目录
首先节概述
第二节气相填充柱色谱仪进样系统
第三节气相毛细管柱色谱仪进样系统
第四节气相色谱仪进样系统的选择与使用
首先节概述
在气相色谱仪分析中，由于样品成分、样品性能、样品状态、样品含量、色谱柱类型、分析目的和分析要求等不同，需要各式各样的进样系统。进样系统结构、进样系统材料、进样方法、进样温度、进样时间、进样量、进样工具、进样有效性和重复性等都会对气相色谱仪的定性和定量分析结果产生影响，进样系统是气相色谱仪分析中误差的主要来源之一。
气相色谱仪进样系统种类繁多，按结构特点可分为填充柱进样系统和毛细管柱进样系统。
第二节气相填充柱色谱仪进样系统
气相填充柱色谱仪进样系统有常压气体进样系统、液体进样系统、柱上进样系统和液体自动进样器等。
一、常压气体进样系统：
1、常压气体进样器：
（1）一般医用液体注射器：
1）优点：简单，灵活。
2）缺点：定量误差大，重复性误差约为2.5%。这是由于进样时柱前压高于大气压，使气体样品沿注射器针管内壁渗透造成的。虽然可以在针管内壁涂上一层真空硅脂来提高气密性，但硅脂对碳氢化合物有吸附作用，定量误差仍然很大。
（2）高气密性注射器：
重复性有所提高，但目前价格偏高。
（3）进样阀：
操作方便，迅速。
分析结果较有效，重复性误差＜0.5%。
环境温度和压力变化时校正方便。
可直接用于高压气体样品进样。
2、进样阀：
（1）类型：
有六通阀、八通阀、十通阀和十二通阀等。
GC分析已进入痕量分析范围。如氦离子化检测器要求气路系统特别是进样系统必须保持十分良好的气密性，任何气体的微量渗透将会使分析失败，必须采用带隔离层的防扩散进样阀，通常用流动氮气作隔离层。
（2）操作方式：
有手动控制和自动控制。自动控制有气驱动和电驱动。
（3）结构：
有滑动阀和旋转阀（60度）。旋转阀芯有平面阀芯和锥面阀芯。
（4）阀芯材料：
主要有聚四氟乙烯和含石墨的聚酰亚胺复合材料等。
（5）使用温度：
1）聚四氟乙烯阀芯：较高为200℃，一般在75℃为宜。
2）复合材料：较高为300～350℃，耐压高，密封性好，寿命长，但可能对某些组分有吸附作用。
（6）定量管：
有0.25mL、0.5mL、1mL、2mL、3mL、5mL和10mL等。
（7）安装位置：
1）安装在柱箱外：方便，但死体积大，控温困难。
2）安装在柱箱内：不方便，死体积小，易恒温和控温。
（8）连接方式：
1）阀出口和柱入口直接连接：死体积小，但液体样品不能进样（没有气化室）。
2）串接在气化室的载气入口处：安装方便，对柱效稍有影响，不影响液体样品从进样口进样。
3）用辅助载气通过阀出口，直接插入气化室进样口：拆装方便，有利于提高分辨率，但用户实现比较困难。
（9）阀温：
从理论上讲，为保证进样量有效，阀温必须恒定。
实际操作时视要求而定。对于有效气体分析，室温下操作完整能保证分析精度要求。
（10）连接管路的温度：
特别是阀安装在柱箱外，样品中的组分沸点偏高，除阀需要控温外，连接管路也应适当加温。但管路的控温要求不高，一般采用低压大电流加热即可。
（11）载气流量：
载气流量与定量管体积成正比，一般分析不低于20mL/min。载气流量太小，可能损失柱效。载气流量过大，对于浓度型检测器，不利于低浓度组分的检出。
（12）耐腐蚀性：
不锈钢材料耐腐蚀性差，使用中应注意强酸和强碱组分在阀中的吸附和对阀体、管路的腐蚀。若长期使用，阀体和管路应采用耐腐蚀性强的材料（镍）。
