(1) 提出问题 气相色谱的流动相是气体，即载气，选用的载气应不与被分离的样品发生相互作用。载气会影响色谱柱柱效、检测器性能和分析速度等。实际分析中，经常会遇到载气种类或流速不同，导致分析结果有差异，有时候还可选择氢气作为载气，究竟是什么原因呢?载气对分离测定有哪些影响呢?

(2)分析原因 气相色谱系统中，载气的作用之一是将样品载入仪器系统进行分离和测定，另一个重要作用是保护仪器。常用的载气，按照密度分为轻载气如氦气(He)、氢气(H2)和重载气如氮气(N2)、氩气(Ar)；按照来源可分为常见气体如氮气、氢气和稀有气体如氦气、氩气；按照使用时的安全因素分为安全气体氮气、氦气和不安全气体如氢气；另外，按照价格高低可分为贵重气体氦气和普通气体如氮气、氢气、氩气。

载气种类不同，会导致分析结果不同。首先载气对柱效的影响主要表现在组分在载气中的扩散系数Dg上，而组分在载气中的扩散系数Dg又影响分子的纵向扩散项系数B和气相传质项系数Cg ，Dg正比于B 、反比于Cg ，从而影响柱效和分析时间。

载气种类的选择，主要考虑其对Dg的影响。Dg与载气分子量的平方根成反比，即同一组分在分子量较大的载气中有较小的Dg 。因此根据Van Deemter方程可知：

①涡流扩散项A与载气流速无关；

②当载气流速μ小时，分子扩散项对柱效的影响是主要的，因此选用分子量较大的载气，如氮气、氩气，可使组分的扩散系数Dg 较小，从而减小分子扩散的影响，提高柱效；

③当载气流速μ较大时，传质阻力项对柱效的影响起主导作用，因此选用分子量较小的气体，如氢气、氦气作载气可以减小气相传质阻力，提高柱效。

因此，要使理论塔板高度H最小、柱效最高，必有一最佳流速μ最佳(即μopt )。载气种类和最佳线速度(μopt )、理论塔板高度(H)、有效塔板高度(Heff)、理论塔板数(N)和有效塔板数(Neff)之间的关系，见表1—1。

表1-1不同载气种类的影响

由于氢气属于轻载气和有一定危险性的易燃、易爆气体，在强调分析速度时，可选择氢气作载气，但必须在符合检测器工作要求并保证安全的前提下使用。

(3) 解决方案 气相色谱分析选择载气时，应注意以下几方面。

①应根据检测器的工作原理，考虑检测器的灵敏度、线性范围和稳定性等因素来选择载气，检测器类型不同，选用的载气可能有所不同。

a．为了提高检测器的灵敏度，使用热导池检测器(TCD)时，应该选用与待测组分热导率差异比较大的气体，如氢气或氦气作载气。

b．为了避免基流下降而影响灵敏度，电子捕获检测器(ECD)常用高纯氮气(99．999％)或氩气(加入5％～10％的甲烷)作载气。因氮气分子截面积大易得到更大的基流，价格更便宜，并能更好地适应多维色谱系统，因此氮气使用更普遍。

c．为了提高稳定性和线性范围，结合成本考虑，氢火焰离子化检测器(FID)常用分子量大的氮气作载气。

d．对于热离子检测器(TID)，又可称为氮磷检测器(NPD)，载气种类对灵敏度也有一定的影响，氦气使碱金属盐过冷，用氮气作载气要比氦气灵敏度高10％左右。

e．脉冲式火焰光度检测器(PFPD)，氮气、氦气、氢气都可用作载气，一般考虑使用安全和价格因素，选择氮气作载气。对于PFPD ，要优化硫、磷的响应，可选择氢气作载气，用合适的富氢火焰，但要注意安全。

f．对于质谱仪作为检测器的气相色谱一质谱联用仪器(GC—MS)，应选用纯度高、化学稳定性好的惰性气体，保证载气易于和待测组分分离，不干扰待测组分质荷比，且易于被真空泵排出，因此通常选用氦气。

