《生物工業(yè)分析》課件第七章

生物工業(yè)分析第七章氣相色譜分析第一節(jié)基本原理第二節(jié)氣相色譜操作第三節(jié)色譜分析第四節(jié)應(yīng)用實(shí)例（酒中醇酯類組分的分析）

氣相色譜分析第一節(jié)基本原理一、氣相色譜法概述

它的分離原理是，使混合物中各組分在兩相間進(jìn)行分配，其中一相是不動的，稱為固定相，另一相是攜帶混合物流過此固定相的流體，稱為流動相。當(dāng)流動相中所含混合物經(jīng)過固定相時，就會與固定相發(fā)生作用。

由于各組分在性質(zhì)和結(jié)構(gòu)上的差異，與固定相發(fā)生作用的大小、強(qiáng)弱也有差異，因此在同一推動力作用下，不同組分在固定相中的滯留時間有長有短，從而按先后不同的次序從固定相中流出。這種借在兩相間分配原理而使混合物中各組分分離的技術(shù)，稱為色譜分離技術(shù)或色譜法（又稱色層法、層析法）。

氣相色譜分析色譜法分類：（1）按流動相的物態(tài)，色譜法可分為氣相色譜法（流動相為氣體）和液相色譜法（流動相為液體）；再按固定相的物態(tài)，又可分為氣固色譜法（固定相為固體吸附劑）汽液色譜法（固定相為涂在固體擔(dān)體上或毛細(xì)管壁上的液體）、液固色譜法和液液色譜法等。（2）按固定相使用的形式，可分為柱色譜法（固定相裝在色譜柱中）、紙色譜法（濾紙為固定相）和薄層色譜法（將吸附劑粉末制成薄層作固定相）等。

（3）按分離過程的機(jī)制，可分為吸附色譜法（利用吸附劑表面對不同組分的物理吸附性能的差異進(jìn)行分離）、分配色譜法（利用不同組分在兩相中有不同的分配系數(shù)來進(jìn)行分離）、離子交換色譜法（利用離子交換原理）和排阻色譜法（利用多孔性物質(zhì)對不同大小分子的排阻作用）等。

氣相色譜分析

1．氣相色譜的一般流程

如圖7－1所示。載氣由高壓鋼瓶1供給，經(jīng)減壓閥2減壓后，進(jìn)入載氣凈化干燥管3以除去載氣中的水分。由針形閥4控制載氣的壓力和流量。流量計5和壓力表6用以指示載氣的柱前流量和壓力。再經(jīng)過進(jìn)樣器（包括氣化室）7，試樣就在進(jìn)樣器注人（如為液體試樣，經(jīng)氣化室瞬間氣化為氣體）。由不斷流動的載氣攜帶試樣進(jìn)入色譜柱8，將各組分分離，各組分依次進(jìn)入檢測器9后放空。檢測器信號由記錄儀10記錄，就可得到如圖7—2所示的色譜圖。氣相色譜分析氣相色譜分析2．氣相分析的理論基礎(chǔ)

色譜柱有兩種，一種是內(nèi)裝固定相的，稱為填充柱，通常為用金屬（銅或不銹鋼）或玻璃制成的內(nèi)徑2～6mm，長0.5～10m的U形或螺旋形的管子。另一種是將固定液均勻地涂敷在毛細(xì)管的內(nèi)壁的，稱為毛細(xì)管柱?，F(xiàn)以填充柱為例簡要說明色譜分離的原理。在填充柱內(nèi)填充的固定相有兩類，即氣一固色譜分析中的固定相和氣一液色譜分析中的固定相。氣相色譜分析氣——固色譜分析中的固定相是一種具有多孔性及較大表面積的吸附劑顆粒。試樣由載氣攜帶進(jìn)入柱子時，立即被吸附劑所吸附。載氣不斷流過吸附劑時，吸附著的被測組分又被洗脫下來。這種洗脫下來的現(xiàn)象稱為脫附。脫附的組分隨著載氣繼續(xù)前進(jìn)時，又可被前面的吸附劑所吸附。隨著載氣的流動，被測組分在吸附劑表面進(jìn)行反復(fù)的物理吸附、脫附過程。由于被測物質(zhì)中各個組分的性質(zhì)不同，它們在吸附劑上的吸附能力就不一樣，較難被吸附的組分就容易被脫附，較快地移向前面。容易被吸附的組分就不易被脫附，向前移動得慢些。經(jīng)過一定時間，即通過一定量的載氣后，試樣中的各個組分就彼此分離而先后流出色譜柱。