（13）峰展宽问题：
阀进样相对其它进样技术，样品峰较宽，在填充柱分析中影响不明显。但在毛细管柱分析中必须注意，进样操作条件如载气流量、分流比、衬管规格和进样技术等必须加以选择，某些情况下还应考虑采用低温再浓缩和程序升温技术。
（14）液体阀进样注意事项：
1）由于液体气化时体积膨胀数百倍，进样体积不宜太大。
2）样品中含有不能完整气化的组分会影响下次分析或引起鬼峰，可将样品先气化，再用阀进样。
3、气体阀进样：
（1）阀选择：
根据分析要求选用不同的进样阀（阀工作原理、阀结构和阀材料）。
（2）阀气密性：
不同阀的气密性能差异很大（0.1～0.6MPa），依据分析要求保证不漏气。
（3）阀安装位置：
为了不影响液体注射进样，常把阀串接在气化室的入口处，但这样增加了死空间。分析要求较高时，较好跨过气化室接入色谱柱或把阀载气出口通过隔垫插入色谱柱（堵死气化室入气口）。
（4）阀温：
在环境温度较低时样品可能会冷凝，或气体样品中含有微量液体时，应考虑阀（含导入仪器的管线）温度的影响，可把阀放入柱箱或对阀单独加热控温。
（5）样品预处理：
防止含有灰尘、机械颗粒和高沸点杂质的样品直接进样，否则未预处理的样品进入阀内会影响阀气密性。
（6）取样方式：
为防止环境中的气体成分对样品的污染或干扰，较好用大注射器像液体进样一样打入定量管，不能用胶管或塑料管接入。由于管材本身不纯净，胶管和塑料管材原则上都会有渗透作用，在痕量分析时尤其不利。
（7）取样工具：
目前常用取样工具有金属镀膜取气袋、大注射器和推荐取气钢瓶。除非要求极低，目前已很少采用球胆和塑料袋取气。特别注意长时间存放时，芳香烃在取样袋中的损失，乙炔在取样减压阀中浓度的变化。
（8）定量管体积：
由气体进样体积引起的峰展宽比柱扩散引起的峰展宽小的多。一般色谱条件下的气体分析的定量管体积通常为1～5mL，在灵敏度满足要求的情况下应尽量小。
所用分析系统的较优定量管体积的估算方法是从较小定量管进样，不断增大定量管体积，直到获得较大峰高，用较大峰高的半峰宽时间乘以载气流速即为较优定量管体积。若继续加大定量管体积，如色谱峰只增宽而不增高，说明再加大定量管体积会影响分离。
（9）定量管内样品的气压：
由于气体的含量和气压有关，为保证每次进样的重复性，取样后应使定量管的压力与大气压平衡，一般应在取样后平衡20～30s。
（10）清洗定量管的样品体积：
由于气体样品浓度不同，进较高浓度样品后又进较低浓度样品，为防止定量管中原有高浓度样品残留的干扰，取样时要用新样品气体对定量管进行清洗。清洗气量应大于5倍定量管体积，实际影响可通过峰重现性来判断和选择。
（11）阀旋转速度：
阀旋转要快，中间不得停留。根据阀工作原理，在阀旋转进样的瞬间，载气会断流，此时原柱前压会突然下降。当旋转进样到位后，柱前压又会突然增高恢复到原来值。如果旋转速度过慢或中间停留，柱前压突然增高后会损坏柱；高灵敏度分析时会出现超常峰，甚至影响分离重复性或无法定量。
（12）阀进样后停留时间：
阀进样后停留时间视进样后基线波动、定性和定量重复性的要求而定。一般在进样数秒后（首先个色谱峰未出现之前）把阀旋回到取样位置比较好，这样易消除阀气密性欠佳和定量管体积过大对基线或出峰造成的影响。
（13）阀拆洗：
阀气密性差或被污染，可进行拆洗。
阀体和阀芯的密封面只能用柔软的棉织品擦洗，溶剂应用易挥发的己烷、丙酮和三氯甲烷等，清洗后用干燥空气吹干。
