色谱分析-甲苯含量测定

项目2.2甲苯含量测定模块2：色谱分析任务引入甲苯常作为化工中间体原料试剂，按物料入库要求，需要抽样检查，现欲用气相色谱法FID检测器对其纯度进行检测，设计一可行的分析方案。分析检测人员按照检测标准和规范化操作要求，完成甲苯含量测定并提交检测报告。

★内标法定量分析方法★气相色谱仪的操作使用方法（FID检测器）；★标准溶液的配制、数据处理。任务分析完成甲苯试剂中甲苯含量的测定，需要具备的基本知识和基本技能甲苯试剂中除含主成份甲苯外，还含有硫化合物、噻吩、不饱和化合物、水分等多种杂质？其中部分杂质在FID检测器上无响应。本项目的检测难度主要是待测试剂中杂质多，部分物质不出峰，因此无法用“归一化法”进行分析。任务资讯

制定检测方案

决策计划

实施样品检测任务实施

任务检查评价

检查评价获取相关知识甲苯含量测定

什么是内标法？任务资讯

内标法所谓内标法就是将一定量选定的标准物（称内标物S）加入到一定量试样中，混合均匀后，在一定操作条件下注入色谱仪进行分析，出峰后分别测量组分i和内标物S的峰面积（或峰高），按一定的计算公式计算组分i的含量。内标法的计算公式分别为组分i和内标物S的峰高校正因子任务资讯Ai、AS分别为组分i和内标物S的峰面积分别为组分i和内标物S的质量校正因子问题：内标法中，如以内标物为基准，则其相应计算公式如何？提示：此时＝1.0。内标法的计算公式任务资讯什么是FID检测器？如何使用？任务资讯氢火焰离子化检测器（FID）是气相色谱检测器中使用最广泛的一种，是典型的破坏型质量型检测器。工作原理试样燃烧发生电离正离子负离子和电子微电流输出信号与组分的质量或正比收集极极化极

FID的结构和工作原理动画氢焰离子检测器.swf任务资讯关机步骤关闭氢气和空气稳流阀设置气化室温度、柱温和检测室温度为20℃待柱温降至50℃以下关闭电源开关关闭载气柱前压关闭钢瓶总阀，旋松减压阀设置气化室温度、柱温和检测室温度打开钢瓶总压并调节减压阀调节载气柱前压打开色谱电源开关用点火枪点火待基线稳定即可进样开机步骤打开氢气和空气并调节流量

FID使用操作实训动画M4-8-2.swf任务资讯载气种类:通常用N2作载气；载气的纯度:常量分析纯度在99.9%以上；痕量分析要求达99.999%以上；载气流速：流速以低些为妥。载气种类、纯度和流量氮氢比检测器温度要求FID检测器温度必须在120℃以上。痕量分析，调节氮氢比在1∶1；常量组分，增大氢气流速，使氮氢比下降至0.43～0.72范围内。检测条件的选择任务资讯应用灵敏度高，比TCD的灵敏度高约103倍；检出限低，可达10-12g·s-1；线性范围宽，可达107；FID结构简单，死体积一般小于1μL，响应时间短，既可以与填充柱联用，也可以直接与毛细管柱联用；FID的主要缺点不能检测永久性气体、水、一氧化碳、二氧化碳、氮的氧化物、硫化氢等物质。FID的特点

FID的特点及应用FID广泛应用于化学、化工、药物、农药、食品和环境科学等领域。FID除用于常规分析以外，还特别适合作各种样品的痕量分析。任务资讯尽量采用高纯气源，空气必须经过5A分子筛充分的净化；在最佳的N2/H2比以及最佳空气流速的条件下使用；色谱柱必须经过严格的老化处理；离子室要注意外界干扰，保证使它处于屏蔽、干燥和清洁的环境中；长期使用会使喷嘴堵塞，因而造成火焰不稳，基线不准等故障，所以实际操作过程中应经常对喷嘴进行清洗。使用注意事项FID的维护任务资讯氢火焰离子化检测器的清洗清洗方法是：将色谱柱取下，用一根管子将进样口与检测器连接起来，然后通载气将检测器恒温箱升至120℃以上，再从进样口注入20μL左右的蒸馏水，接着再用几十微升丙酮或氟里昂溶剂进行清洗，并在此温度下保持1～2小时，检查基线是否平稳。FID的维护任务资讯查阅资料◆GB/T684—1999化学试剂甲苯◆GB/T9722-2006化学试剂气相色谱法通则

