气相色谱法

简称“GC”。物证检验中分离和分析混合物组分的重要手段之一。借氢、氮、二氧化碳以及氦、氖、氩等惰性气体作流动相（载气），将气体样品或气化的液体有机物样品载入柱中。气体流经色谱柱时，样品各组分同非挥发的静止固定相之间的相互作用不同，以不同速度移动。相互作用越大，物质阻留的程度越大，因而能与相互作用较小的物质分离。各种组分随载气以不同时间离开色谱柱后，进入末端的检测器，以检测馏出的组分，随后进入分滑液收集器或者排空。气相色谱法可做定性和定量分析。在分离分析中有如下特点：(1)高选择性。对各种同位素和异构体有较强的分离能力。(2)高效能。能够分离组分复杂的混合物。(3)高灵敏度。可分析出10-7～10-11克的固体物质或0.2～0.002微升(UL)的液体物质。(4)分析速度快。每次分析一般只要1～2小时，最快的几秒种即可完成。气相色谱法在物证检验中具有较大的实用价值。可以分析各种气体和酒精、燃油等挥发性液体，检验药物等可以转化为气态的固体。热裂解气相色谱技术能对漆皮、纤维、塑料、焦油、油脂等不易挥发的化合物进行分析。气相色谱须有已知纯物质的色谱图与未知物的色谱图对照才能进行分析。对没有参照对象的未知物无法判别。

气相色谱法

利用气体作流动相的色层分离分析方法。汽化的试样被载气 （流动相） 带入色谱柱中，柱中的固定相与试样中各组份分子作用力不同，各组份从色谱柱中流出时间不同，组份彼此分离。采用适当的鉴别和记录系统，制作标出各组份流出色谱柱的时间和浓度的色谱图。根据图中表明的出峰时间和顺序，可对化合物进行定性分析； 根据峰的高低和面积大小，可对化合物进行定量分析。具有效能高、灵敏度高、选择性强、分析速度快、应用广泛、操作简便等特点。适用于易挥发有机化合物的定性、定量分析。对非挥发性的液体和固体物质，可通过高温裂解，气化后进行分析。可与红光及收光谱法或质谱法配合使用，以色谱法做为分离复杂样品的手段，达到较高的准确度。是司法鉴定中检测有机化合物的重要分析手段。

气相色谱法GCgas chromatography

以气体为流动相的色谱法，是一种广泛应用的分离分析手段。根据固定相的状态不同又分为气固色谱法和气液色谱法。气固色谱法用分子筛、硅胶、活性炭、高分子多孔微球等做固定相；气液色谱法用蒸汽压低、热稳定性好、在操作温度下呈液态的有机化合物做固定液，涂敷在惰性载体上或毛细管内壁上作固定相。此外，还有特殊形式的裂解气相色谱法等。
原理 气相色谱系统由盛在管柱内的吸附剂或惰性固体上涂着液体的固定相和不断通过管柱的气体流动相组成。将欲分离、分析的样品从管柱一端加入后，由于固定相对样品中各组分的吸附或溶解能力不同，即各组分在固定相和流动相之间的分配系数有差别，当各组分在两相中反复多次进行分配并随流动相向前移动时，其沿管柱运动的速度就不同，分配系数小的组分被固定相滞留的时间短，能较快地从色谱柱末端流出，使组分彼此分离。然后由检测器将色谱柱流出的组分，依浓度的变化转变为电信号，经微电流放大器后，用记录器记录下来，得到色谱流出曲线(图1)，最后利用保留时间定性，用峰面积或峰高加以校正来定量。

