气相色谱法的基本原理

色谱法又叫层析法， 它是一种物理分离技术。 它的分离原理是使混合物中各组分在两相间进行分配， 其中一相是不动的， 叫作固定相， 另一相则是推动混合物流过此固定相的流体， 叫作流动相。 当流动相中所含的混合物经过固定相时， 就会与固定相发生相互作用。 由于各组分在性质与结构上不同， 相互作用的大小强弱也有差异， 因此在同一推动力的作用下， 不同组分在固定相中的滞留时间有长有短， 从而按先后顺序从固定相中流出， 这种借两相分配原理而使混合物中各组分获得分离的技术， 称为色谱分离技术或色谱法。 当用液体作为流动相时， 称为液相色谱法； 当用气体作为流动相时， 称为气相色谱法。

色谱法具有分离效能高、 分析速度快、 样品用量少、 灵敏度高、 适用范围广等许多化学分析法无可与之比拟的优点。

气相色谱法的一般工具主要包括三部分： 载气系统、 色谱柱、 检测器。

气相色谱法采用气体为流动相。 载气由高压钢瓶或氮气发生器供给， 经减压阀、 流量表控制计量后， 以稳定的压力、 恒定的流速， 连续流过气化室、 色谱柱、 检测器， 最后放空。样品进样后在气化室高温气化， 被载气带入色谱柱进行分离， 被分离后的样品组分再被载气带入检测器进行检测， 最后检测信号由工作站采集并记录。

当载气携带着不同物质的混合样品通过色谱柱时， 气相中的物质一部分溶解或吸附到固定相内， 随着固定相中物质分子的增加， 从固定相挥发到气相中的试样物质分子也逐渐增加， 也就是说， 试样中各物质分子在两相中进行分配， 最后达到平衡。 这种物质在两相之间发生的溶解和挥发的过程， 称分配过程。 分配达到平衡时， 物质在两相中的浓度比称为分配系数， 也叫平衡常数， 用k表示：

k＝物质在固定相中的浓度／物质在流动相中的浓度

在恒定的温度下， 分配系数k是个常数。

由此可见， 气相色谱法的分离原理是利用不同物质在两相间具有不同的分配系数， 当两相作相对运动时， 试样的各组分就在两相中经反复多次分配， 使得原来分配系数只有微小差别的各组分产生很大的分离效果， 从而将各组分分离开来， 然后再进入检测器对各组分进行鉴定。

色谱柱是色谱仪的 “心脏”， 样品中各组分的分离是在色谱柱中完成的。 气相色谱法中所采用的气相色谱柱分为两类： 一类为填充柱， 另一类为毛细管柱。 其分类如图5-1所示。

图5－1 气相色谱柱的分类

填充柱的内径为2～6mm， 柱长为0.5～6m， 柱内填充一定粒度的填料， 填料的粒度一般有三种规格， 即60～80目、80～100目及100～120目。 “目” 为粒度单位， 指一英寸[1]长度上可排列的颗粒的数目。

在填充柱色谱中， 填料如用固体吸附剂则为气固填充柱色谱（GSC）， 如用涂了固定液的担体， 则为气液填充柱色谱（GLC）。

毛细管柱（又称Golay柱或空心柱）的内径为0.1～0.5mm， 柱长为10～100m， 中空，内壁涂布或键合有固定液。

毛细管柱气相色谱系统与填充柱气相色谱系统的气路显著不同， 毛细管柱的载样量小，所需载气流速也小（0.2～5m L·min-1），使用常规微量注射器进样时， 柱子必然超负荷，得不到毛细管柱的高效分离能力， 因此常用间接进样法， 即分流进样法。 分流进样法进入柱子的样品量只是进样量的极小部分， 因此不会超载。 此外， 毛细管柱气路在柱后有补气（make-upgas， 又称尾吹气）， 即从柱尾向检测器吹气， 使柱中的组分一出来便被送到检测器， 补气的目的是防止峰展宽。