色譜分析法是利用物質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)差異，對多組分混合物進(jìn)行分離和測定的方法。目前已成為有機(jī)定量分析方法中最重要的分支，在石油化工、醫(yī)藥工業(yè)、食品安全和環(huán)境監(jiān)測等方面具有廣泛的應(yīng)用。

色譜分析法作為一種物理分離方法，其基本原理是：將待分離的組分在兩相間進(jìn)行分布，其中一相是不動(dòng)的，稱之為固定相；另一相是攜帶待分離組分流過固定相的流體，稱之為流動(dòng)相。當(dāng)流動(dòng)相攜帶待分離組分經(jīng)過固定相時(shí)，由于固定相與待分離各組分間產(chǎn)生的吸附（或分配）作用不同，待分離的各組分在固定相中的滯留時(shí)間不同，從而使不同的組分按照一定的先后順序從固定相中被流動(dòng)相洗脫出來并通過色譜的檢測器產(chǎn)生相應(yīng)的信號，最終實(shí)現(xiàn)不同組分的分離和測定。

氣相色譜法指的是流動(dòng)相為氣體的色譜分析方法，常用的氣相色譜流動(dòng)相有氮?dú)狻⒑狻鍤夂蜌錃獾取庀嗌V儀器的組成主要包括以下幾部分：氣源和氣路控制系統(tǒng)，進(jìn)樣系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；此外還包括溫度控制系統(tǒng)等部分。

在使用氣相色譜進(jìn)行分離分析樣品時(shí)，以及進(jìn)行定性定量過程中，首要任務(wù)是能夠?qū)ιV圖進(jìn)行簡單識別，以及了解主要參數(shù)的含義。

1 色譜圖及其主要參數(shù)概述

儀器正常工作時(shí)，當(dāng)只有流動(dòng)相（氣相色譜中為載氣）通過檢測器時(shí)，產(chǎn)生的響應(yīng)曲線稱之為基線；當(dāng)樣品在載氣作用下通過檢測器時(shí)，樣品產(chǎn)生的信號疊加在基線上，即為色譜峰；完成樣品分析后，記錄響應(yīng)信號的曲線即為色譜圖。常見的氣相色譜圖如下所示：

在氣相色譜分析檢測中，色譜圖可獲取的常用參數(shù)主要有五類，即時(shí)間參數(shù)（定性參數(shù)）、信號和響應(yīng)參數(shù)（定量參數(shù)）、以及區(qū)域?qū)挾龋ㄖ?shù)）和分離參數(shù)，另外還有相平衡參數(shù)等，通過以上參數(shù)的描述，基本上可以描繪出樣品的分離效果和測試結(jié)果。

2 時(shí)間參數(shù)（定性參數(shù)）

時(shí)間參數(shù)一般稱為保留值（Retention value），表示樣品中各組分在色譜柱中的滯留時(shí)間——即表示組分經(jīng)過多長時(shí)間從色譜柱中流出，并在檢測器上顯示信號，也就是通常意義上的什么時(shí)候出峰。常見的時(shí)間參數(shù)主要為死時(shí)間（t _M）、保留時(shí)間（t _R）和調(diào)整保留時(shí)間（t _R’）。

死時(shí)間（Dead Time，t _M）指不被固定相吸附或溶解的氣體(如空氣、甲烷)從進(jìn)樣開始到柱后出現(xiàn)濃度最大值時(shí)所需的時(shí)間。死時(shí)間反映了色譜柱柱內(nèi)空間的大小，實(shí)際上，在日常的檢測分析中，死時(shí)間概念使用的較少。

保留時(shí)間（Retention Time，t _R）指被測組分從進(jìn)樣開始到柱后出現(xiàn)濃度最大值時(shí)所需的時(shí)間——即從進(jìn)樣開始，到峰頂點(diǎn)對應(yīng)的時(shí)間，也是檢測分析中最常用的參數(shù)，一般描述為出峰時(shí)間。

調(diào)整保留時(shí)間（Adjusted Retention Time，t _R’）指扣除死時(shí)間后的保留時(shí)間，可理解為，某組分由于溶解或吸附于固定相，比不溶解或不被吸附的組分在色譜柱中多滯留的時(shí)間。

3 信號和響應(yīng)參數(shù)（定量參數(shù)）

色譜峰的峰面積和峰高與組分在樣品中的含量相關(guān)，可以依據(jù)色譜峰的峰面積和峰高，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)曲線等進(jìn)行定量計(jì)算，測定物質(zhì)中待測組分的含量。

