在分析化學(xué)的工作中，大多數(shù)被分析物需要分離后才能檢測；分離技術(shù)中以色譜技術(shù)Z為成熟；而色譜技術(shù)中，氣相色譜（GC）和液相色譜（LC）是Z重要的兩個技術(shù)，前者針對揮發(fā)性、沸點較低、熱穩(wěn)定性物質(zhì)；后者針對非揮發(fā)性、高沸點、熱不穩(wěn)定性物質(zhì)。

　　以氣體為流動相的柱色譜法稱為氣相色譜法（gas chromatography, GC)。氣相色譜至今已經(jīng)有了60多年的歷史，主要用于揮發(fā)性物質(zhì)的檢測，應(yīng)用極其廣泛。氣相色譜具有的優(yōu)點很多，比如：分離效率高、分析速度快、檢測靈敏度高、樣品用量少、選擇性好、多組分同時分析、易于自動化。除色譜自有的檢測器外，還可以同質(zhì)譜、紅外等多種分析儀器聯(lián)用。這里，小編帶領(lǐng)大家簡要回顧一下這項發(fā)展60余年的技術(shù)，并捋一捋市場上主要的幾個供應(yīng)商的近期產(chǎn)品，希望對廣大的色譜分析工作者有點幫助。

氣相色譜儀發(fā)展簡史

　　1941 年，英國的馬?。ˋ.J.P.Martin）和辛格（R.L.M. Synge）聯(lián)名發(fā)表論文，首次預(yù)言色譜流動相可以是氣體，從而預(yù)測氣相色譜法 (GC) 的可行性。10 年后， Martin 與 A.T. James 通過分離和量化測定 C1-C12脂肪酸混合物的成分，展示了氣-液分配色譜法的可行性。忍不住說一下牛人馬丁，除了發(fā)明氣相色譜分析法，1952年，馬丁和辛格還因分配色譜獲得諾貝爾化學(xué)獎噢。

　　從儀器來看，歷史上Z早的氣相色譜儀是實驗室自建儀器，1947 年捷克色譜學(xué)家 Jaroslav Jank 發(fā)明的“楊那克型氣相色譜儀”，在歷史上曾經(jīng)流行過一段時間。該儀器以 CO2為流動相、杜馬測氮管為檢測器測定分離開的氣體體積。在樣品和 CO2進入測氮管之前，通過 KOH 溶液吸收掉CO2，按時間記錄氣體體積的增量（圖1）。不足之處是：它只能測室溫下為氣體的樣品，樣品中的 CO2 不能被測定，沒有實現(xiàn)自動化；另外它結(jié)構(gòu)簡單，很多實驗室自行搭建，沒有發(fā)展到“讓非專家能輕松使用”的商品化儀器的階段。

　　后來一些歐洲公司都曾嘗試過制造氣相色譜儀；但他們的儀器與實驗室自建裝置相差無幾。隨后不久，美國公司涉足該領(lǐng)域，這些公司在電子、光學(xué)領(lǐng)域經(jīng)驗豐富，由于在二戰(zhàn)期間為盟軍制造高精度系統(tǒng)而積累了大量經(jīng)驗。 1955 年三家美國公司， Burrell 、Podbielniak和 PerkinElmer推出了商品化的氣相色譜儀。PerkinElmer的154型GC后來繼續(xù)發(fā)揚光大，另外兩家后來停止生產(chǎn)。1957年Wilkens公司推出Aerograph Model A-90 GC，后來Wilkens公司被Varian收購，現(xiàn)在應(yīng)該是天美色譜的源頭吧；1959年F&M Scientific公司推出diyi臺可程序升溫的氣相色譜儀Model 202，后來該公司被HP收購，演化為今日的安捷倫氣相。在世界上其它地方，島津于1956年開始生產(chǎn)diyi臺商業(yè)化氣相色譜儀GC 1A；意大利Carloerba于1956年推出diyi臺商品化氣相色譜儀，應(yīng)該是賽默飛色譜的源頭。60年代，幾十家公司生產(chǎn)氣相色譜儀，但后來隨技術(shù)成熟后，余下的品牌主要就是大公司了。

