信號記錄系統(tǒng)是構(gòu)成氣相色譜儀*的部件，由它給出的色譜圖是進(jìn)行定性、定量分析的主要依據(jù)，也是衡量色譜柱柱效、分離度和檢測器性能優(yōu)劣的可靠依據(jù)。
色譜工作者通過信號記錄系統(tǒng)得到色譜圖，對色譜圖進(jìn)行定性、定量分析。但是在工作中常常會碰到如色譜峰拖尾、色譜峰形不對稱、峰形變異、相鄰色譜峰分不開、倒峰、鬼峰、保留時間改變等問題，給樣品組分定性、定量帶來了很大的困難和麻煩。針對這些問題，本文針對色譜峰異常系列問題，提供實(shí)例并給出譜圖信號異常的解決辦法。
色譜峰展寬
理想情況下，經(jīng)色譜分離獲得色譜峰的形狀應(yīng)為高斯分布曲線，即對稱峰。但實(shí)際測定時隨著樣品在色譜柱中的移動，樣品分子會向譜帶兩側(cè)擴(kuò)散，從而使色譜柱出口處的樣品譜帶比柱入口時寬，且可能產(chǎn)生不對稱的峰，這就是譜峰展寬。峰展寬對組分間的分離和分析是不利的，那么是什么原因?qū)е路逭箤?？該如何解決呢？
原因
影響色譜峰展寬的因素很多種，但不外乎柱內(nèi)和柱外兩類。柱內(nèi)因素是指色譜柱本身的性能，如柱活性大小、固定相是否與樣品發(fā)生化學(xué)反應(yīng)、柱效是否足夠高、樣品是否超載等；柱外因素主要是指接頭的死體積、進(jìn)樣口和檢測器死體積等。
進(jìn)樣口造成峰展寬的機(jī)理有兩種：
一是時間上的展寬：
時間上的峰展寬是由樣品蒸氣從進(jìn)樣口到色譜柱的遷移速度決定的，速度越快，初始峰寬越小。
二是空間上的展寬：
而空間上的峰展寬則是樣品進(jìn)入色譜柱頭時產(chǎn)生的，如不分流進(jìn)樣和冷柱上進(jìn)樣時，樣品進(jìn)入柱頭會發(fā)生部分或全部冷凝，冷凝的液體樣品會在載氣的吹掃下移動，從而在一定的長度上分布，這一長度就是初始峰寬，如果樣品與固定相的相容性不好，還會形成液滴而分布，這就使初始峰寬進(jìn)一步加大，嚴(yán)重的還會造成分裂峰。
荷蘭學(xué)者范第姆特等人在研究氣相色譜時，提出了色譜過程的動力學(xué)理論---速率理論。根據(jù)速率理論，譜峰展寬的因素包括渦流擴(kuò)散、分子擴(kuò)散、氣相傳質(zhì)阻力、流動相的流速等。
01渦流擴(kuò)散是指在填充色譜柱中，流動相通過填充物的不規(guī)則空隙時，其流動方向不斷地改變，因而形成紊亂的類似“渦流”的流動。由于填充物的大小、形狀各異以及填充的不均勻性，使組分各分子在色譜柱中經(jīng)過的通道直徑和長度不等，從而造成他們在柱中的停留時間不同，其結(jié)果是使色譜峰變寬；
02分子擴(kuò)散是指試樣進(jìn)入色譜柱后，在色譜柱軸向上造成濃度梯度，使組分分子產(chǎn)生濃差擴(kuò)散，主要與組分在氣相中的擴(kuò)散系數(shù)大小有關(guān)；
03氣相傳質(zhì)阻力與填充物粒度、組分在載氣流中的擴(kuò)散系數(shù)有關(guān)，主要是試樣在兩相界面上不能瞬間達(dá)到分配平衡，有的分子還來不及進(jìn)入兩相界面就被氣相帶走，有的分子在進(jìn)入兩相界面后還來不及返回氣相，這就造成了色譜峰展寬；
