气相色谱4-定性定量分析

44.1色谱定性鉴定方法4.2色谱定量分析方法定性定量分析

2023/11/29色谱法别离效果好,定量准确，定性效果差色谱分析三个阶段仪器调试操作条件选择---别离定性定量---保存值定性---峰高,峰面积定量2023/11/29样品预处理GC分析对象:在气化室温度下能生成气态的物质。为保护色谱柱、降低噪声、防止生成新物质〔杂峰〕，需要在进样前，对样品进行处理。1〕样品中含有水等可能被柱强烈吸附的极性杂质——柱效下降，需除去2〕非挥发份——会产生噪声，同时慢慢分解产生杂峰。3〕稳定性差的组分——生成新物质产生杂峰。〔e.g煤气分析〕2023/11/293.1色谱定性分析方法3.1.1利用纯物质定性的方法(绝对法)100℃时于邻苯二甲酸二辛酯上对苯的同系物甲苯,乙苯,二甲苯进行定性例:1、保存值定性法通过比照试样中具有与某一纯物质相同保存值的色谱峰，来确定试样中是否含有该物质及在色谱图中位置。

qualitativeanalysisinchromatograph2023/11/29

步骤:4〕验证:换一个不同极性柱重复以上操作,看是否与上述结果相同3)比较tR、判断，得出初步结论5〕得出最后结论1)试样配制试样:甲苯+乙苯+二甲苯样品a:苯+甲苯样品b:苯+2)分别进样，得色谱图乙苯2023/11/292、参加定性法〔峰高增加法〕：步骤:

将纯物质参加到试样中，观察各组分色谱峰的相对变化。1)试样配制试样:甲苯+乙苯+二甲苯样品c:甲苯+试样2)观察色谱图:甲苯峰高增加2023/11/29适用范围:试样中某一个组分或某几个组分需定性要求:有待测组分的纯物质优点：简单缺点：要有纯物质，适用于物操作条件要稳定2023/11/293.1.2利用文献保存值定性

要求：温度、色谱柱一定1、相对保存值r21〔ri,s)相对保存值r21仅与柱温和固定相性质有关。在色谱手册中都列有各种物质在不同固定液\温度上的保存数据，可以用来进行定性鉴定。

具体步骤：在某一固定相及柱温下，分别测出组分i和基准物质s的调整保存值，通常选容易得到纯品的，而且与被分析组分相近的物质作基准物质，如正丁烷、环己烷、正戊烷、苯、对二甲苯、环己醇、环己酮等。再按下式计算即可。优点：比绝对法重现性好缺点：也需要纯样，比绝对法麻烦2023/11/292、根据经验式定性1〕碳数规律：

在一定温度下，同系物的调整保存时间tR′的对数与分子中碳数n成正比lgtR'

=An+C(n3)如果知道两种或以上同系物的调整保存值，那么可求出常数A和C。未知物的碳数那么可从色谱图查出tR'后，以上式求出。2023/11/292〕沸点规律：同族具相同碳数的异构物，其调整保存时间tR'的对数与分子沸点Tb成正比：lgtR'=ATb+C如果知道两种或以上同系物的沸点，那么可求出常数A和C。未知物的沸点那么可从色谱图查出tR‘后，以上式求出，查阅相关资料确定对应同系物结构。2023/11/293.1.3.保存指数定性保存指数Ⅰ：Kovats指数，是一种重现性较好的定性参数测定方法：非正构烷烃物质X的保存指数IX测定：选定两个碳数相邻的正构烷烃，分别具有Z和Z＋1个碳原子，使物质X的调整保存值在这两个正构烷烃的调整保存之间前提：规定正构烷烃的保存指数Ⅰn=分子中碳原子个数×100如正己烷的保存指数I6=6002023/11/29保存指数计算方法2023/11/29X—与待测物质相当的正构烷烃的含C数Z，Z+1—正构烷烃碳原子数t/R(Z)—含C数是Z的正构烷烃的保存时间t/R(X)—含C数是X的待测物质的保存时间t/R(Z+1)—含C数是Z+1的正构烷烃的保存时间IX—含C数是X的待测物质的保存指数2023/11/29(1)X=Z，IZ=100Z(该公式实际上定义了正构烷烃的保存指数),I7=700,I8=800

(2)X≠Z

要求:t/R(Z)≤t/R(X)≤t/R(Z+1)

