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1、气相色谱的定性分析和定量分析,袁宁宁,一、气相色谱的定性分析方法,气相色谱进行定性分析的目的就是要确定试样的组成，实质就是要确定所得的每个色谱峰代表何种组分。气相色谱定性鉴定的依据是：在一定的固定相和一定的操作条件下，每一种组分都有各自确定的保留值或确定的色谱数据，并且不受其它组分的影响。也就是说，保留值具有特征性。因此可以通过比较未知物与纯物质保留值是否相同来定性鉴定。,(1)、绝对保留值法该法是在相同的条件下分别测定未知物和已知纯物质的保留值，通过对照比较两者的保留值是否相同，判断两者是否同一种物质。保留值相同时，可能(2)、相对保留值法该法是在样品中加入一种基准物，测定未知物对基准物的相
2、对保留值，通过对照文献数据判断未知物是哪一种物质(文献上有各种常见物质对某些基准物的相对保留值可供查阅)。相对保留值仅与固定相及柱温有关，不受其他操作条件的影响。在规定的固定相及柱温条件下，测出未知组分对基准物的相对保留值，与文献数据对照即可做出定性判断。,(3)、增加峰高法该法是在样品中加入一种纯物质，测定未知物色谱峰是否有增高，从而判断未知物与加入的纯物质是否同一种物质。在试样中加入适量的某纯物质，进样后峰高增加的色谱峰可能与加入的纯物质为同一物质。上述的3种定性方法的分析结果并非绝对可靠，这是因为尽管保留值具有特征性，但却不具备专一性，有些物质也可能具有相同或相近的保留值，难免会造成错误
3、的判断，较为可靠的方法是以下两种。,(4)、双柱(或多柱)定性该法是使用两根或多根不同的色谱柱按绝对保留值法进行分别测定，观察在不同色谱柱中未知物与纯物质的保留值是否始终保持一致，从而提高判断结果的可靠性。(5)、联机定性 色谱的专长是具有很高的分离效能和进行定量分析，其定性鉴定的能力相对较弱，有一定的局限性。而“四大谱”(质谱、红外光谱、紫外光谱和核磁共振波谱)对单一组分(纯物质)的有机化合物具有很强的定性能力。因此，近年来发展了色谱与“四大谱”联合使用，通过联接技术将色谱与“四大谱”构成一个整体联用仪，使色谱的高分离效能和质谱、红外光谱的强鉴别能力相结合，可以同时得到样品分析的定性和定量结
4、果，加上电子计算机对数据的快速处理及检索，为未知试样的定性分析开辟了新的前景。,二、气相色谱的定量分析方法,定量分析就是要确定样品中组分的准确含量。气相色谱的定量分析与大多数的仪器分析方法一样，是一种相对定量方法，而不是绝对定量方法。 气相色谱定量分析的依据是：在一定的条件下，被测组分 i 通过检测器的数量(或浓度) w i 与该组分色谱峰的峰面积 Ai 成正比。因此气相色谱定量分析的基本公式为：W i = fi Ai 式中的 f i称为组分的校正因子。由式可知，定量分析必须测量其峰面积 A i和确定组分的校正因子 f i ，再用适当的定量计算方法，将色谱峰面积换算为试样中组分的含量。,1、峰
5、面积的测量 在使用积分仪和色谱工作站测量蜂高和峰面积时，仪器可根据人为设定积分参数(半峰宽、峰高和最小峰面积等)和基线来计算每个色谱峰的峰高和峰面积。然后直接打印出峰高和峰面积的结果，以供定量计算使用。 当使用一般的记录仪记录色谱峰时，则需要用手工测量的方法对色谱峰和峰面积进行测量。虽然目前已很少采用手工测量法去测量色谱峰的峰高和峰面积。但是了解手工测量色谱峰峰高和峰面积的方法对理解积分仪和色谱工作站的工作原理及各种积分参数的设定是大有裨益的。所以，以下简单介绍两种常用的手工测量法。 (1)、峰高乘以半峰宽法 当色谱峰的峰形对称且不太窄时，可采用此法。即： 这种方法测得的峰面积为实际峰面积的
