工業氣相色譜儀的構成及部分作用

    色譜法就是利用色譜柱中固定相對被測樣品中各組分具有不同的吸收或溶解能力，使各組分在兩相中反復進行分配，分配的結果使各組分得以分離，致使各組分按照一定的順序流出色譜柱。固定相對某一組分的吸收或溶解能力越強，則該組分就不容易被流動相帶走，流出色譜柱的時間就越慢。如果在色譜柱的出口處安裝一個檢測器（如熱導式檢測器），則當有組分從色譜柱流入檢測器時，檢測器將輸出一個對應于該組分濃度大小的電信號，通過記錄儀可把每個組分對應的輸出曲線記錄下來，就形成不同峰值組成的曲線圖，稱該圖為色譜圖。
    色譜法根據流動相的不同，可分為氣相色譜和液相色譜兩種。
    （1）氣相色譜流動相為氣體，如果固定相為液體（這種液體稱固定液），則稱為氣液色譜；如果固定相為固體，則稱氣固色譜。
    （2）液相色譜流動相為液相，根據固定相的不同，液相色譜也有液液色譜和液固色譜兩種情況。
    不管用何種色譜方法，其基本原理是相似的，所以下面將以氣相色譜為例進行分析。

氣相色譜儀的構成及部分作用

氣相色譜儀的基本組成。一臺完整的氣相色譜儀主要包括載氣處理及控制系統、進樣裝置、色譜柱、檢測器和記錄儀等。

（1）載氣處理雙控制系統  色譜儀用的載氣一般應用的氣源，經過干燥、凈化處理后進人流量控制器，使進入色譜柱的載氣流量保持恒定。

 （2）進樣裝置實驗室用氣相色譜儀在分析液體樣品時可用注射器針頭刺入密封的橡皮膜蓋，手動進樣；若分析氣體樣品，則可用定量管進樣。工業用色譜儀都用定量管進樣。定量管進樣的方法是：經過處理后的被測樣品由管道流過電磁閥（用來控制樣品的進入）后進入取樣閥。取樣閥的作用是將一定量的樣品送入色譜柱中，常見的取樣閥有直線滑閥和六通平面轉閥等。給出了六通平面轉閥在取樣和進樣時的情況。取樣時的情況，樣品流入取樣閥經過定量管后流出，載氣經取樣閥直接流入色譜柱；閥蓋旋轉60。后即為進樣時情況。這時，載氣人口與定量管相連，在載氣壓力的作用下，把定量管中的樣品帶入色譜柱。可見，進樣量的大小除與定量管及與閥的連接管的體積有關外，還與樣品進入時的溫度、壓力有關。因此，樣品在進入取樣裝置前應進行預處理。對于氣體樣品，除了過濾外，還要進行壓力和溫庋的控制，以保證進樣的準確性；對于液體樣品，一般只需過濾和減壓處理，但在進樣后需要經過汽化室，使樣品在進入色譜柱之前迅速汽化。

