自1952年世界上*次建立實(shí)用氣液色譜法以來(lái)，在短短幾十年間,，氣相色譜儀可以作為現(xiàn)代分析檢測(cè)儀器的代表，已發(fā)展成為一個(gè)有相當(dāng)規(guī)模的生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)，并形成了具有相當(dāng)豐富的檢測(cè)技術(shù)知識(shí)的學(xué)科,。通過研究氣相色譜儀的發(fā)展規(guī)律，能給使用者有益的啟迪,，為有關(guān)專業(yè)人員的工作帶來(lái)一定的幫助,。

　　

　　現(xiàn)以在中國(guó)得到廣泛應(yīng)用的日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(gè)主要方面,，即加熱單元控制,、爐溫控制、流量控制,、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),、檢測(cè)器系統(tǒng)、系統(tǒng)控制等,，來(lái)講述氣相色譜儀技術(shù)進(jìn)步的發(fā)展軌跡,，并預(yù)測(cè)今后氣相色譜儀的發(fā)展趨勢(shì)。

　　

　　一,、氣相色譜儀技術(shù)進(jìn)步的發(fā)展軌跡

　　

　　1.進(jìn)樣口及檢測(cè)器的加熱單元溫度控制（Injectanddetectortemperaturecontrol）

　　

　　GC-7A和GC-9A均采用一個(gè)完整的總加熱塊單元,，GC-14A的進(jìn)樣口和檢測(cè)器各共用一個(gè)總加熱塊單元，GC-17A改為每一個(gè)進(jìn)樣口和檢測(cè)器都有獨(dú)立的加熱單元系統(tǒng),。

　　

　　總加熱塊單元是指進(jìn)樣口,、檢測(cè)器全部或部分集中在一個(gè)大的加熱塊上，有一個(gè)加熱棒,，一個(gè)溫度控制器,，一個(gè)恒溫塊來(lái)控制溫度。它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,、元器件少,、成本低，由于儲(chǔ)熱值大,，在到達(dá)溫度后易于保持穩(wěn)定,。它的缺點(diǎn)是：加熱塊上的各部件的溫度只能設(shè)為一致，而不能有所區(qū)別,，限制了檢測(cè)手段的運(yùn)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(shí)所有的部件都被加熱，不用的部件也在升溫降溫過程時(shí)經(jīng)受熱疲勞損耗,。

　　

　　獨(dú)立加熱單元是指任何一個(gè)進(jìn)樣口和檢測(cè)器都有獨(dú)立的加熱,、控溫、恒溫裝置,。它的優(yōu)點(diǎn)是任何一個(gè)部件都可設(shè)定為不同的溫度,，且由于加熱塊體積小，儲(chǔ)熱值低,，升溫降溫速度都有很大的提高,，能夠提供進(jìn)樣口程序升溫等功能，豐富了色譜技術(shù)的手段,。它的缺點(diǎn)是各成一獨(dú)立系統(tǒng),，對(duì)溫度控制的技術(shù)要求高,，且元件增多，成本相對(duì)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?yàn)楦鞑考奈恢帽幌薅ㄔ谝粋€(gè)加熱塊中,，必須排列緊湊。采用獨(dú)立加熱單元的氣相色譜儀一般采用圓形柱,，因?yàn)樗倪M(jìn)樣口和檢測(cè)器需要相隔一定距離,，原因在于：各個(gè)獨(dú)立加熱單元的降溫是通過周圍空氣冷卻而實(shí)現(xiàn)，如進(jìn)樣口和檢測(cè)器相隔太近,，會(huì)互相影響散熱效果,。

　　

　　從總加熱塊單元到獨(dú)立單元加熱是一個(gè)大趨勢(shì)，從GC-7A,，GC-9A的一個(gè)總加熱塊到GC-14A的兩個(gè)加熱塊單元,，島津公司的設(shè)計(jì)師已作了改進(jìn)，使得升溫降溫效果有了一定的改善,。但由于總加熱塊單元設(shè)計(jì)在原理上的先天不足,，使之仍無(wú)法達(dá)到獨(dú)立單元加熱的應(yīng)用效果。為此,，從GC-17A起已改為獨(dú)立單元加熱模式,。

　　

　　2．爐溫控制（oventemperaturecontrol）

　　

　　氣相色譜儀爐溫控制性能水平往往能體現(xiàn)這臺(tái)儀器的層次和水準(zhǔn)，爐溫控制技術(shù)的衍變從柱溫箱排熱口的變化就可以看出來(lái),。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(zhǎng)縫型的排熱口,，使效果有了一定改善,；GC-17A進(jìn)一步改為兩個(gè)方形的排熱口，降溫效果更加令人滿意,。