圖2 PerkinElmer公司于1955年生產(chǎn)的商品化氣相色譜儀Model 154

　　  1958年，Golay發(fā)明了毛細管柱氣相色譜；同年Mcwillian和Harley同時發(fā)明了FID；Lovelock發(fā)明了氬電離檢測器（AID），使檢測方法的靈敏度提高了2～3個數(shù)量級。從毛細管氣相色譜儀理論的研究，到各種檢測技術(shù)的應(yīng)用，氣相色譜儀很快從實驗室的研究技術(shù)變成了常規(guī)分析手段，后來同質(zhì)譜聯(lián)用的GC-MS技術(shù)也迅速發(fā)展起來。

氣相色譜儀的原理

　　 氣相色譜儀，通過對預(yù)檢測混合物中組分有不同保留性能的氣相色譜色譜柱，使各組分分離，依次導(dǎo)入檢測器，以得到各組分的檢測信號。按照導(dǎo)入檢測器的先后次序，經(jīng)過對比，可以區(qū)別出是什么組分，根據(jù)峰高度或峰面積可以計算出各組分含量。

圖3 氣相色譜流程圖

氣相色譜儀的組成

　　氣相色譜儀的基本構(gòu)造包括：載氣系統(tǒng)、進樣系統(tǒng)、分離系統(tǒng)（色譜柱）、檢測系統(tǒng)、柱溫箱、數(shù)據(jù)系統(tǒng)（工作站）。

　　載氣系統(tǒng)

　　氣相色譜儀中的氣路是一個載氣連續(xù)運行的密閉管路系統(tǒng)。載氣系統(tǒng)包括氣源、氣體凈化、氣體流速控制和流量。其中氣體流速和流量的控制精度影響著氣相色譜的穩(wěn)定性，EPC（電子流量控制）的出現(xiàn)解決了這一問題。EPC是20世紀(jì)90年代初出現(xiàn)的新技術(shù)，首先由惠普（即現(xiàn)在的安捷倫）公司推出，可以控制進樣口、檢測器等多個區(qū)域。其他廠家很快也采用類似的技術(shù)，盡管采用了不同的名稱。如島津公司叫高級氣流控制（AFC），瓦里安公司（現(xiàn)為天美收購）叫電子流量控制（EFC），PerkinElmer公司則叫可編程氣路控制（PPC）。實際上都是采用電子壓力傳感器和電子流量控制器，通過計算機來實現(xiàn)壓力和流量的自動控制。目前，一臺氣相色譜儀是否具有EPC成為了其“身價貴賤”的因素之一。安捷倫EPC控制精度一直領(lǐng)xian，如2013年推出的7890B氣相色譜儀的EPC控制精度達到0.001psi。近年來各廠家發(fā)展的技術(shù)還包括微板流路控制技術(shù)。

　　進樣系統(tǒng)

　　進樣就是把氣體或液體樣品快速而定量地加到色譜柱上端。現(xiàn)有的進樣方式包括：分流/不分流進樣、填充柱進樣、冷柱頭進樣、大體積進樣等；當(dāng)與程序升溫技術(shù)配合后，還可以組合形成多種進樣方式，如程序升溫大體積進樣。其中以分流/不分流進樣為Z常見。在儀器配置時，可選擇不同的進樣口。

　　根據(jù)用戶對提高分析效率和重現(xiàn)性的要求，生產(chǎn)廠家提供了一系列自動化進樣技術(shù)，如液體自動進樣、頂空進樣、吹掃-捕集、熱脫附進樣等；配合一些分析方法，還有雙柱雙塔進樣等特殊方法的配置；近年來，發(fā)展“N合一”的多種功能、全自動化進樣系統(tǒng)也很熱門。

　　頂空進樣

　　頂空進樣其原理是將待測樣品置入一密閉的容器中，通過加熱升溫使揮發(fā)性組分從樣品基體中揮發(fā)出來，在氣液（或氣固）兩相中達到平衡，直接抽取頂部氣體進行色譜分析，從而檢驗樣品中揮發(fā)性組分的成分和含量。使用頂空進樣技術(shù)可以免除冗長繁瑣的樣品前處理過程，避免有機溶劑對分析造成的干擾、減少對色譜柱及進樣口的污染。目前生產(chǎn)頂空進樣器的廠商有Tekmar（利曼代理）、DANI、OI（被Xylem收購，普立泰科代理）和北京中興匯利等。