6、0.939 倍，因此实际面积应为：,(2)、峰高乘以平均峰宽当色谱峰的峰形不对称时，一般可采用此法。即先分别测出峰高为 0.15 和 0.85 处的峰宽，然后按下式计算面积： 此法计算出的峰面积较准确。 对一些对称的狭窄峰，可直接以峰高代替峰面积，这样做既简便快速，又准确。,2、定量校正因子的测定,气相色谱定量分析的依据是基于待测组分的量与其峰面积成正比的关系。但是峰面积的大小不仅与组分的量有关，而且还与组分的性质及检测器性能有关。用同一检测器测定同一种组分，当实验条件一定时，组分量愈大，相应的峰面积就愈大。但同一检测器测定相同质量的不同组分时，却由于不同组分性质不同，检测器对不同物质的响应值
7、不同，因而产生的峰面积也不同。因此不能直接应用峰面积计算组分含量。为此，引入“定量校正因子”来校正峰面积。定量校正因子分为绝对校正因子和相对校正因子。,(1)、绝对校正因子(fi ),绝对校正因子是指单位峰面积所代表的组分的量，即fi = mi / Ai 式中，mi 为组分质量(或物质的量，或体积)，Ai 为峰面积。定量校正因子受操作条件影响大，必须在实际操作条件下用标准纯物质测定。显然要准确求出各组分的绝对校正因子，一方面要准确知道进入检测器的组分的量 mi ，另一方面要准确测量出峰面积或峰高，并要求严格控制色谱操作条件，这在实际工作中有一定困难。因此，实际测量中通常不采用绝对校正因子，而采
8、用相对校正因子。,(2)、相对校正因子,相对校正因子是指组分 i 与另一标准物 S 的绝对校正因子之比，用表示： 式中，为相对校正因子；fi 为 i 物质的绝对校正因子；fs 为基准物质的绝对校正因子；mi 为 i 物质的质量； Ai 为 i 物质的峰面积；ms 为基准物质的质量；As 为基准物质的峰面积。,将一定量准确量的待测组分的纯物质 mi 和基准物 ms 混合后进样，测出其峰面积 Ai 、As ，即可求得相对校正因子。常用的基准物质对不同检测器是不同的，热导检测器常用苯作基准物，氢火焰离子化检测器常用正庚烷作基准物质。 通常将相对校正因子简称为校正因子，它是一个无因次量，数值与所用的计
9、量单位有关。根据物质量的表示方法不同，校正因子的表示也不同。,相对质量校正因子 组分的量以质量表示时的相对校正因子，用表示。这是最常用的校正因子。 相对摩尔校正因子 组分的量以物质的量 n 表示时的相对校正因子，用表示。,(3)、相对响应值,相对响应值是物质 i 与标准物质 S 的响应值(灵敏度)之比，单位相同时，与校正因子互为倒数，即和只与试样、标准物质以及检测器类型有关，而与操作条件和柱温、载气流速、固定液性质等无关，不受操作条件的影响，因而具有一定的通用性，是一个能通用的参数。国内外的色谱工作者在这方面已经做了大量的工作，测出了多种有机化合物和无机气体的相对校正因子数据，发表于文献中。本
10、教材附录3和附录4列有 TCD 和 FID 作检测器时部分有机化合物的和值(苯作基准物)。,(1) 归一化法 前提：样品中所有组分都有响应（出峰）,i,3.定量分析方法,简化：,归一化法简便、准确进样量的准确性和操作条件的变动对测定结果影响不大仅适用于试样中所有组分全出峰的情况,(2) 外标法（校准曲线法）,1 2 3 4 5 6 样品,A,m,mi,Ai,标准曲线法的优点是：绘制好标准工作曲线后测定工作就变得相当简单，可直接从标准工作曲线上读出含量，因此特别适合于大量样品的分析和生产控制分析。 标准曲线法的缺点是：要求操作条件稳定，进样量准确。但每次样品分析的色谱条件(检测器的响应性能，柱温