氣相色譜分析氣——液色譜分析中的固定相是在化學(xué)惰性的固體微粒（此固體是用來支持固定液的，稱為擔(dān)體）表面，涂上一層高沸點(diǎn)有機(jī)化合物的液膜。這種高沸點(diǎn)有機(jī)化合物稱為固定液。在氣——液色譜柱內(nèi)，被測物質(zhì)中各組分的分離是基于各組分在固定液中溶解度的不同。當(dāng)載氣攜帶被測物質(zhì)進(jìn)入色譜柱和固定液接觸時，氣相中的被測組分就溶解到固定液中去。載氣連續(xù)流經(jīng)色譜柱，溶解在固定液中的被測組分會從固定液中揮發(fā)到氣相中去。隨著載氣的流動，揮發(fā)到氣相中的被測組分分子又會溶解在前面的固定液中。這樣反復(fù)多次溶解、揮發(fā)、再溶解、再揮發(fā)。由于各組分在固定液中溶解能力不同，溶解度大的組分就較難揮發(fā)，停留在往中的時間就長些，往前移動得就慢些。而溶解度小的組分，往前移得快些，停留在柱中的時間就短些。經(jīng)過一定時間后，各組分就彼此分離。

氣相色譜分析物質(zhì)在固定相和流動相（氣相）之間發(fā)生的吸附、脫附和溶解、揮發(fā)的過程，叫做分配過程。在一定溫度下組分在兩相之間分配達(dá)到平衡時的濃度比稱為分配系數(shù)K。7-1分配比亦稱容量因子或容量比，以k表示，是指在一定溫度、壓力下，在兩相間達(dá)到分配平衡時，組分在兩相中的質(zhì)量比:

7-2式中ms為組分分配在固定相中的質(zhì)量，mM為組分分配在流動相中的質(zhì)量。氣相色譜分析分配比與分配系數(shù)K的關(guān)系為：7-3

式中

VM為色譜柱中流動相體積，即柱內(nèi)固定相顆粒間的空隙體積。

VS為色譜柱中固定相體積，在氣——液色譜分析中它為固定液體積，在氣——固色譜分析中則為吸附劑表面容量。VM與VS之比稱為相比，以β表示之。由上式可見：（1）分配系數(shù)是組分在兩相中濃度之比，分配比則是組分在兩相中分配總量之比。它們都與組分及固定相的熱力學(xué)性質(zhì)有關(guān)，并隨柱溫、柱壓的變化而變化。氣相色譜分析（2）分配系數(shù)只決定于組分和兩相性質(zhì)，與兩相體積無關(guān)。分配比不僅決定于組分和兩相性質(zhì)，且與相比有關(guān)，亦即組分的分配比隨固定相的量而改變。

（3）對于一給定色譜體系（分配體系），組分的分離最終決定于組分在每相中的相對量，而不是相對濃度，因此分配比是衡量色譜柱對組分保留能力的重要參數(shù)。k值越大，保留時間越長，k值為零的組分，其保留時間即為死時間tM。

（4）若流動相（載氣）在柱內(nèi)的線速度為u，即一定時間里載氣在柱中流動的距離（單位為cm·s－1）。由于固定相對組分有保留作用，所以組分在柱內(nèi)的線速度

uS將小于

u，則兩速度之比稱為滯留因子Rs。7-4

氣相色譜分析

RS亦可用質(zhì)量分?jǐn)?shù)w表示：

7-5組分和流動相通過長度為L的色譜柱，所需時間分別為

7-67-7經(jīng)整理得7-8氣相色譜分析二、色譜流出曲線色譜圖（圖7-2）是以組分的濃度變化作為縱坐標(biāo)，流出時間作橫坐標(biāo)的，這種曲線稱為色譜流出曲線（圖7-3）。

氣相色譜分析三、氣相色譜中有關(guān)術(shù)語

1．基線（baseline）當(dāng)色譜柱后沒有組分進(jìn)入檢測器時，在實(shí)驗(yàn)操作條件下，反映檢測器系統(tǒng)噪聲隨時間變化的線稱為基線。穩(wěn)定的基線是一條直線，如圖7-3中所示的直線。基線漂移（baselinedrift）指基線隨時間定向的緩慢變化。

2．基線噪聲（baselinenoise）指由各種因素所引起的基線起伏。

3．保留值（retentionvalue）表示試樣中各組分在色譜柱中的滯留時間的數(shù)值。通常用時間或用將組分帶出色譜柱所需載氣的體積來表示。氣相色譜分析

4．死時間（deadtime）tM指不被固定相吸附或溶解的氣體（如空氣、甲烷）從進(jìn)樣開始到拄后出現(xiàn)濃度最大值時所需的時間，如圖7-3中O’A’所示。顯然，死時間正比于色譜柱的空隙體積。

5．保留時間（retentiontime）tR。指被測組分從進(jìn)樣開始到柱后出現(xiàn)濃度最大值時所需的時間，如圖7-3中OB。

6．調(diào)整保留時間（adjustedretentiontime）tR’指扣除死時間后的保留時間，如圖7－3中A’B，即

tR’=tR-tM7-9

此參數(shù)可理解為，某組分由于溶解或吸附于固定相，比不溶解或不被吸附的組分在色譜柱中多滯留的時間。

氣相色譜分析

7．死體積（deadvolume）VM指色譜柱在填充后柱管內(nèi)固定相顆粒間所剩留的空間、色譜儀中管路和連接頭間的空間以及檢測器的空間的總和。當(dāng)后兩項(xiàng)很小而可忽略不計時，死體積可由死時間與色譜柱出口的載氣體積流速F0來計算