　　自動進樣器

　　氣相色譜儀的自動進樣器代替了手動進樣，大大降低了進樣的誤差，自動進樣器從8位到100多位，位數(shù)不等?，F(xiàn)大多數(shù)氣相色譜廠商直接提供此種進樣器。近年來，還發(fā)展了“N合一”多功能全自動進樣器，用得Z多的是瑞士CTC和德國Gerstel公司的多功能全自動進樣器，現(xiàn)在還有更多的公司進入這個市場。這些公司也為大公司貼牌生產(chǎn)，比如賽默飛的Triplus自動進樣器。

　　吹掃-捕集

　　吹掃-捕集進樣系統(tǒng)是利用載氣盡量吹出樣品中待測物后，用低溫捕集或吸附劑捕集的方法收集待測物，可大幅提高靈敏度。其中常用的吸附劑有Tenax、硅膠或活性炭等。目前生產(chǎn)吹掃-捕集進樣系統(tǒng)的廠商有Tekmar（利曼代理）、DANI、Markes（磐合科儀代理）、Gerstel和OI（普立泰科代理）等。

　　熱脫附進樣

　　熱脫附進樣利用加熱和惰性氣流作用，使揮發(fā)性和半揮發(fā)性有機分析物從吸附劑或樣品基體中萃取/解析的過程。該技術(shù)集在線或離線采樣，分析物濃縮和自動進樣于一體化，可將揮發(fā)性或半揮發(fā)性有機物直接引入GC或GC/MS分析。其操作過程包括脫附、吸附、冷聚集，之后樣品通過快速加熱轉(zhuǎn)移至氣相色譜柱進行分離分析。目前，生產(chǎn)熱脫附進樣器的廠商有Markes（磐合科儀代理）和PerkinElmer等。

　　分離系統(tǒng)

　　分離系統(tǒng)的核心是色譜柱，它的作用是將多組分樣品分離為單個組分。色譜柱分為填充柱和毛細管柱兩類。目前，常用的氣相色譜柱廠家有安捷倫、GS-Tek、Restek、迪馬科技、蘭州中科安泰和大連中匯達等。

　　檢測系統(tǒng)

　　檢測器的作用是把被色譜柱分離的樣品組分根據(jù)其特性和含量轉(zhuǎn)化成電信號，經(jīng)放大后，由記錄儀記錄成色譜圖。通常采用的檢測器有：TCD（熱導(dǎo)檢測器），F(xiàn)ID（火焰離子化檢測器），ECD和μECD（電子捕獲檢測器），NPD（氮磷檢測器，島津叫FTD），F(xiàn)PD（火焰光度檢測器），MS（質(zhì)譜檢測器）。另外還有：PID（光離子化檢測器），PFPD (脈沖火焰光度檢測器)，HID（氦離子化檢測器），PDD或PDHID（脈沖放電氦離子化檢測器），表面聲波檢測器，ASD（電化學(xué)硫檢測器），SCD（硫化學(xué)發(fā)光檢測器），CCD（催化燃燒檢測器）等。

　　柱溫箱

　　用于控制和測量色譜柱、檢測器、氣化室溫度，是氣相色譜儀的重要組成部分。柱溫箱的考察指標(biāo)包括：升溫速度、降溫速度、溫度穩(wěn)定性、以及程序升溫的階數(shù)?？稍谙潴w上安裝2-3個進樣口，2-4個檢測器（包括質(zhì)譜檢測器）。

　　信號記錄或微機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

　　目前氣相色譜儀主要采用色譜數(shù)據(jù)工作站。色譜數(shù)據(jù)工作站記錄色譜圖，并能在同一張記錄紙上打印出處理后的結(jié)果，如保留時間、被測組分質(zhì)量分數(shù)等?，F(xiàn)代的色譜工作站功能更為強大，可以控制多臺儀器、編輯方法、采集數(shù)據(jù)、完成后續(xù)的積分、定量、驗證等等功能。

　　除了上述講述的通用氣相色譜儀外，近年來發(fā)展的技術(shù)還包括：快速氣相、微型氣相/便攜式小型氣相，以及二維氣相色譜、全二維GC×GC氣相色譜等。