◆GB/T603化学试剂◆GB/T6682分析实验室用水规格和试验方法决策计划甲苯试样中甲苯含量的测定实训仪器开机、点火、调试；

标准溶液的分析相对校正因子的计算：相对校正因子的测定标准溶液的配制甲苯试样溶液的配制标准溶液和试样溶液的配制甲苯试样溶液的分析甲苯试样中甲苯含量的计算：甲苯试样中甲苯含量的测定100%')(×hssifmmhhw甲苯样甲苯＝决策计划质检员准备检测用仪器任务实施分类名称规格数量名称规格数量小组共用分析天平1台微量注射器10μL1支称量瓶2只气相色谱仪（FID检测器）；GDX-101不锈钢填充柱（柱长3m，内径3mm，固定相1/3的10%葵二酸二辛酯及2/3的10%聚乙二醇2000涂于101白色硅藻土担体[0.18~0.25mm（60~80目）]），于110℃老化4h以上；色谱工作站；空气；N2；H2；质检员准备检测用试剂任务实施名称甲苯苯环己烷待测甲醇规格GRGRAR样品演示测定全过程1打开载气（N2）钢瓶总阀，调节输出压力为0.4MPa。打开载气净化气开关，调节载气合适柱前压，如0.14MPa，稳流阀控制为4.4圈，控制载气流量为约30mL/min。打开气相色谱仪电源开关。设置柱温为85℃、气化温度为160℃和检测温度为140℃。任务实施待柱温、气化温度和检测温度达到设定值并稳定后，打开空气钢瓶，调节输出压力为0.4MPa；打开氢气钢瓶，调节输出压力为0.2MPa。打开空气净化气开关，调节空气稳流阀为5.0圈，控制其流量为约200mL/min。打开氢气净化气开关，调节氢气稳流阀为4.5圈，控制其流量为约30mL/min。揿“点火”键点燃氢火焰。让气相色谱仪走基线，待基线稳定。揿“点火”键演示测定全过程2任务实施取一个干燥洁净称量瓶，加入3mL正已烷。加入100μL甲苯（GC级），称其准确重量，记为mS1，加入100μL苯（GC级，内标物），称其准确重量，记为mS2。摇匀备用，此为每位同学所配制甲苯测试标样。甲苯测试标样2007-5-5张三甲苯测试试样2007-5-5张三取两支10μL微量注射器，以溶剂（如无水乙醇）清洗完毕后，备用。另取一个干燥洁净的称量瓶，加入3mL正已烷。加入100μL所测甲苯试剂，称其准确重量，记为m样，加入100μL苯（GC级，内标物），称其准确重量，记为mS3。摇匀备用，此为每位同学所配制甲苯测试试样。演示测定全过程3任务实施打开色谱工作站（FL9500），观察基线是否稳定。按相同方法再测2次甲苯测试标样与3次甲苯测试试样，记录各主要色谱峰的峰面积。基线稳定后，将其中一支微量注射器用甲苯测试标样润洗后，准确吸取1μL该标样按规范进样，启动色谱工作站，绘制色谱图，完毕后停止数据采集。点击“开始”按键，色谱工作站开始采样点击“停止”按键，色谱工作站停止采样，并处理采集数据色谱峰分析结果演示测定全过程4任务实施在相同色谱操作条件下分别以苯、甲苯（GC级）标样进样分析，以各标样出峰时间（即保留时间）确定甲苯测试标样与甲苯测试试样中各色谱峰所代表的组分名称。实训完毕后先关闭氢气钢瓶总阀，待压力表回零后，关闭仪器上氢气稳压阀。关闭空气钢瓶总阀，待压力表回零后，关闭仪器上空气稳压阀。设置气化室温度、柱温在室温以上约10℃、检测室温度120℃。待柱温达到设定值时关闭气相色谱仪电源开关。关闭载气钢瓶和减压阀，关闭载气净化器开关。溶剂峰苯(内标物)甲苯演示测定全过程5任务实施数据处理计算公式对甲苯测试标样所绘制色谱图，计算甲苯的相对校正因子(以苯为基准物质)。对甲苯试样所绘制色谱图，按公式计算甲苯试剂中甲苯的质量分数（%），并计算其平均值与相对平均偏差（%）。任务实施■仪器规范使用方面■数据记录、计算方面■结果准确度、精密度方面■误差原因分析检查与评价甲苯的定性问题：一般可采用同系物按沸点高低顺序出峰进定性。参数的设置：项目丁醇异构体混合物的测定甲苯试剂纯度的测定载气种类N2、ArN2、Ar载气流量约30ml/min约30ml/min空气300ml/min300ml/minH2作燃气，约30ml/min作燃气，约30ml/min检测器氢火焰离子化检测器（flameionizationdetector,FID）氢火焰离子化检测器（flameionizationdetector,FID）检测灵敏度设置Range：1/10/100/1000(灵敏度S依次降10倍)Range：1/10/100/1000(灵敏度S依次降10倍)测定过程常见问题讨论1任务引领下的知识拓展与深化

