什么是气相色谱？

气相色谱法（GC）是一种分析技术，用于分离样品混合物的化学成分，然后检测到它们以确定其存在或不存在和/或存在多少。这些化学成分通常是有机分子或气体。为了使GC在分析中取得成功，这些组件通常需要挥发性，通常具有低于1250 DA的分子量，并且热稳定，因此它们不会在GC系统中降解。GC是大多数行业中广泛使用的技术：用于制造从汽车到化学品到药品的许多产品的质量控制；从陨石分析到天然产物的研究目的；以及从环境到食物再到取证的安全。气相色谱仪经常被连字符到质谱仪（GC-MS），以鉴定化学成分。

气相色谱如何工作？

顾名思义，GC在分离中使用载气，这起着移动相的作用（图1（1））。载气可以通过GC系统运输样品分子，理想情况下无反应或损坏仪器成分。

首先将样品引入气相色谱仪（GC）中，无论是注射器还是从自动进样器转移（图1（2）），该（图1（2））也可能从固体或液体样品矩阵中提取化学成分。样品通过隔膜注入GC入口（图1（3）），该隔隔可以注射样品混合物而不会失去流动相。连接到入口的是分析柱（图1（4）），长（10 - 150 m），狭窄（0.1 - 0.53 mm内径）融合二氧化硅或金属管，该二氧化硅或金属管中包含覆盖在内壁上的固定相。分析柱保持在分析过程中加热的柱烤箱中，以洗脱挥发性较小的成分。色谱柱的出口被插入检测器（图1（5）），该检测器响应从色谱柱洗脱以产生信号的化学成分。该信号是由采集软件在计算机上记录的，以产生色谱图（图1（6））。

图1：气相色谱的简化图显示：（1）载气，（2）自动进样器，（3）入口，（4）分析柱，（5）检测器和（6）PC。学分：Anthias Consulting。

注入GC入口后，如果尚未处于气相，则将样品混合物的化学成分首先蒸发。对于低浓度样品，整个蒸气云通过载气将所谓的载气转移到分析柱中无拆分模式。对于高浓度样品，只有一部分样品以分裂模式转移到分析柱中，其余部分通过拆分线冲洗了系统，以防止分析柱的过载。

一旦进入分析柱，样品成分就会通过其与固定相的不同相互作用进行分离。因此，在选择要使用的列的类型时，应考虑分析物的挥发性和函数组将它们与固定相匹配。液态固定相主要属于两种类型：基于聚乙烯乙二醇（PEG）或聚二甲基硅氧烷（PDMS），后者具有不同百分比的二甲基，二苯基或中极官能团，例如氰基丙基苯基。像分离的那样，因此，具有二甲基或低百分比的二苯基的非极性柱对于分离非极性分析物也有益。那些具有π-π相互作用的分子可以在含有苯基的固定相分离。那些能够氢键的人，例如酸和醇，最好用钉柱分离，除非它们经过衍生化以使它们的极性降低。

最后一步是分析物从色谱柱洗脱时的检测。例如，GC探测器有许多类型的类型：那些对C-H键等响应的探测器（例如火焰电离检测器（FID））；那些对特定元素（例如硫，氮或磷）做出反应的人；以及那些对分子特定特性的反应，例如捕获电子的能力，如电子捕获检测器（ECD）所用。

向气相色谱（GC-MS）添加质谱法

质谱（MS）是一种分析技术，可以与GC融合并使用而不是GC检测器。中性分子从分析柱中洗脱，并在离子源中电离以产生可以降解为片段离子的分子离子。然后通过质量分析仪将片段和分子离子通过其质量分离：电荷（m/z）比，并检测到。来自GC-MS的数据是三维，提供可用于身份确认的质谱，以识别未知分析物并确定分子的结构和化学性质，以及可用于定性和定量分析的色谱图。