用于ECD分析的进样阀应避免用含卤族的碳氢化合物（如三氯甲烷）做清洗剂，因为这些溶剂会长时间以痕量水平存在而导致出现怪峰。
4、不能用注射器进样和阀进样分析的气体样品：
（1）气体温度接近其露点。
（2）气体中的有效组分能和进样系统反应。
（3）气体压力高于0.35MPa。
（4）气体压力低于大气压。
（5）气体输送到分析地会被冷却。
（6）气体中某些组分不稳定，可能会进一步反应。
二、液体进样系统：
气化室是把液体或固体样品瞬间加热变成蒸气并保持化学性质不变的装置。早期的气化室的金属表面在250～300℃时，催化作用会增强，如甾族化合物和中草药中的许多成分会发生变化。为此，又设计出内衬玻璃的气化室，即在金属气化室内插入石英玻璃衬管，可避免样品与金属表面接触。目前气化室的结构多种多样，优良的气化室应具有以下几点：
1、配有热容量足够大的金属块。目前常用不锈钢，其次是铜。
2、温度能控制在50～450℃。为了保证重复性，控温度精度要小于±0.5℃。由于受到目前色谱柱允许的较高温度限制，大部分分析的进样器温度都在小于400℃应用。
3、气化室容积较小且内径细，以利于提高衬管中的载气速度，避免样品气化后的扩散，从而得到比较理想的峰形。但气化室容积应大于样品气化后的体积，否则会引起样品倒灌，使峰展宽。
4、载气进入气化室前应预热，以保持气化室温度，防止样品重新冷凝。
5、气化室尺寸保证在用一般注射器进样时，能把样品注射到理想的气化区域。
6、气化室内壁具有足够的惰性，对样品没有催化分解作用。内壁光洁度要足够高。
7、气化室内无死角，避免造成样品反吹。
8、具有隔垫吹扫功能。隔垫要求高时应进行老化处理，但仍无法避免材料中的低分子组分。气化室在高温操作时，橡胶材料会发生分解或注射时溶剂可能残留在隔垫中等。若无隔垫吹扫功能，这些污染物可能会进入色谱柱而形成鬼峰。隔垫吹扫气路实质上是一个把隔垫隔离开样品气化区域的结构，即把载气分流出1～3mL/min流量从隔垫底部吹出，即使隔垫有污染物流出，也会被吹扫气流带出气化室。因此，对于微量和痕量分析，隔垫吹扫功能不可缺少。
若不具有隔垫吹扫功能，为消除隔垫的影响，隔垫较好采用带聚四氟乙烯薄膜的耐高温硅橡胶垫，操作时隔垫尽量保持较低的温度。
9、结合不同进样技术的要求，尽可能通过简单的组合满足不同的需要。
10、保养和拆装清洗方便。
从上述分析可以看出，设计一种能满足各种需要的进样系统是不可能的，因此，不同适用范围的仪器需配置不同的进样器。
三、柱上进样系统：
为了克服一般气化室气化过程中的溶质扩展、反吹和组分的热分解现象，可用针头比较长的注射器将样品直接打到填充柱顶端的固定相上，使液体样品瞬间气化后进入填充柱的首先块塔板，以提高柱效。这种进样方法称为柱上进样。
为了适应不同沸点的样品，柱上进样有加热和不加热两种。对于加热的柱上进样，色谱柱固定相要装到温度较高处，但不能装满，色谱柱不填充固定相部分的长度以注射针尖不穿过固定相为限。
1、特点：
（1）特别适合微量杂质的分析（如农药残留分析）。
（2）可采用程序升温。
1）当分析微量杂质时，可在初始柱温较低时进样，溶剂会很快跑掉，升温后被测组分被赶出，等于浓缩。
2）对于低沸点样品，柱上进样的分析精度很好。但组分沸点高于250℃时，瞬间气化比较困难。
2、注意事项：
（1）为防止损坏注射针头，堵塞色谱柱固定相的材料较好用玻璃棉。