图1 色谱流出曲线

OE为基线；ABC为峰面积；BD为峰高；2Δt_1/2为半峰宽；tr₁为组分1的保留时间；tr₂为组分2的保留时间；t₀为死时间

主要仪器 为气相色谱仪。由分析单元和显示记录单元组成。分析单元包括气路系统、进样系统、分离系统；显示记录单元包括温度控制系统、检测和放大记录系统。气相色谱的流程如图2。分析前先把载气调到所需的流速，把汽化室、色谱柱和检测器的温度升到预定值。用微量注射器把样品注入汽化室，汽化的试样被载气带入色谱柱内，分离后的组分依次进入检测器，产生一定的电信号，经放大器放大后的电信号分别送到记录器和数据处理装置（新型气谱仪备有），由记录器绘出色谱流出曲线，由微处理机作数据处理。

图2 气相色谱流程

特点及应用 ❶分离效率高和选择性好。一般填充柱每米有数千个理论搭板，毛细管柱则可达10⁵～10⁶个，能分离分配系数接近的多种化合物，因此适用于分析复杂的多组分样品；
❷灵敏度高。气相色谱法有许多高灵敏度的检测器，如热导池检测器(TCD)、氢火焰离子化检测器(FID)、电子捕获检测器(ECD)、火焰光度检测器(FPD)、氮磷检测器(NPD)等，有时可检出低至10^-11～10^-14克的样品组分，适用于样品中痕量、超痕量组分的测定。
❸分析速度快。几分钟至几十分钟即可分析一个样品。
❹应用范围广。可用来分析气体、易挥发的液体或固体以及其他经衍生作用或其他作用转化为易挥发化合物的物质。如用GC—ECD方法可连续测得各种环境介质中含量低至微克/千克级的有机氯农药DDT、六六六的多种异构体和降解产物。用GC—FPD方法可检测微克/千克级的有机磷农药如乐果、马拉硫磷、对硫磷等。气相色谱法的缺点是在对组分直接进行定性分析时，必须用已知物或已知数据与相应的色谱峰进行对比，或与其它方法(如质谱、光谱)联用，才能获得肯定的结果。在定量分析时，常需用已知物纯样品对检测器输出的信号进行校正。
气相色谱法在农业化学分析中用于测定植物、土壤和微生物中的挥发性脂肪酸、高级脂肪酸、氨基酸、糖类；测定植物和土壤中的有机氯农药和有机磷农药、除草剂和氮肥增效剂（亦称硝化抑制剂）；测定茶叶的香气和中草药的成分；测定土壤空气的组分；测定一些酶的活性。如固氮酶活性的测定，可用气固色谱法。
裂解气相色谱法 又称热解气相色谱法(PGC)。它是将高分子物质放在裂解器中迅速加热，使之裂解成具有挥发性的小分子（碎片），再送入色谱柱内进行分析。由于裂解碎片的组成和相对含量与待测物质的结构及其组成有一定关系，故每种物质的裂解色谱图具有各自的特征——裂解指纹图，可作为定性鉴别的依据。用PGC分析高聚合物，具有快速、灵敏、特异性强、便于自动化和计算机化等优点，因此，越来越多地应用于各种生物及土壤样品的分析。

