一、前言
自1952年*yi次創建(jian)實用(yong)氣液色(se)譜(pu)法以來(lai)，在短(duan)短(duan)幾十年間(jian)，氣相(xiang)色(se)譜(pu)儀(yi)作為現代分析檢(jian)測(ce)儀(yi)器的(de)(de)代表(biao)，已發展成為一個(ge)有(you)相(xiang)當生產規模的(de)(de)產業(ye)，并形成了(le)具有(you)相(xiang)當豐(feng)富的(de)(de)檢(jian)測(ce)技(ji)術知識的(de)(de)學料。通(tong)過研究氣相(xiang)色(se)譜(pu)儀(yi)的(de)(de)發展規律，能給使(shi)用(yong)者有(you)益的(de)(de)啟迪，為有(you)關專業(ye)人員的(de)(de)工作帶來(lai)一定的(de)(de)幫助。
現以在中(zhong)國得到廣泛應用的(de)曰(yue)本(ben)島津公司氣相色譜儀系列為例，如1983年的(de)GC-7A、1985年的(de)GC-9A、1990年的(de)GC-14A、1995年的(de)GC-17A等，就這些儀器的(de)幾個主(zhu)要方面，即加熱單元控制、爐溫控制、流量控制、數(shu)據(ju)處理系統、檢測器系統、系統控制等，來講(jiang)述氣相色譜儀技(ji)術(shu)進步(bu)的(de)發展軌跡(ji)，并預測今后(hou)氣相色譜儀的(de)發展趨勢。
二、氣相色譜儀技術進步的發展軌跡
⒈進樣口及檢測器的加熱單元溫度控制（Inject and detector temperature control）
GC-7A和(he)GC-9A均采用(yong)一(yi)個(ge)完整(zheng)的(de)總加熱(re)塊單(dan)元，GC-14A的(de)進(jin)(jin)樣口和(he)檢測器各共用(yong)一(yi)個(ge)總加熱(re)塊單(dan)元，GC-17A改為每一(yi)個(ge)進(jin)(jin)樣口和(he)檢測器都有立的(de)加熱(re)單(dan)元系統。
總加熱(re)塊(kuai)單元是指進樣口(kou)、檢測器全部或部分集中(zhong)在一個大(da)的加熱(re)塊(kuai)上(shang)，有一個加熱(re)棒(bang)，一個溫(wen)(wen)度控制器，一個恒溫(wen)(wen)塊(kuai)來控制溫(wen)(wen)度。它的優點(dian)(dian)是結構簡單、元器件少、成本低(di)，由于(yu)(yu)儲熱(re)值大(da)，在到達溫(wen)(wen)度后易于(yu)(yu)倒寺穩定。它的缺(que)點(dian)(dian)是：加熱(re)塊(kuai)上(shang)的各部件的溫(wen)(wen)度只能(neng)設為一致(zhi)，而不(bu)能(neng)有所區別，限制了(le)檢測手段的運(yun)用；由于(yu)(yu)加熱(re)塊(kuai)體積大(da)，升(sheng)(sheng)溫(wen)(wen)降(jiang)(jiang)溫(wen)(wen)速(su)度緩(huan)慢，改(gai)變條件困難；升(sheng)(sheng)溫(wen)(wen)時所有的部件都(dou)被加熱(re)，不(bu)用的部件也(ye)在升(sheng)(sheng)溫(wen)(wen)降(jiang)(jiang)溫(wen)(wen)過程時經(jing)受(shou)熱(re)疲(pi)勞損耗。
立加熱單元(yuan)(yuan)是指任何(he)一個(ge)進樣(yang)口(kou)和(he)檢(jian)測(ce)器(qi)都有(you)(you)立的(de)加熱、控溫、恒溫裝置。它的(de)優點是任何(he)一個(ge)部件都可設定為不同的(de)溫度(du)，且由于加熱塊體積小、儲熱值(zhi)低，升溫降溫速度(du)都有(you)(you)很大的(de)提(ti)高(gao)，能(neng)(neng)夠提(ti)供進樣(yang)口(kou)程序升溫等功能(neng)(neng)，豐富了色譜技(ji)術的(de)手段.它的(de)缺點是各成一立系統，對(dui)溫度(du)控制的(de)技(ji)術要求高(gao)，且元(yuan)(yuan)件增多，成本相對(dui)較高(gao)。
采(cai)用總加(jia)熱塊單(dan)元的(de)氣(qi)(qi)相色譜(pu)儀一(yi)般采(cai)用“U”形(xing)柱（如GC-7A、GC-9A、GC-14A），因(yin)為各部(bu)件的(de)位置(zhi)被限定在一(yi)個加(jia)熱塊中，必須排(pai)列緊湊。采(cai)用立(li)加(jia)熱單(dan)元的(de)氣(qi)(qi)相色譜(pu)儀一(yi)般采(cai)用圓形(xing)柱，因(yin)為它的(de)進樣口和(he)檢測(ce)器需要相隔一(yi)定距(ju)離(li)，原因(yin)在于：各個立(li)加(jia)熱單(dan)元的(de)降溫是通(tong)過周圍(wei)空氣(qi)(qi)冷卻而實(shi)現，如進樣口和(he)檢測(ce)器相隔太(tai)近(jin)，會(hui)互相影響散熱效果。
從總(zong)加(jia)熱塊單(dan)元到立單(dan)元加(jia)熱是一個大魘啤(pi)?
