早在20世纪80年代，制造在硅片上的微小型色谱仪出现在美国市场。

气相色谱微型化与光电器件、材料和加工技术的进步有关，形成了气相色谱关键技术的创新。微型检测器已经新添了TCD,FID,FPD,SAW(表面声波)检测器、表面热离子化和抗化学矩阵(chemiresister array detecter, CAD)等检测器，发展出用印刷电路工艺制造的色谱仪基板，包括色谱柱和富集柱的加热均温舱、检测器和进样器基座、调理电路和气路。这些技术进步使微型气相色谱仪的整机集成化程度明显改善、制造成本大幅度降低、性能也改善很多。

理想的微型气相色谱仪应具有体积小、功耗低、速度快、灵敏度高、自动控制和智能诊断等特点。近年来，随着微(纳)机电系统[M(N)EMS]、印刷电路板(PCB)技术、纳米压印技术和新型材料的出现，气相色谱单元器件微型化及色谱系统集成化水平在不断提高，成本正在迅速降低。

(1)微型气相色谱柱

微型气相色谱仪首次在一整块半导体硅片上加工出微型阀、色谱柱和检测器(见图3.48)，并原位程序控温，实现快速分离检测。这种微型色谱柱是在几平方厘米的硅(玻璃、金属)基片上刻蚀出几十微米级的沟槽，再以阳极键合的方法将盖片封合到基片上，一次形成气体流动的通道。由于这种芯片色谱柱热容量很小，几毫瓦级的功率即可实现芯片色谱柱的快速升降温，有利于缩短分析时间。芯片色谱柱的缺点是柱效低于相同等效的石英/金属毛细管色谱柱。

整个色谱仪只有15cm×25cm×36cm大小，质量才5.4kg，尽管是热导检测器，可是绝大多数气体杂质检出限到ppm。

(2)微型化及超高灵敏度检测器

最早研制的微型化检测器是热导检测器(TCD)或固态检测器，如Agilent公司的GC3000型微型色谱仪和以前Varian公司的4900型微型色谱仪等。由于这些微型热导检测器普遍采用了微加工技术，内腔体积为20～200nl，热敏区与池壁之间的距离在几十微米，有效提高了检测灵敏度，同时降低了功耗。其次是微型光离子化检测器(PID)，其优点在于工作时间只需要和载气相同的气源，减少了野外操作所需要的装备。氢火焰离子化检测器(FID)的微型化一直是微型色谱检测器的重点，最近Kuipers等采用MEMS技术构建了一种平面微型FID，在玻璃-硅片-玻璃三层平面结构中间形成微型火焰，使气体消耗大大减少。在微型FID的基础上还可以发展成火焰光度检测器(FPD)的微型化。Hayward等对传统的FPD进行了改进，提出了一种多级微型FPD。他采用在一个细石英管内自上而下形成5个紧密的小火焰，下面4个小火焰用于将共存的烃类化合物氧化成二氧化碳，最上面一个小火焰用于检查分析物。该检测器灵敏度可达4×10^-11 g . s^-1(硫)和3×10^-13g·s^-1(磷)，提高了FPD的实用性。

图3.48美国MTI公司研制的M200微型气相色谱仪

随着学科交叉的深入，一些新原理新技术开始应用，由此产生了新型气相色谱检测器。例如基于介质阻挡放电原子化新技术而建立的介质阻挡放电检测器(dielectric barrier discharge decter, DBD)已经应用于ppb的砷烷、磷烷的检测。还有如NEMS阵列谐振器是一种高灵敏度、实时、原位质量感应器件。在真空条件下，NEMS阵列谐振器检测限更高。

(3)快速进样/富集装置

近年来随着快速分离技术的不断发展，出现了一些快速、微型的进样装置。微型膜阀进样器就是其中之一。其基本结构是在基片上刻蚀微升级的样品定量环，并以高分子聚合物膜如硅橡胶、聚亚酰胺等膜作为动作介质，以气压或电磁驱动工作，最快可以将进样时间控制在毫秒级。这种微型进样阀由于问世时间较长且工作稳定，目前已被许多商品化的仪器所采用。其缺点是膜材料对分析组分有吸附作用。整个进样阀芯片大小仅为35mm×35mm×25mm。进样体积为12u1，进样时间17ms。对于微型进样装置，一般配有吸附富集，然后快速加热脱附进入分离柱进行分离检测。密歇根大学在微型色谱仪上采用多级吸附柱，检测限可到几个ppb。

图3.49为德国W KuipersL研制的硅片上的微氢焰检测器(uFID)示意图。这是在玻璃-硅片-玻璃三层平面结构，中间形成微型火焰。气体消耗量大为减少。在微型F1D基础上，通过改变气体流量，可以发展为微火焰光度检测器(uFPD)，见图3.50。

图3.50中为了防止FPD的火焰淬灭而设计了很多微火焰的FPD新型检测器。

Hayward等对传统的FPD进行了改进，提出了一种多级微型FPD，在一个细石英管内自上而下形成数个小火焰，这样有效地削弱了烃类对化学发光的抑制作用。提高了FPD的实用性。并以表3.23比较微火焰与常规两种FPD的优缺点。

图3.49一半平面微FID检测器制造在硅片上3D示意图

图3.50抗淬灭多微火焰光度检测器FPD

A-石英管多微火焰示意；B-多微FPD检测器室示意(石英管未显示)

表3.23三种FPD的比较

(4)低热容色谱柱控温系统

色谱柱温控系统的温度均匀性、功耗、程序升温速率是决定微型气相色谱分析重复性、总功率和分析周期的主要因素。改进色谱柱加热方式、降低柱系统的热容量可以显著提高加热效率。

(5)应用

小型气相色谱仪事例：由Michigan大学研制的小(mini)型气相色谱仪见图3.51。

图3.51Michigan大学研制的小型气相色谱仪

(a)取样流程;(b)进样流程;(c)小型色谱仪;(d)阵列传感器;(e)色谱柱;(f)浓缩柱。(a),(b)图中1-进口过滤器;2-分流控制阀;3-浓缩柱;4,5-色谱柱;6-CR阵列传感器;7-泵;8-纯化器;9-样品泵;10-标气

小型气相色谱仪配置抗化学(CR)阵列传感器(检测器)具有7分钟内分析31种挥发性有机化合物的效率，对大多数化合物的检测限为ppt。Voyager手提色谱仪还配备PID,ECD两种检测器。图3.52由小型色谱仪分析永久气体，得到很好色谱分离峰，而分析时间仅130秒。

实验条件：5A分子筛，分离柱为10m×0.32mm; 29.7psi, 100℃, Ar载气。

图3.52小型色谱仪得到的色谱分离峰图(美国微传感器公司样本，出峰总时间130秒)

诸峰分别代表：1-He;2-H₂;3-O₂; 4-N₂;5-CH₄ ; 6-CO