甲苯的定量问题：本项目的测定采用“内标法”进行定量。项目丁醇异构体混合物的测定甲苯试剂纯度的测定定量方法归一化法内标法要求1、样品中各组分均出峰，完全分离，且均有响应；2、进样量无须准确。1、无须样品中各组分均出峰且完全分离，要求待测组分能出峰，且与相邻组分完全分离。2、进样量无须准确。相对校正因子须用标准物质测量相对校正因子，否则无法准确测量须用标准物质测量相对校正因子，否则无法准确测量计算公式方法特点优点：简便、精确，进样量的多少与测定结果无关，操作条件（如流速，柱温）的变化对定量结果的影响较小。缺点：校正因子的测定较为麻烦。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。只对感兴趣的色谱峰做校正，其结果的报告可选择不同的单位。缺点是必须在所有样品中加入内标物，选择合适的内标物比较困难，内标物的称量要准确，操作较复杂。测定过程常见问题讨论2任务引领下的知识拓展与深化

其它注意事项：本项目的测定使用危险的H2作燃气，在操作时一定要注意通风、H2的排出、严格禁止学生在实验室吸烟。如遇H2泄漏，应怎么办？灭火器的使用本项目系高温操作，注意烫伤。若烫伤，应如何处理？本项目使用有机溶剂，注意其毒性。若有机溶剂进入眼睛或皮肤，应如何处理？测定过程常见问题讨论3任务引领下的知识拓展与深化

内标物是样品中不存在的纯物质。内标物很容易获取。内标物的化学性质与样品相似，但不与样品发生化学反应。内标物要求在感兴趣的组分附近流出，且能得到分离良好的、干净利落的色谱峰。内标物的含量与样品的浓度相似。内标物的色谱性质稳定。内标物的选择原则对内标法而言，能否用待测组分本身的标准物来做内标物？为什么？

要点：能，此即为标准加入法答：没有。由测定过程和计算公式我们可以发现，进样量的大小不影响最终的测定结果。问题：内标法对进样量有无严格要求？为什么？任务引领下的知识拓展与深化

例1：内标法测定无水乙醇中微量水分图9-11无水乙醇中微量水分的测定空气22s；水59s；甲醇92s(内标物)内标法举例任务引领下的知识拓展与深化

内标法举例用内标法测定环氧丙烷中水分的含量，以甲醇作为内标物，称取0.0115g甲醇，加到2.2679g样品中，混合均匀后，用微量注射器吸取0.2µL该样品进行气相色谱分析，平行测定两次，得如下数据：分析次数水分峰高甲醇峰高12150.2148.8174.8172.3已知水与内标物甲醇的相对质量校正因子分别为0.70和0.75，计算样品中水分的质量分数。任务引领下的知识拓展与深化