04固定相傳質(zhì)阻力同氣相傳質(zhì)阻力類似，與固定液膜厚度、組分在液相中的擴(kuò)散系數(shù)有關(guān)，不過它是發(fā)生在氣液界面和固定相之間的，也會引起色譜峰的擴(kuò)張。
解決方案
針對導(dǎo)致色譜峰展寬的原因，可從以下考慮：使用相對分子質(zhì)量較大的載氣(如N2)，采用較高的載氣流速，控制較低的柱溫，從而盡量減小分子擴(kuò)散項(xiàng)；減小固定液膜厚度，增大組分在液相中的擴(kuò)散系數(shù)，可以減小固定相傳質(zhì)阻力；采用粒度小的填料和相對分子質(zhì)量小的氣體(如He、H2)作載氣，可減小流動相傳質(zhì)阻力。
具體可從以下幾方面優(yōu)化分離條件來改善峰展寬，在盡可能短的分析時間內(nèi)獲得滿意的分離效果。
01改變動力學(xué)因素中的理論塔板數(shù)n和理論塔板高度H。理想的方法是在不斷增加柱長的條件下減小板高以達(dá)到增加流速縮短分析時間的目的。一般可以采用接近合適的流速的載氣流速，采用小內(nèi)徑的色譜柱，填充柱的話使用的填料要粒度細(xì)、顆粒均勻，且均勻填充，以減少渦流擴(kuò)散，提高柱效。
02改變固定相與流動相的容量因子k，提高分離度R。k在一定范圍內(nèi)增加可有效提高R，但當(dāng)k大于5時R的變化就很小了，反而使保留時間迅速增加。此時，可采取降低柱溫、降低載氣流速等措施。
03改變相對保留值α。在流動相和固定相一定時，α只與柱溫有關(guān)。當(dāng)兩個組分的α接近1時，改變H和k都難以改善峰形實(shí)現(xiàn)分離，此時可通過改變柱溫、更換色譜柱(改變固定相)、采用化學(xué)作用如衍生化反應(yīng)改變待測物的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。
04GC毛細(xì)管柱可采用程序升溫。程序升溫可使待測物在適當(dāng)?shù)臏囟认铝鞒?，以保證每個組分有合適的k值，同時改善R。
05優(yōu)化進(jìn)樣和檢測條件。要消除進(jìn)樣口對色譜峰展寬的影響就要使進(jìn)入色譜柱的樣品初始譜帶盡可能窄。一般地講，進(jìn)樣量小一些、進(jìn)樣口溫度高一些、載氣流速快一些、襯管內(nèi)徑小一點(diǎn)、氣化室體積小一些、分流比大一些，都對形成窄的初始譜帶寬度有利。
當(dāng)然還可以利用進(jìn)樣過程中的聚焦技術(shù)來減小初始譜帶寬度，分為固定相聚焦、溶劑聚焦和熱聚焦。
a.固定相聚焦。這是常用的聚焦技術(shù)，但只能用于程序升溫分析。在GC中，保留時間是柱溫的指數(shù)函數(shù)，柱溫低時，樣品從氣化室進(jìn)入色譜柱后的移動速度就會減慢。這時固定相與樣品相互作用，從而使樣品組分聚焦到一個窄的譜帶中。實(shí)現(xiàn)固定相聚焦的條件是初始柱溫要低，樣品與固定相的相容性要好(相似相溶規(guī)律判斷)。
b.溶劑聚焦。樣品在柱頭部分或全部冷凝后，溶劑開始揮發(fā)，與溶劑揮發(fā)性接近的組分就會濃縮在未揮發(fā)的溶劑中，從而產(chǎn)生很窄的初始譜帶，這就是溶劑聚焦，也叫溶劑效應(yīng)。根據(jù)樣品組分的沸點(diǎn)和初始柱溫選擇合適溶劑，往往可以抑制進(jìn)樣過程對峰展寬的影響。
