在分析化學的工作中，大多數被分析物需要分離后才能檢測；分離技術中以色譜技術最為成熟；而色譜技術中，氣相色譜（GC）和液相色譜（LC）是最重要的兩個技術，前者針對揮發性、沸點較低、熱穩定性物質；后者針對非揮發性、高沸點、熱不穩定性物質。
以氣體為流動相的柱色譜法稱為氣相色譜法（gas chromatography, GC)。氣相色譜至今已經有了60多年的歷史，主要用于揮發性物質的檢測，應用極其廣泛。氣相色譜具有的優點很多，比如：分離效率高、分析速度快、檢測靈敏度高、樣品用量少、選擇性好、多組分同時分析、易于自動化。除色譜自有的檢測器外，還可以同質譜、紅外等多種分析儀器聯用。這里，小編帶領大家簡要回顧一下這項發展60余年的技術，并捋一捋市場上主要的幾個供應商的近期產品，希望對廣大的色譜分析工作者有點幫助。
氣相色譜儀發展簡史
1941 年，英國的馬丁（A.J.P.Martin）和辛格（R.L.M. Synge）聯名發表論文，首次預言色譜流動相可以是氣體，從而預測氣相色譜法 (GC) 的可行性。10 年后， Martin 與 A.T. James 通過分離和量化測定 C1-C12脂肪酸混合物的成分，展示了氣-液分配色譜法的可行性。忍不住說一下牛人馬丁，除了發明氣相色譜分析法，1952年，馬丁和辛格還因分配色譜獲得諾貝爾化學獎噢。
從儀器來看，歷史上最早的氣相色譜儀是實驗室自建儀器，1947 年捷克色譜學家 Jaroslav Jank 發明的“楊那克型氣相色譜儀”，在歷史上曾經流行過一段時間。該儀器以 CO2為流動相、杜馬測氮管為檢測器測定分離開的氣體體積。在樣品和 CO2進入測氮管之前，通過 KOH 溶液吸收掉CO2，按時間記錄氣體體積的增量（圖1）。不足之處是：它只能測室溫下為氣體的樣品，樣品中的 CO2 不能被測定，沒有實現自動化；另外它結構簡單，很多實驗室自行搭建，沒有發展到“讓非專家能輕松使用”的商品化儀器的階段。
后來一些歐洲公司都曾嘗試過制造氣相色譜儀；但他們的儀器與實驗室自建裝置相差無幾。隨后不久，美國公司涉足該領域，這些公司在電子、光學領域經驗豐富，由于在二戰期間為盟軍制造高精度系統而積累了大量經驗。 1955 年三家美國公司， Burrell 、Podbielniak和 PerkinElmer推出了商品化的氣相色譜儀。PerkinElmer的154型GC后來繼續發揚光大，另外兩家后來停止生產。1957年Wilkens公司推出Aerograph Model A-90 GC，后來Wilkens公司被Varian收購，現在應該是天美色譜的源頭吧；1959年F&M Scientific公司推出第一臺可程序升溫的氣相色譜儀Model 202，后來該公司被HP收購，演化為今日的安捷倫氣相。在世界上其它地方，島津于1956年開始生產第一臺商業化氣相色譜儀GC 1A；意大利Carloerba于1956年推出第一臺商品化氣相色譜儀，應該是賽默飛色譜的源頭。60年代，全球幾十家公司生產氣相色譜儀，但后來隨技術成熟后，余下的品牌主要就是大公司了。
圖2 PerkinElmer公司于1955年生產的商品化氣相色譜儀Model 154
1958年，Golay發明了毛細管柱氣相色譜；同年Mcwillian和Harley同時發明了FID；Lovelock發明了氬電離檢測器（AID），使檢測方法的靈敏度提高了2～3個數量級。從毛細管氣相色譜儀理論的研究，到各種檢測技術的應用，氣相色譜儀很快從實驗室的研究技術變成了常規分析手段，后來同質譜聯用的GC-MS技術也迅速發展起來。
氣相色譜儀的原理
氣相色譜儀，通過對預檢測混合物中組分有不同保留性能的氣相色譜色譜柱，使各組分分離，依次導入檢測器，以得到各組分的檢測信號。按照導入檢測器的先后次序，經過對比，可以區別出是什么組分，根據峰高度或峰面積可以計算出各組分含量。
圖3 氣相色譜流程圖
氣相色譜儀的組成
氣相色譜儀的基本構造包括：載氣系統、進樣系統、分離系統（色譜柱）、檢測系統、柱溫箱、數據系統（工作站）。
載氣系統
