【考一考】气相色谱进样方式，你知道几个？ -

【考一考】气相色谱进样方式，你知道几个？

展源 2026-01-09

【考一考】气相色谱进样方式，你知道几个？

气相色谱仪是利用色谱分离技术和检测技术，对多组分的复杂混合物进行定性和定量分析的仪器。气相色谱仪一般由气路系统、进样系统、分离系统（系统）、检测及温控系统、记录系统组成。气相色谱多种多样的进样方式你知道如何选择吗？今天小析姐就为你一一揭秘。

气相色谱仪的进样方式

1、手动进样系统微量注射器

使用微量注射器抽取一定量的气体或液体样品注入气相色谱仪进行分析的手动进样。广泛适用于热稳定的气体和沸点一般在500℃以下的液体样品的分析。用于气相色谱的微量注射器种类繁多，可根据样品性质选用不同的注射器。

2、固相微萃取（SPME）进样器

固相微萃取是九十年代发明的一种样品预处理技术，可用于萃取液体或气体基质中的有机物，萃取的样品可手动注入气相色谱仪的气化室进行热解析气化，然后进分析，这一技术特别适用于水中有机物的分析。

3、液体自动进样器

液体自动进样器用于液体样品的进样，可以实现自动化操作，降低人为的进样误差，减少人工操作成本。适用于批量样品的分析。

4、气相色谱仪阀进样系统

气体进样阀：气体样品采用阀进样不仅定量重复性好，而且可以与环境空气隔离，避免空气对样品的污染，而采用注射器的手动进样很难做到上面这两点。采用阀进样的系统可以进行多柱、多阀的组合进行特殊分析。气体进样阀的样品定量管体积一般在0.25毫升以上。

液体进样阀：液体进样阀一般用于装置中液体样品的在线取样分析，其样品定量环一般是阀芯处体积约0.1-1.0微升的刻槽。

5、吹扫捕集系统

用于固体、半固体、液体样品基质中挥发性有机化合物的富集和直接进气相色谱仪进行分析。

6、气相色谱仪热解吸系统

用于气体样品中挥发性有机化合物的捕集，然后热解吸进气相色谱仪进行分析。

7、顶空进样系统

顶空进样器主要用于固体、半固体、液体样品基质中挥发性有机化合物的分析，如水中VOCs、茶叶中香气成分、合成高分子材料中残留单体的分析等。

8、热裂解器进样系统

配备热裂解器的气相色谱称为热解气相色谱(pyrolysis gas chromatography PGC)，理论上可适用于由于挥发性差依靠气相色谱还不能分离分析的任何有机物（在无氧条件下热分解，其热解产物或碎片一般与母体化合物的结构有关，通常比母体化合物的分子小，适于气相色谱分析），但目前主要应用于聚合物的分析。

分流/不分流应该如何选择？

分流/不分流进样是气相色谱进样的两种方式，大多数情况下，实验会选择分流进样，也有部分实验分析选择不分流进样，那两种进样方式有什么区别，是在什么情况下选择的分流进样，在什么情况下选择不分流进样呢？

分流/不分流进样口是毛细管柱气相色谱法较常用的进样口，它既可用作分流进样，也可用作不分流进样。从结构上看，分流/不分流进样口有明显的不同：一是前者有分流气出口及其控制装置，除了进样口前有一个控制阀外，在分流气路上还有一个柱前压调节阀；二是使用的衬管结构不同。不分流衬管为直通型，而分流衬管内部多弯曲或内部另有装置。此外，分流进样和不分流进样在操作参数的设置，对样品的要求以及衬管结构方面也有很大区别。

1、分流进样

分流进样，先将液体样品注入进样器的加热室中，加热室迅速升温使样品瞬间蒸发；在大流速的载气的吹扫下，样品与载气迅速混合，混合气通过分流口时大部分的混合气体被排出而少量的混合气体进入色谱，进行分析。

（1）分流进样的目的

一是减少载气中样品的含量使其符合毛细管色谱进样量的要求；二是可以使样品以较窄的带宽进入。但这种进样方式只有 1％～5%的样品可以进入，不适合样品中痕量组分的分析。当使用火焰离子化检测器（FID）时，分析的检测限约为50ppm（w/w）。在进样过程中，进样针将样品注入加热室时，部分挥发性组分会损失掉，所以这种进样方式的分析重现性不高。分流模式进样不适合分析热不稳定性物质。因为在加热室中常常会发生待测物质的分解反应，尤其是使用玻璃纤维填料的衬管时。虽然分流进样方式有许多弊端，但是由于它操作简便、适应性强，仍然是分析工作中最常使用的进样方式之一。

