一 概论

气相色谱法（gaschromatography,GC）是英国生物学家Martin和James在研究色谱理论基础上创建以气体为流动相的色谱分离技术。用气体作流动相，亦称为载气的主要优点是：由于气体的豁度小，因而在色谱柱内流动的阻力小；同时，气体的扩散系数大，组分在两相间的传质速率快，有利于高效快速分离。

气相色谱分离中气体流动相所起作用较小，主要基于溶质与固定相作用。根据所用固定相状态不同，气相色谱可分为两类：一类为气固吸附色谱，固定相为多孔性固体吸附剂，其分离主要基于溶质与固体吸附能力等差异；另一类为气液分配色谱，用高沸点的有机化合物固定在惰性载体上形成的液膜作为固定相，其分离基于溶质在固定相的溶解能力等不同导致分配系数差异。

目前，由于高选择性的色谱柱的研制、高灵敏度检测器及微处理机的广泛应用，气相色谱具有分离选择性好、柱效高、速度快、检测灵敏度高、试样用量少、应用范围广等许多特点，成为当代最有力的多组分混合物分离分析方法之一。已广泛应用于石油化工、环境科学、医学、农业、生物化学、食品科学、生物工程等领域。

气相色谱也有一定的局限：在没有纯标样条件下，对试样中未知物的定性和定量较为困难，往往需要与红外光谱、质谱等结构分析仪器联用；沸点高、热稳定性差、腐蚀性和反应活性较强的物质，气相色谱分析比较困难。

二 气相色谱仪

气相色谱分离分析在气相中进行，其仪器设备是气相色谱仪。由于仪器结构、功能或用途不同，气相色谱仪有多种类型，其设计基本原理相同，结构大同小异。现代气相色谱仪结构主要包括气路系统、进样系统、色谱柱系统、检测器、温控系统及数据处理和计算机控制系统。商品化有填充柱．、毛细管柱和制备气相色谱仪等三种。需要说明的是，先进的气相色谱仪往往兼具填充柱、毛细管柱，分析、制备等多种功能。

三 填充柱气相色谱仪

1．气路系统

气相色谱仪的气路是一个载气连续运行管路高气密性系统，气路流程主要有单柱单气路和双柱双气路两种形式。单柱单气路适用于恒温分离分析；双柱双气路由于能补偿升温过程中固定液的流失，使基线稳定，所以适用于程序升温分离分析。

气相色谱中常用的载气有高纯氢气、氮气、氦气和氩气，这些气体一般由高压钢瓶供给，氢气、氮气也可由气体发生器供给。载气通常都要经过净化装置除去载气中的水分、氧及烃类杂质。载气的纯度、流速和稳定影响色谱柱效、检测器灵敏度及仪器整机稳定性，是获得可靠色谱定性、定量分析结果的重要条件。一般采用减压阀、稳流阀串联组合实现载气流速的调节和稳定。现代气相色谱仪，常采用电子压力控制器或电子流量控制器，提高仪器稳定性及定性、定量结果的准确性。

2．进样系统

进样系统将气体、液体或固体溶液试样引入色谱柱前瞬间气化、快速定量转入色谱柱的装置。它包括进样器和气化室两部分。常用的进样器有微量注射器和六通阀。旋转式六通阀进样结构如图，其中图（a)为取样位置，图(b）为进样装置。为了使试样能瞬间气化而不分解，要求气化室热容量大，无催化效应；为了降低进样柱外效应，气化室死体积应尽可能小。

3．分离系统

分离系统或色谱柱是气相色谱仪的心脏，安装在控温的柱箱或室内，填充柱由不锈钢或玻璃材料制成，内装填固定相，一般内径为2-4mm，长1-3m，有U形和螺旋形两种。

4.温控系统

温度是气相色谱分析的重要操作参数，它直接影响色谱柱的选择性、柱效、检测器的灵敏度和稳定性。温控系统由热敏元件、温度控制器和指示器等组成，用于控制和指示气化室、色谱柱、检测器的温度。根据试样沸程范围，色谱柱的温度控制方式有恒温和程序升温两种。所谓程序升温气相色谱，是指在一分析周期内，柱温呈线性或非线性增加，一些宽沸程的混合物，其低沸点组分，由于柱温太高而使色谱峰变窄、互相重叠；而其高沸点组分又因柱温太低、洗出峰很慢、峰形宽且平。采用程序升温分离分析，它使混合物中沸点不相同的组分能在最佳的温度下洗出色谱柱，以改善分离效果，缩短分析时间。所有的检测器都对温度的变化敏感。因此必须精密控制检测器的温度，一般要求控制在±0.1℃以内。

5．数据处理及计算机系统

色谱数据系统是采集数据、显示色谱图，直至给出定性定量结果。包括记录仪、数字积分仪、色谱工作站等。现代色谱工作站是色谱仪专用计算机系统，还具有色谱操作条件选择、控制、优化乃至智能化等多种功能。

四 毛细管气相色谱仪

毛细管柱内径大多为0.32-.0.25cm，柱容量小，因此，毛细管气相色谱仪与填充柱气相色谱仪相比，其主要差别在于前者的柱前装置一个分流／不分流进样器；柱后装有尾吹气路，增加辅助尾吹气，使试样通过检测器加速，减少峰的扩宽；并使局部浓度增大，以提高检测的灵敏度。

毛细管柱进样谱带展宽的柱外效应对柱效和定量的精确性影响很大。试样引入色谱柱过程的组分组成失真导致定量误差。因此，进样系统是毛细管色谱仪的关键部件之一。已研发出多种进样器，并不断改进进样技术。

(1）分流进样（splitinjection），试样在气化室内气化后，蒸气大部分经分流管道放空，极小一部分被载气带入色谱柱。这两部分的气流比称为分流比。分流是为适应微量进样，避免试样量过大导致毛细管柱超负荷。

(2）不分流进样（splitlessi川ection），进样时试样没有分流，当大部分试样进入柱子后，打开分流阀对进样进行吹扫，让几乎所有的试样都进入柱子，这种方式特别适用于痕量分析。

(3)直接进样，直接进样与无分流进样相似，没有分流系统。适用于大口径（≧0.53mm）毛细管柱。

(4)冷柱头进样，直接把液体试样冷注射到毛细管柱头上，在柱内气化，适用于沸程宽和热不稳定的化合物。

(5)程序升温气化进样（programmedtemperaturevaporizer,PTV)PTV使用密封隔膜和普通注射器进行“冷”进样，以弹道式程序升温方式使试样气化。PTV进样综合了分流与不分流以及冷柱头进样的优点，是目前最理想的一种进样技术。

五 制备型气相色谱仪

制备纯组分的填充柱气相色谱仪，适用于较大试样量制备分离纯组分。需要进样量大，进样装置中装有载气预热管与单向止逆阀。色谱柱内径和长度一般大于填充型分离分析柱，内径≧10mm左右，柱长在3-10m之间。色谱柱后装有分流阀，除少量分离组分进入检测器外，绝大部分组分进入收集系统冷冻收集。