（2）柱上进样操作的关键是注射针要插到足够的深度，否则体现不出其优势。
（3）通常一般快速气化室可以改成柱上进样。
四、液体自动进样器：
液体自动进样可以采用注射器和阀进行自动进样，目前较多采用注射器进样到气化室中。液体自动进样的注射器能完成自动取样、计量、进样和清洗，可根据指令选择样品和清洗溶剂。样品和溶剂瓶放在自动控制的转盘上，多以百计，每种样品的进样次数和每次进样后的清洗次数都可以方便的编程选择，可在分析过程中进行清洗。定量分析和定性分析的重复性误差均小于1%。
随着科学技术的发展，液体自动进样器已经不仅是简单的模拟人工完成自动进样，而是逐步和样品制备相结合，自动完成一些样品的制备操作。液体自动进样器的主要功能还有：
1、可变进样速度。快速进样可有效消除注射针尖的歧视现象，慢速进样可保证高粘度样品的有效进样。
2、扩大了进样体积和进样器的选择范围，能进行大体积进样。
3、适用于多种进样技术。
4、可以改变取样深度。
5、具有实时调整编程功能。可随时插入和调整分析任务和顺序，使GC分析更进一步自动化。
液体自动进样器可实现全自动操作，提高分析效率、重复性和有效性。但目前，液体自动进样器的结构还比较复杂，只有在样品种类和分析次数都很多时才能有效发挥作用。
第三节气相毛细管柱色谱仪进样系统
气相毛细管柱色谱仪与气相填充柱色谱仪相比，具有分离效率高、色谱峰窄而尖、化学惰性好和热稳定性好等特点，特别是键合固定相技术的发展使柱流失进一步减少，提高了仪器的信噪比，有利于降低检测下限。但毛细管柱内径很细，一般液膜厚度只有几微米，固定液只能以毫克计，一般柱容量比填充柱低2～3个数量级，因此，进样方法和技术是定量重复性和有效度的关键因素之一。常见的进样系统有分流进样系统、不分流进样系统、冷柱上进样系统、程序升温气化进样系统、大口径毛细管柱直接进样系统和大体积进样系统等，它们大大改善了不同样品分析的定量精度，在某些样品分析中，检测下限已经与填充柱分析相差无几甚至更低。
一、分流进样系统：
分流－不分流进样是气相毛细管柱色谱仪的专业进样方式，既可用作分流进样，也可用作不分流进样。分流进样操作简单，应用更广泛，但有分流歧视和样品可能分解的问题。不分流进样虽然操作复杂，但分析灵敏度高，常用于痕量分析。实际工作中，只是在分流进样不能满足分析要求时（主要是灵敏度要求），才考虑使用其它进样方式。
分流进样是先将较大体积的样品注入到气相毛细管柱色谱仪气化室中，样品气化后和载气均匀混合，通过分流器，样品被分流成流量相差悬殊的两部分，其中流量较小的部分进入毛细管柱，流量较大的部分放空。
1、概念：
（1）分流比：
分流比是指在所进样品完整气化并与载气充分混合的条件下，样品通过分流进样器进入色谱柱的流量与通过分流器放空的流量之比。分流比的大小一般由色谱柱允许的样品量决定，常用分流比范围为1：20～1：200。分流中的放空流量可通过皂膜流量计测量。
（2）线性分流：
线性分流是指经过分流器分出的进入色谱柱的样品能够代表原样品，即进入色谱柱的样品中各组分的含量与原样品一致。
（3）非线性分流：
非线性分流是指进入色谱柱的样品中各组分的含量与原样品中组分的含量不同，会产生分流歧视。
2、结构：
（1）分流器：
分流器是按一定比例将一种气体或液体分成若干部分的装置。分流器用于毛细管柱分流进样中，使小部分样品进入色谱柱，以防柱超载而大部分放空。