②应充分考虑柱效和分析速度，考虑载气的扩散系数Dm对柱效和分析速度的影响。

a．在实际工作中，为了缩短分析时间，一般载气在大于最佳线速的流速下工作，则气相传质项系数Cμ起主要作用，因此应选用有较大扩散系数的轻载气，如氢气和氦气。

b．实际工作中，如果更强调柱效，需要在最佳线速下工作，则纵向扩散项系数B起主要作用，应选用有较小扩散系数的重载气，如氮气和氩气。

③应注意气体使用安全，如安全排放等。

a．氢气，易燃易爆，作载气要排到室外，如果所用检测器有火焰，如FID、PFPD，氢气作为燃气，一般不选择氢气作载气，除非为了优化检测器的灵敏度。

b．氩气，本身无毒，但在高浓度时有窒息作用。当空气中氩气含量高于33％时就有窒息的危险。当氩气含量超过50％时，人会出现严重症状，含量达到75％以上时，人能在数分钟内死亡。使用氩气时，因为氩气的密度比空气的平均密度大得多，所以不易直接排到室外，所以能用其他气体替代时，就一般不使用氩气。

④需要考虑价格以及购买是否方便。目前市面上的高纯气体价格，氢气<氮气<氩气《氦气。如购买方便，应首先考虑使用价格便宜的气体，降低检测成本。

(4) 案例分析

①测定黄瓜中的有机磷农药残留 农药残留分析时，参考农业部推荐标准方法NY／T 761—2008，选用PFPD，检测有机磷农药，该仪器PFPD检测磷的检出限为0．1pg／s，方法中如甲基对硫磷的最小检出限控制指标为0．02mg／kg。

因此，由于这些有机磷农药响应很好，不需要用氢气即可轻松完成检测；同时氢气是PFPD的燃烧气，考虑到安全问题不使用氢气作载气。因此，可选择氮气和氦气。其中氮气是相对价格便宜、使用安全的重载气，适用于需要热导率小、扩散系数小或分子截面积大等载气特征的检测器。而氦气是价格较贵、使用安全的轻载气，适用于需要热导率大、扩散系数大或分子截面积小等载气特征的检测器。

PFPD测定磷时，磷的响应值与火焰中产生的HPO* ( 火焰中的含P化合物先分解成PO分子，接着PO分子在火焰中生成PFPD能检测的激发态的HPO*)数量成正比，也与有机磷化合物的量成正比，提高火焰温度只要不明显增加热噪声，对磷的检测就有利，因此采用热导率低的载气氮气，有利于检测磷；且因为日常检测样品量大，选氮气可降低检测成本。

参照NY／T 761—2008，氮气作载气；色谱柱DBl701(30m×0.25mm×0.25um)，柱温80℃保持1min，20℃／min升到180℃，再以5℃／min升到230℃，再以15℃／min升到250℃，保持7min；溶剂为丙酮，不分流进样量为1μL，分别测定了有机磷农药标准品溶液和黄瓜实际样品，结果表明该黄瓜样品中未检出有机磷农药残留。

②无铅汽油的测定[2] 无铅汽油的主要成分是烷烃和芳香烃，因此可选择氢火焰离子化检测器(FID)。由于FID以氢气作燃烧气，用氢气作载气不安全，且氢气与空气的比例、载气会影响检测器的灵敏度，所以载气初步选择氮气和氦气。

无铅汽油组分的含量属常量范围，对线性范围的要求不高，样品组分复杂，组分沸点接近，选择低速程序升温分离效果好。由于样品易分离分析，主要考虑分析时间，应选用大于最佳线速的流速下工作，这时应该选用分子量较小的气体，即氦气更好。

同时由于汽油样品中组分较多，采用GC—MS分析定性更方便，因此最终选用氦气作为载气。色谱条件：色谱柱(AT-Petro，100m×0.25mm)；初温35℃，2℃/min升到200℃；载气为氦气。