气相色谱技术在化工分析中的应用进展

原换云

濮阳永金化工有限公司

气相色谱技术在化工分析中的应用进展

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随着化工行业竞争的加剧，降低成本、节能降耗和提高产品品质是每个企业永恒的话题，这些在一定程度上也要求并促进气相色谱新技术不断向前发展。从早期的填充柱气相色谱到被广泛应用的毛细管气相色谱，目前，针对化工分析行业的需求又相继研发出了各种专用的多维气相色谱新技术。下文简单介绍了气相色谱的基本情况，重点阐述了以气相色谱分离为基础发展起来的气相色谱新技术和新方法在化工分析的应用进展情况。

化工工程；气相色谱技术；分析

1 气相色谱法的概述

气象色谱法是一种新的分离、分析技术，它被广泛应用于各个领域，比如工业领域、农业领域、国防领域、建设领域、科学研究领域等。气象色谱主要分为气古色谱和气液色谱两种，气相色谱具有通过利用气体流动相的色谱法，可以快速的实现分析的特点，又由于可选作固定相的物质有很多，所以它是一种分析速度快和分离效率高的分离分析方法。

随着气象色谱法的不断发展，将高灵敏选择性检测器融入其中，使得它又多了分析灵敏度高和应用范围广的优点。使用气象色谱法时会用到非常多的检测器，其中最常用到的有火焰电离检测器和热导检测器，它们具有的共同特性是：可以对很多种分析都会有着灵敏的响应，而且可以对很大范围内的浓度进行测定。在具体操作分析中还需要用到气相色谱仪来进行辅助分析。

2 气相色谱技术的组成

气相色谱分析是化工生产中最基础的分析手段。气相色谱系统基本组成包括气源、气路控制系统、进样系统、色谱分离系统、检测器、记录仪表、温度控制器、检测器电路等。气源一般采用高压气瓶，常用有：H2、N2、He、空气等气体钢瓶；也可采用气体发生器，如氢气发生器、氮气发生器、无油空气泵等。气路控制系统由开关阀、稳压阀、针型阀、切换阀和气阻、压力表、流量计等组成。进样系统也称汽化室，可以根据不同的分析要求和不同的进样器内衬确定。对于气体样品，最好采用六通阀进样，可获得良好的进样重复性；做高纯Ar分析，最好采用特殊设计的进样压力调节气体进样系统；液体样品采用微量注射器进样；固体样品采用裂解炉与脉冲炉配合使用。色谱分离系统主要是指色谱柱，它是解决样品组分分离的关键。色谱柱分为填充柱和毛细管柱两大类。检测器是将样品中的化学组分转化为电讯号，实现非电量转移的检测装置，其灵敏度和稳定性关系到整个仪器的性能。常用有热导池检测器(TCD)和氢火焰离子检测器(FID)。记录仪表包括有记录仪和数据处理机两大类，后者有专用机和PC机发展出来的色谱工作站。

3 气相色谱在化工中的应用

3.1 气相色谱法对多环芳烃类的测定

多环芳烃(PAHs)是最早被发现的环境致癌物质之一，因其具有累积性和难降解性，广泛存在于水体、土壤、大气、生物体等环境中。PAHs在水中的存在大概有三种状态：吸附在悬浮性固体表面、溶解于水或呈乳化状态。废水作为化工废水的主要来源之一，其中含有大量的PAHs，由于多环芳烃具有累积性和难降解性，微量甚至痕量的PAHs就能够对人类健康造成严重潜在威胁，对多环芳烃测定方法的研究一度成为学术界研究的热点。

目前PAHs的测定方法主要有荧光分光光度法、气相色谱法、液相色谱法等，荧光法由于能够测量超低浓度的PAHs，曾被广泛研究，但是由于分析步骤繁琐，目前已很少使用。气相色谱法使用毛细管柱进行分离，使复杂组分能够较好的分离，尤其使用质谱做检测器时，可以同时进行定性和定量分析，因此适合于复杂样品中多环芳烃的测定。虽然现行的国家标准方法GB13198-91中规定的是液-液萃取液相色谱法，但已不能满足当前环境监测和管理的需要。如果改变和优化样品的前处理过程，选择合适的检测条件用气相色谱法检测，效果同样符合要求。祝本琼等利用轻质溶剂甲苯为萃取剂，丙酮为分散剂，乙腈为去乳化剂，对样品进行液微萃取前处理，用气相色谱法实现了水中PAHs的测定，该方法线性关系良好，相对标准偏差为2.2%～13.6%，加标回收率达80.2%～115.1%。郑海涛等应用固相萃取技术实现了对水中多环芳烃的气相色谱测定并将此方法与液相色谱方法进行了比较，测定结果符合国家标准的要求。董洁，李凡等在综述煤加工过程中PAHs的生成与释放的影响因素基础上，提出了在煤转化过程中对PAHs的控制思路。

