气相色谱简介：优势，流程，仪器

色谱法是一种分离化学物质的技术，该技术依靠流动的流动相和固定相之间的分配行为差异来分离混合物中的组分。气相色谱（GC）是一种常见的色谱技术，用于分离挥发性化合物或可以蒸发而不分解的物质。在气液色谱法中，流动相是诸如氦气的气体，固定相是吸附在固体上的高沸点液体。由于其简单、敏感高且能有效分离混合物，气相色谱成为化学领域的基本工具之一。前面介绍了液相色谱LC-MS技术，这次我们一起来学习下什么是气相色谱。

气相色谱被广泛用于混合物的定量和定性分析，化合物的纯化，以及确定诸如溶液和汽化热，蒸汽压和活度系数之类的热化学常数。除此之外，许多常规分析在环境和其它领域都能完成。例如，一些国家有固定的监控点来持续测量氮氧化物、二氧化碳和一氧化碳的排放水平。气相色谱法还可用于分析药品、血液中的酒精、精油和食品。

图1 GC / MSD Agilent 5977B

气相色谱法的优点：

• 分析快，通常需要几分钟

• 效率高，提供高分辨率

• 敏感，容易检测ppm和ppb

• 非破坏性，使在线耦合成为可能，例如与串联质谱仪

• 定量分析精度高，典型RSDs为1 - 5%

• 需要小样品，通常μL即可

• 可靠且相对简单

• 便宜

气相色谱法常见流程

首先，将测试混合物或样品引入惰性气体流中，该惰性气体流通常是氦气或氩气，称为载体。如果是液体样品，在注入载流之前需要先蒸发。随后，使气流通过填充柱。样品的组分通过填充柱以一定速度移动，该速度受每种成分与固定非挥发性相的相互作用程度的影响。与固定相相互作用较大的物质会受到较大程度的阻滞，由此与相互作用较小的物质相分离开。当组分从色谱柱中洗脱出来时，可以通过检测器对其进行定量和/或收集以进行进一步分析。

气相色谱仪器介绍

图2 气相色谱系统组成结构

气相色谱仪器主要包括载气源、进样系统、色谱柱、检测器组成部分。

• 载气源

载气的选择取决于所用检测器的类型以及要确定的成分。色谱仪的载气必须是高纯度的，并且对样品具有化学惰性，例如氦气（He），氩气（Ar），氮气（N₂），二氧化碳（CO₂）和氢气（H₂）。载气系统可以包含分子筛以除去水或其他杂质。

• 进样系统

• 若为气体样品进样，可选择用注射器进样或是使用气体定量管进样，比如六通阀。

• 若为液体样品进样，可选择微量注射器。

• 若为固体样品进样，常使用顶空进样法，固体样品溶解后再用微量注射器进样。

• 色谱柱

色谱柱一般有两种：填充柱和毛细管柱。填充柱包含涂覆有液相固定相的细分的惰性固体支撑材料（通常基于硅藻土）。大多数填充柱的长度为1.5-10m，内径为2-4mm。毛细管柱的内径为十分之几毫米。毛细管柱包含两种类型：管壁涂布开管式（wall-coated open tubular, WCOT）和支撑物涂布开管式（support-coated open tubular, SCOT）。通常，SCOT柱的效率不如WCOT柱。但两种类型的毛细管柱都比填充柱更有效。

• 检测器

气相色谱仪可以使用许多检测器。不同的检测器将提供不同类型的选择性。如表1所示。

表1 常见的气相色谱仪检测器

检测器也可分为浓度依赖性检测器和质量流量依赖性检测器。浓度依赖性检测器发出的信号与检测器中溶质的浓度有关，通常不会破坏样品，用补充气稀释会降低检测器的响应。与质量流相关的检测器通常会破坏样品，信号与溶质分子进入检测器的速度有关。质量流量相关探测器的响应不受补充气体的影响。

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参考文献：

• McNair H M, Miller J M, Snow N H. Basic gas chromatography[M]. John Wiley & Sons, 2019.

• Giddings J C. Dynamics of chromatography: principles and theory[M]. CRC Press, 2017.