VM=tMF0

8．保留體積（retentionvolme）VR指從進(jìn)樣開始到柱后被測組分出現(xiàn)濃度最大值時所通過的載氣體積，即

VR=tRF07-10

9．調(diào)整保留體積（adjustedretentionvolme）VR’指扣除死體積后的保留體積，即

VR’=tR’·FO

或VR’=VR－VM7-11

氣相色譜分析10．區(qū)域?qū)挾龋╬eakwidth）

區(qū)域?qū)挾仍秸胶?。度量色譜峰區(qū)域?qū)挾鹊娜N方法：

（1）標(biāo)準(zhǔn)偏差（standarddeviation）σ即0.607倍峰高處色譜峰寬度的一半，如圖7－3中EF的一半。（2）半峰寬度（Peakwidthathalfheight）Yl／2又稱半寬度或區(qū)域?qū)挾龋醇捶甯邽橐话胩幍膶挾?，如圖7－3中GH，它與標(biāo)準(zhǔn)偏差的關(guān)系為

7-12

（3）峰底寬度（PeakwidthatPeakbase）Y自色譜峰兩側(cè)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)所作切線在基線上的截距，如圖7－3中的IJ所示。它與標(biāo)準(zhǔn)偏差的關(guān)系為

Y=4σ7-13

氣相色譜分析利用色譜流出曲線可以解決以下問題：（1）根據(jù)色譜峰的位置（保留值）可以進(jìn)行定性檢定；（2）根據(jù)色譜峰的面積或峰高可以進(jìn)行定量測定；

（3）根據(jù)色譜峰的位置及其寬度，可以對色譜柱分離情況進(jìn)行評價。

氣相色譜分析第二節(jié)氣相色譜操作一、操作條件的選擇1．分離條件的選擇分離度（resolution）定義為相鄰兩組分色譜峰保留值之差與兩個組分色譜峰峰底寬度總和之半的比值：

7-14式中tR（2）和tR（1）分別為兩組分的保留時間（也可采用調(diào)整保留時間），Y1和Y2為相應(yīng)組分的色譜峰的峰底寬度，與保留值單位相同。R值越大，就意味著相鄰兩組分分離得越好。若峰形對稱且滿足于正態(tài)分布，則當(dāng)R=1時，分離程度可達(dá)98％；當(dāng)R=1.5時，分離程度可達(dá)99.7％。因而可用R＝1.5來作為相鄰兩峰已完全分開的標(biāo)志。氣相色譜分析當(dāng)兩組分的色譜峰分離較差，峰底寬度難于測量時，可用半峰寬代替峰底寬度，并用下式表示分離度：7-15與R的物理意義是一致的，R＝0.59R’，應(yīng)用時要注意所采用分離度的計算方法。

對于難分離物質(zhì)對，由于它們的保留值差別小，可合理地認(rèn)為Y1=Y2=Y，k1≈k2=k。經(jīng)整理推導(dǎo)得用有效理論塔板數(shù)表示的色譜分離基本方程式為：

7-16式中是柱選擇性的量度，n有效為有效理論塔板數(shù)。

氣相色譜分析（1）分離度與柱效的關(guān)系（往效因子）當(dāng)固定相確定，亦即被分離物質(zhì)對的α確定后，欲使達(dá)到一定的分離度，將取決于n。增加柱長可改進(jìn)分離度，但增加柱長使各組分的保留時間增長，延長了分析時間并使峰產(chǎn)生擴(kuò)展，因此在達(dá)到一定的分離度條件下應(yīng)使用短一些的色譜柱。除增加柱長外，增加n值的另一辦法是減小柱的塔板高度（H），這意味著應(yīng)制備一根性能優(yōu)良的柱子，并在最優(yōu)化條件下進(jìn)行操作。氣相色譜分析（2）分離度與容量比的關(guān)系（容量因子）

k值大一些對分離有利，但并非越大越有利。當(dāng)是k＞10時，k／（k十1）的改變不大，對R的改進(jìn)不明顯，反而使分析時間大為延長。因此k值的最佳范圍是1＜k＜10，在此范圍內(nèi)，既可得到大的R值，亦可使分析時間不至過長,使峰的擴(kuò)展不會太嚴(yán)重而對檢測發(fā)生影響。使k改變的方法有：改變柱溫和改變相比。前者會影響分配系數(shù)而使k改變；改變相比包括改變固定相量VS及柱的死體積VM。其中VM影響k／（1十k），當(dāng)組分的保留值較大而VM又相當(dāng)小時，k／（1十k）隨VM增加而急劇下降，導(dǎo)致達(dá)到相同的分離度所需n值大為增加。由此可見，使用死體積大的柱子，分離度要受到大的損失。采用細(xì)顆粒固定相，填充得緊密而均勻，可使柱死體積降低。