3.2 高纯乙烯、丙烯和1，3－丁二烯产品中杂质分析

国家标准对乙烯、丙烯产品中甲醇有严格的控制指标。毛细管色谱柱对甲醇分离分析时常常受到轻质烃类的干扰，容易出现合峰现象，从而无法得到正确的结果。中国石油兰州化工公司利用超强极性的HP－INNOWAX毛细管色谱柱来测定轻质烃中甲醇的含量，以色谱峰高度为基线噪声的2倍作为标准计算检出限，与国家标准GB/T12701－1990相比，该方法将甲醇的最小检出浓度由1.0mg/L降低为0.5mg/L。采用PLOT/Al2O3石英毛细管柱和氢火焰离子化检测器建立的毛细管气相色谱法测定丙烯中的烃类杂质，操作便捷，分离效果好，准确度和精密度良好，符合美国材料与分析协会(ASTM) D2710标准。采用二维气相色谱技术分析了混合碳四中微量炔烃，在第一根非极性毛细管柱上进行碳四和碳五预分离，碳五以前组分通过二维色谱预切割模式，转移到第二根多孔层Al2O3开管柱上进一步分离，此方法能准确定量测定微量(10－6级)碳四炔烃，已经应用于该研究院的实验室里，取得了很好的效果。

3.3 气相色谱用于脂肪酸类的测定

测定脂肪酸的方法很多，有比色法、滴定法等。这些方法均存在不足之处，比如比色法只能测单独类脂肪酸，不能测混合酸，使用范围有限，而滴定法只能测溶液中的总混合酸量，不能测混合酸的组成成分，并且测定时间较长，相比较而言气相色谱分离速度快，准确度高。顾福权等用DBFFAP色谱柱，采用程序升温法测定了废水中六种挥发性脂肪酸含量，回收率可达90.9%-102.7%，相对标准差(n=5)在1.3%-3.8%之间。刘建华等采用酸化后直接进样的方法测定了工业废水中厌氧反应的挥发性脂肪酸，该方法简单易行，适合简便快捷分析，回收率可达98.7%-107.3%。冯琳应用顶空固相微萃取法测定了废水中的挥发性脂肪酸，相对标准偏差小于10%。将气相色谱用于废水中脂肪酸的测定，快捷方便、方法灵活，根据样品特征及目标物质的含量可以选用不同的色谱条件。

3.4 对化工进行精确度与精密度分析

通过对配制好的具有一定浓度的混合气为标准气，在特定的条件下进行多次分析，发现色谱法的重复性非常好，精确度与精密度均要明显高于化学分析法。采用色谱法可以检测到最低浓度为10*10-6，而化学分析法使用的煤气分析仪只能够精确到0.1%；色谱法利用仪器进行自动分析，多种组分通过校正系数进行直接计算并得出结果，结果之间互不影响，而化学分析法利用532型工业气体分析器测出一定量的煤气，通过吸收减量来对二氧化碳等成分进行体积测算，把残留气体进行加氧燃烧，用洗涤减量法对氢气、甲烷体积进行测算，其他成分的测算可能会受到影响；色谱法利用六通阀气体进样器，可以重复地准确检测，化学分析法对人的依赖度非常高，要确保吸收过程与燃烧过程完全，一旦发生漏气或吸收不完全时，将会使结果极不准确，从而对其他的组分形成影响。利用色谱法进行化工组分分析，避免了人工计算，数据的处理实现了自动化。

3.5 色谱柱的选择

化工废水含有大量的酚类、芳烃类等，都是具有一定极性的物质，尤其是酚类结构中含有一个羟基，使其具有强极性。因此在确定分析方法之后，色谱柱的选择尤为重要，因为色谱柱的选择直接决定着被测物质的准确性。色谱柱按固定相可分为填充柱和毛细管柱两类。而毛细管柱因具有很高的柱效而得到更广泛的应用。毛细管柱整体上可以分为强极性色谱柱、弱极性色谱柱、挥发性有机物色谱柱等。而选择色谱柱的原则是相似相溶原理，尽量选择与分析物质极性相似的色谱柱，如检测酚类物质则需要选择强极性的柱子、如果待测物质可以用不同的极性色谱柱进行分析，那么就优先考虑极性较小的色谱柱。

气相色谱法在化工的分析应用中，会受到多种因素的影响，只有选择正确的方法，进行相应的影响因素的排除，在这基础上，使用气象色谱法才会使化工分析更加快捷、方便、有效，这对于化工行业的成分分析来说有着非常重要的意义。随着时代的不断发展，科技的不断进步，这项技术一定会越来越完善，操作也会越来越方便简单，对成分分析的准确性和精确度也会得到更大的提升，将会使化工产业更好更迅速的发展。

[1] 杨海鹰. 气相色谱技术在石油和化工分析中的应用进展[J]. 石油化工，2005，12：1123-1128.

[2] 杜俊，蔡书琴，陈乾荣. 气相色谱法在化工分析中的应用研究[J].化工管理，2014，30：57-58.