⒉爐溫控制（Oven temperature contol）
氣相色譜儀(yi)爐溫(wen)控常(chang)IH水(shui)平往往能體(ti)現這臺(tai)儀(yi)器(qi)的層(ceng)次(ci)和(he)水(shui)準，爐溫(wen)控制技(ji)術的衍變(bian)從(cong)柱溫(wen)箱排(pai)熱口(kou)(kou)的變(bian)化就(jiu)可(ke)以看出來。GC-7A沒有柱溫(wen)箱排(pai)熱口(kou)(kou)，其升溫(wen)降溫(wen)速度慢得令人(ren)生畏，使操作者輕易不敢改變(bian)條件(jian)；GC-9A、GC-14A具有狹長縫(feng)型(xing)的排(pai)熱口(kou)(kou)，使效(xiao)果有了一(yi)定改善；GC-17A進一(yi)步改為兩個方形的排(pai)熱口(kou)(kou)，降溫(wen)效(xiao)果令人(ren)滿(man)意。
在爐溫(wen)控(kong)制(zhi)的(de)操作(zuo)系統方面，GC-7A采(cai)用機械撥盤(pan)方式(shi)，很(hen)不方便.從GC-9A開始(shi)利(li)用電子控(kong)制(zhi)，采(cai)用鍵(jian)盤(pan)輸入(ru)參數。可以(yi)(yi)說(shuo)，島津公(gong)司的(de)氣相色前義從GC-9A才算是(shi)(shi)開始(shi)進入(ru)現代化。而GC-17A是(shi)(shi)由(you)工作(zuo)站(zhan)控(kong)制(zhi)，可以(yi)(yi)很(hen)方便地進行程序控(kong)溫(wen)。
⒊氣體流量控制（Flow COIltol）
GC-7A、GC-9A、GC-14A都采用(yong)了經典的(de)機(ji)械式表(biao)閥控(kong)制，如壓力麥和(he)轉子流量計。
一般需要控制載氣(qi)流量的(de)部(bu)件使(shi)用(yong)轉子(zi)流量計，只需粗略控制的(de)部(bu)位(wei)使(shi)用(yong)壓力(li)(li)表，如作為(wei)輔助燃燒(shao)氣(qi)體(ti)的(de)氫氣(qi)和空氣(qi)流量控制基本上都使(shi)用(yong)壓力(li)(li)衰。
機械表閥(fa)控(kong)制優點是：可靠、耐用、經(jing)濟。它(ta)的(de)缺(que)點在于：每次開(kai)機時都要(yao)從(cong)零(ling)點慢(man)(man)慢(man)(man)地調高(gao)，關閉(bi)時再調回(hui)零(ling)位，由于每次調節都有不可避免存(cun)在人為的(de)差(cha)異，每次的(de)流量難以保持(chi)一(yi)致，因此在檢(jian)測過程(cheng)中不能改變(bian)流量。而電子壓力控(kong)制采用電磁閥(fa)取代(dai)機械表閥(fa)，只需要(yao)輸入一(yi)個數值即可找到(dao)預(yu)定的(de)流量或壓力，方便、準確、迅速，還可以提供程(cheng)序升(sheng)壓手段(duan)，可謂是流量控(kong)制的(de)一(yi)次革(ge)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：
⑴如(ru)果氣源(yuan)壓力變化太大，容易因為強烈沖擊而損壞，機械式(shi)表閥則(ze)不存在這(zhe)個問(wen)題。
⑵一旦遭遇意外停(ting)(ting)(ting)電，電磁閥停(ting)(ting)(ting)止(zhi)工(gong)作，停(ting)(ting)(ting)止(zhi)供氣(qi)，色譜(pu)柱在高(gao)溫(wen)沒(mei)有載氣(qi)通過時極易損壞。
⑶從(cong)理論上來說，轉子流量(liang)(liang)計是測載(zai)氣流量(liang)(liang)穩(wen)定準(zhun)確的(de)(de)元件，很難(nan)產生(sheng)偏差(cha)；而電子壓力(li)控(kong)制必竟是一(yi)個電子模擬機械(xie)過(guo)程，長(chang)期使(shi)用后有(you)可能出(chu)現細微(wei)的(de)(de)偏差(cha)。
⒋數據處理系統（Data analysis unit）
GC-7A配置(zhi)(zhi)(zhi)繪圖(tu)儀，GC-9A配置(zhi)(zhi)(zhi)積(ji)分儀或不(bu)可存儲數據(ju)(ju)的數據(ju)(ju)處(chu)理機，GC-14A配置(zhi)(zhi)(zhi)可存儲數據(ju)(ju)的數據(ju)(ju)處(chu)理機，GC-17A配置(zhi)(zhi)(zhi)化學工作站進行(xing)數據(ju)(ju)處(chu)理。