（3）色譜柱  色譜柱是色譜儀中zui重要的部分之一，其作用是將被測樣品的各組分進行分離。色譜柱有填充式和毛細管式兩種。填充式色譜柱中裝有固體顆粒，如石墨化炭黑、分子篩、硅膠和多孔性高分子微球。由這種色譜柱構成的色譜為氣固色譜，其中的固體顆粒也稱吸附劑。
    填充式色譜柱中也可以用液體作固定相，該液體稱為固定液。固定液常用擔體來支持和擴大表面積。液體石蠟、聚乙二醇等都可作為固定液，擔體一般為多孔性固體顆粒，其結構及表面性質會影響分離效果，常用的擔體有硅藻、四氟乙烯和玻璃球等。這種色譜柱構成氣液色譜。
    毛細管色譜柱是直接將固定液涂在內徑很小的毛細管內壁上，它也屬于氣液色譜。
    氣固色譜和氣液色譜都能將被測樣品在色譜柱中進行分離，但它們的分離原理是不同的。氣固色譜是利用固體表面對物質的吸附作用，不同的組分一般具有不同的吸附能力，固體對某組分的吸附力越強，則該組分在色譜柱中的移動速度就越慢。這樣可以把混合物中各組分分離開來。由于它是基于吸附原理，因此氣固色譜也稱吸附色譜。液固色譜也屬于吸附色譜。
    氣液色譜是利用樣品中不同的組分在選定的兩相中具有不同的分配系數來達到分離的。所謂分配系數定義為
    Ki=Csi/Cmi
式中，c。i為組分i在固定相中的濃度；Cm：為組分i在移動相中的濃度。
    分配系數大的組分在色譜柱中不易被載氣帶走，在固定相中所滯留的時間長；反之，滯留時間就短。液液色譜的分離原理與氣液色譜相同，它們都稱為分配色譜。
    不管是吸附色譜還是分配色譜，各組分在色譜柱中的分離效果與固定相、載氣以及色譜桂所處的溫度等因素有關，因此在應用色譜柱時要注意以下問題。
    ①色譜柱不是的，必須根據被測混合物各組分的特性選用合適的色譜柱（即選擇固定相），使得各組分能在色譜柱中得到充分的分離。為此，氣相色譜儀往往有多支色譜柱可供選擇；另外，為提高色譜柱的分離效率和穩定性，色譜儀常采用多柱系統組合方式，即讓樣品按一定的順序先后流過兩個色譜柱。這可以通過儀器中的柱切閥來進行柱子的切換。
    ②根據固定相和被測組分的不同，要合理的選擇流動相。對流動相（即載氣）的要求是不與樣品中各組分及固定相起化學反應，并且不為固定相吸附或溶解。一般氮氣、氫氣、氬氣、空氣及二氧化碳可用作載氣，而zui常用的是氮氣和氫氣。在分析煙氣中的氫氣時，則可用氬氣。此外，載氣的選擇還與所用的檢測器種類有關。
    ③色譜柱的溫度對組分的分離效果有很大影響，因此必須選擇合適的溫度，并通過溫度控制器使色譜柱的溫度在工作期間保持恒定。色譜柱工作溫度范圍可由幾十攝氏度到三百多攝氏度，主要取決于樣品各組分的沸點。對于沸點較低的組分，可選用較低的工作溫度；而若要分離的樣品各組分的沸點較高，則應選擇較高的工作溫度。如果各組分的沸點相差很大，為了能對低沸點組分和高沸蠃組分同時具有較好的分離效果，可采用程序升溫的方法，即通過程序控制，使色譜柱的溫度在分析過程中逐步地或分段地升溫。
    （4）檢測器檢測器是用來檢測并定量測定經色譜柱分離的物質組分。從原理上來說，樣品組分與載氣在性質上的任何差別都可作為檢測器工作的基礎，檢測器將這種性質上的差別轉變成電信號輸出。可作氣相色譜儀用的檢測器有二十多種，常用的主要有以下兩種。
    ①熱導池檢測器。其工作原理與熱導式氣體分析儀*相同。在工業色譜儀中一般均采用單電橋測量線路，測量橋臂與色譜柱出口相連接，參比橋臂則通入載氣。當混合物中的各組分經色譜柱分離后，依次進入檢測器，檢測器中熱導率隨組分的不同依次發生變化，將電橋的輸出信號進行記錄，即可得到色譜圖。
    ②氫火焰電離檢測器。如圖2-98所示，帶有樣品的載氣從色譜柱出來后與純氫氣混合進入檢測室，從噴氣口噴出。點火絲通電點燃氫氣，設樣品中含有碳氫化合物，則樣品中的有機物在燃燒中所產生的離子及電子在強電場作用下向收集電極和極化電極移動，從而形成電流，經放大器放大后供顯示和記錄。

（5）記錄儀