氣相色譜儀的發展歷史及趨勢

  自1952年世界上*次創建實用氣液色譜法以來，在短短幾十年間，氣相色譜儀作為現代分析檢測儀器的代表，已發展成為一個有相當生產規模的產業，并形成了具有相當豐富的檢測技術知識的學料。通過研究氣相色譜儀的發展規律，能給使用者有益的啟迪，為有關專業人員的工作帶來一定的幫助。
　　 現以在中國得到廣泛應用的曰本島津公司氣相色譜儀系列為例，如1983年的GC-7A、1985年的GC-9A、1990年的GC-14A、1995年的GC-17A等，就這些儀器的幾個主要方面，即加熱單元控制、爐溫控制、流量控制、數據處理系統、檢測器系統、系統控制等，來講述氣相色譜儀技術進步的發展軌跡，并預測今后氣相色譜儀的發展趨勢。

2、氣相色譜儀技術進步的發展軌跡

2.1 進樣口及檢測器的加熱單元溫度控制（Injectdetector temperature control）

　　 GC-7A和GC-9A均采用一個完整的總加熱塊單元，GC-14A的進樣口和檢測器各共用一個總加熱塊單元，GC-17A改為每一個進樣口和檢測器都有獨立的加熱單元系統。
　　 總加熱塊單元是指進樣口、檢測器全部或部分集中在一個大的加熱塊上，有一個加熱棒，一個溫度控制器，一個恒溫塊來控制溫度。它的優點是結構簡單、元器件少、成本低，由于儲熱值大，在到達溫度后易于倒寺穩定。它的缺點是：加熱塊上的各部件的溫度只能設為一致，而不能有所區別，限制了檢測手段的運用；由于加熱塊體積大，升溫降溫速度緩慢，改變條件困難；升溫時所有的部件都被加熱，不用的部件也在升溫降溫過程時經受熱疲勞損耗。
　　 獨立加熱單元是指任何一個進樣口和檢測器都有獨立的加熱、控溫、恒溫裝置。它的優點是任何一個部件都可設定為不同的溫度，且由于加熱塊體積小、儲熱值低，升溫降溫速度都有很大的提高，能夠提供進樣口程序升溫等功能，豐富了色譜技術的手段.它的缺點是各成一獨立系統，對溫度控制的技術要求高，且元件增多，成本相對較高。
　　 采用總加熱塊單元的氣相色譜儀一般采用“U”形柱（如GC-7A、GC-9A、GC-14A），因為各部件的位置被限定在一個加熱塊中，必須排列緊湊。采用獨立加熱單元的氣相色譜儀一般采用圓形柱，因為它的進樣口和檢測器需要相隔一定距離，原因在于：各個獨立加熱單元的降溫是通過周圍空氣冷卻而實現，如進樣口和檢測器相隔太近，會互相影響散熱效果。
　　 從總加熱塊單元到獨立單元加熱是一個大魘啤?

2.2 爐溫控制（Oven temperature contol）

　　 氣相色譜儀爐溫控常IH水平往往能體現這臺儀器的層次和水準，爐溫控制技術的衍變從柱溫箱排熱口的變化就可以看出來。GC-7A沒有柱溫箱排熱口，其升溫降溫速度慢得令人生畏，使操作者輕易不敢改變條件；GC-9A、GC-14A具有狹長縫型的排熱口，使效果有了一定改善；GC-17A進一步改為兩個方形的排熱口，降溫效果令人滿意。
　　 在爐溫控制的操作系統方面，GC-7A采用機械撥盤方式，很不方便.從GC-9A開始利用電子控制，采用鍵盤輸入參數?？梢哉f，島津公司的氣相色前義從GC-9A才算是開始進入現代化。而GC-17A是由工作站控制，可以很方便地進行程序控溫。

2.3 氣體流量控制（Flow COIltol）

　　 GC-7A、GC-9A、GC-14A都采用了經典的機械式表閥控制，如壓力麥和轉子流量計。
　　 一般需要控制載氣流量的部件使用轉子流量計，只需粗略控制的部位使用壓力表，如作為輔助燃燒氣體的氫氣和空氣流量控制基本上都使用壓力衰。
　　 機械表閥控制優點是：可靠、耐用、經濟。它的缺點在于：每次開機時都要從零點慢慢地調高，關閉時再調回零位，由于每次調節都有不可避免存在人為的差異，每次的流量難以保持一致，因此在檢測過程中不能改變流量。而電子壓力控制采用電磁閥取代機械表閥，只需要輸入一個數值即可找到預定的流量或壓力，方便、準確、迅速，還可以提供程序升壓手段，可謂是流量控制的一次革命。
　　 電子控制流量克服了機械控制流量的缺陷，但也帶來了新的問題：
（1）如果氣源壓力變化太大，容易因為強烈沖擊而損壞，機械式表閥則不存在這個問題。
（2）一旦遭遇意外停電，電磁閥停止工作，停止供氣，色譜柱在高溫沒有載氣通過時極易損壞。
（3）從理論上來說，轉子流量計是測載氣流量zui穩定準確的元件，很難產生偏差；而電子壓力控制必竟是一個電子模擬機械過程，長期使用后有可能出現細微的偏差。

