Can you summarize the following document?
        
  色譜法的使用可以追溯到1903年的俄羅斯科學家Mikhail Semenovich Tswett的工作。德國研究生Fritz Prior在1947年發明了氣固色譜。阿徹·馬丁(Archer John Porter Martin)奠定了氣相色譜的發展基礎,並於1950年發明了氣液色譜。他因為1941年在液液色譜與1944年在紙色譜的發展上的貢獻而獲得了諾貝爾獎。

  氣相層析儀是用於分離混合物中多種化合物的化學分析儀器。氣相層析儀中有一根外觀看似線圈的極細銅管,這就是層析柱(色譜柱)。線上圈般的層析柱中已填充矽膠(或活性碳、或氧化鋁)作為固定相,混合物加熱氣化後,用氮氣(或二氧化碳等不產生化學反應的惰性氣體,載氣,流動相)加壓推動樣品進入層析柱,混合物中不同的化合物因為分子大小、分子的極性不同,在矽膠中流動的速度不同,因此流出層析柱的速度不同,多種化合物因此分離。通常分子小的化合物先流出層析柱,分子大的化合物比較難通過矽膠孔隙,所以大分子化合物較慢流出層析柱。 經過層析柱分離純化的化合物從層析柱末端流出時,可串聯各種儀器檢測,如:質譜儀、電子捕獲偵測器、熱導檢測器、火焰電離檢測器、光離子化檢測儀、熱離子偵測器(Thermionic Ionization Detector)...等  分離的化合物被氣相層析儀後面串連的檢測器檢測到,產生相應的訊號,並被轉化為電訊號輸出。 在色譜柱中固定相的作用是分離不同的組分,使得不同的組分在不同的時間(保留時間)從柱的末端流出。 其它影響物質流出柱的順序及保留時間的因素包括載氣的流速,溫度等。  在氣相色譜分析法中,一定量(已知量)的氣體或液體分析物被注入到柱一端的進樣口中(通常使用微量進樣器,也可以使用固相微萃取纖維(solid phase microextraction fibres)或氣源切換裝置)。當分析物在載氣帶動下通過色譜柱時,分析物的分子會受到柱壁或柱中填料的吸附,使通過柱的速度降低。分子通過色譜柱的速率取決於吸附的強度,它由被分析物分子的種類與固定相的型別決定。由於每一種型別的分子都有自己的通過速率,分析物中的各種不同組分就會在不同的時間(保留時間)到達柱的末端,從而得到分離。檢測器用於檢測柱的流出流,從而確定每一個組分到達色譜柱末端的時間以及每一個組分的含量。通常來說,人們通過物質流出柱(被洗脫)的順序和它們在柱中的保留時間來表徵不同的物質。

  

  自動進樣裝置能將樣品自動引入到進樣口中。雖然手動進樣仍然可用,但已經不普遍。自動進樣能提供更好的分析重現性,並能更好地進行時間優化。  自動進樣裝置有很多種,按容量分可以分為自動注射器(可同時處理少數幾個樣品)與自動進樣器,按照自動機的型別可以分為XYZ自動機與旋轉/SCARA自動機(後者是最常見的自動機),按照進樣技術來分可以分為以下幾種:  傳統上,自動進樣裝置與氣相色譜儀由不同的廠家生產。目前,沒有一家氣相色譜儀生產商提供完整的一套自動進樣裝置。歷史上,美國,義大利和瑞士在自動進樣裝置的技術上較為領先。

  色譜柱的進樣口是將樣品引入連續的載氣流中的裝置。它通常固定在柱頭上。  常見的進樣口型別有:

  氣相色譜法中常用的色譜柱有兩種:  分子吸附與分子通過色譜柱的速率具有強烈的溫度依賴性,因此色譜柱必須嚴格控溫到十分之一攝氏度,以保證分析的精確性。降低柱溫可以提供最大限度的分離,但是會令洗脫時間變得非常長。某些情況下,色譜柱的溫度以連續或階躍的方式上升,以達到某種特定分析方法的要求。這一整套過程稱為控溫程式。電子壓力控制則可以調整分析過程中的流速,使得執行時間得以提升同時分離度不下降。  載氣的選擇(流動相)是很關鍵的。氫氣用作載氣時分離效率最高,分離效果最好。不過,氦氣在與氫氣效率相當的範圍內有較大的流速調節範圍,同時還具有不可燃燒以及適用於多種檢測器等優點。因此,最常使用的載氣是氦氣。