氣相色譜分析（3）分離度與往選擇性的關(guān)系（選擇因子）

α是柱選擇性的量度，α越大，柱選擇性越好，分離效果越好。在實(shí)際工作中，可由一定的α值和所要求的分離度，用式（7-15）計算柱子所需的有效理論塔板數(shù)。表7－1列出了根據(jù)公式計算得到的一些結(jié)果。

當(dāng)α值為1時，分離所需的有效理論塔板數(shù)為無窮大，故分離不能實(shí)現(xiàn)。在α值相當(dāng)小的情況下，特別是α＜1.1時，實(shí)現(xiàn)分離所需的有效理論塔板數(shù)很大，此時首要的任務(wù)應(yīng)當(dāng)是增大當(dāng)α值。如果兩相鄰峰的α值已足夠大，即使色譜柱的理論塔板數(shù)較小，分離亦可順利地實(shí)現(xiàn)。增加α簡便而有效的方法是通過改變固定相，使各組分的分配系數(shù)有較大差別。

氣相色譜分析аn有效R=1.0R=1.51.001.0051.011.021.051.071.101.151.251.502.0∞6500001630004200071003700190094040014065∞14500003670009400016000840044002100900320145表7-1在給定的а值下,獲得所需分離度對柱有效理論塔板數(shù)的要求

氣相色譜分析分離度、柱效和選擇性參數(shù)的聯(lián)系：

7-17

7-187-19

7-20因而只要已知兩個指標(biāo)，就可估算出第三個指標(biāo)。

氣相色譜分析2．操作條件的選擇（1）載氣及其流速的選擇塔板高度H與在其線速度u的關(guān)系為

H=A十（B/u）十Cu

7-21式中A，B，C為三個常數(shù)，其中A稱渦流擴(kuò)散項(xiàng)，B為分子擴(kuò)散項(xiàng)，C為傳質(zhì)阻力。用在不同流速下測得的塔板高度H對流速u作圖，得H－u曲線圖（圖7-5）。在曲線的最低點(diǎn)，塔板高度H最?。℉最小）。此時柱效最高。該點(diǎn)所對應(yīng)的流速即為最佳流速u最佳，u最佳及H最小可由上式微分求得：7-22得出：7-23氣相色譜分析在實(shí)際工作中，為了縮短分析時間，往往使流速稍高于最佳流速。從式（7－20）及圖7-5可見，當(dāng)流速較小時，分子擴(kuò)散項(xiàng)（B項(xiàng)）就成為色譜峰擴(kuò)張的主要因素，此時應(yīng)采用相對分子質(zhì)量較大的載氣（N2，Ar），使組分在載氣中有較小的擴(kuò)散系數(shù)。而當(dāng)流速較大時，傳質(zhì)項(xiàng)（C項(xiàng)）為控制因素，宜采用相對分子質(zhì)量較小的載氣（H2，He），此時組分在載氣中有較大的擴(kuò)散系數(shù)，可減小氣相傳質(zhì)阻力，提高柱效。

氣相色譜分析（2）柱溫的選擇選擇的原則是：在使最難分離的組分能盡可能好的分離的前提下，盡可能采取較低的柱溫，但以保留時間適宜，峰形不拖尾為度。對于高沸點(diǎn)混合物（300一400℃），希望在較低的柱溫下（低于其沸點(diǎn)100～200℃）分析。對于沸點(diǎn)不太高的混合物（200～300℃），可在中等柱溫下操作，固定液質(zhì)量分?jǐn)?shù)5％～10％，柱溫比其平均沸點(diǎn)低100℃。對于沸點(diǎn)在100～200℃的混合物，柱溫可選在其平均沸點(diǎn)2／3左右，固定液質(zhì)量分?jǐn)?shù)10％～15％。對于氣體、氣態(tài)烴等低沸點(diǎn)混合物，柱溫選在其沸點(diǎn)或沸點(diǎn)以上，以便能在室溫或50℃以下分析。固定液質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在15％～25％。

氣相色譜分析對于沸點(diǎn)范圍較寬的試樣，宜采用程序升溫，即柱溫按預(yù)定的加熱速度，隨時間作線性或非線性的增加。圖7-6為寬沸程試樣在恒定柱溫及程序升溫時的分離結(jié)果比較。圖（a）為柱溫（tC）恒定于45℃時的分離結(jié)果，此時只有五個組分流出色譜柱，但低沸點(diǎn)組分分離良好；圖（b）為柱溫恒定于120℃時的分離情況，因柱溫升高，保留時間縮短，低沸點(diǎn)組分峰密集，分離不好；圖（C）為程序升溫時的分離情況，從對30℃起始，升溫速度為5℃·min-1，低沸點(diǎn)及高沸點(diǎn)組分都能在各自適宜的溫度下得到良好的分離。

