试验5面酒类之乙醇浓度测定–气体层析

1、第 9 組主筆：顏禎志實驗 5市面酒類之乙醇濃度測定氣體層析一、目的：1. 瞭解氣體層析定量分析之方法。2. 瞭解氣體層析之校正曲線求法及使用。3. 測量市面酒類之乙醇濃度。二、原理及說明：有機化合物經攜帶氣體 (carrier gas)帶入 GC 分離柱 (column)後，藉有機化合物各成分在氣相 (攜帶氣體 移動相 )，與液相 ( 分離管內之填充物表面之高分子 即靜止相 )之溶解度不同而達到分離的目的：XmkX sX sKX mK：分配係數 (partition coefficient) ， X s ：成分在移動相中之濃度 X m ：成分在靜止相中之濃度有機純化合物在相同的分離管柱，相同

2、的氣體流速，及相同的操作溫度下，其流經分離管柱的時間 (稱為滯留時間 tret )是不變。選擇適當的分離管柱填充物後，不同化合物，其滯留時間 tret 亦不同，因此 t ret 為 GC 定性分析之依據。本實驗是以甲醇為內標準物分析酒類中之乙醇含量 ，使用之管柱為填充管柱 (packed column)填充物之固定相 (stationary phase)為 Carbowax 1500 。使用之偵檢器為 FID ；使用水為清洗液，水於 FID 偵檢器是不會產生信號。層析之定量法是依據分析物尖峰高度(或面積 )與標準物之尖峰高度 (或面積 )作一比較。因為氣體層析儀之積分記錄器，顯示之波峰面積與所

3、注射試樣成分量之多少成正比。由於不同成分的化合物，以同等量注入GC 中，所得的波峰面積不一定相同，故必須利用校正因子或校正曲線方可獲得正確的結果。層析常用之定量法有四種：1. 外標準法又稱為標準曲線(external standard method or standard curve method)用欲測定成分的純物質，配製不同濃度 (C) 的標準液，在相同的條件下進行分析，從層析圖的峰面積 (A) 或峰高 (H) 。由峰面積 (A) 對濃度 (C) 作可得到一條直線 (檢量線 ) 或曲線。未知試液在相同的條件下進行分析，從層析圖的峰面積 An ，藉標準曲線利用內插法可以求出未知試液的濃度 C

4、n 。若標準曲線為通過原點的直線，如果注射量相同，可以使用單點校正法，用比例關係計算未知試液濃度。CxC*AA(1)sxs式中 Cx 、 Cs 為未知試液和標準液的濃度Ax 、 As 為未知試液和標準液層析圖的峰面積。此法在分析上的誤差來源為注射試樣容積的不準度，若採用旋轉樣品閥則可減少相對誤差至1% 至 2%。2. 內標準法 (internal standard method)選定樣品中不存在的另一存純物質作為內標物 ，加入一定量的內標物到準確測量的樣品和未知試液中 ，由樣品和內標物的質量比及樣品和內標物的峰面積比，可計算出未知試液中待測成分的含量。此法可以避免由於試樣注入造成的不準度 。用

5、被測成分之純物質配製不同濃度的標準溶液，分別加入等量的內標物。未知試液中亦加入等量的內標物。在相同的分析條件下進行分析 ，從層析圖可得到待測物成分與內標物的峰面積 ( Ai 、 As )。以 As / Ai 對標準液濃度作圖，可得到一條通過原點的直線。由未知試液中待測物成分與內標物的峰面積比 ( Asn / Ain )，利用校正曲線可以求出未知試液中待測物成分的濃度。通常選擇內標準物時，應考慮試樣與內標準物必須可完全分開。試樣成分之含量可由下式求出。Cs,nAs. n( As. s t d)Cs t d(2)Ai. nAi .s t dAs.s t d =標準試樣中之待測成分之面積Ai. s