内标法举例（解答）解：由公式有第一次分析第二次分析两次分析的平均值为任务引领下的知识拓展与深化

请同学们仔细观看丙酮试剂的标签。丙酮试剂中含水吗？有没有更简单的方法可以用来测量有机溶剂中的微量水份呢？各小组各派一名同学讲解事先准备好的测量方法。烘干法，不能测量微量水分，也不能测量有机溶剂；蓝色硅胶吸附称重，一般也不能测量微量水份；卡尔·费休法，但操作相对复杂，且成本较高。气相色谱法,采用热导检测器(TCD)丙酮试剂的含水量＜0.3%，请大家思考一下，我们有没有学习过什么方法，可以用来测量有机溶剂中的微量水份？任务引领下的知识拓展与深化

打开载气（H2）钢瓶总阀，调节输出压力为0.2MPa打开载气净化气开关，调节载气合适柱前压，如0.1MPa教师演示测定全过程1任务引领下的知识拓展与深化

打开气相色谱仪电源开关设置柱温为170℃、气化温度为220℃和检测温度为190℃。教师演示测定全过程2任务引领下的知识拓展与深化

待柱温、气化温度和检测温度达到设定值并稳定后，设置合适的桥电流值（如120mA）。让气相色谱仪走基线，待基线稳定。教师演示测定全过程3任务引领下的知识拓展与深化

取一个干燥洁净的称量瓶，吸取3mL丙酮试剂，称其准确重量，记为m样,然后在其中加入20μL纯蒸馏水，称其准确重量，记为mS。摇匀备用，此为每位同学所配制丙酮标样。另取一个干燥洁净的称量瓶，加入约3mL丙酮试剂，备用。丙酮试剂2007-5-19取两支10μL微量注射器，以溶剂（如无水乙醇）清洗完毕后，备用。教师演示测定全过程4任务引领下的知识拓展与深化

打开色谱数据处理机，观察基线是否稳定。待基线稳定后，将一支微量注射器用丙酮试样润洗后，准确吸取2μL试样按规范进样，启动色谱数据处理机，绘制色谱图，完毕后停止数据采集。按相同方法再测2次丙酮试样与3次所配制丙酮标样。教师演示测定全过程5任务引领下的知识拓展与深化

取1μL纯蒸馏水，进样分析，记录保留时间，根据保留时间确定前6次色谱图中水分的位置，并记录其峰高hi（丙酮试样）与hi+S（所配制丙酮标样）。实训完毕后先设置桥电流数值为0.0。设置气化室温度、柱温、检测室温度在室温以上约10℃。关闭载气钢瓶和减压阀，关闭载气净化器开关。待柱温达到设定值时关闭气相色谱仪电源开关。按公式计算丙酮试样中水分的百分含量（%）教师演示测定全过程6任务引领下的知识拓展与深化

打开载气（H2）钢瓶总阀；打开载气净化气开关，调节载气合适柱前压；打开气相色谱仪电源开关；设置柱温为170℃、气化温度为220℃和检测温度为190℃。待柱温、气化温度和检测温度达到设定值并稳定后，设置合适的桥电流。让气相色谱仪走基线，待基线稳定。配制丙酮标样；准备丙酮试剂，备用。取两支10μL微量注射器，清洗，备用。打开色谱数据处理机，待基线稳定后，用丙酮试剂润洗微量注射器，准确吸取2μL进样，启动色谱数据处理机，绘制色谱图。按相同方法再测2次丙酮试样与3次所配制丙酮标样。以1μL纯蒸馏水进样分析，以保留时间进行水分的定性分析。实训完毕后先设置桥电流数值为0.0。设置气化室温度、柱温、检测室温度在室温以上约10℃。待柱温达到设定值时关闭气相色谱仪电源开关。关闭载气钢瓶和减压阀，关闭载气净化器开关。测定过程总结任务引领下的知识拓展与深化

标准加入法小结不需要另外的标准物质，只需欲测组分的纯物质，操作简单。若在样品的预处理之前就加入已知准确量的欲测组分，则可以完全补偿欲测组分在预处理过程中的损失。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。标准加入法的优点标准加入法的缺点任务引领下的知识拓展与深化