氣相色譜分析（3）固定相的選擇

氣——固色譜固定相在氣——固色譜法中作為固定相的吸附劑，常用的有非極性的活性炭，弱極性的氧化鋁，強(qiáng)極性的硅膠等。

氣——液色譜固定相擔(dān)體對擔(dān)體有以下幾點(diǎn)要求。（1）表面應(yīng)是化學(xué)情性的，即表面沒有吸附性或吸附性很弱，更不能與被測物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)。（2）多孔性，即表面積較大，使固定液與試樣的接觸面較大。氣相色譜分析（3）熱穩(wěn)定性好，有一定的機(jī)械強(qiáng)度，不易破碎。

（4）對擔(dān)體粒度的要求，一般希望均勻、細(xì)小，這樣有利于提高柱效。但顆粒過細(xì)，使柱壓降增大，對操作不利。一般選用40～60目，60～80目或80～100目等。選擇擔(dān)體的大致原則為：①當(dāng)固定液質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于5％時，可選用硅藻土型（白色或紅色）擔(dān)體。②當(dāng)固定液質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于5％時，應(yīng)選用處理過的擔(dān)體。③對于高沸點(diǎn)組分，可選用玻璃微球擔(dān)體。④對于強(qiáng)腐蝕性組分，可選用氟擔(dān)體。

氣相色譜分析固定液（1）對固定液的要求。

a．揮發(fā)性小，在操作溫度下有較低蒸氣壓，以免流失。

b．熱穩(wěn)定性好，在操作溫度下不發(fā)生分解。在操作溫度下呈液體狀態(tài)。

c．對試樣各組分有適當(dāng)?shù)娜芙饽芰Γ駝t易被載氣帶走而起不到分配作用。

d．具有高的選擇性，即對沸點(diǎn)相同或相近的不同物質(zhì)有盡可能高的分離能力。

e．化學(xué)穩(wěn)定性好，不與被測物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)。

氣相色譜分析（2）固定液的分離特征。在氣相色譜中常用“極性”來說明固定液和被測組分的性質(zhì)。由電負(fù)性不同的原子所構(gòu)成的分子，它的正電中心和負(fù)電中心不重合時，就形成具有正負(fù)極的極性分子。如果組分與固定液分子性質(zhì)（極性）相似，固定液和被測組分兩種分子間的作用力就強(qiáng)，被測組分在固定液中的溶解度就大，分配系數(shù)就大，也就是說，被測組分在固定液中溶解度或分配系數(shù)的大小與被測組分和固定液兩種分子之間相互作用力的大小有關(guān)。分子間的相互作用力包括靜電力、誘導(dǎo)力、色散力和氫鍵力等。氣相色譜分析（3）固定液的選擇a．分離非極性物質(zhì)，一般選用非極性固定液，這時試樣中各組分按沸點(diǎn)次序先后流出色譜柱，沸點(diǎn)低的先出峰，沸點(diǎn)高的后出峰。

b．分離極性物質(zhì)，選用極性固定液，這時試樣中各組分主要按極性順序分離，極性小的先流出色譜柱，極性大的后流出色譜柱。

c．分離非極性和極性混合物時，一般選用極性固定液，這時非極性組分先出峰，極性組分（或易被極化的組分）后出峰。

d．對于能形成氫鍵的試樣一般選擇極性的或是氫鍵型的固定液，不易形成氨鍵的先流出，最易形成氨鍵的最后流出。氣相色譜分析（4）進(jìn)樣時間和進(jìn)樣量進(jìn)樣速度必須很快，一般用注射器或進(jìn)樣閥進(jìn)樣時，進(jìn)樣時間都在一秒鐘以內(nèi)。液體試樣一般進(jìn)樣0.1～5μL。氣體試樣0.1～10mL。最大允許的進(jìn)樣量，應(yīng)控制在峰面積或峰高與進(jìn)樣量呈線性關(guān)系的范圍內(nèi)。（5）氣化溫度進(jìn)樣后要有足夠的氣化溫度，使液體試樣迅速氣化后被載氣帶人柱中。在保證試樣不分解的情況下，適當(dāng)提高氣化溫度對分離及定量有利。一般選擇氣化溫度比柱溫高30～70℃。