數據(ju)系(xi)統(tong)數據(ju)處理系(xi)統(tong)是氣相色(se)譜儀中進步快，使用者得益大的(de)部分(fen)，它使操作(zuo)(zuo)儀器的(de)工作(zuo)(zuo)越來越方便。在發明積(ji)分(fen)儀之前，測(ce)量色(se)譜峰的(de)峰面積(ji)只能(neng)手工用積(ji)分(fen)尺量算或剪紙(zhi)稱重，往往一個色(se)譜峰就要花(hua)去半(ban)天的(de)時間。現在，檢測(ce)工作(zuo)(zuo)完(wan)成后(hou)可很快得到所有的(de)色(se)譜數據(ju)。
從繪圖儀(yi)到(dao)(dao)積分儀(yi)，再由數據處理機(ji)到(dao)(dao)化學(xue)工作站，其中的進(jin)步主要(yao)應歸功于電子(zi)技(ji)術日新月(yue)異的發(fa)展。
⒌檢測器系統（Detecωr）
在氣相(xiang)色譜(pu)儀的各個部件中，檢(jian)測(ce)器(qi)相(xiang)對較穩(wen)(wen)定，內部結(jie)構和組成(cheng)并(bing)沒有(you)革命性的進(jin)展，檢(jian)測(ce)性能提(ti)高(gao)也有(you)限，但是穩(wen)(wen)定速(su)度(du)有(you)了(le)長足的進(jin)步，如GC-17A的電子捕獲檢(jian)測(ce)器(qi)，它的穩(wen)(wen)定速(su)度(du)比(bi)GC-14A快了(le)10倍，降(jiang)溫效率更是達到了(le)每10分鐘降(jiang)100攝氏(shi)度(du)的驚人速(su)度(du)。
⒍主機系統控制部分（Total system control）
在工(gong)作(zuo)站出(chu)現以前，只能手工(gong)設置主機的(de)各種運(yun)行參(can)數，因此，開(kai)動一臺儀(yi)器，需(xu)要(yao)進行許(xu)多瑣碎的(de)設定(ding)與調整步驟，開(kai)閉許(xu)多開(kai)關(guan)，調節許(xu)多旋(xuan)鈕。對設備不是很(hen)熟(shu)悉的(de)人員經常(chang)會發生錯誤。
在運用(yong)工(gong)作站之(zhi)后(hou)，使用(yong)者(zhe)可以將不(bu)同(tong)實驗的各種儀器參數、運行程序(xu)輸λ計算(suan)機內，下次直接調(diao)用(yong)即可工(gong)作，完成從(cong)開機、檢測(ce)、處(chu)理(li)結果等各個(ge)步(bu)驟，再也不(bu)需對儀器各個(ge)部件(jian)的參數進行逐項輸入和(he)確定(ding)，使操(cao)作更(geng)加簡便。
島津(jin)公司的氣(qi)相色譜儀系列在GC-17A后普遍(bian)使用了工作站對(dui)儀器進行(xing)直接控制(zhi)。
三、今后氣相色譜儀的發展趨勢
從(cong)GC-7A到(dao)(dao)GC-17A的發(fa)(fa)展過程，可以(yi)看到(dao)(dao)一段從(cong)機械儀(yi)器(qi)到(dao)(dao)電子儀(yi)器(qi)的發(fa)(fa)展歷(li)程。
早期(qi)的(de)氣(qi)相(xiang)色譜(pu)儀由(you)于電子技(ji)術(shu)水(shui)平及材料科(ke)學(xue)的(de)限(xian)制(zhi)，也(ye)限(xian)制(zhi)了設(she)計師(shi)的(de)思路與發揮，使(shi)得(de)當時的(de)色譜(pu)技(ji)術(shu)也(ye)受到了很大(da)的(de)局限(xian)，女(nv)日程序(xu)升溫、程序(xu)升壓等現在(zai)輕而易舉的(de)技(ji)術(shu)手段在(zai)當時是非常(chang)麻(ma)煩和不實用的(de)。
隨著電子技(ji)術(shu)(shu)和(he)材(cai)料(liao)科學的(de)(de)(de)發展，不(bu)僅強化了氣相色(se)譜儀的(de)(de)(de)功能(neng)，而(er)且也極大地豐(feng)富了應用氣相色(se)譜儀技(ji)術(shu)(shu)的(de)(de)(de)方(fang)法和(he)手段，同時更給設計(ji)師的(de)(de)(de)設計(ji)思想帶來了深(shen)刻的(de)(de)(de)影響和(he)促進，從而(er)更快地推(tui)動(dong)氣相色(se)譜儀的(de)(de)(de)進步。