IX与固定液种类有关.(3)用途:可以确定有机物的极性,用于定性分析

说明：2023/11/29有一未知物需定性,其沸点为78℃。解〔1〕根据沸点确定测定用标准物正构烷烃例1

b.p己烷=69℃b.p庚烷=98.4℃b.p辛烷=175.7℃〔2〕用角鲨烷做固定液(非极性)，那么己烷先出柱(3)配制两个试样,进样别离分析a己+庚+Xb己+庚

Z=6,Z+1=72023/11/29〔4〕测量,计算t/R(6)=174.0mm,t/R(7)=373.40mm,t/R(X)=310.6mm

=776〔5〕对照定性，确定待测物

查文献：在角鲨烷固定液上IX=776的物质是己酸乙酯〔6〕验证：双柱或多柱2023/11/29正构烷烃碳数调整保留时间tr’,min2,2-二甲基丁烷苯甲苯Kovats指数的计算图示(Squalane角鲨烷,60oC)2023/11/294.与其他分析仪器联用的定性方法小型化的台式色质谱联用仪〔GC-MS；LC-MS〕色谱-红外光谱仪联用仪；SampleSample

58901.0DEG/MINHEWLETTPACKARDHEWLETTPACKARD5972AMassSelectiveDetectorDCBA

ABCDGasChromatograph(GC)MassSpectrometer(MS)SeparationIdentificationBACD缺点：标准谱图太少，一般用计算机检索2023/11/291、定量依据：

3.2色谱定量分析方法在一定色谱条件下，进入检测器某组分的量〔质量或浓度〕与检测器的响应信号Ri成正比〔峰高或面积〕。TCDECD：Ri正比于CiFID：Ri正比于dmi/dt

2023/11/29Wi=fiAi进入检测器某组分的量〔Ci或dmi/dt〕与组分进样量Wi成正比fi—绝对定量校正因子，fi=1/

Si

Si—检测器响应系数，单位量组分的响应值Wi—组分进样量,mg,µg,µl_Ai—组分的色谱峰面积，cm2

Ri

∝

Ai

∝

Ci或dmi/dt

∝

WiWi∝

AiAi=SiWi2023/11/292.峰面积的测量

W0.15

—峰高0.15倍处峰宽W0.85

—峰高0.85倍处峰宽〔1〕峰高〔h〕乘半峰宽〔W1/2〕法：三角形法近似将色谱峰当作等腰三角形。此法算出的面积是实际峰面积的0.94倍：〔2〕峰高乘平均峰宽法：

A=1.065

h

W1/2当峰形不对称时，可在峰高0.15和0.85处分别测定峰宽，由下式计算峰面积：A=0.5h(W0.15+W0..85)2023/11/29〔3〕峰高乘保存时间法：在一定操作条件下，同系物的半峰宽与保存时间成正比，对于难于测量半峰宽的窄峰、重叠峰〔未完全重叠〕，可用此法测定峰面积：

A=h

b

tR〔4〕自动积分和微机处理法〔5〕剪纸称重法适应：不规那么峰、不对称峰、别离不完全峰，寄生蜂适用：难于测量半峰宽的窄峰、重叠峰〔未完全重叠〕2023/11/29e.g1：用TCD，N2作载气测H2、O2混合物的百分含量，假设H2、O2峰面积相同,二者百分含量是否相同？为什么？〔λH2＝22.410-4J/cm·S·℃,λO2＝3.1810-4J/cm·S·℃〕答案：不相同。因为H2的热导系数大,单位浓度H2产生的电信号大，D对H2的灵敏度高，即H2的响应大,所以假设H2、O2峰面积相同说明H2实际含量小。2023/11/29由于检测器对不同物质的响应不同，因而两个相同的峰面积并不一定说明两个物质的量相等！因此，在计算组分的量时，必须将峰面积A进行“校正〞。wi=fi