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气相色谱法gas chromatography,GC

以气体作流动相，液体或固体作固定相，经色谱柱对试样组分进行分离、由检测器测定的色谱法。
简史 1906年俄国植物学家茨维特(M.S.Tswett)较完整地提出色谱法。1941年马丁(A.J.P.Martin)等提出气—液色谱法的设想，并用塔板理论描述了色谱分离过程。1952年马丁等使用气液色谱法分析了脂肪酸和脂肪胺，同时对其理论和实验方法做了详细阐述。1954年热导检测器用于气—液色谱法，扩大了此法的用途。1956年范第姆特(van Deemter)提出了速率理论，为气相色谱建立了理论基础，不久相继出现了氢火焰离子化检测器和其他高灵敏度检测器。50年代末至60年代气相色谱法的理论、仪器和应用均得到了迅速发展。70年代末到80年代初微处理机用于气相色谱，使其向智能化发展。气相色谱法目前已成为分析化学领域中极为重要的方法，广泛应用于农药常量、微量分析。
特点 气谱法具有以下6方面的优点：❶应用范围广。农药分子量多数小于400，沸点大都在气谱工作温度范围之内；
❷分离效能高。如：分离化学结构极为相近的六六六异构体早已用于日常分析；
❸分析速度快。短者只需几十秒，长者几十分，一般几分钟即可。适于农药生产中的流程控制分析，和大量样本分析；
❹灵敏度高。检测极限可达微克/千克～纳克/千克，能满足农药残留和污染防治的检测要求；
❺准确度、精密度均较容量法和光学分析法好；
❻分离和测定一次完成。气相色谱法的局限是：不能测定分子量大、易热分解、不挥发性物质和解离性物质；对于每项分析任务，往往需要建立特定分析方法；定性比较困难。
仪器组成和工作原理 气相色谱仪根据使用目的不同，可分为分析用气相色谱仪、制备用气相色谱仪、监测用气相色谱仪（又称流程色谱仪）三类。农药分析中用的是第一类。各类气相色谱仪的基本组成，都包含有载气系统、进样气化系统、色谱柱、检测器、记录系统（见图）5部分，其中色谱柱和检测器是分析测定

气相色谱仪基本组成示意图
(据金鑫荣，1987)

的关键部件。其工作原理是：试样进入气化室，在高温下瞬间气化，随载气进入色谱柱分离后，各组分依次流入检测器转换成电信号，由记录系统得到色谱图。各种物质在相同色谱条件下，均有固定的色谱保留值（表征某物质在色谱柱内移动情况的量值），如保留时间（从进样到色谱峰顶的时间）、保留体积（在保留时间内流过的流动相体积）等，故可据此进行定性分析，而根据相应色谱峰的峰高和峰面积，即可进行定量分析。
色谱柱 分离试样组分的部件。色谱柱的选择是分析工作的核心。有气一固填充柱、气一液填充柱、毛细管柱及填充毛细管柱等。目前中国农药分析中主要用气一液填充柱。柱管内紧密、均匀地装填着固定相。气一液色谱柱的固定相由担体和固定液构成。
固定液 涂于担体表面形成液膜的液体。对固定液的一般要求是：❶蒸气压低，热稳定性好，在操作温度下呈液态，有较长的使用寿命和较低的本底电流；
❷对样品组分有足够的溶解能力；
❸选择性高，对两个沸点相同或相近的不同类型组分，要有尽可能高的分离能力。固定液一般用三种方法分类：❶按化学结构和官能团分；
❷按相对极性分；
❸按形成氢键的能力分。其中第一种方法把固定液分为10类，农药分析中主要应用其中的硅氧烷类和醇、聚醇类。前者包括SE-30,OV-1,OV-101,SE-52,OV-17,OV-25,OV-210,QF-1,XE-60,OV-225等，后者主要为聚乙二醇。此法比较简单实用，便于根据样品和固定液的“相似相溶原理”选择固定液。
固定液的选择对试样的分离有极其重要的作用。为了探索一项分析方法，有时几乎花费几个月的时间来选择固定液。罗尔施奈德(L.Rohrschneider)和麦克雷诺兹(W.O.Mcreynolds)对固定液分离特征的研究工作，奠定了选择固定液的实用方法。这些方法是：❶相似相溶原理；
❷流出规律；
❸近邻技术；
❹用最常用的固定液实验（实验方法）;
❺查阅文献资料手册；
❻利用固定液选择表；
❼利用电子计算机。在农药分析中，多按相似相溶原理结合用“实验方法”来选择固定液。农药分析常用固定液见表1。