6、t d=標準試樣中之內標準物之面積As.n =分析試樣中之待測成分之面積Ai. n =分析試樣中之內標準物之面積cs t d=標準試樣之濃度cs, n =分析試樣之濃度3. 標準化法(normalization method)應用標準化法的條件是樣品中各成分在層析上都能完全分離 ，在檢測器上都能產生信號。已知各成分的校正因子 (f)，f=m/A ，用式 (3)可以計算出各成分的重量百分比。nX i (%)f i Ai100( f i Ai )(3)i1式中 X i 為樣品中各成分f i 為成分 i 的校正因子Ai 為成分 i 的峰面積I 的重量百分比4. 標準添加法(standard addi

7、tion method)當找不到合適的標準物時，可選擇樣品中的某成分i 標準物，在一定操作條下進行層析記錄試樣之層析圖，成分i 的峰面積 Aj ，然後在 m 克原樣(內含成分之量 m j ，為未知 ) 中加入 ms 克之成分 i，混合後在相同條件下進行層析記錄試樣之層析圖，成分i 的峰面積 A'j 。m jfjA j(4)m jmsfj ( AjAs )fjA 'j(5)式 (5)/式 (4)經整理可得到m jAjms /( A'jAj )X j % (mj / m)100%Aj ms/ ( Aj'A j )m100%(6)三、儀器：1、Shimadzu GC-

8、14B， FID 偵檢器， Stainless Column為 Carbowax 15002、10L 注射器(很昂貴，請小心使用 )3、試樣瓶 4 支4、量液管4 支5、氫氣、氮氣鋼瓶6、空氣壓縮機四、藥品：1. 甲醇2. 乙醇 (無水酒精 )3. 市售酒類五、實驗步驟：A、藥品配製：1.取 4mL 的乙醇和 4mL 蒸餾水注入試樣瓶中混合，是為A 液(濃度為 50%)。2.取 2mL 的乙醇和 6mL 蒸餾水注入試樣瓶中混合，是為B 液(濃度為 25%)。3.取 1mL 的乙醇和 7mL 蒸餾水注入試樣瓶中混合，是為C 液(濃度為 12.5%)。4.另取 8mL 市售酒類注入試樣瓶中，是為

9、D 液。5.於 A、 B、C、D 液中分別加入 1mL 的甲醇作為內標準物。A 液 (50%乙醇溶液 )B 液(25%乙醇溶液 )C 液(12.5%乙醇溶液 )D 液 (未知市售酒類 )乙醇 (mL)水 (mL)甲醇 (mL)4412611718 mL1B、GC 開機：氣體層析儀 Shimadzu GC-14B 氣體層析儀及 FID 火焰離子化偵檢器之操作步驟 ：1. 用四角扳手打開氮氣鋼瓶 (黃色 )之總開關、微調開關，調節氣體出口壓力為 6 kg/cm2。打開空氣壓縮機開關。2. 打開 Shimadzu GC-14B主機 Power 電源開關。3. 調節 GC 主機之 Carrier ga

10、s (P，粗調 )轉鈕，使壓力為 500 kPa(壓力錶 )；再調節 Carrier gas(M，微調 )轉鈕，使流速為 20mL/min( 浮球流量計 )。4. 溫度設定：按下 Heater之 on 開關。(1) Column oven 溫度設定： 72，按 COL 7 2 ENT。(2)注射口溫度設定： 150，按 INJ 1 5 0 ENT。(3)檢測器溫度設定： 150，按 DET 1 5 0 ENT 。如何檢查已設定的溫度，其按鍵如下：按 MONIT COL ，(顯示 column 溫度 )按 MONIT INJ ，(顯示注射口溫度 ) 按 MONIT DET ，(顯示檢測器溫度 )

11、6. 待溫度達設定值時，調節空氣之壓力為90 kPa 。7. 用四角扳手打開氫氣鋼瓶 (紅色 )之總開關，微調氣體出口壓力為 2 kg/cm2。調節 GC 主機氫氣之壓力為 100 kPa。8. 按下之 Air 減壓開關，並使用點火器點火，用光亮金屬或鏡片檢查是否有霧狀水氣存在，有即表示已點著。調降氫氣之壓力為60 kPa。9. 按下 FID 控制部的Power Switch 為 on 。10. 設定 Range 為 2：按 RANG 2 ENT。(信號為原來之 1/100)11. 若 Ready 之顯示燈亮，即表示 GC 主機完成分析準備。1. 打開電腦、顯示器及記錄器之開關，點 SISC

