氣相色譜法VOCs在線監(jiān)測儀監(jiān)測原理

一、基本原理

氣相色譜是對氣體物質(zhì)或可以在一定溫度下轉(zhuǎn)化為氣體的物質(zhì)進行檢測分析。由于物質(zhì)的物性不同，其試樣中各組份在氣相和固定液液相間的分配系數(shù)不同，當汽化后的試樣被載氣帶入色譜柱中運行時，組份就在其中的兩相間進行反復多次分配，由于固定相對各組份的吸附或溶解能力不同，雖然載氣流速相同，各組份在色譜柱中的運行速度就不同，經(jīng)過一定時間的流動后，便彼此分離，按順序離開色譜柱進入檢測器，產(chǎn)生的訊號經(jīng)放大后，在記錄器上描繪出各組份的色譜峰。根據(jù)出峰位置，確定組分的名稱，根據(jù)峰面積確定濃度大小。

二、對-個混合試樣成功地分離，是氣相色譜法完成定性及定量分析的前提和基礎(chǔ)。而其中氣相色譜分離條件的選擇至為關(guān)鍵。主要涉及以下幾個方面：

1. 載氣對柱效的影響：

載氣對柱效的影響主要表現(xiàn)在組分在載氣中的擴散系數(shù)Dm(g)上，它與載氣分子量的平方根成反比，即同一組分在分子量較大的載氣中有較小的Dm(g) 。根據(jù)速率方程：（1）渦流擴散項與載氣流速無關(guān)；

（2）當載氣流速u 小時，分子擴散項對柱效的影響是主要的，因此選用分子量較大的載氣，如N2、Ar，可使組分的擴散系數(shù)Dm(g)較小，從而減小分子擴散的影響，提高柱效；

（3）當載氣流速u 較大時，傳質(zhì)阻力項對柱效的影響起主導作用，因此選用分子量較小的氣體，如H2、He 作載氣可以減小氣相傳質(zhì)阻力，提高柱效。

2. 載氣流速（u）對柱效的影響：

從速率方程可知，分子擴散項與流速成反比，傳質(zhì)阻力項與流速成正比，所以要使理論塔板高度H小，柱效高，必有一佳流速。對于選定的色譜柱，在不同載氣流速下測定塔板高度。

3. 固定液的配比又稱為液擔比。

從速率方程式可知，固定液的配比主要影響Csu，降低df，可使Csu減小從而提高柱效。但固定液用量太少，易存在活性中心，致使峰形拖尾；且會引起柱容量下降，進樣量減少。在填充柱色譜中，液擔比一般為5％～25％。

4. 柱溫的選擇

柱溫是影響氣相色譜分離的重要參數(shù)之一，主要影響來自于K、k、Dm(g)、Ds(l)；從而直接影響分離效能和分析速度。柱溫與R和t 密切相關(guān)。提高t，可以改善Cu，有利于提高R，縮短t。但是提高柱溫又會增加B/u 導致R 降低，r21變小。但降低t 又會使分析時間增長。

在實際分析中應(yīng)兼顧這幾方面因素，選擇原則是在是在難分離物質(zhì)對能得到良好的分離，分析時間適宜且峰形不托尾的前提下，盡可能采用較低的柱溫。同時，選用的柱溫不能高于色譜柱中固定液的使用溫度（通常低20-50℃）。對于沸程寬的多組分混合物可采用“程序升溫法"，可以使混合物中低沸點和高沸點的組分都能獲得良好的分離。

氣化溫度的選擇

氣化溫度的選擇主要取決于待測試樣的揮發(fā)性、沸點范圍。穩(wěn)定性等因素。氣化溫度一般選在組分的沸點或稍高于其沸點，以保證試樣*氣化。對于熱穩(wěn)定性較差的試樣，氣化溫度不能過高，以防試樣分解。