氣相色譜分析二、操作步驟啟動儀器前先檢查氣路，電路是否按照要求接好，通入載氣，先開鋼瓶閥，再開減壓器，調(diào)節(jié)針形閥，控制載氣流速度使之符合操作條件。啟動、恒溫，開啟總電源開關(guān)，再依次打開柱槽、進(jìn)樣器、熱導(dǎo)溫控開關(guān)，將柱溫、汽化室、檢測器溫度調(diào)節(jié)旋鈕轉(zhuǎn)至要求的位置，加熱至一定時間后，用溫度測量旋鈕分別檢查三處溫度是否符合要求，若溫度已符合要求，再檢查載氣流速是否正常。氣相色譜分析調(diào)整基線衰減到要求值，打開熱導(dǎo)開關(guān)，將橋電流調(diào)節(jié)旋鈕旋到電流要求值，同時打開數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，擊“查看基線”，再擊“基線調(diào)零”。此時，基線回到“0”位置，儀器穩(wěn)定后，基線應(yīng)在“0”位置，若不在，擊“基線調(diào)零”，選擇適當(dāng)?shù)臅r間值電壓值和分析方法及其他選項(xiàng)，待基線走直后，即可進(jìn)行分析。進(jìn)樣，用微量進(jìn)樣器注入待測樣品。關(guān)機(jī)，測量完成后，將橋電流調(diào)節(jié)旋鈕轉(zhuǎn)到最小位置，關(guān)閉熱導(dǎo)電源，柱槽，進(jìn)樣器，熱導(dǎo)溫控開關(guān)，再關(guān)掉總電源，待溫度下降后，關(guān)斷載氣。氣相色譜分析第三節(jié)色譜分析一、定性分析1．根據(jù)色譜保留值進(jìn)行定性分析其應(yīng)用僅限于當(dāng)未知物通過其它方面的考慮（如來源，其它定性方法的結(jié)果等）已被確定可能為某幾個化合物或?qū)儆谀撤N類型時作最后的確證；其可靠性不足以鑒定完全未知的物質(zhì)。一般宜采用僅與柱溫有關(guān)，而不受操作條件影響的相對保留值r21作為定性指標(biāo)。對于較簡單的多組分混合物，如果其中所有待測組分均為已知，它們的色譜峰也能一一分離，則為了確定各個色譜峰所代表的物質(zhì)，可將各個保留值與各相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)試樣在同一條件下所測得的保留值進(jìn)行對照比較。

氣相色譜分析對色譜圖上出現(xiàn)的未知峰進(jìn)行鑒定。這時，首先充分利用對未知物了解的情況（如來源，性質(zhì)等等）估計出未知物可能是哪幾種化合物。再從文獻(xiàn)中找出這些化合物在某固定相上的保留值，與未知物在同一固定相上的保留值進(jìn)行粗略比較，以排除一部分，同時保留少數(shù)可能的化合物。然后將未知物與每一種可能化合物的標(biāo)準(zhǔn)試樣在相同的色譜條件下進(jìn)行驗(yàn)證，比較兩者的保留值是否相同。

如果兩者（未知物與標(biāo)準(zhǔn)試樣）的保留值相同，但峰形不同，仍然不能認(rèn)為是同一物質(zhì)。進(jìn)一步的檢驗(yàn)方法是將兩者混合起來進(jìn)行色譜實(shí)驗(yàn)。如果發(fā)現(xiàn)有新峰或在未知峰上有不規(guī)則的形狀（例如峰略有分叉等）出現(xiàn)，則表示兩者并非同一物質(zhì)；如果混合后峰增高而半峰寬并不相應(yīng)增加，則表示兩者很可能是同一物質(zhì)。氣相色譜分析保留指數(shù)，又稱

Kováts指數(shù)，是一種重現(xiàn)性較其它保留數(shù)據(jù)都好的定性參數(shù)，可根據(jù)所用固定相和柱溫直接與文獻(xiàn)值對照而不需標(biāo)準(zhǔn)試樣。某物質(zhì)的保留指數(shù)可由下式計算而得：7-24式中X為保留值，可以用調(diào)整保留時間t’R，調(diào)整保留體積V’R或相應(yīng)的記錄值的距離表示。i為被測物質(zhì),Z,Z+1代表具有Z個和Z+1個碳原子的正構(gòu)烷烴。被測物質(zhì)的X值應(yīng)恰好在兩個正構(gòu)烷烴X值之間，即XZ<Xi<XZ+1。正構(gòu)烷烴的保留指數(shù)則人為地定位它的碳數(shù)乘以100，例如正戊烷、正己烷、正庚烷的保留指數(shù)分別為500,600,700。因此，欲求某物質(zhì)的保留指數(shù)，只要與相鄰的正構(gòu)烷烴混合在一起（或分別地），在給定條件下進(jìn)行色譜實(shí)驗(yàn)，然后按上式（7-23）計算保留指數(shù)。氣相色譜分析現(xiàn)以乙酸正丁酯在阿皮松L柱上，柱溫為100℃時的保留指數(shù)為例來加以說明。選正庚烷、正辛烷兩個正構(gòu)烷烴，乙酸正丁酯的峰在此兩正構(gòu)烷烴峰的中間（圖7－7）。氣相色譜分析設(shè)相當(dāng)于調(diào)整保留時間的記錄紙距離為：正庚烷（n－C7）Xz=174.0mmlg174.0＝2.2406乙酸正了酯X=310.0mmlg310.0=2.4914正辛烷（n－C8）Xz+1=373.4mmlg373.4=2.5722

