微型化便攜式氣相色譜儀的優缺點及應用

便攜式氣相色譜儀是最近幾年才發展起來的新式檢測儀器，它顧名思義為便攜，可以自由移動，在現場和野外監測環境下可以直接得到檢測數據，采用氣相色譜分離檢測原理的現場檢測設備，便攜式氣相色譜儀應用范圍比較寬，例如大規模殺傷武器檢測、環保監測、有毒有害有機物的現場檢測、燃氣現場檢測分析等，目前市場上各個品牌的便攜式氣相色譜儀從檢測器或設計理念上都有所區分，但是脫離不了最基本的氣相分離和檢測原理。

1.1進樣方式

目前市場上的便攜式氣相色譜儀只有倆種進樣方式，第一種就是在氣相色譜儀內部裝一個吸氣泵，用吸附阱吸附濃縮進樣，主要用于作濃度低的揮發性的有機化合物；第二種就是直接注射定量環進樣，可以作不揮發的農藥殘留，由于是定量環直接進樣，濃度高的樣品也不需要濃縮，不會超出色譜的承載范圍。

目前市場上大部分便攜式氣相色譜儀都是用土法頂空，即通過簡單的瓶子加熱后抽取瓶子的上部空氣，再人工轉移到氣相色譜儀里，這樣最大的問題是樣品的處理穩定性和可靠性太差，同一樣品幾次的結果會相差一個數量級以上，而且這樣的進樣方式由于進樣量小，所以只能作水和土壤中濃度比較高的成分。

當同時面對現場的水樣和土壤時，擁有自動化的前處理便攜式吹掃捕集裝置是必須的，它可以在現場直接和主機相連自動處理樣品，吹掃的原理是利用惰性載氣把樣品里的有機物全部帶出，并濃縮到主機的濃縮阱里，然后加熱濃縮阱把有機物趕到氣相色譜柱里，檢測限 可以達到ppb級。

  1.2色譜分離系統

色譜分離系統是色譜儀的重要組成部分，眾所周知，實驗室的臺式氣相色譜儀一般用扣米以上的毛細柱，而對于便攜式氣相色譜儀基本上是分了倆類設計思路，第一種設計思路為例追求快速分離的效果，因而選擇比臺式氣相色譜儀短很多的色譜柱，長度為1米，5米， 25米不等，大大提高了分離速度，但是由于色譜柱縮短，所以分離效果有限，只能針對固定的，范圍比較窄的化合物進行分離，尤其值得注意的一點是在選擇此類設備時一般只能從原生產廠家購買固定色譜柱，當需要更換的時候，會浪費時間而且價格比一般色譜柱昂貴很多。 第二種設計思路，色譜柱毅然選擇了實驗室通用的色譜柱，這樣能夠充分保證分離效果，適用的化合物種類寬，而且更換起來更方便，以后的更換成本比較低，缺點就是在現場的分離時間跟試驗室的分離時間是一樣的，沒有短柱的分離速度快，如果要快速分析，只能縮短柱長以犧牲分離效果來滿足提高分離速度的要求。

1.3檢測器原理及分類

熱導檢測器（TCD，thermal conductivity detector）是利用被測組分和載氣熱導系數不同而響應的濃度型檢測器，它是整體性能檢測器，屬物理常數檢測方法。熱導檢測器基本理論，工作原理和響應特征，早在上個世紀六十年代就已成熟。由于它對所有的物質都有響應，結構簡單，性能可靠，定量準確，價格低廉，經久耐用，又是非破壞型檢測器。因此，TCD始終充滿著旺盛的生命力。近十幾年來，應用于商品化氣相色譜儀的產量僅次于FID，應用范圍較廣泛。與其它檢測器相比，TCD的靈敏度低，這是影響它應用于環境分析與檢測的主要因素。據文獻報道，以氦作載氣，進氣量為2ml時，檢出限可達ppm級（10-6g/g）。因此，使用這種檢測器的便攜式氣相色譜儀，不適于室內外一般環境污染物分析與檢測。大多用于污染源和突發性環境污染事故的分析與檢測。

氫火焰檢測器：當有機物經過檢測器時，在火焰那里會產生離子，在極化電壓的作用下，噴嘴和收集極之間的電流會增大，對這個電流信號進行檢測和記錄即可得到相應的譜圖。一般的有機化合物在FID上都有響應，一般分子量越大，靈敏度越高。氫火焰檢測器是臺式氣相色譜儀最常用的檢測器，線性范圍寬，但是一般的便攜式氣相色譜儀為了保證現場操作人員的安全，一般不采用。

光離子化檢測器：紫外燈發出一定波長的光子流，經窗口射入電離室，載氣分子的 電離電位高于光能量不被電離，當電離電位等于或小于光能量的化合 物進入電離室，就會發生直接或間接光電離，PID檢測器適用于電離 電位在10.3eV以下的化合物，如果選擇高于11eV以上的電離電位， PID很容易損壞，所以PID的實際應用是有限的，而且PID檢測器適用壽命比較短，在使用維護上要投入比較昂貴的費用。

表面聲波檢測器：表面聲波檢測器利用化合物的表面聲波原理，類似于熱導檢測器，檢測范圍非常寬，屬于廣譜檢測器，缺點是選擇性差，測定誤差相對比較大。

微氬電離檢測器：原理跟PID檢測器是類似的，但檢測范圍寬于PID，電離電位低 于11.7eV以下的化合物都可以檢測到，使用壽命也沒有明顯限制，采用氬作為載氣更具備安全性，缺點是氬氣成本略高。

總之，便攜式氣相色譜儀可以自帶電池和氣源，適應現場復雜的環境，在現場快速有效地分析空氣、土壤和水中的有機物，同時也可最為質檢部門現場對燃氣質量檢測。在選擇好自動可靠的樣品前處理裝置和合適的色譜分離系統及檢測器的前提下，可以作為環境監測及其他相關領域的首選監測手段。