由(you)這個趨勢而延伸，筆者(zhe)預測一下未(wei)來氣(qi)相(xiang)色譜儀的技術發展(zhan)路線，看一看今(jin)后的氣(qi)相(xiang)色譜儀會變成什么樣子(zi)。
⒈計算機成為標準配置
由(you)于計(ji)算(suan)機(ji)技術(shu)的廣泛運用(yong)以及計(ji)算(suan)機(ji)價(jia)格的不斷下(xia)跌，計(ji)算(suan)機(ji)將成為氣(qi)(qi)(qi)相(xiang)色譜(pu)儀(yi)的標準(zhun)配置。目(mu)前在氣(qi)(qi)(qi)相(xiang)色譜(pu)儀(yi)上常見的控制面板將被(bei)取消，只在側面保留少數(shu)(shu)氣(qi)(qi)(qi)體流量開關(guan)。儀(yi)器各部件(jian)的運行參(can)數(shu)(shu)*是由(you)計(ji)算(suan)機(ji)控制，使得氣(qi)(qi)(qi)相(xiang)色譜(pu)儀(yi)的體積更(geng)小，結構更(geng)簡單(dan)，成本(ben)更(geng)低。
⒉可以靈活更換的功能模塊
目前，氣相色(se)譜儀的進樣口(kou)、檢(jian)測器一旦(dan)安裝上之后(hou)就(jiu)很難折(zhe)卸(xie)或更換，因為它們的接(jie)(jie)口(kou)部(bu)位、氣路連接(jie)(jie)部(bu)分都沒有(you)統一的規格，且(qie)在設計上也沒有(you)考慮到經常拆卸(xie)的必(bi)要(yao)性。
今后的進樣口(kou)和檢(jian)測器(qi)各(ge)模塊(kuai)都將(jiang)采用統(tong)一規格(ge)的方(fang)形(xing)接口(kou)，方(fang)便用戶任(ren)意(yi)插拔，選擇不同的條件。套接式的氣路連接口(kou)位于模塊(kuai)的底(di)部，用模塊(kuai)頂端的手擰式螺母(mu)固定。
⒊數據采集的網卡化
各家公司目前各式各樣(yang)且價(jia)格不菲的數據(ju)采集卡(ka)將逐漸消失，取代它(ta)們的是(shi)計算機網卡(ka)。檢測數據(ju)通(tong)過網線傳遞給計算機，這樣(yang)更(geng)進一步降低了儀器(qi)的成本。
⒋出現能共享的控制軟件
目(mu)前，各種氣(qi)相(xiang)色(se)譜(pu)儀(yi)(yi)的(de)工作(zuo)站都是的(de)，即只(zhi)能控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)某(mou)一家公司生(sheng)產(chan)的(de)某(mou)一種型(xing)號(hao)的(de)氣(qi)相(xiang)色(se)譜(pu)儀(yi)(yi)。隨著電子元件(jian)的(de)高度應用(yong)，意味著只(zhi)要控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)電信(xin)號(hao)即可(ke)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)儀(yi)(yi)器。因此，盡管各家氣(qi)相(xiang)色(se)譜(pu)儀(yi)(yi)的(de)信(xin)號(hao)模式(shi)及其(qi)量程都有所區別，但是一套軟件(jian)如果同(tong)時存(cun)儲了(le)幾種儀(yi)(yi)器的(de)信(xin)號(hao)參(can)數，則(ze)通(tong)過選擇不(bu)同(tong)型(xing)號(hao)就可(ke)以控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)不(bu)同(tong)公司生(sheng)產(chan)的(de)儀(yi)(yi)器。
⒌價格的大幅下降
部件的(de)(de)減少與集約意昧(mei)著成(cheng)本(ben)的(de)(de)降低(di)。除檢測(ce)器價格下降空間有限外，考慮到(dao)控(kong)制面(mian)板(ban)、數據(ju)采集卡的(de)(de)取消，以(yi)及(ji)其(qi)它部件的(de)(de)集約化設計，整套(tao)儀(yi)器（包括計算機）的(de)(de)價格估計至少能下降一半左(zuo)右。
在線咨詢