气相色谱之气路载气篇

气体种类及优劣分析

现代的气相色谱操作需要多种不同的气体。进样口、色谱柱和检测器的类型决定了所需气体的性质和纯度。载气数量和类型的选取主要取决于系统所使用的检测器。

在前面已经讨论过, 载气的选择对气相色谱柱效的影响是很重要。我们已经了解到, 不同类型的载气对填充柱和毛细管柱都适用，这是因为色谱柱内径大小不同（例如典型的0.32mm毛细管柱和4mm的填充柱）载气通过时的线速度会发生改变。

载气通过色谱柱的体积流速受色谱柱炉温度和程序升温控制，如果压力补偿不够，载气流速会明显下降。选择一种在较大流速和温度范围内使用且能维持较高柱效率的载气是很重要的。从这点上来说，氢气是毛细管色谱法最合适的载气,其次分别是氦气和氮气。因为在较大的气体线速度范围内，氢气的范第姆特曲线最平坦，塔板高度（H）最低，柱效（N）最高。线速度较低时，氮气的柱效率最高，但是范第姆特曲线上最小线速度的取值范围很窄。

气源

气体供应和调控对气相色谱至关重要，因为高纯度和持续不断的载气补充才能维持气相色谱的分析功能。

从气瓶或气体发生器出来的气体依次通过减压阀、管道系统（包括挠性管或猪尾管）、稳压阀和调节阀。（在第2、3节查看更多内容）

操作使用高压气瓶时必须十分小心，为了防止气瓶跌倒，应该用锁链或安全绳捆绑并靠墙存放。为避免气体流速的干扰建议在气瓶与备用气瓶之间安装调节阀，尤其对载气来说安装调节阀是非常重要的，例如当色谱柱正在升温时载气供应不足将严重损坏气相色谱柱。使用二级减压阀将从气瓶出来的气体压力调节到所需的工作压力。在更换气瓶和安装减压阀时应尽量远离。新安装完成的气瓶减压阀尤其是在刚开始使用的24小时内应完全打开，目的是防止减压阀内部的压力降造成压力不稳。

一般来说气瓶总压力下降到200-300 psi(或初始压力的10%)时需要更换气瓶，因为随着气瓶压力下降,杂质如水分、碳氢化合物和小颗粒会集中在气体中大大降低了气体纯度。

气体纯度

载气纯度对延长色谱柱使用寿命、降低噪声背景干扰和保持峰形完整的影响至关重要。检测器气体也易受污染，载气不纯可导致背景信号增加、基线噪声和灵敏度下降。

三种主要的气体污染物是氧气、水分和烃类杂质。氧气和水分可以通过管道连接头扩散进入载气流，烃类杂质由管道内的润滑脂和润滑油、空气压缩机或气体发生器的塑料管产生。氧气和水分通过氧化降解作用消耗色谱柱的固定相，缩短色谱柱使用寿命。烃类杂质可导致出现鬼峰，背景噪声增加，检测器灵敏度降低。

为了减少气体污染物，通常是将高纯气体与气体净化器（捕集阱）联合使用。捕集阱的安装应尽可能靠近气相色谱仪以减少阀与仪器之间的污染。表格所示为不同载气和检测器气体所使用的捕集阱。

气体供应商都有高纯气体的专有名称，一般他们将产品归类为“超纯气”和“高纯气”。翻滚按钮可查看气体纯度。一般应尽可能给气相色谱提供相关杂质含量少于1ppm的气体。

氢气发生器

许多实验室用气体发生装置替代气瓶使用，可降低成本，而且相比气瓶减小了安全隐患。氢气发生器是通过电解水或离子交换技术产生氢气，只需充足的蒸馏水，电阻率为18mW或更高便能够更便捷、安全的产生高纯氢气。

