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    气相色谱将走向何方?

     


    气相色谱是二十世纪五十年代出现的一项重大科学技术成就。这是一种新的分离、分析技术,它在工业、农业、国防、建设、科学研究中都得到了广泛应用。气相色谱可分为气固色谱和气液色谱。一起来看看GC的发展吧。



     

    气相色谱仪技术进步的发展轨迹


    1.进样口及检测器的加热单元温度控制
    (Injectanddetectortemperaturecontrol)
    GC-7A和GC-9A均采用一个完整的总加热块单元,GC-14A的进样口和检测器各共用一个总加热块单元,GC-17A改为每一个进样口和检测器都有独立的加热单元系统。

    总加热块单元是指进样口、检测器全部或部分集中在一个大的加热块上,有一个加热棒,一个温度控制器,一个恒温块来控制温度。它的优点是结构简单、元器件少、成本低,由于储热值大,在到达温度后易于保持稳定。它的缺点是:加热块上的各部件的温度只能设为一致,而不能有所区别,限制了检测手段的运用;由于加热块体积大,升温降温速度缓慢,改变条件困难;升温时所有的部件都被加热,不用的部件也在升温降温过程时经受热疲劳损耗。

    独立加热单元是指任何一个进样口和检测器都有独立的加热、控温、恒温装置。它的优点是任何一个部件都可设定为不同的温度,且由于加热块体积小,储热值低,升温降温速度都有很大的提高,能够提供进样口程序升温等功能,丰富了色谱技术的手段。它的缺点是各成一独立系统,对温度控制的技术要求高,且元件增多,成本相对较高。

    采用总加热块单元的气相色谱仪一般采用“U”形柱(如GC-7A,GC-9A,GC-14A),因为各部件的位置被限定在一个加热块中,必须排列紧凑。采用独立加热单元的气相色谱仪一般采用圆形柱,因为它的进样口和检测器需要相隔一定距离,原因在于:各个独立加热单元的降温是通过周围空气冷却而实现,如进样口和检测器相隔太近,会互相影响散热效果。

    从总加热块单元到独立单元加热是一个大趋势,从GC-7A,GC-9A的一个总加热块到GC-14A的两个加热块单元,岛津公司的设计师已作了改进,使得升温降温效果有了一定的改善。但由于总加热块单元设计在原理上的先天不足,使之仍无法达到独立单元加热的应用效果。为此,从GC-17A起已改为独立单元加热模式。

    2.炉温控制(oventemperaturecontrol)
    气相色谱仪炉温控制性能水平往往能体现这台仪器的层次和水准,炉温控制技术的衍变从柱温箱排热口的变化就可以看出来。GC-7A没有柱温箱排热口,其升温降温速度慢得令人生畏,使操作者轻易不敢改变条件;GC-9A,GC-14A具有狭长缝型的排热口,使效果有了一定改善;GC-17A进一步改为两个方形的排热口,降温效果更加令人满意。

    在炉温控制的操作系统方面,GC-7A采用机械拨盘方式,甚不方便。从GC-9A开始开始利用电子控制,采用键盘输入参数。可以说,岛津公司的气相色谱仪从GC-9A才算是开始进入现代化。而GC-17A是由工作站控制,可以很方便地进行程序升温。

    3.气体流量控制(flowcontrol)
    GC-7A,GC-9A,GC-14A都采用了经典的机械式表阀控制,如压力表和转子流量计。一般需要精确控制载气流量的部件使用转子流量计,只需粗略控制的部位使用压力表,如作为辅助燃烧气体的氢气和空气流量控制基本上都使用压力表。机械表阀控制优点是:可靠、耐用、经济。它的缺点在于:每次开机时都要从零点慢慢地调高,关闭时再调回零位,由于每次调节都有不可避免存在人为的差异,每次的流量难以保持一致,因此在检测过程中不能改变流量。而电子压力控制采用电磁阀取代机械表阀,只需要输入一个数值即可找到预定的流量或压力,方便、准确、迅速;还可以提供程序升压手段,可谓是流量控制的一次革命。
    电子控制流量克服了机械控制流量的缺陷,但又因为运用电子技术而带来了新的问题:
    (1)如果气源压力变化太大,容易因为强烈冲击而损坏,机械式表阀则不存在这个问题;
    (2)一旦遭遇意外停电,电磁阀停止工作,停止供气,色谱柱在高温没有载气通过时极易损坏。
    (3)从理论上来说,转子流量计是测载气流量的最稳定准确的元件,很难产生偏差;而电子压力控制必竟是一个电子模拟机械过程,长期使用后有可能出现细微的偏差。