氣相色譜儀中的氣路是一個載氣連續運行的密閉管路系統。載氣系統包括氣源、氣體凈化、氣體流速控制和流量。其中氣體流速和流量的控制精度影響著氣相色譜的穩定性，EPC（電子流量控制）的出現解決了這一問題。EPC是20世紀90年代初出現的新技術，首先由惠普（即現在的安捷倫）公司推出，可以控制進樣口、檢測器等多個區域。其他廠家很快也采用類似的技術，盡管采用了不同的名稱。如島津公司叫高級氣流控制（AFC），瓦里安公司（現為天美收購）叫電子流量控制（EFC），PerkinElmer公司則叫可編程氣路控制（PPC）。實際上都是采用電子壓力傳感器和電子流量控制器，通過計算機來實現壓力和流量的自動控制。目前，一臺氣相色譜儀是否具有EPC成為了其“身價貴賤”的因素之一。安捷倫EPC控制精度一直領先，如2013年推出的7890B氣相色譜儀的EPC控制精度達到0.001psi。近年來各廠家發展的技術還包括微板流路控制技術。
進樣系統
進樣就是把氣體或液體樣品快速而定量地加到色譜柱上端。現有的進樣方式包括：分流/不分流進樣、填充柱進樣、冷柱頭進樣、大體積進樣等；當與程序升溫技術配合后，還可以組合形成多種進樣方式，如程序升溫大體積進樣。其中以分流/不分流進樣為最常見。在儀器配置時，可選擇不同的進樣口。
根據用戶對提高分析效率和重現性的要求，生產廠家提供了一系列自動化進樣技術，如液體自動進樣、頂空進樣、吹掃-捕集、熱脫附進樣等；配合一些分析方法，還有雙柱雙塔進樣等特殊方法的配置；近年來，發展“N合一”的多種功能、全自動化進樣系統也很熱門。
頂空進樣
頂空進樣其原理是將待測樣品置入一密閉的容器中，通過加熱升溫使揮發性組分從樣品基體中揮發出來，在氣液（或氣固）兩相中達到平衡，直接抽取頂部氣體進行色譜分析，從而檢驗樣品中揮發性組分的成分和含量。使用頂空進樣技術可以免除冗長繁瑣的樣品前處理過程，避免有機溶劑對分析造成的干擾、減少對色譜柱及進樣口的污染。目前生產頂空進樣器的廠商有Tekmar（利曼代理）、DANI、OI（被Xylem收購，普立泰科代理）和北京中興匯利等。
自動進樣器
氣相色譜儀的自動進樣器代替了手動進樣，大大降低了進樣的誤差，自動進樣器從8位到100多位，位數不等。現大多數氣相色譜廠商直接提供此種進樣器。近年來，還發展了“N合一”多功能全自動進樣器，用得最多的是瑞士CTC和德國Gerstel公司的多功能全自動進樣器，現在還有更多的公司進入這個市場。這些公司也為大公司貼牌生產，比如賽默飛的Triplus自動進樣器。
吹掃-捕集
吹掃-捕集進樣系統是利用載氣盡量吹出樣品中待測物后，用低溫捕集或吸附劑捕集的方法收集待測物，可大幅提高靈敏度。其中常用的吸附劑有Tenax、硅膠或活性炭等。目前生產吹掃-捕集進樣系統的廠商有Tekmar（利曼代理）、DANI、Markes（磐合科儀代理）、Gerstel和OI（普立泰科代理）等。
熱脫附進樣
熱脫附進樣利用加熱和惰性氣流作用，使揮發性和半揮發性有機分析物從吸附劑或樣品基體中萃取/解析的過程。該技術集在線或離線采樣，分析物濃縮和自動進樣于一體化，可將揮發性或半揮發性有機物直接引入GC或GC/MS分析。其操作過程包括脫附、吸附、冷聚集，之后樣品通過快速加熱轉移至氣相色譜柱進行分離分析。目前，生產熱脫附進樣器的廠商有Markes（磐合科儀代理）和PerkinElmer等。
分離系統
分離系統的核心是色譜柱，它的作用是將多組分樣品分離為單個組分。色譜柱分為填充柱和毛細管柱兩類。目前，常用的氣相色譜柱廠家有安捷倫、GS-Tek、Restek、迪馬科技、蘭州中科安泰和大連中匯達等。
檢測系統
檢測器的作用是把被色譜柱分離的樣品組分根據其特性和含量轉化成電信號，經放大后，由記錄儀記錄成色譜圖。通常采用的檢測器有：TCD（熱導檢測器），FID（火焰離子化檢測器），ECD和μECD（電子捕獲檢測器），NPD（氮磷檢測器，島津叫FTD），FPD（火焰光度檢測器），MS（質譜檢測器）。另外還有：PID（光離子化檢測器），PFPD (脈沖火焰光度檢測器)，HID（氦離子化檢測器），PDD或PDHID（脈沖放電氦離子化檢測器），表面聲波檢測器，ASD（電化學硫檢測器），SCD（硫化學發光檢測器），CCD（催化燃燒檢測器）等。
柱溫箱
用于控制和測量色譜柱、檢測器、氣化室溫度，是氣相色譜儀的重要組成部分。柱溫箱的考察指標包括：升溫速度、降溫速度、溫度穩定性、以及程序升溫的階數。可在箱體上安裝2-3個進樣口，2-4個檢測器（包括質譜檢測器）。
信號記錄或微機數據處理系統
目前氣相色譜儀主要采用色譜數據工作站。色譜數據工作站記錄色譜圖，并能在同一張記錄紙上打印出處理后的結果，如保留時間、被測組分質量分數等。現代的色譜工作站功能更為強大，可以控制多臺儀器、編輯方法、采集數據、完成后續的積分、定量、驗證等等功能。
除了上述講述的通用氣相色譜儀外，近年來發展的技術還包括：快速氣相、微型氣相/便攜式小型氣相，以及二維氣相色譜、全二維GC×GC氣相色譜等。
