当前位置:首页 > 高等教育 > 工学 > 常州工程职院仪器分析测试技术教案1-3气相色谱法:氢火焰离子化检测器的使用与归一化法定量
教案纸№1-1常州工程职业技术学院气相色谱分析法模块之任务3:氢火焰离子化检测器的使用与归一化法定量教学任务p使用气相色谱仪氢火焰离子化检测器(FID),分析丁醇异构体混合物p标准对照法定性p归一化法定量教学方法p引探法、讲练结合学时p每 20人为一个学习组,2人一台气相色谱仪,整个任务需 10学时。教学设计任务:丁醇异构体混合物的测定?学生讨论,教师引导确定分析方法和操作步骤教师示范并讲解用气相色谱法定性定量分析丁醇异构体混合物的全过程学生完成丁醇异构体混合物定性定量操作训练学生讨论,教师引导评价测定数据教师引导并共同解决分析过程中的常见问题教师讲解FID检测器结构、工作原理、性能特征、应用范围、FID检测条件的选择方法并行学习:如何对苯系物进行定性定量分析?作业与思考题下次课程问题:如何测定丙酮中的微量水分?教案纸№1-2常州工程职业技术学院课程引入p任务:丁醇异构体混合物的测定方法?(上次课结束后即布置并安排学生在课后查阅资料)丁醇共有4种异构体化合物,即叔丁醇、仲丁醇、异丁醇与正丁醇,请大家思考一下,我们有没有学习过什么方法,可以用来测量性质非常接近的4种同分异构体?分析测定的难度主要在什么地方?p学生根据所查资料提出解决方案并进行现场讨论以决定各解决方案的优劣。(教师可在上次课结束前,将每个教学单元分成几个小组,每个小组重点负责一种解决方案,通过小组各成员能力合作,查阅相关资料准备相关检测方案,并制作成电子文档(word或powerpoint)。在进行本次课程教学时让各小组推荐一名同学上台讲解。本项目的检测难度主要是样品化学性质太接近,分离难,采用化学分析方法一般难以完成任务。可适当采用一些物理方法,如蒸馏法,但分离效果不好;萃取分离法,难找到合适萃取剂;分光光度法,几种丁醇在紫外波段无明显吸收)p最后教师引出本次课程的教学内容:“采用气相色谱法以氢火焰离子化检测器可以快速准确的测定丁醇异构体混合物中4种同分异构体的含量”教师演示测定全过程(本过程教师可以“图片”的形式展示测定过程,也可以“教学录像”演示测定过程,也可以“教师现场演示”的方式进行教学,目的是让学生掌握整个测定过程)p打开载气(N2)钢瓶总阀,调节输出压力为0.4MPa。p打开载气净化气开关,调节载气合适柱前压,如0.1MPa,控制载气流量为约30mL/min。p打开气相色谱仪电源开关。p设置柱温为95℃、气化温度为140℃和检测温度为120℃。p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。p打开空气净化气开关,调节空气合适柱前压,如0.02MPa,控制其流量为约200mL/min。p打开氢气净化气开关,调节氢气合适柱前压,如0.2MPa,控制其流量为约60mL/min。p用点火枪点燃氢火焰。p点着氢火焰后,缓缓将氢气压力降至0.1MPa,控制其流量为约30mL/min。p让气相色谱仪走基线,待基线稳定。p取一个干燥洁净的称量瓶,吸取3mL水,分别加入100μL叔丁醇、仲丁醇、异丁醇与正丁醇(GC级),称其准确重量,记为mS1、mS2、mS3、mS4。摇匀备用,此为每位同学所配制丁醇测试标样。p另取一个干燥洁净的称量瓶,加入约3mL丁醇试样(教师课前准备),备用。p取两支10μL微量注射器,以溶剂(如无水乙醇)清洗完毕后,备用。p打开色谱工作站(FL9500),观察基线是否稳定。教案纸№1-3常州工程职业技术学院p基线稳定后,将其中一支微量注射器用丁醇测试标样润洗后,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。p按相同方法再测2次丁醇测试标样与3次丁醇试样,记录各主要色谱峰的峰面积。p在相同色谱操作条件下分别以叔丁醇、仲丁醇、异丁醇与正丁醇(GC级)标样进样分析,以各标样出峰时间(即保留时间)确定丁醇测试标样与丁醇试样中各色谱峰所代表的组分名称。p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。p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。p设置气化室温度、柱温在室温以上约10℃、检测室温度120℃。p待柱温达到设定值时关闭气相色谱仪电源开关。p关闭载气钢瓶和减压阀,关闭载气净化器开关。p对丁醇测试标样所绘制色谱图,按公式 S i S i S i i m A A m f f f== ' (以正丁醇为基准物质)计算各丁醇异构体混合物的相对校正因子 ' i f 。p对丁醇试样所绘制色谱图,按公式 % 100 % 100 ' ' ' 2 ' 2 1 ' 1 '´××=´×++×+××=å i i i i i n i i i A f A f A f A f A f A f wL计算丁醇试样中各同分异构体的百分含量(%),并计算其平均值与相对平均偏差(%)。学生完成丁醇异构体混合物定性定量操作训练(教师应根据实训室的具体情况让学生合理安排时间,完成各项实验操作。