信號(hào)記錄系統(tǒng)是構(gòu)成氣相色譜儀*的部件，由它給出的色譜圖是進(jìn)行定性、定量分析的主要依據(jù)，也是衡量色譜柱柱效、分離度和檢測(cè)器性能優(yōu)劣的可靠依據(jù)。
 

　　色譜工作者通過(guò)信號(hào)記錄系統(tǒng)得到色譜圖，對(duì)色譜圖進(jìn)行定性、定量分析。但是在工作中常常會(huì)碰到如色譜峰拖尾、色譜峰形不對(duì)稱(chēng)、峰形變異、相鄰色譜峰分不開(kāi)、倒峰、鬼峰、保留時(shí)間改變等問(wèn)題，給樣品組分定性、定量帶來(lái)了很大的困難和麻煩。針對(duì)這些問(wèn)題，本文針對(duì)色譜峰異常系列問(wèn)題，提供實(shí)例并給出譜圖信號(hào)異常的解決辦法。
 

　　色譜峰展寬
 

　　理想情況下，經(jīng)色譜分離獲得色譜峰的形狀應(yīng)為高斯分布曲線(xiàn)，即對(duì)稱(chēng)峰。但實(shí)際測(cè)定時(shí)隨著樣品在色譜柱中的移動(dòng)，樣品分子會(huì)向譜帶兩側(cè)擴(kuò)散，從而使色譜柱出口處的樣品譜帶比柱入口時(shí)寬，且可能產(chǎn)生不對(duì)稱(chēng)的峰，這就是譜峰展寬。峰展寬對(duì)組分間的分離和分析是不利的，那么是什么原因?qū)е路逭箤?？該如何解決呢？
 

　　原因
 

　　影響色譜峰展寬的因素很多種，但不外乎柱內(nèi)和柱外兩類(lèi)。柱內(nèi)因素是指色譜柱本身的性能，如柱活性大小、固定相是否與樣品發(fā)生化學(xué)反應(yīng)、柱效是否足夠高、樣品是否超載等；柱外因素主要是指接頭的死體積、進(jìn)樣口和檢測(cè)器死體積等。
 

　　進(jìn)樣口造成峰展寬的機(jī)理有兩種：
 

　　一是時(shí)間上的展寬：
 

　　時(shí)間上的峰展寬是由樣品蒸氣從進(jìn)樣口到色譜柱的遷移速度決定的，速度越快，初始峰寬越小。
 

　　二是空間上的展寬：
 

　　而空間上的峰展寬則是樣品進(jìn)入色譜柱頭時(shí)產(chǎn)生的，如不分流進(jìn)樣和冷柱上進(jìn)樣時(shí)，樣品進(jìn)入柱頭會(huì)發(fā)生部分或全部冷凝，冷凝的液體樣品會(huì)在載氣的吹掃下移動(dòng)，從而在一定的長(zhǎng)度上分布，這一長(zhǎng)度就是初始峰寬，如果樣品與固定相的相容性不好，還會(huì)形成液滴而分布，這就使初始峰寬進(jìn)一步加大，嚴(yán)重的還會(huì)造成分裂峰。
 

　　荷蘭學(xué)者范第姆特等人在研究氣相色譜時(shí)，提出了色譜過(guò)程的動(dòng)力學(xué)理論---速率理論。根據(jù)速率理論，譜峰展寬的因素包括渦流擴(kuò)散、分子擴(kuò)散、氣相傳質(zhì)阻力、流動(dòng)相的流速等。
 

　　01渦流擴(kuò)散是指在填充色譜柱中，流動(dòng)相通過(guò)填充物的不規(guī)則空隙時(shí)，其流動(dòng)方向不斷地改變，因而形成紊亂的類(lèi)似“渦流”的流動(dòng)。由于填充物的大小、形狀各異以及填充的不均勻性，使組分各分子在色譜柱中經(jīng)過(guò)的通道直徑和長(zhǎng)度不等，從而造成他們?cè)谥械耐Ａ魰r(shí)間不同，其結(jié)果是使色譜峰變寬；
 

　　02分子擴(kuò)散是指試樣進(jìn)入色譜柱后，在色譜柱軸向上造成濃度梯度，使組分分子產(chǎn)生濃差擴(kuò)散，主要與組分在氣相中的擴(kuò)散系數(shù)大小有關(guān)；
 

　　03氣相傳質(zhì)阻力與填充物粒度、組分在載氣流中的擴(kuò)散系數(shù)有關(guān)，主要是試樣在兩相界面上不能瞬間達(dá)到分配平衡，有的分子還來(lái)不及進(jìn)入兩相界面就被氣相帶走，有的分子在進(jìn)入兩相界面后還來(lái)不及返回氣相，這就造成了色譜峰展寬；
 