·Ai

2023/11/293.定量校正因子定量依据：试样中各组分量与其色谱峰面积成正比，即：

wi=fi·Ai

1)绝对校正因子fi

：单位峰面积对应的该物质的量

fi=wi/Ai

定量校正因子与检测器响应值成倒数关系：

fi=1/Si

fi2023/11/29通过此式可得到待测物单位峰面积对应的该物质的量。*组分不同，fi不同

fi=wi/Ai说明：*可以通过实验测得fi受实验条件影响大，与检测器灵敏度有关，与进样量和面积测量是否准确有关定量不准确*单位：g·cm－22023/11/29由于绝对校正因子fi与检测器灵敏度、载气种类、进样量和面积测量有关，不易准确测得，而相对校正因子表示组分的绝对校正因子与标准物质的绝对校正因子之比，仅与检测器型号有关，与其他条件无关，可以准确测得，因此定量准确。采用的标准物因检测器不同而不同：TCD——苯；FID——正庚烷。2〕相对校正因子fi'：即组分的绝对校正因子与标准物质的绝对校正因子之比。*为什麽引用相对校正因子？2023/11/29*与检测器类型、载气种类有关：TCD/苯，FID/正庚烷——质量校正因子——摩尔校正因子——体积校正因子当w分别为质量m、物质的量M和气体体积V时，上式分别表示为说明：可以准确测量〔为什麽？〕*与其他色谱操作条件无关，可以查表得到。*无单位2023/11/29以苯为标准物，测定环己烷的相对校正因子f环՜解〔1〕准确称取色谱纯的环己烷W环=2.719g，苯W苯=2.385g,〔2〕将环己烷和苯混合均匀,进试样2～3μL〔3〕测量峰面积分别为A环=7.2cm2,A苯=6.00cm2f环՜=f环/f苯

=(W环/A环)/(W苯/A苯)=(A苯/

A环)·(W环/W苯)=(2.719/2.385)·(6.00/7.20)

=0.95〔4〕计算

思考：f苯ˊ=?2023/11/29测量某物质的相对校正因子fi՜的通式是:fi՜=fi/fs=(Wi/Ai)/(Ws/As)=(As/Ai)·(Wi/Ws)W——物质的量〔g,ml,mol〕准确定量分析时,一般应该用自己测定的校正因子,而不用文献值∵校正因子随检测器类别,使用载气的不同而不同，不易查到注意2023/11/294.常用的几种定量方法

〔1〕归一化法：

特点及要求：

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。2023/11/29例题1某化合物只含有乙醇、正庚烷、苯和醋酸乙酯，用TCD进行色谱分析，数据如表，计算个组分的百分含量。分析：混合物中只有四种组分，所有组分全部出峰-----归一化法。化合物峰面积（cm2)校正因子衰减乙醇5.00.641正庚烷9.00.701苯4.00.782醋酸乙酯7.00.7942023/11/29第二节定量分析解：采用归一化法。乙醇百分含量例题2色谱法分析某含有A,B,C三组分的混合样品，按如下步骤操作。配置一正庚烷〔标准〕与A,B,C纯样的混合液，参加重量分别为0.250，0.320，0.280，0.750g，取混合标准液0.1微升分析，峰面积分别为2.5，3.1，4.2，4.5cm2,后取0.3微升样品分析，测的峰面积分别为1.6，3.5，2.8cm2，计算样品中A,B,C的百分含量。2023/11/29第二节定量分析分析：所有组分全部出峰-----归一化法解：采用归一化法。计算各物质的校正因子：2023/11/29第二节定量分析计算各组分含量：2023/11/29♣内标物要满足以下要求：〔1〕试样中不含有该物质；〔2〕与被测组分性质比较接近；〔3〕不与试样发生化学反响；〔4〕出峰位置应位于被测组分附近，且无组分峰影响。〔2〕内标法以试样中不存在的某物质为标准〔内标物〕而进行含量计算的方法方法:准确称取样品,参加一定量内标物,根据重量及峰面积求出某组分的含量2023/11/29♣试样配制：准确称取一定量的试样W，参加一定量内标物mS♣计算式：mi-试样中i组分的质量f/i：待测组分的校正因子Ai：待测组分的峰面积f/s：参加的内标物组分的校正因子AS：内标物的峰面积ms：内标物的质量W：待测试样质量2023/11/29步骤:a.选内标物b.测〔查〕f'sf'ic.称〔量〕取未知样W，内标物Ws,均匀混合d.取一定量进样，得色谱图，测Ai,Ase.计算2023/11/29♣测定手续〔举例说明〕e.G1用GDX—103测定工业乙醇中含水量第一步：选S，可选甲醇第二步：配制试样，准确称取m甲=0.306gm乙=5.78g混合,得混合样品第三步：进样1--3μlA甲=9.64cm2A水=11.50cm22023/11/29%水=m水/m乙×100=100[〔f/水，m/f/甲，m)×(A水/A甲)]×〔m甲/m乙〕=100×[〔0.55/0.58〕×〔11.5/9.64〕]×〔0.306/5.78〕=5.99第四步：查文献

f‘/甲，m=0.58，f'/水，m=0.552023/11/29e.g.2:测甲苯,乙苯,正丙苯的混合物中各组分含量,以苯作内标物。组分面积cm2

校正因子fw苯4.001.00甲苯3.840.96乙苯1.950.92正丙苯0.820.90以求甲苯为例2023/11/29*内标法适用范围

不能全出峰或只需测某几个组分时采用*优点

准确度较高操作条件和进样量稍许变动对定量结果的影响不大。*缺点：

内标物有时不好找每个试样的分析，都要进行两次称量，不适合大批量试样的快速分析。2023/11/29假设将内标法中的试样的取样量W和内标物参加量ms固定2023/11/29假设ms，W试是固定值，有%i∝Ai/AS(进样量及内标物量始终不变)〔3〕内标标准曲线法2023/11/29项目标准系列（10ml容量瓶）试样序号12345加纯水/ml0.20.40.60.8

