认识气相色谱图的常用参数

色谱分析法是利用物质的物理化学性质差异，对多组分混合物进行分离和测定的方法。目前已成为有机定量分析方法中最重要的分支，在石油化工、医药工业、食品安全和环境监测等方面具有广泛的应用。

色谱分析法作为一种物理分离方法，其基本原理是：将待分离的组分在两相间进行分布，其中一相是不动的，称之为固定相；另一相是携带待分离组分流过固定相的流体，称之为流动相。当流动相携带待分离组分经过固定相时，由于固定相与待分离各组分间产生的吸附（或分配）作用不同，待分离的各组分在固定相中的滞留时间不同，从而使不同的组分按照一定的先后顺序从固定相中被流动相洗脱出来并通过色谱的检测器产生相应的信号，最终实现不同组分的分离和测定。

气相色谱法指的是流动相为气体的色谱分析方法，常用的气相色谱流动相有氮气、氦气、氩气和氢气等。气相色谱仪器的组成主要包括以下几部分：气源和气路控制系统，进样系统、分离系统、检测系统和数据处理系统；此外还包括温度控制系统等部分。

在使用气相色谱进行分离分析样品时，以及进行定性定量过程中，首要任务是能够对色谱图进行简单识别，以及了解主要参数的含义。

1 色谱图及其主要参数概述

仪器正常工作时，当只有流动相（气相色谱中为载气）通过检测器时，产生的响应曲线称之为基线；当样品在载气作用下通过检测器时，样品产生的信号叠加在基线上，即为色谱峰；完成样品分析后，记录响应信号的曲线即为色谱图。常见的气相色谱图如下所示：

在气相色谱分析检测中，色谱图可获取的常用参数主要有五类，即时间参数（定性参数）、信号和响应参数（定量参数）、以及区域宽度（柱效参数）和分离参数，另外还有相平衡参数等，通过以上参数的描述，基本上可以描绘出样品的分离效果和测试结果。

2 时间参数（定性参数）

时间参数一般称为保留值（Retention value），表示样品中各组分在色谱柱中的滞留时间——即表示组分经过多长时间从色谱柱中流出，并在检测器上显示信号，也就是通常意义上的什么时候出峰。常见的时间参数主要为死时间（t _M）、保留时间（t _R）和调整保留时间（t _R’）。

死时间（Dead Time，t _M）指不被固定相吸附或溶解的气体(如空气、甲烷)从进样开始到柱后出现浓度最大值时所需的时间。死时间反映了色谱柱柱内空间的大小，实际上，在日常的检测分析中，死时间概念使用的较少。

保留时间（Retention Time，t _R）指被测组分从进样开始到柱后出现浓度最大值时所需的时间——即从进样开始，到峰顶点对应的时间，也是检测分析中最常用的参数，一般描述为出峰时间。

调整保留时间（Adjusted Retention Time，t _R’）指扣除死时间后的保留时间，可理解为，某组分由于溶解或吸附于固定相，比不溶解或不被吸附的组分在色谱柱中多滞留的时间。

3 信号和响应参数（定量参数）

色谱峰的峰面积和峰高与组分在样品中的含量相关，可以依据色谱峰的峰面积和峰高，结合标准曲线等进行定量计算，测定物质中待测组分的含量。

4 区域宽度（柱效参数）

说明：主要参考《现代色谱法及其在药物分析中的应用》，孙毓庆。

在分离较好的情况下，色谱流出曲线中的色谱峰形状接近或者近似于正态分布的高斯曲线，符合高斯分布函数，可以使用正态分布的相关参数，如标准差σ来描述其性质。

4.1 正态分布的特点

正态分布或高斯分布（Gauss）的定义如下：若连续型随机变量X的概率密度为：

其中μ，σ(σ＞0)为常数，则称X服从参数为μ，σ的正态分布或高斯分布（Gauss），记为X~N(μ，σ ²)。

其中：

期望（均数）μ是正态分布的位置参数，描述正态分布的集中趋势位置；随机变量的概率规律为：与μ邻近的值的概率大，离μ越远的值的概率越小。

标准差σ描述正态分布数据分布的离散程度，σ越大，数据分布越分散，σ越小，数据分布越集中；σ也称为正态分布的形状参数，σ越大曲线越扁平，σ越小曲线越瘦高。

4.2 使用标准差σ描述色谱峰的作用

标准差σ的大小，可以说明组分在流出色谱柱过程中物质的分散程度：标准差σ小，物质的分散程度小，峰顶点对应的浓度大，峰形窄，色谱柱分离效果好（柱效髙）；反之, 物质的分散程度大，峰顶点对应的浓度小，峰形宽，色谱柱分离效果差（柱效低）。

4.3 使用标准差σ表示的色谱峰的区域宽度

标准差σ：在实际测量中，标准差σ为峰高0.607倍(0.607h)处的峰宽的一半。由于峰高0.607倍(0.607h)处的峰宽不便于测量，常使用半峰宽或峰宽来表示区域宽度，均是由标准差σ派生而来。

半峰宽（半高峰宽）W _1/2：色谱峰峰高一半（0.5h）处的宽度称为半峰宽，记为W _1/2，半峰宽与标准差σ的关系为W _1/2=2.355σ。

峰宽W：峰宽指通过色谱峰两侧的拐点作切线，在基线上所截的距离称为峰宽，峰宽与标准差σ的关系为W=4σ。需要说明的是，峰宽和峰底宽度略有不同（一些文献上是不做区分的，默认均指4σ）：

同时，在一些文献中（如《液相与气相色谱定量分析使用指南》，Hans-Joachim Kuss），峰宽W也称之为峰宽W _13%，表示其等同于色谱峰峰高13%（0.13h）处的宽度，如下图所示：

5 分离参数

说明：图片来源自《中国药典》（2020版·四部），通则0512.

为了描述相邻两组分在色谱柱内的分离情况，引入分离度R来进行描述和评估。分离度的计算公式为：

上述两个分离度计算公式，一般称之为峰底分离度（通常意义上的分离度，最常用）和半高峰宽分离度；另外，还有文献使用峰高分离度来评估两个不等高色谱峰的分离效果。

分离度R的大小可用于定量反映组分及其色谱峰的分离程度，当R=0.75时，两色谱峰的分离程度可达89%；R=1.0时，两峰的分离程度达96%（有4%重叠）；R=1.5时，两峰的分离程度达99.7%(有0.3%重叠)。在色谱分析中使两色谱峰完全分离（也称基线分离），需要R>2.0；但在实际应用中一般认为只要R>1.5就可近似认为是基线分离。

6 小结

在气相色谱分析检测中，色谱图可获取的常用参数是进行定性分析、定量分析和描述分离效率的基本数据，在上述参数的基础上，可以获得更多的内容，更佳详备的了解色谱过程。

文章来源：VX 气相色谱分析