  氣相色譜法中可以使用的檢測器有很多種,最常用的有火焰電離檢測器(FID)與熱導檢測器(TCD)。這兩種檢測器都對很多種分析成分有靈敏的響應,同時可以測定一個很大的範圍內的濃度。TCD從本質上來說是通用性的,可以用於檢測除了載氣之外的任何物質(只要它們的熱導效能在檢測器檢測的溫度下與載氣不同),而FID則主要對烴類響應靈敏。FID對烴類的檢測比TCD更靈敏,但卻不能用來檢測水。兩種檢測器都很強大。由於TCD的檢測是非破壞性的,它可以與破壞性的FID串聯使用(連線在FID之前),從而對同一分析物給出兩個相互補充的分析資訊。  其它的檢測器要麼只能檢測出個別的被測物,要麼可以測定的濃度範圍很窄。  常見的檢測器包括:  有一些氣相色譜儀與質譜儀相連線而以質譜儀作為它的檢測器,這種組合的儀器稱為氣相色譜法-質譜聯用(GC-MS,簡稱氣質聯用),有一些氣質聯用儀還與核磁共振波譜儀相連線,後者作為輔助的檢測器,這種儀器稱為氣相色譜-質譜-核磁共振聯用(GC-MS-NMR)。有一些GC-MS-NMR儀器還與紅外光譜儀相連線,後者作為輔助的檢測器,這種組合叫做氣相色譜-質譜-核磁共振-紅外聯用(GC-MS-NMR-IR)。但是必須指出,這種情況是很少見的,大部分的分析物用單純的氣質聯用儀就可以解決問題。

  分析方法實際上是在某一特定的氣相色譜分析中使用的一系列條件。建立分析方法實際上是確定對於某一分析的最佳條件的過程。  為了滿足某一特定的分析的要求,可以改變的條件包括進樣口溫度,檢測器溫度,色譜柱溫度及其控溫程式,載氣種類及載氣流速,固定相,柱徑,柱長,進樣口型別及進樣口流速,樣品量,進樣方式等。檢測器還可能有其它可供調節的引數,這取決於所使用的檢測器型別。有一些氣相色譜儀還有可以控制樣品與載氣流向的閥門,這些閥門開啟與關閉的時間也可能對分析的效果有重要影響。  右圖為GeoStrata Technologies生產的Eclipse氣相色譜儀。它以三分鐘為週期持續運轉。該儀器有兩個閥門,用來控制載氣進入定量管。當定量管充滿樣品氣後,切換閥門,載氣就會通過定量管。載氣的壓強會將樣品帶入到色譜柱中進行分離。

  典型的載氣包括氦氣、氮氣、氬氣、氫氣和空氣。通常,選用何種載氣取決於檢測器的型別。例如,放電離子化檢測器(DID)需要氦氣作為載氣。不過,當對氣體樣品進行分析的時候,載氣有時是根據樣品的母體選擇的,例如,當對氬氣中的混合物進行分析時,最好用氬氣作載氣,因為這樣做可以避免色譜圖中出現氬的峰。安全性與可獲得性也會影響載氣的選擇,比如說,氫氣可燃,而高純度的氦氣某些地區難以獲得。(參見:氦氣——分佈與生產)  很多時候,檢測器不僅僅決定了載氣的種類,還決定了載氣的純度(雖然對靈敏度的要求也在很大程度上影響載氣純度的要求)。通常來說,氣相色譜中所用的載氣,純度應該在99.995%以上。用於標識純度的典型商品名包括“零點氣級”,“高純度(UHP)級”,“4.5級”和“5.0級”。  載氣流速對分析的影響在方式上與溫度類似(見下文)。載氣流速越高,分析速度越快,但是分離度越差。因此,最佳載氣流速的選擇與柱溫的選擇一樣,都需要在分析速度與分離度之間取得平衡。  二十世紀九十年代之前生產的氣相色譜儀的載氣流速往往通過載氣入口的壓力(柱前壓)進行控制,實際的載氣流速則在柱的出口端通過電子流量計或皁膜流量計進行測定。這樣的一個過程常常很複雜,很耗時間,而且往往令人沮喪。在整個執行過程中,柱前壓不能再改變,氣流必須穩定。氣體流速與柱前壓的關係可以通過可壓縮流體的Poiseuille方程來計算。  不過,很多現代的氣相色譜儀已經能用電路自動測定氣體流速,並通過自動控制柱前壓來控制流速。因此,載氣壓強與流速可以在執行過程中調整。柱前壓/氣流控制程式(與溫度控制程式類似)隨之出現。