表1 农 药 分 析 常 用 固 定 液

商品名称或缩写	化 学 名 称		极性*	最高使用温度 (℃)	常用溶剂**
	中 文	英 文
Apiezon L	饱和烃润滑脂		非	250～300	❶ ❷ ❺
Carbowax 20M DEGA	聚乙二醇-20M 己二酸二乙二醇聚 酯	polyethylene glycol 20000 diethylene glycol adipate	极 中	225～250 190～200	❶ ❷ ❸❶ ❷
DEGS	丁二酸二乙二醇聚 酸	diethylene glycol succinate	极	190～200	❸❶ ❷
DC-11 DC-200 DC-710 Epon 1001 QF-1	甲基硅酮 甲基硅酮 苯基甲基硅酮 环氧树脂 三氟丙基甲基硅酮	methyl silicone methyl silicone phenyl(50%)methyl silicone epoxy resin trifluoropropyl(50%)methyl silicone	非 非 中 极 中	300 250 225～240 225 250	❺ ❹ ❻❶ ❷ ❸❶ ❷ ❶ ❷ ❶ ❷ ❸
NPGA	己二酸新戊二醇聚 酯	neopentyl glycol adipate	中	225～240	❸❶ ❷
NPGS	丁二酸新戊二醇聚 酯	neopentyl glycol succinate	中	225～240	❶ ❷
Reoplex 400	己二酸丙二醇聚酯	polypropylene glycol adipate	中	190～200	❸❶ ❷

（续）

商品名称或缩写	化 学 名 称		极性*	最高使用温度 (℃ )	常用溶剂**
	中 文	英 文
OV-1 OV-17 OV-101 OV-210	甲基硅酮 苯基甲基硅酮 甲基硅酮 三氟丙基甲基硅 酮	methyl silicone phenyl(50%)methyl silicone methyl silicone trifluoropropyl(50%)methyl silicone	非 中 非 中	350 300～375 300～350 275	❶ ❻ ❶ ❻ ❶ ❶
OV-225	氰丙基苯基甲基 硅酮	cyanopropyl phenyl methyl silicone	中	275	❶
SF-96 SE-30 SE-52 XE-60	甲基硅酮 甲基硅酮 苯基甲基硅酮 氰乙基甲基硅酮	methyl silicone metyl silicone phenyl (5%)methyl silicone cyanoethyl (25%)methyl silicone	非 非 中 中	250～300 300～375 300 250～275	❶ ❷ ❻❶ ❷ ❻❶ ❷ ❶ ❷ ❸
Tween 80	聚氧乙撑山梨糖 醇单油酸酯	polyoxyethylene sorbitan monooleate	极	150	❺❶ ❷
Versamid 900	聚胺树脂	polyamide resin	+	250～275	❶～ ❼(1:1) ❼～ ❽(1:1) ❶～ ❾(87:13)

注：非=非极性，极=强极性，中=中等极性；
　❶三氯甲烷，
❷二氯甲烷，
❸丙酮，
❹乙酸乙酯，
❺苯，
❻甲苯，
❼丁醇，
❽酚，
❾甲醇
担体 是承担固定液的固体材料，又名载体。没有担体就无法把固定液形成大的表面积。对担体的要求是：❶表面积大；
❷担体表面对溶质无吸附或吸附性很弱；
❸热稳定性好；
❹化学惰性，即与固定液或被分析组分不起任何化学反应；
❺颗粒大小尽可能均匀；
❻具有足够的机械强度。根据上述要求，色谱担体分类如下：