加甲醇/ml1.01.01.01.01.0加无水乙醇/ml8.88.68.48.29.0试样A水1.011.993.113.933.23A甲醇3.363.263.453.303.40Ai/AS0.300.610.901.190.95E.g3用内标曲线法求酒精中水的百分含量1.选S甲醇2.配制标准系列,分别取2μL(准确)进样2023/11/29适合大批量试样的快速分析。需要找到适宜内标物2023/11/29(4〕外标标准曲线法〔定量进样法〕

外标标准曲线法测定工业乙醇中水含量见下表……

%i∝AiAS

一定即进样量一定，无需参加内标物2023/11/29标准系列1234561～5个容量瓶（10ml），分别加入H2OH2O(ml)0.20.40.60.81.0

%H2O2.004.006.008.0010.00X进样量(ml)1.001.001.001.001.001.00A水1.011.993.113.934.123.232023/11/292023/11/29多组分测定2023/11/29优点：简单，速度快，不需查f缺点：准确度低，进样量不变不易控制。适用范围：常规分析，大批量试样快速分析。

特点及要求：

外标法不使用校正因子，准确性较高;操作条件变化对结果准确性影响较大，仪器稳定性要好对进样量的准确性控制要求较高，应准确进样适用于的快速分析。2023/11/29〔5〕外标单点校正法〔计算法〕

%iS=KAi

%iX=KAX

%iS/%iX=Ai/AX要求●必须有待测组分的纯试剂或标准试样●试样或所配的标液中待测组分的含量应与待测试样中组分含量接近。●准确进样，每次进样量一定%i∝Ai2023/11/29〔6〕内外标结合法%iS/%iX=Ai/AX利用标样先求出试样中某组分含量外标以先求出试样中某组分含量为内标物，求其它组分含量内标2023/11/29例3.在某色谱条件下，取脱高炔塔出口气体和含二丁烯为73.8ppm的标准气体各1.00ml，分别进样，得如下数据，试计算塔出口混合气体中各组分含量。2023/11/29解：〔1〕外标法求丁二烯含量％i丁二烯(试〕％i丁二烯(试〕=A丁二烯(试)/A丁二烯(标)×〔％i丁二烯〔标〕〕A=1.0625W1/2h％i丁二烯(试〕=8.05/9.33×73.8ppm=64.6ppm(2)内标法求其它组分

％i丙炔(试〕=0.75×1.20×0.7/〔12.6×0.6〕×〔％i丁二烯〔标〕〕＝5.37ppm％i乙烯(试〕=1.0×0.6×1.4/〔12.6×0.6〕×〔％i丁二烯〔标〕〕＝7.18ppm2023/11/295定量分析误差来源

1.样品取样代表性2.进样重复性3.柱系统4.操作条件2023/11/29课堂练习

1、取一标准乙醇试样，含水6.22%，进样1μl,得A水=3.11cm2，相同条件下，进同样量待测酒精，得A′水=3.23cm2,求该样品H2O的含量〔16.46%〕2023/11/292.50℃时，用5埃分子筛分析煤气中CH4,N2,O2,CO的百分含量，并说明出峰顺序。设已由外标法求出煤气中%N2=13.9，求其余组分含量：进样1μl,AN2=1.87cm2,ACH4=4.46cm2,ACO=1.24cm2,AO2=2.32cm2,fˋN2=2.38,fˋCH4=2.80,fˋO2=1.23,fˋCO=0.30,解：出峰顺序：O2>N2>CH4>CO2023/11/29第二节定量分析2023/11/29课堂练习21、在气-液色谱法中，为了改变色谱柱的选择性，可进行如下哪种操作〔〕A改变载气的种类B改变载气的速度C改变柱长D改变固定液的种类2、色谱柱长2m，总理论塔板数为1600，假设将色谱柱增加到4m，理论塔板数〔/米〕应当为〔〕A、3200B、1600C、800D、4003、Van-Deemter方程主要阐述了〔〕A、色谱流出曲线的形状B、组分在两相