氣相色譜基本原理

氣相色譜（Gas Chromatography， GC）是一種基于分配平衡的分離技術，用于分析揮發性或半揮發性化合物。其核心原理是利用樣品中各組分在流動相（氣體）和固定相（液體或固體）之間的分配差異，實現分離。

氣相色譜主要組成

氣相色譜（Gas Chromatography, GC）系統由多個關鍵部件組成，每個部件在分析過程中都發揮著重要作用。以下是氣相色譜的主要組成部分及其功能：

一、載氣系統（Carrier Gas System）

1) 功能：提供流動相，攜帶樣品通過色譜柱。

2) 組成

① 氣源：通常為高壓氣瓶，提供惰性氣體（如氮氣、氦氣或氫氣）。

② 壓力調節器：控制氣體壓力，確保穩定的流速。

③ 凈化裝置：去除氣體中的水分、氧氣和其他雜質。

二、進樣系統（Injection System）

1) 功能：將樣品引入色譜系統。

2) 組成

① 進樣口：樣品注入的位置，通常配備隔墊和襯管。

② 進樣器：手動或自動進樣裝置（如微量注射器或自動進樣器）。

③ 汽化室：將液體或固體樣品瞬間汽化。

三、色譜柱（Chromatographic Column）

1) 功能：分離樣品中的各組分。

2) 基本概念

① 流動相（載氣）：一種惰性氣體（如氮氣、氦氣或氫氣），用于攜帶樣品通過色譜柱。

② 固定相：涂覆在色譜柱內壁或填充在柱內的液體或固體物質，用于與樣品組分發生相互作用。

③ 分配系數（K）：組分在固定相和流動相之間的濃度比，決定了組分的分離行為。

3) 氣相色譜的分離關鍵因素

① 分配平衡：樣品組分在流動相和固定相之間反復分配。分配系數（K）越大，組分在固定相中停留時間越長，流出越慢。

② 選擇性：不同組分由于化學性質（如極性、沸點、分子大小）不同，與固定相的相互作用強度不同，從而實現分離。

4) 色譜柱類型

① 填充柱：內填充固體吸附劑或涂覆液體的惰性載體，適用于簡單混合物。

② 毛細管柱：內壁涂覆固定相的細長毛細管，分離效率高，適用于復雜樣品。

四、柱溫箱（Column Oven）

1) 功能：控制色譜柱的溫度。

2) 特點

① 可進行恒溫或程序升溫操作。

② 程序升溫有助于改善高沸點組分的分離效果。

五、檢測器（Detector）

1) 功能：檢測從色譜柱流出的組分，并將其濃度轉換為電信號。

2) 常見類型

① 氫火焰離子化檢測器（FID）：對有機化合物靈敏度高。工作原理基于有機化合物在氫火焰中燃燒產生的離子化現象，通過測量離子電流來定量分析樣品。

② 熱導檢測器（TCD）：通用型檢測器，適用于無機氣體和有機物。工作原理基于不同氣體或蒸氣具有不同的熱導率，通過測量熱敏元件電阻的變化來檢測組分。

③ 電子捕獲檢測器（ECD）：對電負性化合物（如鹵代烴）靈敏度高。工作原理基于電負性化合物捕獲自由電子，導致檢測電流下降，從而實現定量分析。

六、數據處理系統（Data System）

1) 功能：記錄和分析檢測器輸出的信號。

2) 組成

① 數據采集模塊：將檢測器的模擬信號轉換為數字信號。

② 軟件系統：用于數據處理、色譜圖繪制和結果分析。

來源：放射及穩定同位素科學與技術