氣相色譜（gas chromatography 簡稱GC）是二十世紀五十年代出現的一項重大科學技術成就。這是一種新的分離、分析技術，它在工業、農業、國防、建設、科學研究中都得到了廣泛套用。氣相色譜可分為氣固色譜和氣液色譜。
基本介紹
- 中文名：氣相色譜
- 外文名：gas chromatography
- 出現時間：二十世紀五十年代
- 簡 稱：GC
分類,發展,特點,原理,組成,套用,方法,
分類
氣相色譜可分為氣固色譜和氣液色譜。氣固色譜指流動相是氣體，固定相是固體物質的色譜分離方法。例如活性炭、矽膠等作固定相。氣液色譜指流動相是氣體，固定相是液體的色譜分離方法。例如在惰性材料硅藻土塗上一層角鯊烷，可以分離、測定純乙烯中的微量甲烷、乙炔、丙烯、丙烷等雜質。
發展
GC色譜的發展與下面兩個方面的發展是密不可分的。一是氣相色譜分離技術的發展，二是其他學科和技術的發展。
1952年James和Martin提出氣液相色譜法，同時也發明了第一個氣相色譜檢測器。這是一個接在填充柱出口的滴定裝置，用來檢測脂肪酸的分離。用滴定溶液體積對時間做圖，得到積分色譜圖。以後，他們又發明了氣體密度天平。1954年Ray提出熱導計，開創了現代氣相色譜檢測器的時代。此後至1957年，是填充柱、TCD年代。
20世紀60和70年代，由於氣相色譜技術的發展，柱效大為提高，環境科學等學科的發展，提出了痕量分析的要求，又陸續出現了一些高靈敏度、高選擇性的檢測器。如1960年Lovelock提出電子俘獲檢測器（ECD）；1966年Brody等發明了FPD；1974年Kolb和Bischoff提出了電加熱的NPD；1976年美國HNU公司推出了實用的窗式光電離檢測器（PID）等。同時，由於電子技術的發展，原有的檢測器在結構和電路上又作了重大的改進。如TCD出現了衡電流、衡熱絲溫度及衡熱絲溫度檢測電路；ECD出現衡頻率變電流、衡電流脈衝調製檢測電路等，從而使性能又有所提高。
20世紀80年代，由於彈性石英毛細管柱的快速廣泛套用，對檢測器提出了體積小、回響快、靈敏度高、選擇性好的要求，特別是計算機和軟體的發展，使TCD、FID、ECD、和NPD的靈敏度和穩定性均有很大提高，TCD和ECD的池體積大大縮小。
進入20世紀90年代，由於電子技術、計算機和軟體的飛速發展使MSD生產成本和複雜性下降，以及穩定性和耐用性增加，從而成為最通用的氣相色譜檢測器之一。其間出現了非放射性的脈衝放電電子俘獲檢測器（PDECD）、脈衝放電氦電離檢測器（PDHID）和脈衝放電光電離檢測器（PDECD）以及集次三者為一體的脈衝放電檢測器（PDD），4年後，美國Varian公司推出了商品儀器，它比通常FPD靈敏度高100倍。另外，快速GC和全二維GC等快速分離技術的迅猛發展，促使快速GC檢測方法逐漸成熟。
特點
原理
GC主要是利用物質的沸點、極性及吸附性質的差異來實現混合物的分離，其過程如圖氣相分析流程圖所示。
待分析樣品在汽化室汽化後被惰性氣體（即載氣，也叫流動相）帶入色譜柱，柱內含有液體或固體固定相，由於樣品中各組分的沸點、極性或吸附性能不同，每種組分都傾向於在流動相和固定相之間形成分配或吸附平衡。但由於載氣是流動的，這種平衡實際上很難建立起來。也正是由於載氣的流動，使樣品組分在運動中進行反覆多次的分配或吸附/解吸附，結果是在載氣中濃度大的組分先流出色譜柱，而在固定相中分配濃度大的組分後流出。當組分流出色譜柱後，立即進入檢測器。檢測器能夠將樣品組分轉變為電信號，而電信號的大小與被測組分的量或濃度成正比。當將這些信號放大並記錄下來時，就是氣相色譜圖了。
組成
套用