　　04固定相傳質(zhì)阻力同氣相傳質(zhì)阻力類(lèi)似，與固定液膜厚度、組分在液相中的擴(kuò)散系數(shù)有關(guān)，不過(guò)它是發(fā)生在氣液界面和固定相之間的，也會(huì)引起色譜峰的擴(kuò)張。
 

　　解決方案
 

　　針對(duì)導(dǎo)致色譜峰展寬的原因，可從以下考慮：使用相對(duì)分子質(zhì)量較大的載氣(如N2)，采用較高的載氣流速，控制較低的柱溫，從而盡量減小分子擴(kuò)散項(xiàng)；減小固定液膜厚度，增大組分在液相中的擴(kuò)散系數(shù)，可以減小固定相傳質(zhì)阻力；采用粒度小的填料和相對(duì)分子質(zhì)量小的氣體(如He、H2)作載氣，可減小流動(dòng)相傳質(zhì)阻力。
 

　　具體可從以下幾方面優(yōu)化分離條件來(lái)改善峰展寬，在盡可能短的分析時(shí)間內(nèi)獲得滿(mǎn)意的分離效果。
 

　　01改變動(dòng)力學(xué)因素中的理論塔板數(shù)n和理論塔板高度H。理想的方法是在不斷增加柱長(zhǎng)的條件下減小板高以達(dá)到增加流速縮短分析時(shí)間的目的。一般可以采用接近合適的流速的載氣流速，采用小內(nèi)徑的色譜柱，填充柱的話(huà)使用的填料要粒度細(xì)、顆粒均勻，且均勻填充，以減少渦流擴(kuò)散，提高柱效。
 

　　02改變固定相與流動(dòng)相的容量因子k，提高分離度R。k在一定范圍內(nèi)增加可有效提高R，但當(dāng)k大于5時(shí)R的變化就很小了，反而使保留時(shí)間迅速增加。此時(shí)，可采取降低柱溫、降低載氣流速等措施。
 

　　03改變相對(duì)保留值α。在流動(dòng)相和固定相一定時(shí)，α只與柱溫有關(guān)。當(dāng)兩個(gè)組分的α接近1時(shí)，改變H和k都難以改善峰形實(shí)現(xiàn)分離，此時(shí)可通過(guò)改變柱溫、更換色譜柱(改變固定相)、采用化學(xué)作用如衍生化反應(yīng)改變待測(cè)物的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
 

　　04GC毛細(xì)管柱可采用程序升溫。程序升溫可使待測(cè)物在適當(dāng)?shù)臏囟认铝鞒?，以保證每個(gè)組分有合適的k值，同時(shí)改善R。
 

　　05優(yōu)化進(jìn)樣和檢測(cè)條件。要消除進(jìn)樣口對(duì)色譜峰展寬的影響就要使進(jìn)入色譜柱的樣品初始譜帶盡可能窄。一般地講，進(jìn)樣量小一些、進(jìn)樣口溫度高一些、載氣流速快一些、襯管內(nèi)徑小一點(diǎn)、氣化室體積小一些、分流比大一些，都對(duì)形成窄的初始譜帶寬度有利。
 

　　當(dāng)然還可以利用進(jìn)樣過(guò)程中的聚焦技術(shù)來(lái)減小初始譜帶寬度，分為固定相聚焦、溶劑聚焦和熱聚焦。
 

　　a.固定相聚焦。這是常用的聚焦技術(shù)，但只能用于程序升溫分析。在GC中，保留時(shí)間是柱溫的指數(shù)函數(shù)，柱溫低時(shí)，樣品從氣化室進(jìn)入色譜柱后的移動(dòng)速度就會(huì)減慢。這時(shí)固定相與樣品相互作用，從而使樣品組分聚焦到一個(gè)窄的譜帶中。實(shí)現(xiàn)固定相聚焦的條件是初始柱溫要低，樣品與固定相的相容性要好(相似相溶規(guī)律判斷)。
 

　　b.溶劑聚焦。樣品在柱頭部分或全部冷凝后，溶劑開(kāi)始揮發(fā)，與溶劑揮發(fā)性接近的組分就會(huì)濃縮在未揮發(fā)的溶劑中，從而產(chǎn)生很窄的初始譜帶，這就是溶劑聚焦，也叫溶劑效應(yīng)。根據(jù)樣品組分的沸點(diǎn)和初始柱溫選擇合適溶劑，往往可以抑制進(jìn)樣過(guò)程對(duì)峰展寬的影響。
 

　　c.熱聚焦。樣品在柱頭冷凝的過(guò)程中，由于溶劑先進(jìn)入色譜柱而導(dǎo)致溶質(zhì)發(fā)生濃縮，這就是熱聚焦。當(dāng)柱溫達(dá)到溶質(zhì)氣化溫度后，樣品就以很窄的譜帶在色譜柱中移動(dòng)。在冷柱上進(jìn)樣時(shí)，采用液氮或二氧化碳使柱頭處于低溫下，就是為了實(shí)現(xiàn)熱聚焦，可見(jiàn)低的初始柱溫是熱聚焦的關(guān)鍵。
 