    4.数据处理系统(dataanalysisunit)
    一般而言,GC-7A配置绘图仪,GC-9A配置积分仪或不可存储数据的数据处理机,GC-14A配置可存储数据的数据处理机,GC-17A配置化学工作站以处理数据。

    数据系统数据处理系统是气相色谱仪中进步最快,使用者得益最大的部分,它使操作仪器的工作越来越方便。在发明积分仪之前,测量色谱峰的峰面积只能手工用积分尺量算或剪纸称重,往往一个色谱峰就要花去半天的时间。现在,在检测工作完成后即可很快得到所有的色谱数据,且数据处理手段越来越丰富,使用越来越简便。

    从绘图仪到积分仪,再由数据处理机到化学工作站,其中的进步主要应归功于电子技术日新月异的发展。

    5.检测器系统(detector)
    在气相色谱仪的各个部件中,检测器相对较成熟稳定,进步不象其它部件那么显著。内部结构和组成并没有革命性的进展,检测性能提高也有限。但是稳定速度有了长足的进步;如GC-17A的电子捕获检测器,它的稳定速度比GC-14A快了10倍,降温效率更是达到了每10分钟降100摄氏度的惊人速度。

    6.主机系统控制部分(totalsystemcontrol)
    在工作站出现以前,只能手工设置主机的各种运行参数,因此,开动一台仪器,需要进行许多琐碎的设定与调整步骤,开闭许多开关,调节许多旋钮。对这台设备不是很熟悉的人员经常会发生错误,学习起来也很吃力

    在运用工作站之后,使用者可以将不同实验的各种仪器参数、运行程序输入计算机内,下次直接调用即可工作,完成从开机、检测、处理结果等各个步骤,再也不需对仪器各个部件的参数进行逐项输入和确定,使操作更加简便,也使得学习的难度大大降低。

    岛津公司的气相色谱仪系列在GC-17A后普遍使用了工作站对仪器进行直接控制。

    GC×GC(全二维气相色谱)

    GC×GC技术是近两年出现并飞速发展的气相色谱新技术,样品在第一根色谱柱上按沸点进行分离,通过一个调制聚焦器,每一时间段的色谱流出物经聚焦后进入第二根细内径快速色谱柱上按极性进行二次分离,得到的色谱图经处理后应为三维图。据报道,使用这一技术分析航空煤油检出了上万个组分。

    色谱柱

    新的高选择性固定液不断得到应用,如手性固定液等。
    细内径毛细管色谱柱应用越来越广泛,主要是快速分析,大大提高分析速度。
    耐高温毛细管色谱柱扩展了气相色谱的应用范围,管材使用合金或镀铝石英毛细管,用于高温模拟蒸馏分析到C120;用于聚合物添加剂的分析,抗氧剂1010在20分钟内流出,得到了较好的峰形。
    新的PLOT柱出现,得到了一些新的应用。

    今后气相色谱的发展方向

    随着社会不断进步,人们对环境的要求越来越高,环保标准日益严格,这就要求气相色谱与其它分析方法一样朝更高灵敏度、更高选择性、更方便快捷的方向发展,不断推出新的方法来解决遇到的新的分析问题。网络经济飞速发展也为气相色谱的发展提供了更加广阔的发展空间。

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