色譜柱長和內(nèi)徑的選擇

能使待測組分達到預期的分離效果，盡可能使用較短的色譜柱。一般常用的填充柱為l～3m。填充色譜柱內(nèi)徑為3～4mm。

7. 進樣時間和進樣量的選擇

進樣迅速（塞子狀）以防止色譜峰擴張；

進樣量要適當：在檢測器靈敏度允許下，盡可能少的進樣量：液體樣0.1～10ul，氣體試樣為0.1～10ml。

8. 燃氣和助燃氣的比例

在氣相色譜分析中，燃氣和助燃氣的比例會嚴重的影響組分的分離，一般兩者的比例為1：8~1：15。

而真正實現(xiàn)對-個混合試樣成功地分離，色譜條件的選擇中為關(guān)鍵的是色譜柱的選擇、柱溫的選擇、載氣的選擇及其流速的確定、燃氣和助燃氣的比例等。

衡量氣相色譜分離好壞的程度可用分離度R表示：

式中，tR2，Y2和tR1，Y1分別是兩個組分的保留時間和峰底寬，如圖所示。當R＝1.5時，兩峰*分離；當R=1.0時，98％的分離。在實際應(yīng)用下，R＝1.0時一般可以滿足需要。

用色譜法進行定性分析的任務(wù)是確定色譜圖上每一個峰所代表購物質(zhì)。在色譜條件確定時，任何一種物質(zhì)都有確定的保留值、保留時間、保留體積、保留指數(shù)及相對保留值等保留參數(shù)。因此，在相同的色譜操作條件下，通過比較已知純樣和未知物的保留參數(shù)或在固定相上的位貿(mào)，即可確定未知物為何種物質(zhì)。

當手頭上有待測組分的純樣時，作與巴知物的對照進行定性分析極為簡單。實驗時，可采用單柱比較法、峰高加入法或雙柱比較法。

單柱比較法是在相同的色譜條件下，分別對已知純樣及待測試樣進行色譜分析．得到兩張色譜圖，然后比較其保留參數(shù)。當兩者的數(shù)值相同時，即可認為待測試樣中有純佯組分存在。雙柱比較法是在兩個極性*不同的色譜住上，在各自確定的操作條件下，測定純樣和待測組分在其上的保留參數(shù)，如果都相同，則可準確地判斷試樣中有與此純樣相同的物質(zhì)存在。由于有些不同的化合物會在某一固定相上表現(xiàn)出相向的熱力學性質(zhì)，故雙柱法定性比單柱法更為可靠。

在一定的色譜條件下，組分i的質(zhì)量mi或其在流動相中的濃度，與檢測器的響應(yīng)訊號峰面積Ai或峰高hi，成正比：或，

式中，和稱為校正因子。這是是色譜定量的依據(jù)。響應(yīng)信號Ai、hi及校正因子和的淮確測量直接影響定量分析的準確度。而其中峰面積更適于作為定量分析的參數(shù)。現(xiàn)代色譜儀或工作站中一般都能準確測量色譜峰面積。

校正因子可用下式表示：

式中，Mi可用質(zhì)量、物質(zhì)的量及體積等物理量表示，糊應(yīng)的校正因子分別稱為質(zhì)量校正因子、摩爾校正因子和體積校正因子。由于校正因子受儀器和操作條件的影響很大，其應(yīng)用受到限制，一般采用相對校正因子。相對校正因子是指組分i與基準組分s的校正因子之比，即：

根據(jù)不同的情況，可選用不同的定量方法。歸一化法是將樣品巾所有組分合量之相按百分％計算，以它們相應(yīng)的響應(yīng)信號為定量參數(shù)，從而計算各組分的質(zhì)量分數(shù)。該法簡便、準確。當操作條件變化時，對分析結(jié)果影響較小，常用于定量分析，尤其適于進佯量少而體積不易準確測量的液體試樣。但采用本法進行定量分析時，要求試樣中各組分產(chǎn)生可測量的色譜峰。

氣相色譜法VOCs在線監(jiān)測儀屬于質(zhì)量型監(jiān)測儀器，不僅具有靈敏度高、線形范圍寬的特點，而且對操作條件變化相對不敏感，穩(wěn)定性好。特別適合做常量或微量的常規(guī)分析，因為響應(yīng)快所以與毛細管分析技術(shù)配合使用可完成痕量的快速分析，是氣相色譜儀器中應(yīng)用非常廣泛的一種。