　　實(shí)際進(jìn)樣測(cè)定時(shí)，針對(duì)峰展寬還應(yīng)注意：手動(dòng)進(jìn)樣時(shí)注射速度要快，速度慢會(huì)使樣品氣化過(guò)程變長(zhǎng)，導(dǎo)致樣品進(jìn)入色譜柱的初始譜帶變寬；確保載氣合適氣流和流量下分析；樣品過(guò)載時(shí)，增大分流比或降低進(jìn)樣量和進(jìn)樣濃度；發(fā)現(xiàn)進(jìn)樣口污染時(shí)，應(yīng)及時(shí)更換襯管和隔墊；色譜柱用久后，柱效會(huì)下降，前端會(huì)污染，固定相流失會(huì)聚集在末端，此時(shí)應(yīng)截去色譜柱前后一段，檢測(cè)柱效；檢測(cè)器溫度不能太低等。
 

　　多個(gè)化合物出峰重疊在一起
 

　　色譜峰之間怎樣才算達(dá)到*分離？
 

　　首先是兩個(gè)色譜峰的峰間距必須相差足夠大，若兩峰間僅有一定距離，而每一個(gè)峰卻很寬，致使彼此重疊，則兩組分仍無(wú)法*分離；
 

　　第二是峰寬必須窄；只有同時(shí)滿(mǎn)足這兩個(gè)條件時(shí)，兩組分才能*分離。
 

　　判斷相鄰兩組分在色譜柱中的分離情況，常用分離度R作為色譜柱的分離效能指標(biāo)。R定義為相鄰兩組分色譜峰保留值之差與兩個(gè)色譜峰峰底寬度總和之半的比值。R值越大，意味著相鄰兩組分分離得越好。
 

　　因此，分離度R是柱效能、選擇性影響因素的總和，可用其作為色譜柱的總分離效能指標(biāo)。從理論上可以證明，若峰形對(duì)稱(chēng)且滿(mǎn)足于正態(tài)分布，當(dāng)R<1時(shí)，兩峰有明顯的重疊；R=1時(shí)，分離程度可達(dá)95%，；當(dāng)R=1.5時(shí)，分離程度可達(dá)99.7%，因而可用R=1.5來(lái)作為相鄰兩峰已*分離的標(biāo)志。
 

　　當(dāng)多個(gè)化合物色譜峰重疊時(shí)，如何提高分離度，使其*分開(kāi)？
 

　　原因
 

　　當(dāng)多個(gè)化合物出峰重疊時(shí)，可采用減小載氣流速、降低柱溫或升溫速率、減小進(jìn)樣量、提高氣化室溫度等措施來(lái)提高分離度；當(dāng)改變柱溫和載氣流速也達(dá)不到分離目的時(shí)，就應(yīng)更換更長(zhǎng)的色譜柱，或更換不同固定相的色譜柱，在氣相分析中，色譜柱是分離成敗的關(guān)鍵?；衔锍龇逯丿B的主要原因有：
 

　　載氣流速過(guò)快；
 

　　色譜柱溫度過(guò)高；
 

　　進(jìn)樣量過(guò)大；
 

　　氣化室溫度偏低；
 

　　進(jìn)樣時(shí)未選擇合適的分流比分流；
 

　　色譜柱長(zhǎng)不夠，導(dǎo)致分離度不夠；
 

　　色譜柱型號(hào)選用不對(duì)。
 

　　解決方案
 

　　載氣類(lèi)型和流速的選擇
 

　　首先要根據(jù)考慮使用的檢測(cè)器類(lèi)型選擇合適載氣。熱導(dǎo)池檢測(cè)器TCD常選用氫或氦氣作載氣，能提高靈敏度，氫載氣還能延長(zhǎng)熱敏元件鎢絲的壽命；氫火焰檢測(cè)器FID用氮?dú)庾鬏d氣，也可用氫氣；電子捕獲檢測(cè)器ECD常用氮?dú)?；火焰光度檢測(cè)器FPD常用氮?dú)夂蜌錃狻?br /> 