在农药分析中多用硅藻土担体。
担体表面活性：理想的担体表面对固定液和组分应是完全惰性的，但就经常使用的硅藻土担体而言，由于表面存在相当数量的硅醚基团、硅醇基团、杂原子基团以及晶格不均匀性等，因而表面既有催化活性作用点，又有吸附活性作用点。担体表面的活性是造成色谱峰形拖尾的主要因素，既影响柱效，又影响保留值的测量与峰面积的计算。故担体表面的去活性处理，一直是色谱分析中必须研究的重要课题。去活性的处理方法为：❶酸洗法；
❷碱洗法；
❸硅烷化法。
色谱柱制备 把选用的色谱柱管经试漏和清洗后，用涂渍好固定液的担体进行装填，装填好的色谱柱需经老化处理。老化的目的是：❶彻底除去固定相中残余的溶剂和某些挥发性物质，防止污染检测器。
❷使固定液牢固地分布在担体表面上，以提高柱效。柱子老化后需接上检测器进行检查，至记录仪基线平直后，老化过程才算结束，方可进行分析测定。
检测器 把色谱柱流出物质的信号转换成电信号的部件。通常分为积分型和微分型两大类。农药分析中常用的热导、氢焰、电子捕获、火焰光度、氮磷等检测器，均属微分型检测器。微分型检测器又根据其响应值与流出组分浓度和质量流速成比例，而分为浓度型和质量型两类。热导、电子捕获等属前者，氢焰、火焰光度、氮磷等为后者(表2)。❶热导检测器(TCD):利用组分和载气导热系数不同而制成的检测器，用于常量分析，已逐渐被FID取代；
❷氢焰离子化检测器(FID):以氢气与空气燃烧的火焰为能源，使有机物分子电离的原理，而制成的检测器，简称氢焰检测器。其结构简单、稳定性好、灵敏度高、死体积小、线性范围广，除少数惰性气体外，对有机化合物均有响应，有70%的农药制剂用它分析；
❸碱焰离子化检测器(AFID):用适当加热铷珠，使氢气形成冷焰，烃类不致燃烧，但氮、磷可被激发的原理而制成的检测器。又名热离子检测器(TID)、火焰热离子检测器

表2 气相色谱仪用几种主要检测器的性能比较

检测器 项目	热 导 TCD	氢焰离子化 FID	碱焰离子化 AFID	火 焰 光 度 FPD		电子捕 获 ECD(63Ni)
用途 灵敏度 噪 音 检测限 线性范围 基 流	通 用 10.000V·ml/g 1×10-5V 2×10-6mg/ml 105	一般有机化合物 0.01C/g 10-14A 2×10-12g/s 107 4×10-11A	N.P化合物 20C/g 3×10-14A 3×10-15g/s 103 3×10-11A	含S化合物 400C/g	含P化合物 470C/g	含卤素，S.N.O化合物，缩合环 40A·ml/g 2×10-12A 10-13g/ml 103 2×10-9A
				4×16-10A
				2×10-12g/s 无	1.7×10-12g/s 103
				10-7A

(FTD)、氮磷检测器(NPD)。它对含磷和含氮的有机农药，有很高选择性和灵敏度，常用于农药残留分析。
❹电子捕获检测器(ECD):是根据电负性物质分子能捕获自由电子的原理而制成的检测器，选择性和灵敏度很高，对卤代烃、腈、硝酸酯和金属有机化合物很敏感。广泛用于农药残留量分析与环境样本检测。
❺火焰光度检测器(FPD):根据S、P化合物在富氢火焰中燃烧时能发射出特征光的原理而制成的检测器。对含P、S化合物有比较高的灵敏度和选择性测定中不受溶剂干扰，在环境污染的检测上，特别是农药残留量分析中有重要作用。
应用 气相色谱法在农药的研制、工业生产、科学管理、农业植物保护、环境污染防治等方面应用广泛，既用作定性分析，也用于定量分析，且主要是用作定量分析。
定性分析 定性方法有四种： ❶主要是根据保留值进行定性，有多种化合物试样时，可采用相对保留值(选定一种化合物的保留值作为1，其他化合物保留值相对于它的值)定性；
❷利用检测器的选择性定性；
❸与质谱、红外等仪器联用定性；
❹ 与化学方法配合定性。
定量分析 定量分析的依据是：被分析组分的质量或其在载气中的浓度与色谱图上的峰高或峰面积成正比。在农药分析中，常用的定量方法有：❶归一化法。在检样中所有组分都能流出色谱柱并有响应时用各组分定量校正因子和相应峰面积（或峰高），计算各组分含量的方法。用于常量分析。其优点是操作条件和进样量对结果影响不大。当有不能从色谱柱流出的高沸点组分和有对检测器无响应的化合物，则不能应用此法。
❷内标法。按检样和内标物的重量及其在色谱图上相应峰面积（或峰高）比，计算组分含量的方法。农药制剂分析多采用此法，同时亦适用于低含量组分的定量。优点为：操作条件与进样量对分析结果影响不大，定量结果比较准确。但每次测定均需准确地称出内标物和样品质量，致使日常应用不便；样品中加入内标物，对分离度要求较高。
❸外标法。用配制的已知浓度标样与检样在完全相同的条件下进行色谱测定，从两者峰面积（或峰高）的比值，计算组分含量的方法。工厂的日常控制分析及农药残留量测定多采用此法。优点为：操作简单、计算方便。但仪器和操作条件的变化，对结果的影响很大。为此，需用标样及时校正。(见彩图54)