当然实验室使用氢气时需要做好风险预防,防止氢气发生自发爆炸。分析实验室的用氢安全指南在第二段进行讨论。

用空气压缩机提供空气，然而由于压缩机要用到润滑油，因此大多数压缩空气中含有微量烃类。由于压缩空气含有烃类物质或硫磺气体，因此压缩空气不适用于FID、FPD、TCS、ELCD检测器。建议从气源出来的压缩空气通过过滤器或净化器去除掉烃类杂质。

现代的空气发生器集制气和过滤于一体。

氮气发生器采用膜技术过滤和碳床技术过滤，过滤掉压缩空气中的水分、氧气、烃类和邻苯二甲酸盐，产生氮气。

手动压力控制

老式的及一些比较便宜的气相色谱仪采用手动压力控制改变通过仪器的各类气体的压力（流量）。手动流量控制是通过阀门和流量调节器改变气相色谱系统内部的压力。

这是一个典型的分流/不分流进样口的手动压力控制示意图——我们将在示例模块中详细介绍，所以不用担心这些术语你还不熟悉。而现在我们只需要了解气体流量是如何调控的。

在这个特定的仪器中有多条气路需要手动调节阀控制，分别是：

总流量控制阀——这个阀是用来调节气体供应管路上进入气相色谱仪的载气总流量

隔垫吹扫调节阀——此阀用于调节隔垫吹扫气占总流量的比例，因为阀门安装在隔垫的后面，因此流量是反向压力调控

柱前压控制阀——调控通过色谱柱的气体流量(反向压力)。压力表可以读出柱前压的值。同样由于是反向压力调节，阀门和测量计安装在柱头或入口的后面。

分流流量——改变总流量与柱流量+隔垫吹扫流量，因为一旦色谱柱流量设定, 分流流量随总流量控制阀的调整而改变。

自动（电路）压力控制

更现代的(或更昂贵的)气相色谱仪都配有电子压力控制器，这是一个通过流量控制器、压力和流量传感器进行设置、检测和压力调控的微处理器。

电子压力控制器(EPC)可以控制压力和流量，对于仪器所需要的各种气体流量值可用键盘输入，便于操作，压力或流量的设置值和实际值(通过仪器上的传感器测量) 可在旁边显示。

电子压力控制器最大的优势是可以编程，载气可以不受柱炉温度影响，以恒定的流速通过气相色谱柱。恒流操作的诸多优点在下一话题讨论。

电子压力控制器使载气在仪器之间迁移更容易，在一项分析任务的尾声可以快速升高压力（或流量），加快对较高保留物的洗脱速率，从而缩短分析检测的时间。

气相色谱仪器使用EPC也有一些内在优势，如加快分析物的进样速率以及仪器操作更加简单，这样也减少了由于操作人员的技能水平而影响气相色谱的分析质量。

利用旁边的互动演示来考察EPC和手动入口压力/流量控制的区别。

压力/流量程序设定

色谱分析系统在恒压条件下操作时，载气粘度增加会导致其线速度或流量降低，最终致使柱效率下降，分析物保留时间延长。

当使用质量型检测器如FID,NPD或 FPD时，降低柱流量对色谱的基线不利，基线的位置会有规律的上升或下降。这使得色谱图中谱峰错综复杂且不能重复。

使用电子压力控制器可以补偿由于仪器柱炉温度的增加对气体压力的改变。从而使基线更加平稳、峰形良好，并且能够缩短较高保留值分析物的洗脱时间。取样及进样技术

采样技术概述

对于任意气相色谱来说分析过程中最难的一步是样品引入。固体和液体样品首先需要将其转化为气相，然后才能转移到色谱柱。为避免在转移过程中发生冷凝，需将气相样品快速地转移到色谱柱中。

用于各类样品的气相色谱进样装置有很多，这些装置将在本章详细介绍。

所有采样技术的最初目的是要保证转移进气相色谱柱的样品均匀且具有代表性。气相色谱分析在进样时需要考虑许多影响因素。这些影响因素在旁边显示出来。