　　載氣成分越輕、純度越高，越有利于提高分離度。當(dāng)然，現(xiàn)在的儀器都是固定采用某一種載氣，一般不常更換載氣種類(lèi)。
 

　　載氣流速對(duì)柱效率和分析速度都會(huì)產(chǎn)生影響。根據(jù)范氏方程，載氣流速快，能加快分析速度，減少分子擴(kuò)散，縮短分析時(shí)間，但同時(shí)可能降低分離度；載氣流速慢有利于傳質(zhì)，一般可提高分離度，同時(shí)也可能會(huì)造成峰展寬而降低分離度。所以當(dāng)多個(gè)化合物峰重疊時(shí)，應(yīng)選擇合適的載氣流速。根據(jù)范氏方程，一定的色譜柱對(duì)一定的化合物有一個(gè)流速點(diǎn)，這時(shí)候柱效高，分離能力好，但是人們常用“實(shí)用佳流速”即合適的載氣流速。
 

　　柱溫的選擇
 

　　柱溫直接影響分離效能和分析速度。柱溫低有利于分配，有利于組分分離，但溫度過(guò)低會(huì)造成被測(cè)組分在柱上冷凝或傳質(zhì)阻力增加，使色譜峰擴(kuò)張甚至拖尾；柱溫高有利于傳質(zhì)，但會(huì)使分配系數(shù)變小，不利于分離。對(duì)沸點(diǎn)范圍寬、組成復(fù)雜的混合物應(yīng)利用色譜柱的程序升溫技術(shù)，獲得高分離度、短分析時(shí)間的分析結(jié)果。
 

　　色譜柱的選擇
 

　　色譜柱的選擇是整個(gè)色譜分析條件優(yōu)化過(guò)程中重要的一環(huán)。色譜柱選擇是否恰當(dāng)直接決定了分析結(jié)果的準(zhǔn)確性、數(shù)據(jù)的重現(xiàn)性、峰形的美觀等。
 

　　毛細(xì)管色譜柱參數(shù)主要包括：固定液極性、柱長(zhǎng)、內(nèi)徑、膜厚等四方面。選擇色譜柱應(yīng)根據(jù)“相似相溶”原理，分析非極性物質(zhì)用非極性色譜柱，極性物質(zhì)用極性色譜柱。根據(jù)固定液極性強(qiáng)弱可以分非極性柱(DB-1或等同的其它品牌)、弱極性柱(DB-5等)、中等極性柱(DB-17等)、強(qiáng)極性柱(DB-WAX等)。
 

　　色譜柱中固定液用量對(duì)分離起決定作用。一般來(lái)說(shuō)，載體表面積越大，固定液用量可以越高，允許的進(jìn)樣量也就越多。為了改善液相傳質(zhì)，應(yīng)使液膜薄一些，固定液液膜薄，柱效能提高，可縮短分析時(shí)間；但是膜厚是一個(gè)選擇空間比較大的參數(shù)，膜厚越厚，對(duì)分析物的保留會(huì)增加，保留時(shí)間增大，有助于分離；但是由于傳質(zhì)阻力的增加，柱效又會(huì)降低。因此，如果分析保留弱的物質(zhì)(如一些小分子)，可考慮試試厚液膜的柱子，反之則選擇薄液膜的色譜柱。
 

　　對(duì)填充柱來(lái)說(shuō)，要求載體表面積大，表面孔徑分布均勻。固定液涂在載體表面上成為均勻薄膜，液相傳質(zhì)就快，柱效就可提高；載體粒度均勻、細(xì)小，也有利于柱效提高；但粒度過(guò)小，柱壓增大，對(duì)操作不利。柱長(zhǎng)對(duì)分離的影響也很明顯。通常色譜柱越長(zhǎng)，理論塔板數(shù)越大，分理效果越好，但是保留時(shí)間增加也很明顯。對(duì)于特別難分離的物質(zhì)，一般應(yīng)選用長(zhǎng)柱。內(nèi)徑對(duì)柱容量和柱效亦有較大影響，內(nèi)徑越小，柱容量會(huì)下降，但柱效會(huì)變高。
 

　　進(jìn)樣時(shí)間和進(jìn)樣量
 

　　手動(dòng)進(jìn)樣時(shí)速度必須快，一般應(yīng)在1s之內(nèi)。進(jìn)樣時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)造成峰展寬、前伸或拖尾變形。進(jìn)樣量一般液體0.1-5μL，氣體0.1-10mL。進(jìn)樣太多，會(huì)使色譜峰展寬，造成前伸、拖尾或重疊而分離不好。
 

　　氣化室溫度的選擇
 

　　合適的氣化室溫度既能保證樣品組分瞬間*氣化，又不引起樣品分解。氣化室溫度一般比柱溫高30-70℃或比樣品組分沸點(diǎn)高30-50℃。在保證不發(fā)生熱分解時(shí)，適當(dāng)提高氣化溫度對(duì)分離及定量均有利。