12、3.20進入數據擇取 (介面卡初始化需數秒鐘 ) CHA ( 通道 A) 設定適當參數繼續 ( 完成代測狀態 ) 調節 FID 控制部的 ZERO 鍵，使信號在適當位置。2. 將 GC 微量注射器吸取蒸餾水再推出 ，進行數次來洗淨 ，吸取 1.0 L 的 A 液，注入 GC 注射口，同時按主機的 START 鍵，開始進行層析，待樣品層析波峰全部出現並回到基線 (約 4 5 min)，即得 GC 層析圖，按等待 /啟動 /停止存檔。3. 重複步驟 2，依序取 1.0 L 之 B 液、 C 液、 D 液注入 GC 分析，得到各試液GC 層析圖，按 EXIT 。4. 按數據處理單一數據處理找出所測檔

13、案名稱確定 ( 選定適當參數 ) Report( 列印結果圖譜及報表 ) 。D、關機：1. 用四角扳手以順時鐘方向關掉氫氣鋼瓶 (紅色 )之總開關。2. 拔掉空氣壓縮機電源。3. 將 Col Temp 設定在 30， 按 Heater為off。待 Col Temp 降至 40以時，關掉 GC 主機電源。4. 用四角扳手以順時鐘方向關掉氮氣鋼瓶總開關。 GC 主機所有壓力調節閥不必關掉。5. 關掉電腦、顯示器及記錄器之開關。E、數據處理1. 由步驟 C 所得結果，計算出 A 、B、C 液各波峰之面積及面積比 (乙醇 /甲醇，Aeth / Ameth )，以面積比為縱座標對乙醇濃度Ceth 為橫座

14、標作圖，可得到校正曲線。2. 由 D 液之面積比( Aeth/ Ameth )可於校正曲線內插，求出D 液之乙醇濃度。六、數據與結果：1、 Column 種類： CarbowaxColumn溫度： _75_InjTemp：_200_ ， Detector Temp： _200_2. 以內標準法作出以 Aeth / Ameth 為橫軸， Ceth 為縱軸作出檢量線，並求出6y = 0.1083x + 0.115R2 = 0.999954)A(比積3面2100102030405060濃度 (%)C ethk ( Aeth / Am eth )b相關系數R=0.9999未知酒類之乙醇濃度 :37.9

15、0%K=0.1083；b=0.115Ceth=0.1083(X)+0.115=4.22X=37.9(%)七、討論：1.氣相層析法定性某成分物質有那些方法？Ans:1.根據滯留值定性2.利用成分的化學性質定性3.利用選擇性偵檢定性4.與其它儀器方法結合定性2.影響氣相層析某成分之滯留時間的因素有那些？Ans:1.容量因子越大，滯留時間越長2.近樣的量3.若兩成分在層析圖上很接近，今欲使其分開些，若不使用相同管柱可考慮那些操作變數？Ans:1.延長滯留時間2.提高溫度3.提高層析柱效表一常用的標準固定相Perferedstructuremax. temp.UsesPhaseSqualene 2,6

16、,10,15,19,23-hexamethyl-150Hydrocarbons,gasestetracosaneSE-30polydimetyl siloxane350gases,hydrocarbons,aldehydes,ketonesOV-3polyphenyl methyl350alcohol,fatty acids,esterdimethy siloxandaromaticsOV-7polyphenyl methyl350aromatics,heterocyclicsdimethy siloxaneDC-710polyphenyl methyl300aromaticssiloxaneOV-22polyphenyl methyl350alcohol,aromaticsdiphenyl siloxaneQF-1polytrifluoropropyl250alcohol,amino acids,methyl siloxanesteroids,nitrogen compoundsXE-30polycya