气相色谱测试塑料包装容积残留的基本常识

发布时间：2009-07-13 07:46:02

一、气相色谱的基本原理

1、气相色谱分析法的分离原理

在互不相溶的两相——流动相和固定相的体系中，当两相作相对运动时，第三组分（即溶质或吸附质）连续不断地在两相之间进行分配，这种分配过程即为色谱过程。由于流动相、固定相以及溶质混合物性质的不同，在色谱过程中溶质混合物中的各组分表现出不同的色谱行为，从而使各组分彼此相互分离，这就是色谱分析法的实质。也就是说，当一种不与被分析物质发生化学反应的被称为载气的***性气体（例如H₂、N₂ 、He、 Ar 、CO₂等）携带样品中各组分通过装有固定相的色谱柱时，由于试样分子与固定相分子间发生吸附、溶解、结合或离子交换，使试样分子随载气在两相之间反复多次分配，使那些分配系数只有微小差别的组分发生很大的分离效果，从而使不同组分得到完全分离。例如北京兰德梅克公司生产的GC3061C气相色谱仪，一个试样中含A、B二个组分，已知B组分在固定相中的分配系数大于A，即K_B> K_A，如图1-1所示。

图1-1 样品在色谱柱内分离示意图

3061C型气相色谱仪设计基于色谱分析与氢火焰离子化检测原理。由于氢火焰离子化检测器对有机化合物特别敏感，***小检测器可达10-9克，而对无机化合物无响应或响应很小。FID响应特性属于质量检测器，因此对温度、压力、流量等操作条件极不敏感，具有其他常用检测器无法比拟的操作特性，是目前气相色谱仪必配的检测器。值得指出的是，氢火焰离子化检测器也是目前气相色谱仪常用检测中***可以进水样的检测器。

当样品进入色谱柱时，组分A、B以一条混合谱带出现，由于组分B在固定相中的溶解能力比A大，因此组分A的移动速度大于B，经过多次反复分配后，分配系数较小的组分A首先被带出色谱柱，而分配系数较大的组分B则迟被带出色谱柱，于是样品中各组分达到分离的目的。设法将流出色谱柱某组分的浓度变化用电压、电流信号记录下来，便可逐一进行定性和定量分析。

2、色谱曲线

通常，如果进样浓度很小，在吸附等温线的线性范围内，色谱流出曲线可以假设为对称的，如图1-2所示。

图1-2 色谱流出曲线

从流出曲线上可以得到如下的信息：

（1）根据色谱峰的数目，得知该试样中至少含有多少组分；

（2）根据色谱峰的位置，即利用保留值可以进行定性鉴定；

（3）根据峰面积或峰高，可以进行定量分析；

（4）根据峰的保留值和峰宽，可对色谱柱的分离效能作出评价。

3、色谱柱系统

色谱法中一个首要问题是设法将混合物中的不同组分加以分离，然后通过检测器对已分离的各组分进行鉴定或测定。完成分离过程所需要的色谱柱便是色谱仪的关键部件之一。

在色谱柱内不移动、起分离作用的物质称为固定相。气固色谱的固定相是具有活性的多孔性固体物质（吸附剂）、高分子多孔聚合物等固体固定相。气-液色谱的固定相有时仅指起分离作用的液态物质（固定液），但一般是指承载有固定液的惰性固体，即液态固相。

4、毛细管柱气相色谱法

毛细管气相色谱法是1957年由美国学者Golay在填充柱气相色谱法基础上提出的，是使用具有高分辨能力的毛细管色谱柱来分离复杂组分的色谱法。

毛细管色谱柱内径只有0.1～0.53mm,长度可达100m，甚至更长，空心。虽然每米理论板数与填充柱相近，但可以使用50～100m的柱子，而柱压降只相当于4m长的填充柱，***论板数可达10～30万。

毛细管色谱的出现使色谱分离能力大大提高，对于分析复杂的有机混合物样品，如石油化工、环境污染、天然产品、生样样品、食品等方面开辟了广阔的前景，已成为色谱学科中一个独具特色的分支。

现在市场上毛细管色谱柱有许多牌号，下面列出常见毛细管柱的情况--北京兰德梅克提供：

固定相	组成	极性	类似品牌	应用
SE-30、 OV-1 OV-101	二甲基硅氧烷	非极性	DB-1、HP-1、CP-Sil5CB、 SPB-1、007-1、Rtx-1、BP-1……	烃类、胺类、酚类、***、PCBs、挥发油、硫化物等
SE-54 SE-52	5%***，1%乙烯基甲基硅氧烷	非极性	DB-5、HP-5、CPSil 8CB、SPB-5、Rtx-5、Bp-5……	*、芳烃类、酚、酯、*、卤代烃
OV-1701	7%*甲基，7%*甲基硅氧烷	中等极性	DB-170、BP-10、HP-1701、CPSil 19CB、Rtx-1701、 SPB-1701、……	*、、**、TMS糖
OV-17	50%***甲基硅氧烷	中等极	DB-17、HP-50、SP2250、CP-Sil 19、Rtx-50、SPB-50、……	*、*、甾类等
PEG-20M	聚乙二醇20M	极性	DB-WAX、HP-Wax、 Carbowax SUPELCOWAX10、 CPWAX52CB……	醇类、酯、醛类、溶剂、单芳、精油等
FFAP	聚乙二醇20M对苯二甲酸的反应产物	极性	DB-FFAP.HP-FFAP.Nukol、 SP-1000……	醇、酸、酯、醛、腈
XE-60	25%******甲基硅氧烷	中极性		酯、硝基化合物
OV-225	25%****，25%*甲基硅氧烷	中极性	DB-225、HP-225、 SP-2330、SPB-225、 CP-SIL43CB……	脂肪酸酯、PUFA、Alditol
OV-210	50%三氟丙基硅氧烷	极性	DB210、Rtx200…	极性化合物、有机氯化合物
OV-275	10% 三氟丙基硅氧烷	强极性	DB210、SP2401、Rtx200……	极性化合物