1）分流后样品各组分峰的相对大小应与分流前严格一致。
2）样品组分浓度变化时，峰面积与浓度应有良好的线性关系。
3）当温度（气化温度、柱温和室温）、分流比和载气流速发生变化时，各组分相对大小要保持恒定。
分流进样分析时，若重复性和定量精度欠佳，也应考虑分流器的影响。
（2）载气流路：
分流进样中进入进样口的载气总流量由总流量阀控制，而后分成两部分：一是隔垫吹扫气（1～3mL/min，克服记忆效应），二是进入气化室的载气。进样时分流阀打开，当样品进入衬管气化后，进入气化室的载气与样品气体混合后又分成两部分：大部分经分流出口放空，小部分进入色谱柱。将柱前压调节阀置于分流气路上，可在总流量不变的情况下改变柱前压，柱前压越高，柱流速越大，分析速度越快。而要在柱前压不变（柱流速不变）的条件下改变分流比，则必须调节总流量，总流量越大，分流比越大。
隔垫吹扫气路的主要作用是将隔垫可能挥发出来的气体带走，防止对正常分析产生干扰或引起鬼峰。隔垫产生的挥发性气体主要来源有隔垫本身、进样时反冲到隔垫上的样品蒸气和注射时被隔垫吸附的样品（主要是溶剂）等。从结构上看，隔垫吹扫气也起着分流作用，因此，在某些分析时，吹扫气流的波动可能会给分析结果带来不利影响。此时若用针型阀把吹扫气流改为可根据分析要求随意调节，可能更实用。
为尽量使进入色谱柱的样品组成与原样品组成相符，关键在于样品气化的速度和程度。
（3）总流量控制器：
目前绝大部分GC采用稳压阀调节柱前压供气，稳压阀的性能特别是压力和流量特性，在操作参数变化时会引起载气流量、分流流量和隔垫吹扫气流量的变化。
（4）分流针型阀：
分流针型阀和GC气路系统中的普通针型阀有很大不同。分流针型阀工作时，要求输入压力不同时能线性调节流量，较大到几百毫升/分钟（甚至1000mL/min）。通过它的气体不是单一气体，是分流气和样品组分的混合气，且组分沸点不同。为保证分流流量恒定，提高分流流量的重复性，防止高沸点组分在分流针型阀中冷凝而影响流量的稳定性，分流针型阀较好加热控温。
（5）分流放空过滤器：
特别是在分析有毒和高沸点样品时，大部分被分流放空的组分应避免直接排入室内和防止在排出管路上冷凝，必须在出口配装过滤器。过滤器要安装在温度较低的区域，容量要足够大，活化和更换要方便。
（6）衬管：
衬管是一个混合腔和弯曲的流路，以保证样品到达分流点前能够全部蒸发并均匀化为蒸气。对于非极性化学稳定的样品，衬管结构和填充物对分析影响较小，可不必多考虑。但对于极性、热不稳定和易吸附分解的样品，必须仔细选择衬管结构和填充物。衬管结构和填充物还应配合进样量、温度和流量等通过标样试验仔细选用。
1）衬管应有合适的气化容量，防止样品气化膨胀体积大而引起倒灌。
2）为减少样品蒸气反吹，衬管顶部应有缩径结构。
3）衬管内径和热容量要足够大，以利于样品气化和样品与载气的混合。衬管都不是直通的，衬管内有缩径结构、烧结玻璃粉、玻璃棉或石英玻璃棉等。
衬管内的填充物增加了样品与衬管接触的表面积，加快了气化速度，有利于减小分流歧视。同时能防止不挥发性组分和机械杂质进入色谱柱，保护色谱柱不被污染。填充物应位于衬管的中间即温度较高的地方，也是注射针尖所到达的地方，以提高气化效率，减少注射针尖对样品的歧视。
4）少量的玻璃棉能促进样品蒸发完整，重现性好，可随意调整高度，经济，容易更换。但玻璃棉活性较大，不适合分析极性化合物，此时可用经硅烷化处理的石英玻璃棉或采用多级缩径衬管。