2.4 數據處理系統（Data analysis unit）

　　 GC-7A配置繪圖儀，GC-9A配置積分儀或不可存儲數據的數據處理機，GC-14A配置可存儲數據的數據處理機，GC-17A配置化學工作站進行數據處理。
　　 數據系統數據處理系統是氣相色譜儀中進步zui快，使用者得益zui大的部分，它使操作儀器的工作越來越方便。在發明積分儀之前，測量色譜峰的峰面積只能手工用積分尺量算或剪紙稱重，往往一個色譜峰就要花去半天的時間。現在，檢測工作完成后可很快得到所有的色譜數據。
　　 從繪圖儀到積分儀，再由數據處理機到化學工作站，其中的進步主要應歸功于電子技術日新月異的發展。

2.5 檢測器系統（Detecωr）

　　 在氣相色譜儀的各個部件中，檢測器相對較穩定，內部結構和組成并沒有革命性的進展，檢測性能提高也有限，但是穩定速度有了長足的進步，如GC-17A的電子捕獲檢測器，它的穩定速度比GC-14A快了10倍，降溫效率更是達到了每10分鐘降100攝氏度的驚人速度。

2.6 主機系統控制部分（Total system control）

　　 在工作站出現以前，只能手工設置主機的各種運行參數，因此，開動一臺儀器，需要進行許多瑣碎的設定與調整步驟，開閉許多開關，調節許多旋鈕。對設備不是很熟悉的人員經常會發生錯誤。
　　 在運用工作站之后，使用者可以將不同實驗的各種儀器參數、運行程序輸λ計算機內，下次直接調用即可工作，完成從開機、檢測、處理結果等各個步驟，再也不需對儀器各個部件的參數進行逐項輸入和確定，使操作更加簡便。
　　 島津公司的氣相色譜儀系列在GC-17A后普遍使用了工作站對儀器進行直接控制。

3、今后氣相色譜儀的發展趨勢

　　從GC-7A到GC-17A的發展過程，可以看到一段從機械儀器到電子儀器的發展歷程。
　　 早期的氣相色譜儀由于電子技術水平及材料科學的限制，也限制了設計師的思路與發揮，使得當時的色譜技術也受到了很大的局限，女日程序升溫、程序升壓等現在輕而易舉的技術手段在當時是非常麻煩和不實用的。
　　 隨著電子技術和材料科學的發展，不僅強化了氣相色譜儀的功能，而且也極大地豐富了應用氣相色譜儀技術的方法和手段，同時更給設計師的設計思想帶來了深刻的影響和促進，從而更快地推動氣相色譜儀的進步。
　　 由這個趨勢而延伸，筆者預測一下未來氣相色譜儀的技術發展路線，看一看今后的氣相色譜儀會變成什么樣子。

3.1 計算機成為標準配置

　　 由于計算機技術的廣泛運用以及計算機價格的不斷下跌，計算機將成為氣相色譜儀的標準配置。目前在氣相色譜儀上常見的控制面板將被取消，只在側面保留少數氣體流量開關。儀器各部件的運行參數*是由計算機控制，使得氣相色譜儀的體積更小，結構更簡單，成本更低。

3.2 可以靈活更換的功能模塊

　　 目前，氣相色譜儀的進樣口、檢測器一旦安裝上之后就很難折卸或更換，因為它們的接口部位、氣路連接部分都沒有統一的規格，且在設計上也沒有考慮到經常拆卸的必要性。
　　 今后的進樣口和檢測器各模塊都將采用統一規格的方形接口，方便用戶任意插拔，選擇不同的條件。套接式的氣路連接口位于模塊的底部，用模塊頂端的手擰式螺母固定。

3.3 數據采集的網卡化

　　 各家公司目前各式各樣且價格不菲的數據采集卡將逐漸消失，取代它們的是計算機網卡。檢測數據通過網線傳遞給計算機，這樣更進一步降低了儀器的成本。

3.4 出現能共享的控制軟件

　　 目前，各種氣相色譜儀的工作站都是的，即只能控制某一家公司生產的某一種型號的氣相色譜儀。隨著電子元件的高度應用，意味著只要控制電信號即可控制儀器。因此，盡管各家氣相色譜儀的信號模式及其量程都有所區別，但是一套軟件如果同時存儲了幾種儀器的信號參數，則通過選擇不同型號就可以控制不同公司生產的儀器。

3.5 價格的大幅下降

　　 部件的減少與集約意昧著成本的降低。除檢測器價格下降空間有限外，考慮到控制面板、數據采集卡的取消，以及其它部件的集約化設計，整套儀器（包括計算機）的價格估計至少能下降一半左右。