实验室分析方法--气相色谱毛细管柱气相色谱仪结构、原理
毛细管气相色谱法是采用毛细管柱进行高效分析的色谱方法。采用的毛细管柱为内径较细的开管柱。与填充柱相比，毛细管柱具有分离效能高、分析速度快和样本用量少的特点常用的毛细管柱一般柱长在15～60m，内径为0.1～0.53mm，柱流量为0.5～2mL/min，进样量为10ng~1ug。为了充分利用毛细管柱的高效分离特性，需采用与之配套的进样和检测系统。毛细管柱气相色谱仪的进样系统和检测系统均与填充柱系统不同。常用的进样方式有：分流进样，分流/不分流进样，柱头进样，直接进样，程序升温气化进样等（图1~图4）。尽管每种进样系统设计原理不同，但均
图1 分流进样
图2 不分流进样
图3 柱头进样
图4 程序升温进样
是为了有效地抑制进样峰展宽，避免进样歧视效应以及保持毛细管柱的高分离效能。
分流进样：最经典的毛细管气相色谱进样方式，解决了由于毛细管柱柱容量有限，微量进样器无法准确重复进样nL级样品的问题。具体如图2所示，载气经进样口流量控制后进入进样系统，一部分载气用于进样隔垫吹扫，另一部分载气高速进入气化室。样品注入气化室内瞬间气化后与载气在衬管中混合。分流进样方式常被用于浓度较高的样品，对于常规的毛细管柱（0.25mm，D.），分流比一般为（1：30）～（1：100），大口径厚液膜毛细管柱（0.53mm，D.）的分流比通常设置为（1：5）～（1：10），用以避免初始谱带的扩展，保证得到较尖锐的峰形。
不分流进样：进样时没有分流［图3］，当大部分样品进入柱子后，打开分流阀，对进样器进行吹扫。这种形式进样，几乎所有样品都进入柱子，适用于痕量分析。但进样时间较长（30-90s），导致初始谱带严重扩展；必须采用冷阱或溶剂效应消除初始谱带的扩展。该种进样方式有很好的定量精度和准确度，比分流进样的灵敏度大大提高，通常用于痕量分析。
冷柱头进样：柱头进样由Zlatkis于1959年首次提出，适用于大口径毛细管柱。该方式可有效避免分流引起的歧视现象。采用该方式时，进样部分应采用低温，以防溶剂在进样针头气化，是分析较高沸点和热不稳定样品最常用的进样方式。
程序升温进样：程序升温的概念最早于1964年由Abel提出，并由Vogt等首先实现，该方式主要为了改善大体积进样的色谱峰形、改善分离。通过进样器冷进样，以弹道式快速程序升温方式使样品在气化室内迅速气化，并可以按分流、不分流、直接或冷柱头等方式进样。其中，冷柱上程序升温进样是公认的样品失真较小的进样方式，可实现样品低温捕集和快速气化，有效避免分流/不分流进样带来的热降解、吸附以及宽沸程样品的进样失真和分流歧视，并可实现样品浓缩，对多种类型的样品均能得到很好的分析结果。
分离后的组分流出毛细管柱后，由于毛细管柱柱流量小，柱后死体积增加而发生严重的纵向扩散，从而导致峰形展宽，使得已分离的组分可能在柱后再次重叠，影响分离效果。在使用FID检测器时，受燃烧气H2的压力影响，出柱困难，需要在柱后补充尾吹气减少柱后谱带扩展。典型的配置FID检测器的毛细管柱气相色谱仪示意图如图6所示。
图5 典型的毛细管柱气相色谱仪FID检测器示意图