（2）样品适用性

分流进样适合于大部分可挥发样品，包括液体和气体样品，特别是对一些化学试剂的分析。因为其中一些组分会在主峰前流出，而且样品不能稀释，故分流进样住往是理想的选择。如果对样品的组成不很清楚，也应首先采用分流进样口，对于一些相对“脏”的样品，更应采用分流进样，因为分流进样时大部分样品被放空，只有一小部分样品进入，这在很大程度上防止了柱污染。只是在分流进样不能满足分析要求时(灵敏度太低)，才考虑其他进样方式，如不分流进样和柱上进样等。总之，分流进样的适用范围宽，灵话性很大。分流比可调范围广，故成为毛细管GC的首选进样方式。

（3）载气流路和衬管选择

进入进样口的载气总流量由一个总流量阀控制，而后载气分成两部分：一是隔垫吹扫气(1～3mL/min)，二是进入汽化室的载气 。进入汽化室的载气与样品气体混合后又分为两部分：大部分经分流出口放空，小部分进样。

分流进样口可采用多种衬管，用于分流进样的衬管大都不是直通的，管内有缩径处或者烧结板，或者有玻瑞珠，或者填充有玻璃毛。这主要是为了增大与样品接触的比表面，保证样品完全汽化，减小分流歧视。同时也是为了防止固体颗粒和不挥发的样品组分进入。

2、不分流进样

不分流式进样和分流式进样需要的设备相似。样品在导入加热的衬管后迅速蒸发，这时关闭分流管将样品导入中。 在20～60s后开启分流阀将加热的衬管中的微量蒸汽排出。待测组分在较低的柱温下由于溶剂效应在顶端再次富集，使样品以较窄的带宽进行分离。理想的再富集是溶质组分在入口形成一层液膜。这种效果可以通过使用弱极性溶液作为溶剂来实现。对于极性较强的溶剂如甲醇，只能小体积进样（＜2μL）。如果进样体积较大，样品的峰形就会失真。类似的情况在分流进样模式中也会发生。因为样品需要在加热室中放置更长的时间，所以不分流进样模式的热分解效应比分流进样模式更明显。与分流进样模式相比不分流进样更适于用对痕量组分的分析。

（1）样品适用性

不分流进样具有明显高于分流进样的灵敏度，它通常用于环境分析、食品中的农药残留监测，以及临床和药物分析等。 这些药品往往都比较脏，所以样品的预处理是保护所必须注意的问题。不分流进样对样品溶剂有较严格的要求。一般地讲，使用高沸点溶剂比低沸点溶剂有利。另一方面，洛剂的极性一定要与样品的极性相匹配，且要保证溶剂在所有被测样品组分之前出峰，否则早流出的峰就会被溶剂的大峰掩盖。对于高沸点痕量组分的分析，不分流进样就容易多了。事实上，不分流进样应是分析高沸点痕最组分的首选方法。

（2）载气流路和衬管选择

在实际工作中、不分流进样的应用远没有分流进样普遍，只是在分流进样不能满足分析要求时(主要是灵敏度要求)，才考虑使用不分流进样。这是因为不分流进样的操作条件优化较为复杂。对操作技术的要求高。

衬管的尺寸是影响不分流进样性能的另一个重要因素。衬管的容积小一些有利，一般为0.25～1mL，且最好使用直通式衬管。当用自动进样器进样时，因进样速度快，样品挥发快，故建议采用容积稍大一些的直通式衬管。对于干净样品，衬管内可不填充玻璃毛，对于相对脏的样品，则需要填充玻瑞或石英毛，以保证分析的重现性并保护不被污染。

其他进样方式

气相毛细管有直接进样、分流进样、不分流进样、冷柱头进样和程序升温气化进样五种不同操作方式，各操作方式的原理和影响因素各不相同。

1、大口径毛细管柱的直接进样

内径≥0.53mm的毛细管柱称为大口径毛细管柱，由于其内径比一般毛细管粗，柱的样品容量为填充柱的1/10～1/20，介于填充柱和常规毛细管柱之间，柱内载气流速可高达10～20mL/min，因此只需将气化室的内衬管和柱接头稍加改进，就可采用填充柱的进样口直接进样。

2、冷柱头进样

对受热不稳定的样品，可将其直接注入处于室温或更低温度下的毛细管柱柱头。此时气化室的结构特点如图所示：无加热装置，但有冷空气或制冷剂(液态N₂或CO₂)的入口和出口；注射针入口处无进样隔垫，但有一停止阀可阻止或允许注射针将样品注入冷柱头。进样时，先把注射针头插入进样通道，停在停止阀上部，再开启停止阀，将针头插到毛细管柱头上，快速注射(约0.5uL)样品，然后将注射针头提回到停止阀上部，关上阀门，拔出注射针，立即开始程序升温分析。

此进样系统的密封是依据专用注射针头(外径0.23mm、长80mm)和进样通道(内径0.3mm)的紧密配合来实现的。

冷柱头进样时，柱温比所用溶剂的沸点低25～30℃，气化后的溶剂在柱头处冷凝，此层溶剂形成临时性液膜固定相，在载气流的作用下伸展产生溢流区(图中A)，当溶质分布于整个溢流区，会引起进样谱带的展宽(图中B)，为抑制此种现象产生，可使用保留间隙技术。