  進樣口型別和進樣技術通常與樣品存在的形態(液態、氣態、被吸附、固態)以及是否存在需要氣化的溶劑有關。如果樣品分散良好,並且性質已知,那麼它就可以通過冷柱頭進樣口直接進樣;如果需要蒸發除去部分溶劑,就使用分流/不分流進樣口(通常用注射器進樣);氣體樣品(如來自氣缸)通常用氣體閥進樣器進樣。被吸附的樣品(如在吸附管上)可以通過外部的(線上或離線)解吸裝置(如捕集-吹掃系統)或者在分流/不分流進樣器中解吸(使用固相微萃取技術)。

  

  真正的氣相色譜分析過程從樣品進入色譜柱開始。毛細管氣相色譜法的發展使得進樣技術面臨著很多實踐中的問題。柱上進樣技術多用於填充柱而不適用於毛細管柱。在毛細管氣相色譜儀中的進樣技術應該滿足以下兩個條件:  以下是一些優秀進樣技術應當滿足的一般要求:  但是,也有一些問題存在於當前的進樣技術中,即使這並不是破壞性問題。

  色譜柱的選擇取決於樣品以及測定。在選擇色譜柱時,混合物的極性是一項主要的化學屬性因素,但是其官能團的作用也會影響到色譜柱的選擇。樣品的極性必須與色譜柱固定相的極性非常匹配,來增加解析度和分離度,同時減少了執行時間。固定相的膜厚,色譜柱的長度和直徑也都會影響分離度和執行時間。

  氣相色譜儀中的色譜柱放置於溫度由電子電路精確控制的恆溫箱內。(當分析者說“柱溫”時,他實際上指的是恆溫箱的溫度。不過這種區別並不重要,因此在下文中對這兩者並不作區分。)  樣品通過色譜柱的速率與溫度正相關。柱溫越高,樣品越快通過色譜柱。但是,樣品越快通過色譜柱,它與固定相之間的相互作用就越少,因此分離效果越差。  通常來說,柱溫的選擇是綜合考慮分離時間與分離度的結果。  柱溫在整個分析過程中不變的方法稱為恆溫方法。不過,在大部分的分析方法中,柱溫隨著分析過程的進行逐漸上升。初溫,升溫速率(溫度“斜率”)與末溫統稱為控溫程式。  控溫程式使得較早被洗脫的被分析物能夠得到充分的分離,同時又縮短了較晚被洗脫的被分析物通過色譜柱的時間。