标准加入法举例用标准加入法测定无水乙醇中微量水时，先称取2.6723g无水乙醇试样于样品瓶中，接着又称取0.0252g纯水标样于该样品瓶中，混合均匀。在完全相同的条件下，分别吸取2.0µL无水乙醇试样和2.0µL加入纯水标样后的无水乙醇试样于气相色谱仪中进行分析测试，得到相应水峰的峰高分别为145mm与587mm。求无水乙醇试样中水分的质量分数。解：由公式有任务引领下的知识拓展与深化

几种定量方法关系总结1、外标法是所有定量方法的基础。在可以精确进样量的情况下，通常都采用外标法。2、归一化法不要求精确进样量，但要求所有组分都必须出峰，或者所有出峰组分的总含量已知。有些时候虽然能够精确进样量，但所有组分都出峰的情况下，也使用归一化法。因为此时归一化法相当于外标法定量后，对总量进行归一化误差修正。3、内标法是无法精确进样量、不是所有组分都出峰的情况下，解决定量的办法。相对而言，操作和计算都很复杂。内标法的关键是要能够找到合适的内标物。内标法的称量误差，应小于色谱正常定量分析误差。4、再无法找到合适内标物的无奈情况下，可以使用内加法。内加法操作复杂，计算繁琐，不是一种常用的定量方法。任务引领下的知识拓展与深化

几种不同类型的检测器热导池检测器（TCD）氢火焰离子化检测器（FID）电子捕获检测器（ECD）火焰光度检测器（FPD）浓度型质量型任务引领下的知识拓展与深化

热导池检测器非破坏性浓度型检测器检测依据：热导率不同检测对象：气体混合物，尤其是无机气体注意事项：先通载气，后开电源任务引领下的知识拓展与深化

热导检测器（TCD）是利用被测组分和载气的导热系数不同而响应的浓度型检测器工作原理散热差异两臂电阻值差异电桥失去平衡信号输出输出的电压信号与样品的浓度或正比载气参比池试样测量池

TCD的结构和工作原理热导池外观动画热导检测器工作原理.swf任务引领下的知识拓展与深化

设置气化室温度、柱温和检测室温度打开钢瓶总压并调节减压阀调节载气柱前压打开色谱电源开关设置桥流待基线稳定即可进样开机步骤关机步骤设置桥流为零设置气化室温度、柱温和检测室温度为20℃待柱温降至50℃以下关闭电源开关关闭柱前压关闭钢瓶总阀，旋松减压阀

TCD操作实训动画热导池检测器的使用.swf任务引领下的知识拓展与深化

载气种类:H2或He导热能力相差越大，检测器灵敏度越高载气的纯度:载气的纯度影响TCD的灵敏度、峰形载气流速：载气加尾吹的总流量在10～20mL·min-1。参考池的气体流速通常与测量池相等载气种类、纯度和流量桥电流检测器温度降低检测器池体温度提高TCD的灵敏度，但不能低于样品的沸点灵敏度S值与桥电流的三次方成正比检测条件的选择任务引领下的知识拓展与深化

基线噪声N（mV）在没有样品进入检测器的情况下，仅由于检测仪器本身及其它操作条件（如柱内固定液流失，橡胶隔垫流失、载气、温度、电压的波动、漏气等因素）使基线在短时间内发生起伏的信号使基线在一定时间内对原点产生的偏离，称为漂移（M），单位mV/h基线漂移M（mV/h）

TCD基线噪声和漂移任务引领下的知识拓展与深化

热导检测器是一种通用的非破坏型浓度型检测器，有利于样品的收集，或与其它仪器联用。TCD特别适用于气体混合物的分析（尤其是无机气体的分析）对于那些氢火焰离子化检测器不能直接检测的，TCD用峰高定量，适于工厂控制分析。石油裂解气分析色谱图典型实例

TCD应用任务引领下的知识拓展与深化

尽量采用高纯气源；载气与样品气中应无腐蚀性物质、机械性杂质或其它污染物。未通载气严禁加载桥电流。桥电流不允许超过额定值。热导池高温分析时如果停机，除首先切断桥电流外，最好等检测室温度低于100℃以下时，再关闭气源，以延长热丝元件的使用寿命。检测器不允许有剧烈振动。热导池检测器的维护使用注意事项任务引领下的知识拓展与深化