　　

　　在爐溫控制的操作系統(tǒng)方面,，GC-7A采用機(jī)械撥盤方式，甚不方便,。從GC-9A開始開始利用電子控制,，采用鍵盤輸入?yún)?shù)?？梢哉f(shuō),，島津公司的氣相色譜儀從GC-9A才算是開始進(jìn)入現(xiàn)代化,。而GC-17A是由工作站控制，可以很方便地進(jìn)行程序升溫,。

　　

　　3．氣體流量控制（flowcontrol）

　　

　　GC-7A,，GC-9A，GC-14A都采用了經(jīng)典的機(jī)械式表閥控制,，如壓力表和轉(zhuǎn)子流量計(jì),。一般需要控制載氣流量的部件使用轉(zhuǎn)子流量計(jì)，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表,。機(jī)械表閥控制優(yōu)點(diǎn)是：可靠、耐用,、經(jīng)濟(jì),。它的缺點(diǎn)在于：每次開機(jī)時(shí)都要從零點(diǎn)慢慢地調(diào)高，關(guān)閉時(shí)再調(diào)回零位,，由于每次調(diào)節(jié)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(cè)過程中不能改變流量,。而電子壓力控制采用電磁閥取代機(jī)械表閥,，只需要輸入一個(gè)數(shù)值即可找到預(yù)定的流量或壓力，方便,、準(zhǔn)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(jī)械控制流量的缺陷，但又因?yàn)檫\(yùn)用電子技術(shù)而帶來(lái)了新的問題：1,、如果氣源壓力變化太大,，容易因?yàn)閺?qiáng)烈沖擊而損壞，機(jī)械式表閥則不存在這個(gè)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(shí)極易損壞。3,、從理論上來(lái)說(shuō),，轉(zhuǎn)子流量計(jì)是測(cè)載氣流量的zui穩(wěn)定準(zhǔn)確的元件，很難產(chǎn)生偏差；而電子壓力控制必竟是一個(gè)電子模擬機(jī)械過程,，長(zhǎng)期使用后有可能出現(xiàn)細(xì)微的偏差,。

　　

　　4.數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（dataanalysisunit）

　　

　　一般而言，GC-7A配置繪圖儀,，GC-9A配置積分儀或不可存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理機(jī),，GC-14A配置可存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理機(jī)，GC-17A配置化學(xué)工作站以處理數(shù)據(jù),。

　　

　　數(shù)據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是氣相色譜儀中進(jìn)步zui快,，使用者得益zui大的部分，它使操作儀器的工作越來(lái)越方便,。在發(fā)明積分儀之前,，測(cè)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(gè)色譜峰就要花去半天的時(shí)間?，F(xiàn)在,，在檢測(cè)工作完成后即可很快得到所有的色譜數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)處理手段越來(lái)越豐富,，使用越來(lái)越簡(jiǎn)便,。

　　

　　從繪圖儀到積分儀，再由數(shù)據(jù)處理機(jī)到化學(xué)工作站,，其中的進(jìn)步主要應(yīng)歸功于電子技術(shù)日新月異的發(fā)展,。

　　

　　5．檢測(cè)器系統(tǒng)（detector）

　　

　　在氣相色譜儀的各個(gè)部件中，檢測(cè)器相對(duì)較成熟穩(wěn)定,，進(jìn)步不象其它部件那么顯著,。內(nèi)部結(jié)構(gòu)和組成并沒有革命性的進(jìn)展，檢測(cè)性能提高也有限,。但是穩(wěn)定速度有了長(zhǎng)足的進(jìn)步,；如GC-17A的電子捕獲檢測(cè)器，它的穩(wěn)定速度比GC-14A快了10倍,，降溫效率更是達(dá)到了每10分鐘降100攝氏度的驚人速度,。

　　

　　6．主機(jī)系統(tǒng)控制部分（totalsystemcontrol）

　　

　　在工作站出現(xiàn)以前，只能手工設(shè)置主機(jī)的各種運(yùn)行參數(shù),，因此,，開動(dòng)一臺(tái)儀器，需要進(jìn)行許多瑣碎的設(shè)定與調(diào)整步驟,，開閉許多開關(guān)，調(diào)節(jié)許多旋鈕,。對(duì)這臺(tái)設(shè)備不是很熟悉的人員經(jīng)常會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤,，學(xué)習(xí)起來(lái)也很吃力。