Z＝7，將上述數(shù)據(jù)代人式（7-23）得：

同一物質(zhì)在同一柱上，其I值與柱溫呈直線關(guān)系，這就便于用內(nèi)插法或外推法求出不同柱溫下的I值。保留指數(shù)的有效數(shù)字為三位，其準(zhǔn)確度和重視性都很好，相對誤差＜1％，因此只要柱溫和固定液相同，就可用文獻(xiàn)上發(fā)表的保留指數(shù)進(jìn)行定性鑒定，而不必用純物質(zhì)。

氣相色譜分析2．與其它方法結(jié)合的定性分析法（1）與質(zhì)譜、紅外光譜等儀器聯(lián)用較復(fù)雜的混合物經(jīng)色譜柱分離為單組分，再利用質(zhì)譜、紅外光譜或核磁共振等儀器進(jìn)行定性鑒定。（2）與化學(xué)方法配合進(jìn)行定性分析帶有某些官能團(tuán)的化合物，經(jīng)一些特殊試劑處理，發(fā)生物理變化或化學(xué)反應(yīng)后，其色譜峰將會消失或提前或移后，比較處理前后色譜圖的差異，就可初步辨認(rèn)試樣含有哪些官能團(tuán)。3．利用檢測器的選擇性進(jìn)行定性分析

不同類型的檢測器對各種組分的選擇性和靈敏度是不相同的，利用不同檢測器具有不同的選擇性和靈敏度，可以對未知物大致分類定性。

氣相色譜分析二、定量分析

在一定操作條件下，分析組分i的質(zhì)量（mi）或其在載氣中的濃度是與檢測器的響應(yīng)信號（色譜圖上表現(xiàn)為峰面積Ai或峰高h(yuǎn)i）成正比的．可寫作：7-25

峰面積測量法1．峰高乘半峰寬法當(dāng)色譜峰為對稱峰時可采用此法。根據(jù)等腰三角形面積的計算方法，可以近似認(rèn)為峰面積等于峰高乘以半峰寬：

7-26這樣測得的峰面積為實(shí)際峰面積的0.94倍，實(shí)際上峰面積應(yīng)為：

7-27氣相色譜分析2．峰高乘底寬度法這是一種作圖求峰面積的方法。這種作圖法測得的峰面積約為真實(shí)面積的0.98倍。對于矮而寬的峰，此法更準(zhǔn)確些。但應(yīng)注意，在同一分析中，只能用同一種近似測量方法。3．峰高乘平均峰寬法對于不對稱色譜峰使用此法可得較準(zhǔn)確的結(jié)果。所謂平均峰寬是指在峰高0.15和0.85處分別測峰寬，然后取其平均值：7-28

氣相色譜分析4．峰高乘保留值法在一定操作條件下，同系物的半峰寬與保留時間成正比，即：7-29在相對計算時，b可約去，于是：

此法適用于狹窄的峰。

氣相色譜分析5．積分儀積分儀或稱數(shù)據(jù)處理機(jī)是測量峰面積最方便的工具，速度快，線性范圍寬，精度一般可達(dá)0.2％～2％，對小峰或不對稱峰也能得出較準(zhǔn)確的結(jié)果。數(shù)字電子積分儀能以數(shù)字的形式把峰面積和保留時間打印出來。

氣相色譜分析定量校正因子

1．質(zhì)量校正因子7-31式中下標(biāo)i,s分別代表被測物和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。2．摩爾校正因子7-32式中Mi,Ms

分別代表被測物和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)相對分子質(zhì)量。氣相色譜分析3．體積校正因子7-33

4．相對響應(yīng)值s’

相對響應(yīng)值是物質(zhì)I與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)s的響應(yīng)值（靈敏度）值比。單位相同時，它與校正因子互為倒數(shù)，即：7-34

s’和f’值與試樣、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)以及檢測器類型有關(guān)，而與操作條件和柱溫、在氣流速、固定液性質(zhì)等無關(guān)，因而是一個通用的常數(shù)，表7-2列出了一些校正因子數(shù)據(jù)。

氣相色譜分析化合物沸點(diǎn)℃相對分子質(zhì)量熱導(dǎo)池檢測器氫焰電離檢測器fMMfmfm甲烷乙烷丙烷丁烷乙烯乙炔苯甲苯環(huán)己烷甲醇乙醇丙酮-160-89-42-0.5-104-83.680110816578561630445828267892843246582.801.961.551.182.08

1.000.860.881.821.391.160.450.590.680.680.59

0.780.790.740.580.640.681.031.031.020.910.980.940.890.940.994.352.182.04表7-2一些化合物的校正因子

氣相色譜分析化合物沸點(diǎn)℃相對分子質(zhì)量熱導(dǎo)池檢測器氫焰電離檢測器fMMfmfm乙醛乙醚甲酸乙酸乙酸乙酯氯仿吡啶氨氮氧CO2CCl4H2O2135100.7118.277