4 區(qū)域?qū)挾龋ㄖ?shù)）

說明：主要參考《現(xiàn)代色譜法及其在藥物分析中的應(yīng)用》，孫毓慶。

在分離較好的情況下，色譜流出曲線中的色譜峰形狀接近或者近似于正態(tài)分布的高斯曲線，符合高斯分布函數(shù)，可以使用正態(tài)分布的相關(guān)參數(shù)，如標(biāo)準(zhǔn)差σ來描述其性質(zhì)。

4.1 正態(tài)分布的特點(diǎn)

正態(tài)分布或高斯分布（Gauss）的定義如下：若連續(xù)型隨機(jī)變量X的概率密度為：

其中μ，σ(σ＞0)為常數(shù)，則稱X服從參數(shù)為μ，σ的正態(tài)分布或高斯分布（Gauss），記為X~N(μ，σ ²)。

其中：

期望（均數(shù)）μ是正態(tài)分布的位置參數(shù)，描述正態(tài)分布的集中趨勢位置；隨機(jī)變量的概率規(guī)律為：與μ鄰近的值的概率大，離μ越遠(yuǎn)的值的概率越小。

標(biāo)準(zhǔn)差σ描述正態(tài)分布數(shù)據(jù)分布的離散程度，σ越大，數(shù)據(jù)分布越分散，σ越小，數(shù)據(jù)分布越集中；σ也稱為正態(tài)分布的形狀參數(shù)，σ越大曲線越扁平，σ越小曲線越瘦高。

4.2 使用標(biāo)準(zhǔn)差σ描述色譜峰的作用

標(biāo)準(zhǔn)差σ的大小，可以說明組分在流出色譜柱過程中物質(zhì)的分散程度：標(biāo)準(zhǔn)差σ小，物質(zhì)的分散程度小，峰頂點(diǎn)對應(yīng)的濃度大，峰形窄，色譜柱分離效果好（柱效髙）；反之, 物質(zhì)的分散程度大，峰頂點(diǎn)對應(yīng)的濃度小，峰形寬，色譜柱分離效果差（柱效低）。

4.3 使用標(biāo)準(zhǔn)差σ表示的色譜峰的區(qū)域?qū)挾?/p>

標(biāo)準(zhǔn)差σ：在實(shí)際測量中，標(biāo)準(zhǔn)差σ為峰高0.607倍(0.607h)處的峰寬的一半。由于峰高0.607倍(0.607h)處的峰寬不便于測量，常使用半峰寬或峰寬來表示區(qū)域?qū)挾龋怯蓸?biāo)準(zhǔn)差σ派生而來。

半峰寬（半高峰寬）W _1/2：色譜峰峰高一半（0.5h）處的寬度稱為半峰寬，記為W _1/2，半峰寬與標(biāo)準(zhǔn)差σ的關(guān)系為W _1/2=2.355σ。

峰寬W：峰寬指通過色譜峰兩側(cè)的拐點(diǎn)作切線，在基線上所截的距離稱為峰寬，峰寬與標(biāo)準(zhǔn)差σ的關(guān)系為W=4σ。需要說明的是，峰寬和峰底寬度略有不同（一些文獻(xiàn)上是不做區(qū)分的，默認(rèn)均指4σ）：

同時(shí)，在一些文獻(xiàn)中（如《液相與氣相色譜定量分析使用指南》，Hans-Joachim Kuss），峰寬W也稱之為峰寬W _13%，表示其等同于色譜峰峰高13%（0.13h）處的寬度，如下圖所示：

5 分離參數(shù)

說明：圖片來源自《中國藥典》（2020版·四部），通則0512.

為了描述相鄰兩組分在色譜柱內(nèi)的分離情況，引入分離度R來進(jìn)行描述和評估。分離度的計(jì)算公式為：

上述兩個(gè)分離度計(jì)算公式，一般稱之為峰底分離度（通常意義上的分離度，最常用）和半高峰寬分離度；另外，還有文獻(xiàn)使用峰高分離度來評估兩個(gè)不等高色譜峰的分離效果。

分離度R的大小可用于定量反映組分及其色譜峰的分離程度，當(dāng)R=0.75時(shí)，兩色譜峰的分離程度可達(dá)89%；R=1.0時(shí)，兩峰的分離程度達(dá)96%（有4%重疊）；R=1.5時(shí)，兩峰的分離程度達(dá)99.7%(有0.3%重疊)。在色譜分析中使兩色譜峰完全分離（也稱基線分離），需要R>2.0；但在實(shí)際應(yīng)用中一般認(rèn)為只要R>1.5就可近似認(rèn)為是基線分離。

6 小結(jié)

在氣相色譜分析檢測中，色譜圖可獲取的常用參數(shù)是進(jìn)行定性分析、定量分析和描述分離效率的基本數(shù)據(jù)，在上述參數(shù)的基礎(chǔ)上，可以獲得更多的內(nèi)容，更佳詳備的了解色譜過程。

文章來源：VX 氣相色譜分析