5）若衬管壁做薄些，填充几毫米固定相，可起到预柱作用。同时能阻挡不挥发性组分和机械杂质通过，再生和更换也很方便。
6）目前衬管材料多是玻璃，常用密封材料是耐温硅橡胶和石墨。衬管上端的“O”形硅胶密封圈用一段时间后，会形成载气旁路（分流、柱流量），使峰忽大忽小，造成无法定量。因此，除保证衬管初装时的密封性外，还要及时检漏和更换。当进样口温度超过400℃时，较好采用石墨密封圈。
（7）尾吹气路：
由于色谱柱内载气流量很小，载气进入检测器后会突然减速，使谱峰展宽。因此，在色谱柱出口与检测器之间安装辅助尾吹装置，使样品快速流过检测器，从而克服检测器的死体积，使峰形尖锐。
3、特点：
（1）优点：
1）可用于浓缩样品。
2）样品不需要溶剂稀释，不存在溶剂的有害影响。
3）可注入较大体积的样品。
4）不会引起色谱柱超载，能有效防止柱污染。
5）分流比调节容易，进样量可大可小。
6）色谱峰窄而尖锐。
7）分析结果重现性好。
8）结构和操作简单，有利于自动化。
（2）缺点：
1）不适合浓度和沸点范围宽的混合样品。
2）不适合痕量分析。
3）操作不当会产生分流歧视。
4）由于进样口工作时温度较高或结构限制，对强极性样品会产生吸附、降解或按分子重量重排反应，不适合定量分析。
5）对于挥发性和极性相近的样品，为满足分析重复性和定量精度要求，选取的实验参数多，建立较佳分析方法费时费力。
6）非EPC控制，载气浪费较大。
7）对于数量有限的贵重样品，选用应谨慎。
4、分流歧视：
分流歧视是指气相毛细管柱色谱仪分析中，在一定分流比条件下，不同样品组分的实际分流比不同，造成进入色谱柱的样品组成与原样品组成不同，从而影响定量分析有效度。
（1）造成分流歧视的原因：
分流进样对某些样品适应性差的主要原因是样品气化时失真。造成样品气化失真的原因是多方面的，随着对样品进样的实践和深入研究，人们终于认识到样品的蒸发步骤、隔垫和注射器手动进样等才是造成样品气化失真的根本原因。因此，为了获得满意的重复性和定量精度，除了在设计分流进样结构时尽量减小样品失真，更主要的是实现非失真进样。
1）注射方式影响，如“热针”进样和溶剂消除进样等。
2）进样速度太慢、太快和进样本身不重复等。
3）不均匀气化。由于样品中各组分的极性不同，沸点各异，因而气化速度各不相同。这些导致沸点不同的组分到达分流点时，气化状态可能不完整相同。气化不完整的组分比完整气化的组分可能多分流一些样品。
4）不同样品组分在载气中的扩散速度不同，扩散速度与温度成正比。尽量使样品快速气化是消除分流歧视的重要措施。
5）强极性、不稳定样品在衬管和隔垫表面的吸附和分解等。
6）分流比的大小影响分流歧视。一般来说，分流比越大，越有可能造成分流歧视。在样品浓度和柱容量允许的条件下，分流比小些有利。
7）柱入口处气体粘度的变化和溶剂重新冷凝使柱阻力变化，造成分流比改变。
（2）消除分流歧视的措施：
1）尽量使样品快速气化，包括采用较高的气化温度和合适的衬管（添加经硅烷化处理的石英玻璃棉）。
2）初始柱温尽可能高些。气化温度和柱温差别小，样品在气化室经历的温度梯度小，可避免气化后的样品发生部分冷凝。
3）安装色谱柱时，保证柱入口端超过分流点，保证柱入口端处于气化室衬管的中央（气化室内色谱柱与衬管同轴）。
尽管分流进样有歧视问题，但仍然是GC中较常用的进样方式。实际工作中，分流歧视很难完整消除，只要操作重现，一