  在大多數現代的氣相色譜法-質譜聯用系統之中,計算機軟體可以繪畫色譜圖,積分峰面積,並自動將質譜圖與文獻標準圖進行比對。

  通常來說,那些在300°C左右以下氣化並在該氣化溫度以下保持穩定的物質,都可以定量地測定。這些樣品還應該是無鹽的,即不包含離子。氣相色譜可以對很小量的物質進行分析,但常常要求有一份待測定物質的純樣作為參比。  有很多種控溫程式可以使讀數更有意義,如區分在氣相色譜分析過程中行為相似的兩種物質。  專業人士利用氣相色譜法來分析化學產品中某些物質的含量(如確定化工產品的質量),測定土壤,空氣和水中的有毒物質。如果運用得當,氣相色譜可以測定含量為pmol/mL級的液體樣品或濃度在ppb數量級的氣體樣品。  在高等院校的實踐課程之中,學生有時是通過研究薰衣草油的成分或者通過測定本氏煙植物的葉子提取物中的乙烯含量來了解氣相色譜的。這些都是對烴類(從兩個碳到四十多個碳不等)的氣相色譜分析。一個典型的實驗是,學生用填充柱分出較輕的氣體並用熱導檢測器(TCD)進行檢測,而烴類則通過毛細管柱進行分離,用火焰離子化檢測器(FID)進行檢測。在對較輕的氣體的分析過程中,氫氣與氦氣(最常用也是最靈敏的惰性載氣)幾乎有著相同的熱導性質,這使得分析變得複雜化。(TCD是根據氣體熱導率的改變引起惠斯通電橋中兩根熱絲導電性質的改變而檢測被洗脫的物質的)。因此,這些氣相色譜儀常採用雙道TCD檢測器,它有一個專門用於分析氫氣的通道,該通道以氮氣為載氣。氣相化學反應(如費脫合成"Fischer-Tropsch"合成)經常用氬氣作為載氣。這樣做的好處是可以使用單一載氣而不必使用兩種。這種做法降低了分析的靈敏度,換來的是氣源的簡化。

  電影,書籍與電視節目經常歪曲氣相色譜法的能力以及運用氣相色譜法完成的工作。  例如,在美國的電視節目《鑑證行動組》中,人們用氣相色譜來快速地識別未知樣品。分析員在取得樣品之後十五分鐘之後就會說:“這是在過去兩個星期中在雪佛龍公司(Chevron)的油站裡購買的汽油。”  事實上,一個典型的氣相色譜分析所用的時間要長得多。有時依照選定的程式,一個樣品就要進行一個多小時的分析。對色譜柱進行“清理”以便接受下一個樣品還需要額外的時間。同時,為了驗證一個結論,分析員往往需要進行多次平行的分析,因為單次分析的結果很可能具有偶然性(參見顯著性差異)。  同時,氣相色譜並不能識別大部分的樣品,而且並非樣品中的所有物質都可以通過氣相色譜檢測出來。氣相色譜真正能告訴分析者的,只是在某個時間有一種物質從色譜柱中被洗脫出來,而且檢測器對它有響應。為了使結果變得更有意義,分析人員需要知道樣品中可能含有什麼成分,以及它們可能有怎麼樣的濃度。還有,一些低含量的物質可能因為與另一種高含量的物質同時被洗脫而無法在色譜圖中表現出來。最後,分析人員還經常需要將未知樣品的氣相色譜結果與可能存在的物質的標準樣品的分析結果進行比較。  氣相色譜法-質譜聯用儀可以很好地改善這種混淆不清的狀況,因為質譜儀可以識別出各組分的相對分子質量。不過,要很好地完成這些工作,同樣需要時間與技巧。  類似地,絕大部分的氣相色譜分析並不是簡單的按鍵操作。你不能簡單地將樣品瓶放在自動取樣器的托盤上,然後按一個按鈕,讓計算機告訴你關於樣品的所有資訊。根據被分析的物質,分析人員需要小心選擇一套合適的操作程式。  不過也要承認,在對相似樣品的大量重複性分析之中,簡單的按鍵操作是存在的。這包括化工生產中的分析,也包括為了確定樣品中被測物的平均含量而對同一實驗獲得的20個樣品的分析等等。不過,那些書籍,電影與電視節目中的研究性工作絕對不屬於這種情況。
氣液色譜法(英語:Gas chromatography,又稱氣相層析)是一種在有機化學中對易於揮發而不發生分解的混合物進行分離與分析的層析技術。氣相色譜的典型用途包括測試某一特定化合物的純度與對混合物中的各組分進行分離(同時還可以測定各組分的相對含量)在某些情況下,氣相色譜還可能對化合物的表徵有所幫助。在微型化學實驗中,氣相色譜可以用於從混合物中製備純品。