淺談氣相色譜當(dāng)前發(fā)展?fàn)顩r及應(yīng)用

趙秦藝

摘 要：在色譜分析中，以氣體為流動(dòng)相的柱色譜法成為氣相色譜技術(shù)。氣相色譜（GC）始于二十世紀(jì)五十年代，是一項(xiàng)重大的科學(xué)研究成就。它是一種新的重要的分離、分析技術(shù)，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防、建設(shè)、科學(xué)研究中都得到了廣泛應(yīng)用。氣相色譜技術(shù)由于其分離質(zhì)量高、檢測(cè)速度快、機(jī)器微型化、成本低等特點(diǎn)贏得了市場(chǎng)的一致認(rèn)可。氣相色譜可分為氣固色譜和氣液色譜。氣固色譜指流動(dòng)相是氣體，固定相是固體物質(zhì)的色譜分離方法。例如活性炭、硅膠等作固定相。氣液色譜指流動(dòng)相是氣體，固定相是液體的色譜分離方法。例如在惰性材料硅藻土涂上一層角鯊?fù)?，可以分離、測(cè)定純乙烯中的微量甲烷、乙炔、丙烯、丙烷等雜質(zhì)。

關(guān)鍵詞：氣相色譜；當(dāng)前發(fā)展?fàn)顩r；應(yīng)用

一.氣相色譜發(fā)展?fàn)顩r

1.1起源及發(fā)展經(jīng)過(guò)

色譜實(shí)際上是俄國(guó)植物學(xué)家茨維特在1901年首先發(fā)現(xiàn)的。1903 年3月，茨維特在華沙大學(xué)的一次學(xué)術(shù)會(huì)議上所作的報(bào)告中正式提出“chromatography”（即色譜）一詞，標(biāo)志著色譜的誕生。氣相色譜是在1952年由科學(xué)家James和Martin共同提出的，同時(shí)他們也發(fā)明了第一個(gè)氣相色譜檢測(cè)儀。但這時(shí)的氣相色譜儀只是一個(gè)接在填充柱出口的滴定裝置，主要用來(lái)檢測(cè)脂肪酸分離程度并用滴定溶液體積對(duì)時(shí)間做圖得到相應(yīng)的脂肪酸色譜圖。隨后他們有發(fā)明了氣體密度天平。1954年Ray提出熱導(dǎo)計(jì)，開(kāi)創(chuàng)了色譜檢測(cè)器的新時(shí)代。

由于氣相色譜技術(shù)的快速發(fā)展，逐漸向快速、分離度高、準(zhǔn)確性好、微型化、成本低的方向發(fā)展，大大促進(jìn)了環(huán)境科學(xué)等學(xué)科的發(fā)展，也使氣相色譜技術(shù)走出實(shí)驗(yàn)室向走進(jìn)廣大社會(huì)實(shí)際生產(chǎn)領(lǐng)域。

1.2 我國(guó)氣相色譜技術(shù)的發(fā)展

我國(guó)氣相色譜技術(shù)行業(yè)的發(fā)展，仍處在模仿國(guó)外技術(shù)的狀態(tài)?，F(xiàn)今國(guó)外較為著名儀器普遍配置氣體流量電子控制系統(tǒng)（EPC）和色譜站反控功能，而國(guó)內(nèi)新一代廠(chǎng)家也在陸續(xù)模仿生產(chǎn)，但擁有核心技術(shù)的產(chǎn)品卻并不多。不過(guò)，與前幾年相比，國(guó)內(nèi)的各大廠(chǎng)家在設(shè)計(jì)以及生產(chǎn)工藝和制造水平都有了顯著的進(jìn)步，個(gè)別廠(chǎng)家的產(chǎn)品甚至可以與國(guó)外產(chǎn)品想媲美，但是創(chuàng)新技術(shù)仍然缺乏。