c.熱聚焦。樣品在柱頭冷凝的過程中，由于溶劑先進(jìn)入色譜柱而導(dǎo)致溶質(zhì)發(fā)生濃縮，這就是熱聚焦。當(dāng)柱溫達(dá)到溶質(zhì)氣化溫度后，樣品就以很窄的譜帶在色譜柱中移動。在冷柱上進(jìn)樣時，采用液氮或二氧化碳使柱頭處于低溫下，就是為了實(shí)現(xiàn)熱聚焦，可見低的初始柱溫是熱聚焦的關(guān)鍵。
實(shí)際進(jìn)樣測定時，針對峰展寬還應(yīng)注意：手動進(jìn)樣時注射速度要快，速度慢會使樣品氣化過程變長，導(dǎo)致樣品進(jìn)入色譜柱的初始譜帶變寬；確保載氣合適氣流和流量下分析；樣品過載時，增大分流比或降低進(jìn)樣量和進(jìn)樣濃度；發(fā)現(xiàn)進(jìn)樣口污染時，應(yīng)及時更換襯管和隔墊；色譜柱用久后，柱效會下降，前端會污染，固定相流失會聚集在末端，此時應(yīng)截去色譜柱前后一段，檢測柱效；檢測器溫度不能太低等。
多個化合物出峰重疊在一起
色譜峰之間怎樣才算達(dá)到*分離？
首先是兩個色譜峰的峰間距必須相差足夠大，若兩峰間僅有一定距離，而每一個峰卻很寬，致使彼此重疊，則兩組分仍無法*分離；
第二是峰寬必須窄；只有同時滿足這兩個條件時，兩組分才能*分離。
判斷相鄰兩組分在色譜柱中的分離情況，常用分離度R作為色譜柱的分離效能指標(biāo)。R定義為相鄰兩組分色譜峰保留值之差與兩個色譜峰峰底寬度總和之半的比值。R值越大，意味著相鄰兩組分分離得越好。
因此，分離度R是柱效能、選擇性影響因素的總和，可用其作為色譜柱的總分離效能指標(biāo)。從理論上可以證明，若峰形對稱且滿足于正態(tài)分布，當(dāng)R<1時，兩峰有明顯的重疊；R=1時，分離程度可達(dá)95%，；當(dāng)R=1.5時，分離程度可達(dá)99.7%，因而可用R=1.5來作為相鄰兩峰已*分離的標(biāo)志。
當(dāng)多個化合物色譜峰重疊時，如何提高分離度，使其*分開？
原因
當(dāng)多個化合物出峰重疊時，可采用減小載氣流速、降低柱溫或升溫速率、減小進(jìn)樣量、提高氣化室溫度等措施來提高分離度；當(dāng)改變柱溫和載氣流速也達(dá)不到分離目的時，就應(yīng)更換更長的色譜柱，或更換不同固定相的色譜柱，在氣相分析中，色譜柱是分離成敗的關(guān)鍵?；衔锍龇逯丿B的主要原因有：
載氣流速過快；
色譜柱溫度過高；
進(jìn)樣量過大；
氣化室溫度偏低；
進(jìn)樣時未選擇合適的分流比分流；
色譜柱長不夠，導(dǎo)致分離度不夠；
色譜柱型號選用不對。
解決方案
載氣類型和流速的選擇
首先要根據(jù)考慮使用的檢測器類型選擇合適載氣。熱導(dǎo)池檢測器TCD常選用氫或氦氣作載氣，能提高靈敏度，氫載氣還能延長熱敏元件鎢絲的壽命；氫火焰檢測器FID用氮?dú)庾鬏d氣，也可用氫氣；電子捕獲檢測器ECD常用氮?dú)?；火焰光度檢測器FPD常用氮?dú)夂蜌錃狻?br />
載氣成分越輕、純度越高，越有利于提高分離度。當(dāng)然，現(xiàn)在的儀器都是固定采用某一種載氣，一般不常更換載氣種類。
