谈气相色谱方法原理与应用现状以及发展前景

谈气相色谱方法原理与应用现状以及发展前景

摘要

气相色谱技术是现代仪器分析的重要研究领域之一，由于其独特、高效、快速的分离特

性，已成为物理、化学分析不可缺少的重要工具。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，但技术性的进步一直在进行着，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、专用色谱柱和自控技术为基础发展起来的各类

试样预处理系统和专用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。

关键词：气相色谱（GC） 仪器分析 应用现状 发展前景

正文

近年来由于分析仪器的迅速发展以及食品科学本身的发展,仪器分析在食品研究上应用

日趋广泛。仪器分析法即是用精密分析仪器测量物质的某些物理或物理化学性质以确定其化

学组成、含量及化学结构的一类分析方法，大致包括：色谱分析法、电化学分析法、光学分

析法、质谱分析法和核磁共振波谱法。其中，色谱分析法以其具有高分离效能、高检测性能、

分析快速而成为现代仪器分析方法中应用最广泛的一种方法。它的分离原理是，使混合物中

各组分在两相间进行分配，其中一相是不动的，为固定相，另一相是携带混合物流过此固定

相的流体，为流动相。当流动相中所含混合物经过固定相时，就会与固定相发生作用。由于

各组分在性质和结构上的差异，与固定相发生作用的大小、强弱也有差异，因此在同一推动

力作用下，不同组分在固定相中的滞留时间有长有短，从而按先后不同的次序从固定相中流

出。而气相色谱法是采用气体作为流动相的一种色谱法。

1．气相色谱法基本原理

（1）分离：当试样由载气携带进入色谱柱与固定相接触时，被固定相溶解或吸附；随着载

气的不断通入，被溶解或吸附的组分又从固定相中挥发或脱附；挥发或脱附下的组分随着载

气向前移动时又再次被固定相溶解或吸附，于是，随着载气的流动，溶解、挥发，或吸附、

脱附的过程反复地进行，较难被吸附的组分随载气较快地向前移动，较易被吸附的组分则随

载气较慢地移动，经过一定时间后，各组分就彼此分离。

（2）检测：质量型检测——氢火焰离子化检测（FID）、火焰光度检测（FPD），浓度型检测 ——热导检测（TCD）、电子捕获检测（ECD）。

2．气相色谱技术的发展历史

古代罗马人曾采用一块布或一片纸来分析染料与色素，大约在100多年前，德国的化学

家Runge 对此方法作了重要的改进，使其具有更好的重现性与定量能力，这项技术后来发

展成了今天的纸色谱技术。

1901年俄国植物学家Mikhail Tswett 采用碳酸钙作吸附剂，石油醚为洗脱剂，分离了

植物色素，1903 年他发表了题为“一种新型吸附现象及在生化分析上的应用”的研究论文，

文中第一次提出了应用吸附原理分离植物色素的新方法，1906 年，他命名这种方法为色谱

法，但由于分离速度慢，分离效率低，长时间内未引起重视。

1931年德国的Kuhn 和Lederer 采用类似方法分离了胡萝卜素等60 多种色素，色谱方

法才被广泛应用。

1940年Martin 和Synge 提出了液液分配色谱法，1941 年他们提出了用气体作流动相

的可能性。

1952年James 和Martin 发明了气相色谱法，因而获得1952 年的诺贝尔化学奖。

1957年Golay 开创了毛细管气相色谱法。

1956年Van Deemter 等发展了色谱过程的速率理论。

1965年Giddings总结和发展了前人色谱理论，为色谱的发展奠定了基础。

随后相继发展了高效液相色谱、毛细管超临界色谱、电色谱等等，目前，气相色谱和液相色谱仍然是从事研究工作和工业生产实际应用中最普遍的色谱法。

3．气相色谱技术在食品工业中的应用现状

气相色谱法可以应用于气体试样的分析，也可分析易挥发或可转化为易挥发物质的液体和固体，不仅可分析有机物，也可分析部分无机物。一般地说，只要沸点在500℃以下，热稳定性良好，相对分子质量在400以下的物质，原则上都可采用气相色谱法，因此气相色谱法的应用十分广泛，已应用于包括农业、食品、医药、卫生、环保等各个领域。

食品的营养成分和食品安全是当今世界十分关注的重大问题，因而检测食品中各种各样的有害健康的物质也极其重要，另外，食品中各种添加剂如果超过允许的数量也对人体构成危害，对它们的检测分析也成为日常性的分析项目，气相色谱技术是分析食品中有害物质的简单方便的手段。食品中重要的营养组分如氨基酸、脂肪酸、糖类都可以用气相色谱技术进行分析。

3.1 气相色谱技术在石化分析中的应用

徐广通等一1对基于汽油单体烃分析的各类物性数据的计算进行了研究，提出了一套新的辛烷值计算方法，对一些具有加和性的物性参数，如：密度、蒸气压、折光等也进行了预测。且进一步推出了一套可用于SOA和苯含量分析的双柱箱、双气路多维色谱系统，并进行了相关的标准化工作。由于较好地解决了烯烃捕集阱对烯烃的选择性保留和定量解析等困难，所开发的专用分析系统和方法有很好的应用前景。杨水坛等建立了汽油馏分、煤／柴油馏分中各种硫化物类型分布的GC．AED分析方法，采用一非极性色谱柱。町对汽油馏分中的多个硫化物、柴油馏分中的130多个硫化物进行检测，并开发了相应的分析软件。结合国内加工油的特点，研究了不同来源汽油、柴油中的硫化物类型分布，并研究了不同脱硫催化剂和工艺中各种硫化物的变化规律，为脱硫催化剂和相关j：艺的选择提供了必要的基础数据。

3.2 气相色谱技术在环境分析中的应用

环境中多氯联苯(PCIN)、氯化硼烷和氯化莰烯的分析对分析化学家具有很大的挑战性。PCBs共有209个氯代联苯化合物，仅150个在商用产品中出现。De Geus等1使用半GCxGC分离了非一邻位氯苯CBs77，126和169及一个工艺PCB混合物Aroclorl254，结果表明，一次分离就可分析出所有感兴趣的组分。大连物化所得许国旺等用GCxGC与TOF。MS飞行时问质谱联用表征卷烟主流烟气巾的酚类化合物11 ，采用TOF．MS谱图图库检索以二维“结构谱图”的定性手段，初步鉴定出250个酚类化合物，包括66个烷皋苯酚、47个烯基苯酚、57个萘酚、1 7个苯基苯酚、32个甲氧基苯酚、9个酚酮和15／r酚醛化合物。刘文民等¨到采用In．tube SPME．GC和SBSE—GC对水中的正构烷烃以及农药污染物进行了分析，结果表明所设计的In—tube和SPME—GC接口装置中微三通的引入避免了解吸下来的分析物经过六通阀而造成残留，同时还避免了高温人通阀的使用，从而降低r新装置的成本，适宜水体巾有机污染物的分析；SBSE方法中搅拌棒的制作方法可靠，重复性好，热解吸装置中传输线

的加热由气相色谱进样口完成，操作简单。卢凯对天津市东郊污水处理厂沼气成分及含量采用气相色谱技术进行分析利用，气相色谱仅数据处理器的编程功能编制程序，输入甲烷、二氧化碳、污泥浓度、污泥有机分和消化率的数据后，可以直接得到产气率。此程序计算的产气率虽高于实际产气率，但实践证明，这套程序在生产中发挥了积极作用，不仅提高了分析速度，而且给出了量化数据，使污泥处理工艺得以在最佳条件下运行。

3.3 气相色谱技术在在生物药剂学研究分析中的应用

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