氣相色譜法VOCs在線監測儀監測原理

一、基本原理

氣相色譜是對氣體物質或可以在一定溫度下轉化為氣體的物質進行檢測分析。由于物質的物性不同，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，產生的訊號經放大后，在記錄器上描繪出各組份的色譜峰。根據出峰位置，確定組分的名稱，根據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。而其中氣相色譜分離條件的選擇至為關鍵。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在組分在載氣中的擴散系數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) 。根據速率方程：（1）渦流擴散項與載氣流速無關；

（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。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。

在實際分析中應兼顧這幾方面因素，選擇原則是在是在難分離物質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性、沸點范圍。穩定性等因素。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。

而真正實現對-個混合試樣成功地分離，色譜條件的選擇中為關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是確定色譜圖上每一個峰所代表購物質。在色譜條件確定時，任何一種物質都有確定的保留值、保留時間、保留體積、保留指數及相對保留值等保留參數。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或在固定相上的位貿，即可確定未知物為何種物質。

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。當兩者的數值相同時，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，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存在。由于有些不同的化合物會在某一固定相上表現出相向的熱力學性質，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的質量mi或其在流動相中的濃度，與檢測器的響應訊號峰面積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。響應信號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。現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可用質量、物質的量及體積等物理量表示，糊應的校正因子分別稱為質量校正因子、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，以它們相應的響應信號為定量參數，從而計算各組分的質量分數。該法簡便、準確。當操作條件變化時，對分析結果影響較小，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生可測量的色譜峰。

氣相色譜法VOCs在線監測儀屬于質量型監測儀器，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，穩定性好。特別適合做常量或微量的常規分析，因為響應快所以與毛細管分析技術配合使用可完成痕量的快速分析，是氣相色譜儀器中應用非常廣泛的一種。