，两者检出限的计算公式不相同，明确记录测定的色谱峰是硫还是磷，才能正确地代入相应的计算公式。

（4）记录峰面积、漂移噪声时，要注意把数值和对应的单位记录清楚，有些仪器要明确记录仪器的量程档位。

3.2 数据处理时注意单位换算

在数据处理时，注意单位的换算。根据JJG 700—2016 《气相色谱仪检定规程》规定，FID和NPD检测器基线噪声的单位为pA，FPD检测器基线噪声的单位为nA。如果工作站的纵坐标测量值为电压值（以mV为单位），需要将其换算为电流值，单位符合检定规程要求。有些国产仪器要根据使用仪器的量程档位，查找量程档位对应的高阻值进行换算，岛津等国外仪器要根据说明书等资料确定二者之间的换算关系，进行单位和量值的转换，将噪声由显示的电压值转化为以电流值表示。但在检测限计算时，因公式中分子与分母中的相关单位会抵消，基线噪声就不必都转化为以电流值表示，只需保证计算公式分子中基线噪声单位与峰面积的纵坐标单位一致即可，基线噪声的单位并不影响检测限的计算。例如有的厂家峰面积单位为mV·s，基线噪声的单位为毫伏（mV），计算时就不必进行单位转换可直接进行计算；有的厂家基线噪声的单位为毫伏（mV），峰面积单位为μV·s，可将公式中分子中基线噪声单位与峰面积的纵坐标单位转化为一致，分子分母中相应单位可相互抵消。

另外，还需要注意的是当采用ECD检测器时峰面积单位为μV·s时，要转化为以mV·min为单位，带入检测限的计算公式中。

3.3 使用Excel数据处理简化工作量

气相色谱仪的检定数据可用Excel处理计算，方便提高数据处理的效率和实现标准化。用Excel计算时，要根据具体情况进行归类、设计和调整，也要注意单位换算。

4 结语

气相色谱仪的检定工作需按照《气相色谱仪检定规程》 JJG 700—2016的要求进行，检定员要在检定工作中理清检定要点，掌握气相色谱仪有关基础知识，严谨规范地进行检定操作，遵守注意事项，不断总结实践经验并提高实验操作水平，确保气相色谱仪检定工作规范，保证检定结果准确可靠。本文对气相色谱仪的检定方法要点和注意事项进行了总结，不仅对检定工作，对于仪器的使用维护、仪器验证、期间核查和自校也有一定参考意义［18-19］。