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      氣相色譜技術的研究進展及其應用

      發布時間:2016-01-29      點擊次數:1403
      氣相色譜技術是現代儀器分析的重要研究領域之一,由于其*、、快速的分離特性,已成為物理、化學分析不可缺少的重要工具。進入2l世紀以來,氣相色譜技術的發展已漸趨成熟,基礎性的創新成果十分有限,但技術性的進步一直在進行著,尤其是與行業相關的應用性研究仍然十分活躍,以微柱閥切換、色譜柱和自控技術為基礎發展起來的各類試樣預處理系統和分析系統的標準化與商品化結果,使得這些新技術和新方法的應用變得越來越便利。目前,氣相色譜技術已在石油、化工、環保、藥物等方面有廣泛應用。  
      1 氣相色譜技術的研究進展  1.1 全二維氣相色譜  傳統的多維氣相色譜發展到今天,無論在理論上還是應用上,均已相當成熟,而全二維氣相色譜則是20世紀90年代初出現的新方法。首先,Jorgenson等?于1990年提出全二維液相色譜毛細管電泳聯用的方法,強調二維正交分離的童要性。其后,Phillips等[21利用他們以前在快速氣相色譜中使用的在線熱解析調制器開發出全二維氣相色譜法。在該方法中,第1支柱為非極性柱,第2支柱為極性柱,通過極性和溫度的改變實現氣相色譜分離特性的正交化。從第1支柱中流出的組分按保留大小依次進人調制器進行聚焦,然后通過快速加熱的方法把聚焦后的組分快速發送到第2支柱中進行再分離。由于發送頻率很高,聚焦后再往第2根柱發送。連接兩支柱的橋梁可以是l支厚膜毛細管,也可以是1支冷阱控制的空毛細管。全二維氣相色譜技術的關鍵部件是調制器。  全二維氣相色譜分析技術的特點如下:  (1)靈敏度高。組分在流出*根色譜往后,經過調制器聚焦后,提高了在槍測器上的濃度,因而提高檢測器的靈敏度,可比通常一維色譜靈敏度提高20~70倍。  (2)分辨率高、峰容量大。一般的二維氣相色譜蜂容量是二柱蜂容螢之和,而全二維氣相色譜的峰容量是二柱峰容量之乘積,分辨率為二柱各自分辨率平方和的平方根。  (3)分析時間短、工作效率高。由于該系統能提供高的峰容量和好的分辨率,總分析時間比一維色譜短。  (4)定性分析??啃燥@著增強。主要有3個因素:①大多數目標化合物和化合物組群可達到基線分離減少干擾;②峰被分離成為容易識別的模式;③其中某一個峰相對于同族的其他成員來說,在每次運動巾其位置是穩定的。  (5)由于系統能提供高峰容量和好分辨率,一個方法便可完成原來要幾個美國測試和材料協會(ASTM)方法才能完成的任務。 1.2 快速氣相色譜技術  zui近幾年國內不斷有文獻報道有關快速和便攜式氣相色譜技術和應用,說明氣相色譜的快速化和小型化已經受到人們的十分重視。我國科技部在“九五”期間曾組織分析儀器開發研究課題,北京分析儀器廠等單位已經研制“高壓快速氣相色譜”,分析時間可縮短到常規毛細管色譜的l/3到1/5。北京石油勘探研究 院的武杰曾對高壓快速氣相色譜的理論與在石油方面的應用有過很深入的研究。               要實現快速氣相色譜就要使用內徑要細、長度要短的色譜柱,目前許多研究者都足使用細內徑短毛細管柱進行快速氣相色譜分析。因為使用細內徑色譜柱町減少分析時問,另外還可提高柱效,但是使用短柱,色譜柱的總柱效就降低,而柱效是樣品分離的首要因素,所以必須提高色譜柱單位柱長的柱效,這樣既滿足快速氣相色譜要求的細內徑短柱又滿足分離所需的高柱效。  1.3 便攜式色譜儀  進入2 l世紀,分析儀器正出現一個以微瓔化為主要特點的、帶有革命特征的轉折。美國科學家基于在航天發射工作中氣體監測方面的需要,Stanford大學的研究人員用半導體芯片生產工藝研制出兩個關鍵元件一進樣器和檢測器,推出了基于芯片技術的氣褶色譜儀。  與常規色譜儀一樣,微型便攜式色譜儀也宅要由進樣口、色譜柱和檢測器組成,所不同的是后者采用微加工技術,把進樣口和檢測器微刻在硅片上,其尺寸與一個集成電路相當,色譜柱可崮定在一個加熱板上。這種微型便攜式色譜儀體積小、重縫輕,便于攜帶,分析速度快,保留時間以秒計,適合于有毒有害氣體的監測和工藝過程的質量控制,既可以作為實驗氣相色譜儀,也可以作為在線工業色譜儀,同時有較高的靈敏度,zui低檢測限為10級。  1.4 氣相色譜和質譜聯用技術  在色譜聯用儀中,氣相色譜和質譜聯用儀(GC—MS)是開發zui早的色譜聯用儀器。自1957年霍姆斯(Holmes JC)和莫雷爾(Morrell FA)實現氣相色譜和質譜聯用以后,這一技術得到長足的發展。由于從氣相色譜柱分離后的樣品呈氣態,流動相也是氣體,與質譜的進樣要求相匹配,zui容易將這兩種儀器聯用,而且氣一質聯用法綜合了氣相色譜和質譜的優點,彌補了各自的缺陷,因而具有靈敏度高、分析速度快和鑒別能力強的特點,可同時完成待測組分的分離和鑒定,特別適用于多組分混合物巾未知組分的定性和定量分析,判斷化合物的分子結構;準確地測定化合物的分子量;是目前能夠為皮克級試樣提供結構信息的工具。  1.5 儀器方面的進展  a.自動化程度進一步提高,特別是EPC(電子程序壓力流量控制系統)技術已作為基本配置在許多廠家的氣相色譜儀上安裝(如Agilent6890,ShimadzuGC-2014GC-2010,Varian3800,PEAutoXL,CEMega8000等),從而為色譜條件的再現、優化和自動化提供了更可靠更完善的支持。  b.與應用結合更緊密的色譜儀,如天然氣分析儀等。  c.色譜儀器上的許多功能進一步得到開發和改進,如大體積進樣技術,液體樣品的進樣量可達500微升;檢測器也不斷改進,靈敏度進一步提高;與功能日益強大的工作站相配合,色譜采樣速率顯著提高,zui高已達到200赫茲,這為快速色譜分析提供了保證。  d.色譜工作站功能不斷增大,通訊方式緊跟時代步伐,已實現網絡化,從技術上講,現在實現氣相色譜儀的遠程操作(樣品已置于自動進樣器中)是沒有問題的。  e.新的選擇性檢測器得到應用,如AED、O-FID、SCD、PFPD等。
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