保留间隙是一段经过去活处理但没有固定相的毛细管，因此它对任何溶质或溶剂都无保留作用，即k'=0。保留间隙的去活试剂应与溶剂的性质相近，例如样品的溶剂是非极性时，则应采用非极性去活试剂(如D4；八甲基环四硅氧烷)，以使溶剂与保留间隙表面有很好的润湿性。通常当进样1～2uL时，保留间隙长度为0.5～1.0m，溶剂的溢流区就处于保留间隙柱区，当溶剂蒸发时，随载气向前移动，较易挥发的组分(k<5)被溶剂聚焦，较难蒸发的组分保留在头的固定相上(如图中C, D)聚焦，从而达到克服溶剂溢流造成的谱带加宽。

保留间隙的作用可总结为：

①通过溶剂聚焦和固定液聚焦使进样谱带变窄；

②解决溢流区太长产生峰劈裂问题；

③可以作为保护柱使非挥发性脏组分不进入分析柱；

④可作为细口径毛细管柱与自动柱上进样器匹配的界面；

⑤用作 LC-GC联用的界面。

保留间隙使用很多次后，钝化层会剥落下来露出表面的吸附点，所以工作中要注意更换新的保留间隙，实际经验是保留间隙约可进样100次。

冷柱头进样方式的保留间隙作用机理o为易挥发组分；·为高沸点组分

冷柱头进样的优点是消除了宽沸程样品组成的失真和受热不稳定样品的吸附与分解；分离的柱效高，灵敏度、准确度和精密度都比较高。缺点是仅适于分析浓度簇0.1％的样品，对高浓度样品需稀释后再进样，否则引起柱超载；专用的细长注射针头操作不当易损坏；长期使用柱头易被污染；各组分的保留值重复性较差。

冷柱头进样远不及分流进样、不分流进样使用得那么普遍，冷柱头进样器不是气相色谱仪的标准配置，是需另购的选件，会增加分析成本。

3、程序升温气化进样(PTV)

将气体或液体样品注入气化室处于低温的内衬管后，立即按设定的程序升温步骤，迅速提高气化室的温度，再实现样品的快速气化。此种气化室的结构如图所示。它的结构特点是：

①气化室既有实现快速升温的程序升温电热装置，又有可使之快速降温的半导体制冷装置或可通入制冷剂(液态N₂或CO₂)的进、出口通道；

②配有分流阀，可实现分流进样和不分流进样；

③进样口可采用无隔垫进样头，配有专用的停止阀，也可配备有隔垫的进样头。

采用无隔垫进样头的PTV进样口

由上述结构可看出，它在实现程序升温气化进样的同时，也兼有分流/不分流进样和冷柱头进样的功能，是用于毛细管柱气相色谱分析的通用进样器。由于其构造复杂，其价格约为分流/不分流进样器的3倍，为冷柱头进样器的1.5倍，因其功能齐全，高档气相色谱仪已配备了此种通用进样器。

此进样器具有既可将样品低温捕集又可将样品快速气化的功能，完全消除了宽沸程样品的进样失真和分流歧视；可在气化室实现对样品的浓缩；使不挥发物滞留在内衬管中，保护了毛细管柱。它具有的进样操作方式如下：

①程序升温气化分流进样，适合于绝大部分样品分析，当进行方法研究或筛选样品时，应首先使用此种进样方式。

②程序升温气化不分流进样，适合于痕量组分分析，其操作要求和一般不分流进样相似，仅瞬间不分流时间间隔要长一些，0.5～1.5min,且进样量可大于一般不分流进样。

③冷柱头进样，不启动程序升温，适合于受热易分解样品的分析。

④溶剂消除不分流进样，可选择性地除去样品中的大量溶剂，达到浓缩痕量组分的目的。

进样时，先关闭分流阀，控制气化室温度稍低于溶剂的沸点，缓慢注入样品，进样后立即打开分流阀，可采用大的放空流量(可高达每分钟几百毫升)，同时以低的程序升温速率升高气化室的温度，加速溶剂的气化一，待大部分溶剂蒸气放空后，立即关闭分流阀，待气化室达到设定高于柱温的温度，可启动程序升温程序进行样品分析。此方法的缺点是有部分低沸点组分会随溶剂一起放空，而使分析获得的样品组成失真。

由以上介绍的用于毛细管柱的直接进样、分流进样、不分流进样、冷柱头进样和程序升温气化进样五种不同操作方式，可看到影响毛细管柱分离效果的因素远比填充柱复杂，但也提供了改善分离效果的更多调节因素。因此掌握毛细管柱的不同进样技术，也已成为色谱分析工作者必须掌握的基本功。

内容来源：瓦克仪器嘉峪检测理化检验化学分册

责任编辑：展源

审核人：何发