11、，流动相流速及组成，进样量，柱效等)很难完全相同，因此容易出现较大误差。此外，标准工作曲线绘制时，一般使用欲测组分的标准样品(或已知准确含量的样品)，而实际样品的组成却千差万别，因此必将给测量带来一定的误差。,(3) 内标法（不是每个组分都出峰，而且不要求测每个组分的含量）,样品,标准物质,s,i,内标法的优点是：进样量的变化、色谱条件的微小变化对内标法定量结果的影响不大，不像归一化法有使用上的限制。 内标法的缺点是：选择合适的内标物比较困难，而且需要准确称量试样和内标物的质量，操作较复杂，不适宜于快速控制分析。,(4)、标准加入法,标准加入法实质上是一种特殊的内标法，是在选择不到合适的内标物
12、时，以欲测组分的纯物质为内标物，加入到待测样品中，然后在相同的色谱条件下，测定加入欲测组分纯物质前后欲测组分的峰面积，从而计算欲测组分在样品中的含量的方法。标准加入法具体作法如下：首先在一定的色谱条件下作出欲分析样品的色谱图，测定其中欲测组分 i 的峰面积 Ai ；然后在该样品中准确加入一定量欲测组分的标样或纯物质(与样品相比，欲测组分的浓度增量为)，在完全相同的色谱条件下，作出已加入欲测组分(i)标样或纯物质后的样品的色谱图，测定这时欲测组分(i)的峰面积。此时待测组分的含量为：,标准加入法的优点是：不需要另外的标准物质作内标物，只需欲测组分的纯物质，进样量不必十分准确，操作简单。标准加入法
13、是色谱分析中较常用的定量分析方法。 标准加入法的缺点是：要求加入欲测组分前后两次色谱测定的色谱条件完全相同，以保证两次测定时的校正因子完全相等，否则将引起分析测定的误差。,三、气相色谱法的应用实例,1、永久性气体的分析在煤气、合成气及烟道气的分析中，经常遇到 H2、N2、O2、CO、CO2、CH4等永久性气体的分析问题，可用气固色谱法进行混合气中 O2、N2、CH4、CO 的分析。在常温下用 5A 或 13X 型分子筛柱(固定相)，热导池检测器，氢气作载气。用纯物质对照进行定性，用峰面积归一化法计算各个组分的含量( O2、N2、CH4、CO 的相对摩尔校正因子分别为 2.50、2.38、2、8
14、0 和 2.38 )。所获色谱图如图 13-15 所示。,图13-15 混合气中 O2、N2、CH4、CO 的分析(a)固定相为 13X 型分子筛；(b)固定相为 5A 型分子筛,2、低级烃类的全分析,天然气、石油裂解气作为近代合成化工的基本原料，其主要成分是低分子烃类。低分子烃类的全分析可用气液色谱法进行。在常温下，在硅藻土载体上涂渍角鲨烷(异三十烷)固定液作固定相，氢火焰离子化检测器，氮气为载气，氢气为燃气，空气助燃。分离时，对不同碳数的烃，按 C1C4 的顺序依次流出；对相同碳数的烃，按炔、烯、烷的顺序依次流出。用纯物质对照和相对保留值进行定性，用峰面积归一化法计算各个组分的含量。所获色谱图如图 13-16 所示。,图13-16 C1C4 烃类的分析,3、碳六至碳八芳烃的分析,C6C8 芳烃可用气液色谱法进行分析。在 85 柱温下，用有机皂土 34 与邻苯二甲酸二壬酯组成的混合固定液作固定相，热导池检测器，氢气作载气。用纯物质对照进行定性，用峰面积归一化法计算各个组分的含量。所获色谱图如图 13-17 所示。,图13-17 C6C8 芳烃的分析1-苯；2-甲苯；3-乙苯；4-对二甲苯(p)；5-间二甲苯(m)；6-邻二甲苯(o)；7-苯乙烯,