在石油化學工業中大部分的原料和產品都可採用氣相色譜法來分析；在電力部門中可用來檢查變壓器的潛伏性故障；在環境保護工作中可用來監測城市大氣和水的質量；在農業上可用來監測農作物中殘留的農藥；在商業部門可用來檢驗及鑑定食品質量的好壞；在醫學上可用來研究人體新陳代謝、生理機能；在臨床上用於鑑別藥物中毒或疾病類型；在宇宙艙中可用來自動監測飛船密封倉內的氣體等等。
色譜實際上是俄國植物學家茨維特（M.S.Tswett）在1901年首先發現的。1903 年3月，茨維特在華沙大學的一次學術會議上所作的報告中正式提出“chromatography”(即色譜)一詞，標誌著色譜的誕生。他因此被提名為1917年諾貝爾化學獎的候選人。當時茨維特研究的是液相色譜（LC）的分離技術，氣相色譜出現在20世紀40年代，英國人馬丁（A.J.P.Martin）和辛格(R.L.M.Synge)在研究分配色譜理論的過程中，證實了氣體作為色譜流動的可能性，並預言了GC的誕生。與此巧合的是，這兩位科學家獲得了當年的諾貝爾化學獎。儘管獲獎成果是他們對分配色譜理論的貢獻，但也有後人認為他們是因為GC而得獎的。這也從另一個方面說明了GC技術對整個化學發展的重要性。
雖然GC的出現較LC晚了50年，但其在此後20多年的發展卻是LC所望塵莫及的。從1955年第一台商品GC儀器的推出，到1958年毛細管GC柱的問世；從毛細管GC理論的研究，到各種檢測技術的套用，GC很快從實驗室的研究技術變成了常規分析手段，幾乎形成了色譜領域GC獨領風騷的局面。1970年以來，電子技術，特別是計算機技術的發展，使得GC色譜技術如虎添翼，1979年彈性石英毛細管柱的出現更使GC上了一個新台階。這些既是高科技發展的結果，又是現代工農業生產的要求使然。反過來，色譜技術又大大促進了現代物質文明的發展。在現代社會的方方面面，色譜技術均發揮著重要作用。從天上的太空梭，到水裡游的航空母艦，都用GC來監測船艙中的氣體質量；從日常生活中的食品和化妝品，到各種化工生產的工藝控制和產品質量檢驗，從司法檢驗中的物質鑑定，到地質勘探中的油氣田尋找，從疾病診斷、醫藥分析、到考古發掘、環境保護，GC技術的套用極為廣泛。
方法
頂空進樣法是氣相色譜特有的一種進樣方法。適用於揮發性大的組分分析。測定時，精密稱取標準溶液和供試品溶液各3-5 ml分別置於容積為8 ml的頂空取樣瓶中。將各瓶在60攝氏度的水浴中加熱30-40 min，使殘留溶劑揮發達到飽和，再用在同一水浴中的空試管中加熱的注射器抽取頂空氣適量（通常為1 ml）。進樣，重複進樣3次，按溶劑直接進樣法進行計算與處理。
頂空分析是通過樣品基質上方的氣體成分來測定這些組分在原樣品中的含量。其基本理論依據是在一定條件下氣相和凝聚相（液相和固相）之間存在著分配平衡。所以，氣相的組成能反映凝聚相的組成。可以把頂空分析看作是一種氣相萃取方法，即用氣體做“溶劑”來萃取樣品中的揮發性成分，因而，頂空分析就是一種理想的樣品淨化方法。傳統的液液萃取以及SPE都是將樣品溶在液體裡，不可避免地會有一些共萃取物的干擾分析。況且溶劑本身的純度也是一個問題，這在痕量分析中尤為重要。而其做溶劑可避免不必要的干擾，因為高純度氣體很容易得到，且成本較低。這也是頂空氣相被廣泛採用的一個原因。
作為一種分析方法，頂空分析首先簡單，它只取氣體部分進行分析，大大減少了樣品本身可能對分析的干擾或污染。作為GC分析的樣品處理方法，頂空是最為簡便的。其次，是可以使氣化後進樣，頂空分析有不同模式，可以通過最佳化操作參數而適合於各種樣品。第三，頂空分析的靈敏度能夠滿足法規的要求。第四，頂空進樣可相對的減少用於溶解樣品的沸點較高的溶劑的進樣量，縮短分析時間，但對溶劑的純度要求較高，尤其不能含有低沸點的雜質，否則會嚴重干擾測定。最後，與GC的定量分析能力相結合，頂空GC完全能夠進行準確的定量分析。