您如何阅读色谱图，它告诉您什么？

图2：来自GC或GC-MS的色谱图输出。学分：Anthias Consulting。

从色谱图可以从有关GC或GC-MS系统的健康以及执行定性或定量分析所需的数据中获得很多信息。

X轴是保留时间，从将样品注入GC中的时间（T）₀）到GC运行的尽头。每个分析物峰都有从峰的顶点测量的保留时间，例如t_r。Y轴是检测器中分析物峰的测量响应。当没有分析物从色谱柱洗脱时，基线显示了检测器的信号，或者其低于检测极限。基线响应是电噪声（通常低）和化学噪声的混合物，例如载气中的杂质，柱固定相流出和系统污染。因此，如果基线高于应有的高度，则表明需要问题或需要维护。可以从峰值进行各种测量，例如基线处的宽度，一半高度，总高度和面积的宽度。后两种与浓度成正比，但是它用于定量，因为它不受频带拓宽的影响。测量值可用于计算谱带宽度的程度，分析物分子在色谱柱上的扩散。较窄，更尖锐的峰具有更好的灵敏度（信号与噪声比）和更好的分辨率（峰分离）。所示的峰为高斯，但是峰尾巴（峰的右侧更宽）表示系统中的活动或死亡体积，而峰面前（峰的左侧较宽）表示柱子已超载。 Accurate measurements are affected by the number of data points across a peak, with an ideal number being 15-25. Too few, makes the peak look like a child’s join-the-dots drawing, affecting peak area, resolution and, with GC-MS, deconvolution. Too many reduces the signal to noise, reducing sensitivity. For GC-MS data, each data point is a mass spectrum, the third dimension of data.

将气相色谱分为多个维度

与其他一些分离技术相比，GC具有高峰值容量，具有分离数百种化合物的能力。但是，对于某些需要分开数千个峰的应用，没有足够的理论板在色谱上将它们全部分开。示例可能包括对柴油的分析，或者需要在环境，生物学或食物样品（如环境，生物学或食物样品）中检测到痕量分析物。光谱分辨率，在MS连接到GC的情况下，可以在没有完全色谱分辨率的情况下进行分析，但是，凝聚峰必须具有不同的光谱才能完全成功。

心脏切割是有用的，在选择一条柱以分离大多数峰的情况下，则“切割”几组凝聚峰并将其转移到包含不同固定相和选择性的第二列中。只能通过跑步传输一些切割，因此只能在有少数问题分离的情况下使用。

图3：柴油的GC X GC轮廓图显示了不同的化学类别分离。1^英石维柱是非极性的，2^nd尺寸柱为中极。学分：Anthias Consulting。

对于经常有卷积的复杂样品，使用综合的二维色谱法（GC X GC）。两列包含不同的固定相，因此是不同的分离机制，是串联设置的。“正常”设置是1^英石尺寸非极性柱，然后是2^nd如图3所示，尺寸更多的极柱用于柴油的分析。在两列之间使用调制器，从第一列切割，并将狭窄的样品带重新注射到第二列。热调节剂使用温度陷阱实现此目标，然后释放分子，流量调节器收集废水，压缩并冲洗分子到第二列。在整个运行中进行切割，通常每1到10秒。在引入下一个切割之前，应在第二列上进行分离。通过使用短而狭窄的第二列，通常1-2 m的内径为1-2 m，与热调节器一起使用，可以实现这种快速分离。或短，更宽的第二列，通常为5 m的0.25 mm内径与流量调节器一起使用。GC X GC峰非常狭窄，降至35毫秒，因此必须使用快速GC检测器或高采集率质谱仪> 100 Hz必须用于获取足够的数据点。

气相色谱的优势和局限性

GC是大多数行业中广泛使用的技术。它用于进行常规分析进行研究，分析从固体到气体的许多不同矩阵中的数百到数百至数百种（或数千种具有GC X GC）的化合物。这是一种强大的技术，很容易与其他技术（包括质谱法）结合在一起。

GC仅限于分析从氦/氢到约1250 U的分子量的挥发性化合物。热不稳定的化合物会在热的GC中降解，因此应使用冷注射技术和低温来最大程度地减少这种情况。更多的极性分析物可能会在GC中陷入困境或丢失，因此该系统应被停用和维护良好，或者这些分析物被衍生。

气相色谱的常见问题

GC中最常见的问题是泄漏。流动阶段是整个系统中的气体和流动，因此，正确安装零件和消耗品在定期泄漏检查中很重要。

活动是更多极地分析物，尤其是痕量水平的活动。玻璃衬里和色谱柱上的硅烷醇基团，以及系统中的污垢堆积可能会导致尾峰，不可逆的吸附或催化分解。入口是引起大多数问题的区域，因为这里样品被注入，汽化并转移到GC列中。因此，定期的入口维护以及使用正确的消耗品（例如停用的入口衬里）对于保持仪器无故障很重要。