氣相色譜儀在石油、化工、生物化學、醫(yī)藥衛(wèi)生、食品工業(yè)、環(huán)保等方面應用很廣。它除用于定量和定性分析外,還能測定樣品在固定相上的分配系數(shù)、活度系數(shù)、分子量和比表面積等物理化學常數(shù)。
氣相色譜儀的發(fā)展與電子技術的發(fā)展密切相關。早期實驗室研究期間的氣相色譜儀幾乎與電子技術毫不相干:其色譜柱的加熱依賴于某些溶劑的恒定沸點,柱被安置在溶劑的蒸氣浴中以保持恒定溫度;當時檢出柱中樣品流出物(分離后的組分)的器件是精密的天平(被稱作質量檢測器)、氣體定量管(稱作體積檢測器)或微量自動滴定裝置(稱作滴定檢測器)。
第二代氣相色譜儀是隨著熱導檢測器、氣體密度天平檢測器和火焰熱電偶檢測器的出現(xiàn)和繼電器控制的柱恒溫箱的應用而推出的,這些儀器開始采用了電子管元件電路,色譜柱可以在約50~200℃之間的一個任意需要的溫度下恒溫。熱導檢測器的出現(xiàn)是在1956年,初期的熱導檢測器被稱作為“卡它計”(Katharometer),這個名稱是用希臘神話中的純潔女神卡沙茹斯(Katharos)命名的,所以會這樣命名,當然是以載氣的純度是否由于樣品組分的摻雜而發(fā)生了變化來看待的。熱導檢測器所轉換的訊號電壓可以被精確地記錄成色譜圖,因此比diyi代氣相色譜儀的分析靈敏度要高得多。由于它的通用性,直到目前仍然是一種Z受氣相色譜人員歡迎的檢測器。

氣體密度天平檢測器是氣相色譜法的開發(fā)者之一馬丁(Martin)本人發(fā)明的,這種檢測器對性氣體的測定相當靈敏,但由于不能在高溫下應用,因此出現(xiàn)后不久即被淘汰。
1957年斯考特(Scott)發(fā)明了火焰熱電偶檢測器,這種檢測器的原理是讓載氣帶出的組分在氫火焰中燃燒,如果柱中流出的是純載氣,熱電偶會給出一個恒定的訊號電壓;如果載氣中出現(xiàn)了組分,熱電偶將改變溫度,于是就改變了訊號電壓。它的優(yōu)點是訊號電壓的變化與組分的燃燒熱有關,因此省卻了日常分析中的校正工作;但是一些在燃燒中發(fā)生吸熱反應的組分常常會給出負峰,而且用來助燃的空氣的稍稍波動即會引起基線的不穩(wěn)定。這種檢測器在六十年代中期便完全被新出現(xiàn)的火焰電離檢測器所取代。
隨著電子技術的進展,用于直流訊號電壓的負反饋放大電路為開發(fā)新一代的氣相色譜檢測器奠定了基礎。1958年澳大利亞的電子學家麥克?威廉姆斯(McWilliams)和迪華爾(Dewar)以斯考特的火焰熱電偶檢測器為基礎,發(fā)明了火焰電離檢測器,它使檢測組分的Z小檢出量從熱導檢測器的1000ppm降到了1ppm,靈敏度提高了幾乎上千倍。也幾乎在同時,勞烏洛克(Lovelock)發(fā)明了氬電離檢測器,也達到了這樣高的靈敏度。以后出現(xiàn)的各種各樣的高靈敏度檢測器的種類,多得簡直不可勝計,例如氦電離檢測器、微截面積電離檢測器、火焰光度檢測器、電子捕獲檢測器、微波等離子體檢測器、堿鹽火焰熱電離檢測器、光電子檢測器、微庫侖檢測器、電導檢測器,等等,均應運而生。
在氣相色譜法開始應用的階段,人們喜歡用直徑6~8mm的色譜柱,因為這種柱管比較容易填充固定相;然而,隨著時間的推移,人們逐漸認識到較細的柱有更好的分離效率。1957年戈萊(Golay)首次用直徑不到1mm的毛細管色譜柱分離樣品取得了令人驚異的效果,但由于當時在技術方面尚存在著一定的困難,因此沒有被立即推廣。此后大約在六十年代初,人們又發(fā)現(xiàn)在色譜過程中利用鐘表裝置去控制柱恒溫箱的供電電壓使柱溫均勻升溫的辦法可以使樣品中不同沸點的組分在不同的溫度下進行更好的分離,因為通過控制鐘表裝置的啟動和停止,以及控制鐘表裝置的擺動頻率可以控制樣品進樣后升溫的階段時間和升溫速率,所以這種方法被稱作程序升溫氣相色譜法。