　　

　　在運(yùn)用工作站之后，使用者可以將不同實(shí)驗(yàn)的各種儀器參數(shù),、運(yùn)行程序輸入計(jì)算機(jī)內(nèi),，下次直接調(diào)用即可工作，完成從開機(jī),、檢測(cè),、處理結(jié)果等各個(gè)步驟，再也不需對(duì)儀器各個(gè)部件的參數(shù)進(jìn)行逐項(xiàng)輸入和確定,，使操作更加簡(jiǎn)便,，也使得學(xué)習(xí)的難度大大降低。

　　

　　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(duì)儀器進(jìn)行直接控制,。

　　

　　二,、今后氣相色譜儀的發(fā)展趨勢(shì)

　　

　　從GC-7A到GC-17A的發(fā)展過程，可以看到一部從機(jī)械儀器到電子儀器的發(fā)展進(jìn)步歷程,。早期的氣相色譜儀由于電子技術(shù)水平及材料科學(xué)的限制,，也限制了設(shè)計(jì)師的思路與發(fā)揮，使得當(dāng)時(shí)的色譜技術(shù)也受到了很大的局限,，如程序升溫,、程序升壓等現(xiàn)在輕而易舉的技術(shù)手段在當(dāng)時(shí)是非常的麻煩和不實(shí)用。隨著電子技術(shù)和材料科學(xué)的發(fā)展,，不僅強(qiáng)化了氣相色譜儀的功能,，而且也極大地豐富了應(yīng)用氣相色譜儀技術(shù)的方法和手段，同時(shí)更給設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)思想帶來(lái)了深刻的影響和促進(jìn),，從而更快的推動(dòng)氣相色譜儀的進(jìn)步,。

　　

　　由這個(gè)趨勢(shì)而延伸，筆者可以的預(yù)測(cè)一下未來(lái)氣相色譜儀的技術(shù)發(fā)展路線,，看一看今后的氣相色譜儀會(huì)變成什么樣子,。

　　

　　1.計(jì)算機(jī)成為標(biāo)準(zhǔn)配置

　　

　　由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛運(yùn)用以及計(jì)算機(jī)價(jià)格的不斷下跌，計(jì)算機(jī)將成為氣相色譜儀的標(biāo)準(zhǔn)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(cè)面保留少數(shù)氣體流量開關(guān)。儀器各部件的運(yùn)行參數(shù)*是由計(jì)算機(jī)控制,，使得氣相色譜儀的體積更小,，結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，成本更低,。

　　

　　2.可以靈活更換的功能模塊

　　

　　目前,，氣相色譜儀的進(jìn)樣口、檢測(cè)器一旦安裝上之后就很難拆卸或更換,，因?yàn)樗鼈兊慕涌诓课?、氣路連接部分都沒有統(tǒng)一的規(guī)格，且在設(shè)計(jì)上也沒有考慮到經(jīng)常拆卸的必要性。今后的進(jìn)樣口和檢測(cè)器各模塊都將采用統(tǒng)一規(guī)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?jǐn)Q式螺母固定,。

　　

　　3.數(shù)據(jù)采集的網(wǎng)卡化

　　

　　各家公司目前各式各樣且價(jià)格不菲的數(shù)據(jù)采集卡將逐漸消失，取代它們的是計(jì)算機(jī)網(wǎng)卡,。檢測(cè)數(shù)據(jù)通過網(wǎng)線傳遞給計(jì)算機(jī),，這樣更進(jìn)一步降低了儀器的成本。

　　

　　4.出現(xiàn)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(chǎn)的某一種型號(hào)的氣相色譜儀。隨著電子元件的高度應(yīng)用,，意味著只要控制電信號(hào)即可控制儀器,。因此，盡管各家氣相色譜儀的信號(hào)模式及其量程都有所區(qū)別,，但是一套軟件如果同時(shí)存儲(chǔ)了幾種儀器的信號(hào)參數(shù),，則通過選擇不同型號(hào)就可以控制不同公司生產(chǎn)的儀器。

　　

　　5.價(jià)格的大幅下降

　　

　　部件的減少與集約意味著成本的降低,。除檢測(cè)器價(jià)格下降空間有限外,，考慮到控制面板、數(shù)據(jù)采集卡的取消,，以及其它部件的集約化設(shè)計(jì),，整套儀器（包括計(jì)算機(jī)）的價(jià)格估計(jì)至少能下降一半左右。