載氣流速對柱效率和分析速度都會產(chǎn)生影響。根據(jù)范氏方程，載氣流速快，能加快分析速度，減少分子擴(kuò)散，縮短分析時間，但同時可能降低分離度；載氣流速慢有利于傳質(zhì)，一般可提高分離度，同時也可能會造成峰展寬而降低分離度。所以當(dāng)多個化合物峰重疊時，應(yīng)選擇合適的載氣流速。根據(jù)范氏方程，一定的色譜柱對一定的化合物有一個流速點(diǎn)，這時候柱效高，分離能力好，但是人們常用“實(shí)用佳流速”即合適的載氣流速。
柱溫的選擇
柱溫直接影響分離效能和分析速度。柱溫低有利于分配，有利于組分分離，但溫度過低會造成被測組分在柱上冷凝或傳質(zhì)阻力增加，使色譜峰擴(kuò)張甚至拖尾；柱溫高有利于傳質(zhì)，但會使分配系數(shù)變小，不利于分離。對沸點(diǎn)范圍寬、組成復(fù)雜的混合物應(yīng)利用色譜柱的程序升溫技術(shù)，獲得高分離度、短分析時間的分析結(jié)果。
色譜柱的選擇
色譜柱的選擇是整個色譜分析條件優(yōu)化過程中重要的一環(huán)。色譜柱選擇是否恰當(dāng)直接決定了分析結(jié)果的準(zhǔn)確性、數(shù)據(jù)的重現(xiàn)性、峰形的美觀等。
毛細(xì)管色譜柱參數(shù)主要包括：固定液極性、柱長、內(nèi)徑、膜厚等四方面。選擇色譜柱應(yīng)根據(jù)“相似相溶”原理，分析非極性物質(zhì)用非極性色譜柱，極性物質(zhì)用極性色譜柱。根據(jù)固定液極性強(qiáng)弱可以分非極性柱(DB-1或等同的其它品牌)、弱極性柱(DB-5等)、中等極性柱(DB-17等)、強(qiáng)極性柱(DB-WAX等)。
色譜柱中固定液用量對分離起決定作用。一般來說，載體表面積越大，固定液用量可以越高，允許的進(jìn)樣量也就越多。為了改善液相傳質(zhì)，應(yīng)使液膜薄一些，固定液液膜薄，柱效能提高，可縮短分析時間；但是膜厚是一個選擇空間比較大的參數(shù)，膜厚越厚，對分析物的保留會增加，保留時間增大，有助于分離；但是由于傳質(zhì)阻力的增加，柱效又會降低。因此，如果分析保留弱的物質(zhì)(如一些小分子)，可考慮試試厚液膜的柱子，反之則選擇薄液膜的色譜柱。
對填充柱來說，要求載體表面積大，表面孔徑分布均勻。固定液涂在載體表面上成為均勻薄膜，液相傳質(zhì)就快，柱效就可提高；載體粒度均勻、細(xì)小，也有利于柱效提高；但粒度過小，柱壓增大，對操作不利。柱長對分離的影響也很明顯。通常色譜柱越長，理論塔板數(shù)越大，分理效果越好，但是保留時間增加也很明顯。對于特別難分離的物質(zhì)，一般應(yīng)選用長柱。內(nèi)徑對柱容量和柱效亦有較大影響，內(nèi)徑越小，柱容量會下降，但柱效會變高。
進(jìn)樣時間和進(jìn)樣量
手動進(jìn)樣時速度必須快，一般應(yīng)在1s之內(nèi)。進(jìn)樣時間過長，會造成峰展寬、前伸或拖尾變形。進(jìn)樣量一般液體0.1-5μL，氣體0.1-10mL。進(jìn)樣太多，會使色譜峰展寬，造成前伸、拖尾或重疊而分離不好。
氣化室溫度的選擇
合適的氣化室溫度既能保證樣品組分瞬間*氣化，又不引起樣品分解。氣化室溫度一般比柱溫高30-70℃或比樣品組分沸點(diǎn)高30-50℃。在保證不發(fā)生熱分解時，適當(dāng)提高氣化溫度對分離及定量均有利。