盡管我國(guó)還沒(méi)有掌握色譜分析儀的核心技術(shù)，但色譜儀配套氣源仍獲得了較大的突破性進(jìn)展，尤其是氫氣發(fā)生器。在經(jīng)歷了國(guó)外壟斷—國(guó)內(nèi)模仿—自主創(chuàng)新的艱難歷程后，目前國(guó)內(nèi)氣源生產(chǎn)廠(chǎng)家及其產(chǎn)品性能都有了顯著變化，新一代發(fā)生器的性能也具有了較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)能力。

氣相色譜儀器的發(fā)展總體上已經(jīng)進(jìn)入一個(gè)相對(duì)成熟的階段，就目前來(lái)說(shuō)在高校及各重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室中，被應(yīng)用較為廣泛還是氣相和液相分離技術(shù)。高校專(zhuān)業(yè)中利用色譜技術(shù)所進(jìn)行輔助的研究也越來(lái)越普遍。

1.3 對(duì)氣相色譜儀的展望

氣相色譜技術(shù)在各行各業(yè)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)氣相色譜技術(shù)的要求會(huì)越來(lái)越高，色譜技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面

1.3.1 微型化

當(dāng)前市場(chǎng)分析要求氣相色譜儀能夠高效率低成本的滿(mǎn)足用戶(hù)需求，因此對(duì)氣相色譜儀的設(shè)計(jì)提出了微型化、便攜的設(shè)計(jì)要求。對(duì)于目前的研究進(jìn)展而言，一個(gè)是量子級(jí)聯(lián)激光器（QCL）作為紅外吸收檢測(cè)的光源開(kāi)始應(yīng)用于氣液相色譜紅外檢測(cè)器的構(gòu)建，由于QCL的小體積，適用于微型儀器，且功率較高能夠活著中強(qiáng)的紅外激光且操作條件簡(jiǎn)單，國(guó)外已將其應(yīng)用在氣相色譜和液相色譜檢測(cè)中。另外還包括基于介質(zhì)阻擋放電（DBD）原子化技術(shù)建立的介質(zhì)阻擋放電檢測(cè)器已經(jīng)應(yīng)用于一部分的氣相色譜檢測(cè)等。

1.3.2 智能化

智能化的氣相色譜要求有效解決氣相色譜儀功能單一、分析結(jié)果可靠性差等問(wèn)題，其技術(shù)難點(diǎn)在于如何把微處理器植入其中。智能化的操作可以實(shí)現(xiàn)氣相色譜儀的人機(jī)對(duì)話(huà)功能，提供更加便捷的操控界面，有助于推動(dòng)我國(guó)氣相色譜儀的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，擴(kuò)大我國(guó)氣相色譜儀的市場(chǎng)占有率。

二.氣相色譜的應(yīng)用

2.1石化分析

在石油和化工分析中，GC占有非常重要的地位。主要涉及油氣田勘探中的地球化學(xué)分析、原油分析、煉廠(chǎng)氣分析、模擬蒸餾、油品分析、單質(zhì)烴分析等等。石化領(lǐng)域常量氣體分析應(yīng)用的分析方法主要有以原煉氣場(chǎng)分析儀器為原型的基于不同儀器平臺(tái)的四閥五柱雙熱導(dǎo)填充柱分析系統(tǒng)、基于芯片制造技術(shù)的并行多維色譜系統(tǒng)等。美國(guó)Wasson-ECE公司提出的以氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀為平臺(tái)的專(zhuān)用分析系統(tǒng)則是目前用于這類(lèi)分析最有競(jìng)爭(zhēng)力的方法之一。

2.2環(huán)境分析

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，雖然人類(lèi)社會(huì)在不斷進(jìn)步，但也對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞。污染問(wèn)題已經(jīng)成為全球正在面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。而氣相色譜分析在治理污染方面有著重要作用。它在環(huán)境分析中的應(yīng)用主要包括大氣污染分析、飲用水分析、水資源分析、土壤以及固體廢棄物分析等。采用的分析方法主要要毛細(xì)管柱氣相色譜法，例如姜雪松等人用此法測(cè)定農(nóng)藥廠(chǎng)廢水中的三氯乙醛、岳有來(lái)等人用氣相色譜法測(cè)定水中的阿特拉津等。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：青海大學(xué)）