将丙酮、乙醚、十氢萘等溶剂装满检测器的测量池，浸泡一段时间（20min左右）后倾出，如此反复进行多次，直至所倾出的溶液比较干净为止。当选用一种溶剂不能洗净时，可根据污染物的性质先选用高沸点溶剂进行浸泡清洗，然后再用低沸点溶剂反复清洗。洗净后加热使溶剂挥发，冷却至室温后，装到仪器上，然后加热检测器，通载气数小时后即可使用。热导池检测器的清洗任务引领下的知识拓展与深化

电子捕获检测器浓度型检测器检测对象：具有电负性的物质（含卤素、硫、磷、氮等元素）注意事项：ECD线性范围较窄，进样量不可太大产生的色谱图是倒峰任务引领下的知识拓展与深化

火焰光度检测器（硫磷检测器）质量型检测器检测依据：S、P会发射特征谱线检测对象：含S、P的有机物任务引领下的知识拓展与深化

检测器性能指标灵敏度S检出限响应时间一般要小于1sRQO任务引领下的知识拓展与深化

固定相固定相种类的不同，直接影响到样品中各组分分离效果优劣。固定相的选择一般按照“相似相溶原理”。气－固色谱：固体吸附剂,如氧化铝、硅胶、活性碳与分子筛气－液色谱：固定液(如DNP、PEG-20M、SE-30等)与载体(硅藻土白色载体、玻璃微球、氟载体等)混合物在不同固定相上的分离1－乙腈(强极性)；2－2-丙醇(质子受体)；3－1,2－二氯乙烷（弱极性）；4－三乙胺（质子受体）；5－正辛烷。任务引领下的知识拓展与深化

分离操作条件的选择——（1）色谱柱及使用条件的选择常用固定液固定液名称型号相对极性最高使用温度/℃角鲨烷SQ-1150甲基硅油或甲基硅橡胶SE-30OV-101+1350200苯基（10%）甲基聚硅氯烷OV-3+1350苯基（25%）甲基聚硅氧烷OV-7+2300苯基（50%）甲基聚硅氧烷OV-17+2300苯基（60%）甲基聚硅氧烷OV-22+2300三氟丙基（50%）甲基聚硅氧烷QF-1OV-210+3250β-氰乙基（25%）甲基聚硅氧烷XE-60+3275聚乙二醇PEG-20M+4225聚己二酸二乙二醇酯DEGA+4250聚丁二酸二乙二醇酯DEGS+42201，2，3-三（2-氰乙氧基）丙烷TCEP+5175固定相液的选择分离非极性物质，一般选用非极性固定液。分离极性物质，一般按极性强弱来选择相应极性的固定液。分离非极性和极性混合物时，一般选用极性固定液。能形成氢键的试样，一般选用氢键型固定液。对于复杂组分，一般可选用两种或两种以上的固定液配合使用。任务引领下的知识拓展与深化

任务引领下的知识拓展与深化

固液配比的选择配比：固定液在担体上的涂渍量，一般指的是固定液与担体的百分比，配比通常在5%～25%之间。配比越低，担体上形成的液膜越薄，传质阻力越小，柱效越高，分析速度也越快。配比较低时，固定相的负载量低，允许的进样量较小。分析工作中通常倾向于使用较低的配比。柱长和内径的选择增加柱长对提高分离度有利（分离度R正比于柱长L2），但组分的保留时间tR↑，且柱阻力↑，不便操作。柱长的选用原则是在能满足分离目的的前提下，尽可能选用较短的柱，有利于缩短分析时间。填充色谱柱的柱长通常为1~3米。可根据要求的分离度通过计算确定合适的柱长或实验确定。柱内径一般为3~4厘米。载气种类主要考虑使用何种检测器？TCD，一般选用氢气或氦气作载气；FID，一般选用氮气或氩气作载气；ECD，一般选用氮气作载气。其次考虑是否有利于提高柱效能和分析速度？

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