1、快速气相色谱方法的理论基础

在今天“时间就是金钱”的市场经济形势下，尽量缩短分析时间成为人们在色谱方法学研究中的重要课题。在气相色谱分析中，近年快速气相色谱得到很快的发展，而细内径毛细管色谱柱是实现快速色谱的重要手段之一。快速气相色谱在分离复杂混合物如药物、环境样品、石油工业样品、环境分析样品等有十分重要的作用。

快速气相色谱实际上早在1961年Desty就论证过，使用2m长，70μm i.d.细内径的壁涂金属毛细管柱，为了进样时间短，用锤子冲击进样（蒸汽进样塞只有10ms）,全部分离9个庚烷异构体只要5s。有的样品甚至只有1s就可以完成分析。此后有许多研究者进行快速气相色谱的工作都是基于使用细内径毛细管柱。使用细内径毛细管柱，另外一个效果是可以提高柱效，但是要提高柱效必须尽可能地减少死体积和减少进样宽度，有关这一问题可从理论上说明，如下面的公式：

 （1）

式中H是理论塔板高度（mm）,B,CG,CL分别为纵向扩散常数，气相传质阻力和液相传质阻力，u是载气流速，D是衡量死体积大小的系数。所以要实现快速气相色谱就要使用细内径、短的毛细管柱，柱温要高，色谱系统的死体积要小，进样宽度要尽可能小等等。

2、适合于快速气相色谱的操作条件

要实现快速气相色谱，可以从下面的保留时间（tR）公式得到答案：

（2）

式中L是色谱柱长，u是载气流速，k是容量因子。用最后一个色谱峰的tR值来衡量分析的速度，从（2）式可以看出色谱柱柱长减小可以缩短分析时间，所以在快速分析时毛细管柱长一般小于10m。增加载气流速u也可以加快分析速度，在使用小内径毛细管柱时，在一定的柱前压下，常常使用每秒几米的载气流速。另外一个影响因素是容量因子k，有一些色谱条件会使k减小，如提高柱温，减小固定相的液膜厚度都会使k减小。但是上述这些色谱条件，都会导致柱效的降低，特别是色谱系统的柱外效应（死体积）有很大的影响，下面的公式是描述柱外效应对峰加宽的影响。

 （3）

式中σ2是柱外效应对峰加宽的方差，△t是分析系统总的死体积，在进行快速气相色谱时由于使用了短色谱柱、细内径和薄液膜厚度，因而导致分析系统总的死体积对柱效有非常大的影响。要使σ2适于快速气相色谱，分析时间在几秒甚至小于1s，△t必须大大减小，要小于10ms 。如果仪器的死体积和进样系统可以满足这一要求，就可以使用短色谱柱和高载气流速，达到快速气相色谱的目的。但是峰容量值和色谱柱柱长的平方成正比关系，所以使用短柱分离复杂的混合物就非常困难 。

色谱柱的柱效是快速气相色谱另外一个十分重要的参数，由于使用短柱，总柱效降低了，而柱效是分离好坏的重要依据，所以提高单位色谱柱柱长的柱效是快速气相色谱的必要条件。而在快速气相色谱的条件下，VanDeemter的速率理论又不完全适用，有人研究了快速气相色谱的理论塔板高度（H）和流速的关系 。早期Gaspar[23]提出用上面的公式（1）来表示H和u的关系，近来Blumberg 则用下面的公式（4）表示H和u的关系：

 （4）

由（4）式可以看出，在快速气相色谱情况下（短柱、细内径和薄液膜），载气流速增加柱效的损失不大，氢气做载气更为适宜 。

快速气相色谱的方法和仪器

过去在商品仪器进行快速气相色谱时遇到几个难题：

1、进样体积和速度，2、检测器电路，3、数据采集速度，和4、程序升温速度。

（1）、检测器 过去在快速气相色谱中多使用FID和微型TCD，目前FID， TCD，ECD，PID和MS都有使用的。FID 由于它的死时间很小，一般只有几个毫秒，是快速气相色谱理想的检测器。微型TCD在便携式快速气相色谱仪中使用较多，特别是用在硅片上作出的微型TCD其池体积只有220nL。

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