气相色谱法gas chromatography

是以气体为流动相的柱色谱法。被测物质各组分在色谱柱的分离，是根据各组分在色谱柱中流动相和固定相之间的分配系数或吸附能力的不同。气化后的被测物质被载气带入色谱柱中，组分即在两相间反复地进行分配，由于固定相对它们的吸附或溶解能力不同，所以各组分从色谱柱流出的速度亦不同，使原来性质差异微小的组分也能很好地分离。

气相色谱法

气相色谱法是用气体作为流动相（又称载气）的柱色谱法。适用于在一定温度有一定挥发性物质的分离。有些化合物如糖类、酸类等，本身挥发性很小，或遇热分解的，可以制成醚类、硅醚类、酯类等衍生物，从而具有热稳定性与挥发性，都可用气相色谱法分离。根据所用固定相状态的不同，本法分为气固色谱法和气液色谱法。前者是用多孔性固体，如硅胶、分子筛、活性炭、氧化铝等为固定相，属吸附色谱； 后者则用有机或无机物涂在惰性固体（载体）表面，或涂在毛细管内壁呈液膜作为固定相，属分配色谱。所用仪器为气相色谱仪。由载气源、进样口、色谱柱、检测器等组成。后三部分保持在适宜温度以保证组分有一定的挥发性。常用载气有氦气、氮气等，色谱柱有填充柱(内径几毫米，长几十厘米至几米)与毛细管柱(内径小于0.3mm，长几十米)之分，毛细管柱又称开口管柱，分离效率比填充柱高，但进样量小。常用的检测器有热导池、氢火焰离子化检测器、电子俘获检测器，火焰光度检测器、热离子检测器、光离子化检测器等。组分流出色谱柱后进入检测器，给出信号，表现为峰形图。根据在一定条件下的组分流出时间（称保留时间）进行定性鉴别。由检测器信号的大小，即由峰形的面积或峰高，与用已知浓度的组分标准品得到的面积或峰高相比较而可求出含量。现多用微处理机进行数据计算处理，打印出结果。
气相色谱法广泛用于医药及其他学科的各种分离分析工作中，其优点是：
❶高效能、高选择性，可分离多组分复杂混合物和性质相近的物质，如同系物，异构体等。
❷高灵敏度、使用高灵敏度检测器可检测出～10-12g物质，如用于高纯试剂中的杂质，植物药中的残留农药等的测定。
❸分析速度快，一般分析一次只需几分钟或几十分钟。
❹应用范围广，可以分析在操作温度下蒸汽压不小于0.0267kPa和热稳定的气液和固体。 缺点是不能用于热稳定性差、蒸汽压低、不挥发的物质。
近年来将气相色谱仪与其他仪器联用的日益增多，如气相色谱-质谱仪联用、气相色谱-付里叶转换红外仪联用等。主要系利用气相色谱的高分离效率与质谱仪或红外仪的鉴别微量组分的能力，以求获得对混合物中各组分的定性信息，在药物结构、药物代谢研究等方面有较好的用途。