在七十年代初,人們認為氣相色譜法將受到樣品分解溫度和固定液溫度的限制,它的發(fā)展大概已到了頂端,因此把注意力又轉移到液相色譜法上。由于受到氣相色譜法的啟發(fā),借鑒于氣相色譜柱的經(jīng)驗,人們開始縮小液相色譜柱的內(nèi)徑,并按照氣相色譜法的發(fā)展過程,利用電子技術開發(fā)各種液相色譜儀的檢測器,使原來使用的粗長的液相色譜柱變成了又短又細的新型液相色譜柱,并用各種新式的液相色譜檢測器――如遷移絲火焰電離檢測器、折光指數(shù)檢測器、紫外和可見光吸收檢測器-使液相色譜法的靈敏度提高到了一個比原來高出幾個數(shù)量級的程度。然而,事實并非像一些人想像的那么美好,對于液相色譜法來說,它應用于高碳石油產(chǎn)物、生物化學、醫(yī)學、生理基因等活性化合物的研究方面,由于其可以在常溫或低溫下操作,確有其獨到之處;但對于廣泛的有機化學領域它只能對付某些方面。可以說,液相色譜法作為氣相色譜法和其它色譜法的補充是有很大貢獻的,這使得色譜法在占領整個非水溶液化學分析測試方面變得越來越完善。
七十年代后期,由于一些氣相色譜法學者對毛細管柱的進一步研究,開發(fā)出新型的熔融硅石毛細管柱,并在這種毛細管柱的外壁應用聚酰亞胺涂層使它變得富有彈性和比較堅韌,使原來由于玻璃毛細管柱容易折斷,而金屬毛細管柱又容易受吸附、腐蝕等長期難以解決的問題迎刃而解;在對毛細管柱內(nèi)壁固定液涂層的改進并結合程序升溫操作后,被擱置長久的毛細管柱氣相色譜法的研究終于又蓬勃地開展起來了,它的新生為氣相色譜法進入高溫操作擴展了視線,從而擴大了氣相色譜法的可測試范圍。
隨著電子技術由電子管系列元件進展到半導體系列元件,并在以后又被集成化系列元件取代,可以說氣相色譜儀一直是伴隨著電子技術的進展在發(fā)展。Z初的程序升溫操作要利用鐘表裝置進行控制,而今的程序升溫控制只需要一個小小的微機芯片和簡單的電路就可以實現(xiàn);以往的火焰電離檢測器需要一臺十幾公斤重的電子管負反饋放大器,如今只需要幾克重的一小塊電路板,從而使氣相色譜儀的體積和重量都在不斷地減少。一臺在五十年代末需要占椐整個實驗室的氣相色譜儀,在七十年代末已可以縮小到成為掌上氣相色譜儀。由于計算機技術的進步,八十年代的氣相色譜儀已經(jīng)可以用微機控制而成為智能化自動儀器,適合于在無人操作的情況下工作。

近年來,人們對氣相色譜儀的研究又注重在氣流控制方面,從而出現(xiàn)了新型的載氣電子流速傳感器、自動氣體壓力控制器等,使在整個色譜過程中可以任意地控制載氣流速或壓力的變化,
以此開發(fā)出新的載氣程序變速氣相色譜法或載氣程序升壓氣相色譜法;同時還借助于氣體射流技術的原理開發(fā)出了新型的載氣分流裝置,以便開發(fā)出更方便的二維氣相色譜法或多維氣相色譜法。
無論是Z老式的,或者是Zxin式的氣相色譜儀,它們的Z終目的都只有兩個:①使樣品中的全部組分獲得更完善的分離;②更快、更精確可靠和更省力地獲得樣品中被分離組分的數(shù)椐。
為了改進樣品中組分的分離,人們不斷地研究、開發(fā)出各種各樣新型的氣相色譜柱、溫度控制系統(tǒng)、氣流控制系統(tǒng)和進樣系統(tǒng),以便使組分的分離更完全、更迅速,重現(xiàn)性更好;為了獲得更好的數(shù)椐,人們不斷地研究改進檢測器以及它們的電子訊號發(fā)送設備、譜圖記錄和數(shù)據(jù)測量處理系統(tǒng),以便在Z短的時間內(nèi)毫不費力地得到能如實反映樣品組成情況的數(shù)椐報告。
使氣相色譜儀小型化或微型化,使儀器操作智能化和自動化也是改進氣相色譜儀的一個方向,其目的是為適應今天科技發(fā)展的步伐。
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