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气相色谱技术的研究进展及其应用

更新时间:2016-01-29      点击次数:2328
气相色谱技术是现代仪器分析的重要研究领域之一,由于其*、、快速的分离特性,已成为物理、化学分析*的重要工具。进入2l世纪以来,气相色谱技术的发展已渐趋成熟,基础性的创新成果十分有限,但技术性的BCT一直在进行着,尤其是与行业相关的应用性研究仍然十分活跃,以微柱阀切换、色谱柱和自控技术为基础发展起来的各类试样预处理系统和分析系统的标准化与商品化结果,使得这些新技术和新方法的应用变得越来越便利。目前,气相色谱技术已在石油、化工、环保、药物等方面有广泛应用。  
1 气相色谱技术的研究进展  1.1 全二维气相色谱  传统的多维气相色谱发展到今天,无论在理论上还是应用上,均已相当成熟,而全二维气相色谱则是20世纪90年代初出现的新方法。首先,Jorgenson等?于1990年提出全二维液相色谱毛细管电泳联用的方法,强调二维正交分离的童要性。其后,Phillips等[21利用他们以前在快速气相色谱中使用的在线热解析调制器开发出全二维气相色谱法。在该方法中,第1支柱为非极性柱,第2支柱为极性柱,通过极性和温度的改变实现气相色谱分离特性的正交化。从第1支柱中流出的组分按保留大小依次进人调制器进行聚焦,然后通过快速加热的方法把聚焦后的组分快速发送到第2支柱中进行再分离。由于发送频率很高,聚焦后再往第2根柱发送。连接两支柱的桥梁可以是l支厚膜毛细管,也可以是1支冷阱控制的空毛细管。全二维气相色谱技术的关键部件是调制器。  全二维气相色谱分析技术的特点如下:  (1)灵敏度高。组分在流出*根色谱往后,经过调制器聚焦后,提高了在枪测器上的浓度,因而提高检测器的灵敏度,可比通常一维色谱灵敏度提高20~70倍。  (2)分辨率高、峰容量大。一般的二维气相色谱蜂容量是二柱蜂容萤之和,而全二维气相色谱的峰容量是二柱峰容量之乘积,分辨率为二柱各自分辨率平方和的平方根。  (3)分析时间短、工作效率高。由于该系统能提供高的峰容量和好的分辨率,总分析时间比一维色谱短。  (4)定性分析叮靠性显著增强。主要有3个因素:①大多数目标化合物和化合物组群可达到基线分离减少干扰;②峰被分离成为容易识别的模式;③其中某一个峰相对于同族的其他成员来说,在每次运动巾其位置是稳定的。  (5)由于系统能提供高峰容量和好分辨率,一个方法便可完成原来要几个美国测试和材料协会(ASTM)方法才能完成的任务。 1.2 快速气相色谱技术  zui近几年国内不断有文献报道有关快速和便携式气相色谱技术和应用,说明气相色谱的快速化和小型化已经受到人们的十分重视。我国科技部在“九五”期间曾组织分析仪器开发研究课题,北京分析仪器厂等单位已经研制“高压快速气相色谱”,分析时间可缩短到常规毛细管色谱的l/3到1/5。北京石油勘探研究 院的武杰曾对高压快速气相色谱的理论与在石油方面的应用有过很深入的研究。               要实现快速气相色谱就要使用内径要细、长度要短的色谱柱,目前许多研究者都足使用细内径短毛细管柱进行快速气相色谱分析。因为使用细内径色谱柱町减少分析时问,另外还可提高柱效,但是使用短柱,色谱柱的总柱效就降低,而柱效是样品分离的首要因素,所以必须提高色谱柱单位柱长的柱效,这样既满足快速气相色谱要求的细内径短柱又满足分离所需的高柱效。  1.3 便携式色谱仪  进入2 l世纪,分析仪器正出现一个以微璎化为主要特点的、带有革命特征的转折。美国科学家基于在航天发射工作中气体监测方面的需要,Stanford大学的研究人员用半导体芯片生产工艺研制出两个关键元件一进样器和检测器,推出了基于芯片技术的气褶色谱仪。  与常规色谱仪一样,微型便携式色谱仪也宅要由进样口、色谱柱和检测器组成,所不同的是后者采用微加工技术,把进样口和检测器微刻在硅片上,其尺寸与一个集成电路相当,色谱柱可崮定在一个加热板上。这种微型便携式色谱仪体积小、重缝轻,便于携带,分析速度快,保留时间以秒计,适合于有毒有害气体的监测和工艺过程的质量控制,既可以作为实验气相色谱仪,也可以作为在线工业色谱仪,同时有较高的灵敏度,zui低检测限为10级。  1.4 气相色谱和质谱联用技术  在色谱联用仪中,气相色谱和质谱联用仪(GC—MS)是开发zui早的色谱联用仪器。自1957年霍姆斯(Holmes JC)和莫雷尔(Morrell FA)实现气相色谱和质谱联用以后,这一技术得到长足的发展。由于从气相色谱柱分离后的样品呈气态,流动相也是气体,与质谱的进样要求相匹配,zui容易将这两种仪器联用,而且气一质联用法综合了气相色谱和质谱的优点,弥补了各自的缺陷,因而具有灵敏度高、分析速度快和鉴别能力强的特点,可同时完成待测组分的分离和鉴定,特别适用于多组分混合物巾未知组分的定性和定量分析,判断化合物的分子结构;BCT地测定化合物的分子量;是目前能够为皮克级试样提供结构信息的工具。  1.5 仪器方面的进展  a.自动化程度进一步提高,特别是EPC(电子程序压力流量控制系统)技术已作为基本配置在许多厂家的气相色谱仪上安装(如Agilent6890,ShimadzuGC-2014GC-2010,Varian3800,PEAutoXL,CEMega8000等),从而为色谱条件的再现、优化和自动化提供了更可靠更完善的支持。  b.与应用结合更紧密的色谱仪,如天然气分析仪等。  c.色谱仪器上的许多功能进一步得到开发和改进,如大体积进样技术,液体样品的进样量可达500微升;检测器也不断改进,灵敏度进一步提高;与功能日益强大的工作站相配合,色谱采样速率显著提高,zui高已达到200赫兹,这为快速色谱分析提供了BCT。  d.色谱工作站功能不断增大,通讯方式紧跟时代步伐,已实现网络化,从技术上讲,现在实现气相色谱仪的远程操作(样品已置于自动进样器中)是没有问题的。  e.新的选择性检测器得到应用,如AED、O-FID、SCD、PFPD等。
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