11533//

10044744660881197917283244154181.540.91

0.90.931.02.382.382.52.080.933.030.680.67

0.791.100.790.420.670.800.921.430.55

1.004.172.64

氣相色譜分析幾種常用的定量計算方法1．歸一化法當(dāng)試樣中各組分都能流出色譜柱，并在色譜圖上顯示色譜峰時，可用此法進(jìn)行定量計算。假設(shè)試樣中有n個組分，每個組分的質(zhì)量分別為m1，m2，…，mn，各組分含量的總和m為100％，其中組分i的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；可按下式計算：7-35fi為質(zhì)量校正因子，得質(zhì)量分?jǐn)?shù)；如為摩爾校正因子，則的摩爾分?jǐn)?shù)或體積分?jǐn)?shù)（氣體）。

氣相色譜分析若各組分的f值相近或相同，則上式可簡化為：7-36對于狹窄的色譜峰，也有用峰高代替峰面積來進(jìn)行定量測定。當(dāng)各種操作條件保持嚴(yán)格不變時，在一定的進(jìn)樣量范圍內(nèi)，峰的半寬度是不變的，因此峰高就直接代表某一組分的量。這種方法快速簡便，最適合于工廠和一些具有固定分析任務(wù)的化驗(yàn)室使用。此時7-37式中f’’為峰高校正因子，此值需自行測定，測定方法同峰面積校正因子，不同的是用峰高來代替峰面積。歸一化法的優(yōu)點(diǎn)是：簡便、準(zhǔn)確，當(dāng)操作條件、如進(jìn)樣量、流速等變化時，對結(jié)果影響小。

氣相色譜分析2．內(nèi)標(biāo)法當(dāng)只需測定試樣中某幾個組分，而且試樣中所有組分不能全部出峰時，可采用此法。所謂內(nèi)標(biāo)法是將一定量的純物質(zhì)作為內(nèi)標(biāo)物，加入到準(zhǔn)確稱取的試樣中，根據(jù)被測物和內(nèi)標(biāo)物的質(zhì)量及其在色譜圖上相應(yīng)的峰面積比，求出某組分的含量。例如要測定試樣中組分i（質(zhì)量為mi）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)wi,可于試樣中加人質(zhì)量為ms的內(nèi)標(biāo)物，試樣質(zhì)量為m，則

7-38一般常以內(nèi)標(biāo)物為基準(zhǔn)，則，此時計算可簡化為7-39

氣相色譜分析內(nèi)標(biāo)物的選擇是重要的。它應(yīng)該是試樣中不存在的純物質(zhì)；加入的量應(yīng)接近于被測組分；同時要求內(nèi)標(biāo)物的色譜峰位于被測組分色譜峰附近，或幾個被測組分色譜峰的中間，并與這些組分完全分離；還應(yīng)注意內(nèi)標(biāo)物與欲測組分的物理及物理化學(xué)性質(zhì)（如揮發(fā)度，化學(xué)結(jié)構(gòu)，極性以及溶解度等）相近，這樣當(dāng)操作條件變化時，更有利于內(nèi)標(biāo)物及欲測組分作勻稱的變化。此法優(yōu)點(diǎn)是定量較準(zhǔn)確，而且不像歸一化法有使用上的限制；但每次分析都要準(zhǔn)確稱取試樣和內(nèi)標(biāo)物的質(zhì)量，因而它不宜于作快速控制分析。

氣相色譜分析3．內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線法由式（7-37）可見，若稱量同樣量的試樣，加入恒定量的內(nèi)標(biāo)物，則此式中fims/（fsm）×100%為一常數(shù)，此時7-40

取固定量的標(biāo)準(zhǔn)溶液和內(nèi)標(biāo)物，混合后進(jìn)樣分析，測Ai和As，以Ai／As對標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度作圖（圖7－8）。分析時，取和制作標(biāo)準(zhǔn)曲線時所用量同樣的試樣和內(nèi)標(biāo)物，測出其峰面積比，從標(biāo)難曲線上查出被測物的含量。

氣相色譜分析4．外標(biāo)法（又稱定量進(jìn)樣——標(biāo)準(zhǔn)曲線法）用欲測組分的純物質(zhì)加稀釋劑（對液體試樣用溶劑稀釋，氣體試樣用載氣或空氣稀釋）配成不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的標(biāo)準(zhǔn)溶液，取固定量標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)樣分析，從所得色譜圖上測出響應(yīng)信號（峰面積或峰高等），然后繪制響應(yīng)信號（縱坐標(biāo)）對質(zhì)量分?jǐn)?shù)（橫坐標(biāo)）的標(biāo)準(zhǔn)曲線。分析試樣時，取和制作標(biāo)準(zhǔn)曲線時同樣量的試樣（固定量進(jìn)樣），測得該試樣的響應(yīng)信號，由標(biāo)準(zhǔn)曲線即可查出其質(zhì)量分?jǐn)?shù)。此法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡單，計算方便；但結(jié)果的準(zhǔn)確度主要取決于進(jìn)樣量的重現(xiàn)性和操作條件的穩(wěn)定性。

氣相色譜分析當(dāng)被