二、气相色谱检测系统

色谱检测系统由检测器、微电流放大器、记录器等部件构成。组分从柱后流出后进入检测器中检测并产生信号，这些信号(通常要经过放大)送入记录仪或数据处理系统中进行谱图记录及数据处理。

任何一个检测器从根本上讲可以看作是一个传感器(transducer或senser)。各种检测器的共性是根据物质的物理的或物理化学的性质，将组分的浓度(或质量)的变化情况转化为易于测量的电压、电流讯号，而这些讯号在一定范围内必须与该物质的量成一定的比例关系。

常用的气相色谱检测器介绍如下：

1、热导池检测器

热导池检测器由于它结构简单，灵敏度适宜，稳定性较好，线性范围较宽，适用于无机气体和有机物，它既可做常量分析，也可做微量分析，***小检测量mg/ml数量级，操作也比较简单，因而它是目前应用相当广泛的一种检测器。

2、热导池检测器原理

目前普遍采用四臂钨丝热导池，在四个圆形孔道内，安装上四根钨丝(或铼钨丝)，利用此四根钨丝组成惠斯登电桥(见图3－1)通过一定量的恒定直流电流，此时钨丝发热，具有一定的温度，当载气流经钨丝并保持恒定的流速时，热丝表面被带走的热量是恒定的，即热丝阻值的变化也恒定，根据电桥平衡原理：

所以 ΔV=0 ΔI=0

图3-1 四臂热导池电桥电路

如有被测组分通入热导池，则钨丝周围的气体成分及浓度发生改变，由于不同的气体分子导热系数不同，分子量小的或分子直径小的气体具有高的热导率，相反，分子量大的或分子体积大的则有低的热导率，如果气体分子越多则浓度越大，传导的热量也越多，这样就使得气体热传导量发生改变，从而使钨丝的温度也发生改变，使钨丝的阻值变化，由于参考池仍是纯载气通过，而测量池为含有样品组分的载气通过，因此两组热导池引起阻值变化不一样，即

MN端的电位差ΔV≠0，因此有相应的电压信号输出，在一定条件下此信号大小与组分的浓度成正比。因此，利用测量此非平衡电压信号，即可确定待测组分的含量。这就是热导池检测器的的基本原理。

三、氢火焰离子的基本性能

氢火焰离子化检测器(Flame Ionization Detector，FID)

自五十年代以来，由于大力发展火箭技术，对燃烧和***进行了深入的研究，发现有机物在燃烧过程中能产生离子，利用这一发现研究出氢火焰离子化检测器，此检测器自1958年创制以来得了广泛的应用，是目前国内外气相色谱仪必备检测器。氢火焰检测器是微量有机物色谱分析的主要检测器，它的主要特点是灵敏度高，基流小，***小检测量为ng/ml级，响应快，线性范围宽，对操作条件的要求不甚严格(如载气流速，检测器温度等)，操作比较简单、稳定、可靠，因此它是目前***常用的检测器。

氢火焰离子化检测器的结构

图3-2 氢火焰离子化检测器示意图

氢火焰检测器是由离子室，离子头及气体供应三部分组成。图3-2是氢火焰离子化检测器的一般示意图。

电子捕获检测器(Electron Capture Detector，ECD)

电子捕获检测器是目前气相色谱中常用的一种高灵敏度、高选择性的检测器。它只对电负性(亲电子)物质有信号，样品电负性越强，所给出的信号越大，而对非电负性物质则没有响应或响应很小。

电子捕获检测器对卤化物、含磷、硫、氧的化合物，硝基化合物、金属有机物、金属螯合物，甾类化合物。多环芳烃和共轭羰基化合物等电负性物质都有很高的灵敏度，其检出限量可达10^-9～10^-10克的范围。所以电子捕获检测器在环境保护监测、***残留、食品卫生、***、生物和有机合成等方面，都已成为一种重要的检测工具。

热离子检测器 (The Thermionio detector，TID)

热离子检测器(TID)，是专门测定有机氮和有机磷的选择性检测器，故又称氮磷检测器（NPD），它是在1964年由Karmen和Guiffrida在氢火焰离子化检测器的基础上发展起来的一种对氮、磷化合物有高选择性响应的检测器，利用TID还可以测定有机***、硒、铝、锡等化合物。由于***代TID选用水溶性(如K₂SO₄、CsBr)易挥发的碱盐，碱盐的寿命在半年左右，故实用意义不大。经过十年徘徊，到1974，Kolb和Bischoff设计成功不溶性碱盐Rb₂SiO₃，因而大大提高了碱盐的寿命，使TID成为有实用价值的选择性检测器。八十年代，TID又从铷珠发展到陶瓷碱盐源，其碱盐源的成份可根据需要调整变化，使用添加剂提高了离子化的能力，碱盐加热不仅可采用火焰加热而且可在碱盐源中心绕上Ni/Cr丝以电加热热离子源，使热源温度可准确控制，因而，检测器的灵敏度、选择性、寿命和重现性均获得明显的改善。目前主要用于含氮、含磷***的残留检测。

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