如让学生先清洗并烘干称量瓶后开机,练习FID检测器的一些操作;在仪器走基线的时候去配制标样;根据仪器实际台套数,可允许部分学生先做试样,部分学生配制标样等)p要求每位学生独立完成,独立处理数据,合理安排时间,实训过程中注意安全,节约样品、合理处理废液等。学生讨论,教师引导评价测定数据(教师应根据学生完成的实际情况,引导学生对测定结果的定性、定量数据进行综合评价,对色谱图相关术语进行讲解)p色谱流出曲线Ø基线。当没有组分进入检测器时,色谱流出曲线是一条只反映仪器噪声随时间变化的曲线,称为基线。当操作条件变化不大时,常可得到如同一条直线的稳定基线。Ø基线噪声。基线中由于各种因素引起的基线起伏(如图中a、b、c所示)称为基线噪声。教案纸№1-4常州工程职业技术学院Ø基线漂移。基线随时间定向的缓慢变化(如图中d所示),称之为基线漂移。p色谱峰Ø当有组分进入检测器时,色谱流出曲线就会偏离基线,此时绘出的曲线,称为色谱峰。描述色谱峰的基本参数有峰高、峰面积、峰拐点、峰宽与半峰宽等。Øa、d—前伸峰(前沿平缓后部陡起的不对称色谱峰)Øb、c—拖尾峰(前沿陡起后部平缓的不对称色谱峰)Øe—分叉峰(两种组分没有完全分开而重叠在一起的色谱峰)Ø f— “馒头”峰(峰形比较宽大的色谱峰)p定量参数Øh—峰高(指峰顶到基线的距离,如图中AB)ØA—峰面积(指每个组分的流出曲线与基线间所包围的面积)ØE、F—峰拐点(在组分流出曲线上二阶导数等于零的点,称为峰拐点,如图中的E点与F点)Øw—峰宽(指色谱峰两侧拐点处所作的切线与峰底相交两点之间的距离,如图中IJ)Øw1/2—半峰宽(在峰高一半处的峰宽,如图中GH)p定性参数——保留值Ø保留值是用来描述各组分色谱峰在色谱图中的位置,是气相色谱定性的参数。Ø OOˊ — M t,死时间,从进样开始到惰性组分从柱中流出,呈现浓度极大值时所需要的时间。Ø OB、OC、OD— R t,保留时间,从进样到色谱柱后出现待测组分信号极大值所需要的时间。Ø Oˊ B、Oˊ C、Oˊ D— ' R t,调整保留时间,扣除死时间后的保留时间, M R R t t t-= ' 。Ø相对保留值:一定的实验条件下组分 i与另一标准组分 S的调整保留时间之比: S i S i R R R R iS V V t t r¢¢=¢¢= iS r仅与柱温及固定相性质有关,与其它操作条件如柱长、柱内填充情况及载气流速等无关。教师引导并共同解决分析过程中的常见问题(本过程教师积极“引导”学生对该测定过程不理解之处提问,可事先设计部分问题如①定性问题②定量问题③常见参数的设置等,最后教师可在学生教案纸№1-5常州工程职业技术学院讨论的基础上作一个总结)p定性分析:丁醇试样中各同分异构体的定性问题:一般可采用标准物质进行保留时间的对照来定性。Ø定性原则:在一定固定相和一定操作条件下,每种物质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。在同一色谱条件下,不同物质也可能具有相似或相同的保留值,因此保留值并非是专属的。Ø保留值定性:在气相色谱分析中利用保留值定性是最基本的定性方法,其基本依据是:两个相同的物质在相同的色谱条件下应该具有相同的保留值。Ø双柱法定性:单支色谱柱依据保留值进行的推测只能是初步的;若要得到更准确可靠的结论,可再用另一根极性完全不同的色谱柱,做同样的对照比较。如果结论同上,那么最终的定性结果便比较可靠。Ø色谱操作条件不稳定时的定性:²相对保留值定性:相对保留值只受柱温和固定相性质的影响,而柱长、固定相的填充情况和载气的流速均不影响相对保留值的大小。²用已知标准物增加峰高法定性:在得到未知样品的色谱图后,在未知样品中加入一定量的已知标准物质,然后在同样的色谱条件下,作已知标准物质的未知样品的色谱图。对比这两张色谱图,哪个峰增高了,则说明该峰就是加入的已知纯物质的色谱峰。p参数的设置:项目丁醇异构体混合物的测定载气种类N2、Ar载气流量约30mL/min空气300mL/minH2作燃气,约30ml/min检测器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)p定量分析Ø定量理论依据:在色谱分析中,在某些条件限定下,色谱峰的峰高或峰面积(检测器的响应值)与所测组分的数量(或浓度)成正比。Ø色谱定量分析的基本公式为: i i i A f w=或 i i i h f c=。Ø定量校正因子的测定²绝对校正因子:表示单位峰面积或单位峰高所代表的物质的质量,fi=mi/Ai。²绝对校正因子的测定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图利用已知标准物质直接对照定性教案纸№1-6常州工程职业技术学院峰面积或峰高,并要求严格控制色谱操作条件,这在实际工作中是有一定的困难的。²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 i f' 表示 i S S i S i i A m A m f f f××== ' ²测定方法:准确称取色谱纯(或已知准确含量)的被测组分和基准物质,配制成已知准确浓度的样品,在已定的色谱实验条件下,取一定体积的样品进样,准确测量所得组分和基准物质的色谱峰峰面积,根据计算公式就可以计算出该组分的相对校正因子。²相对响应值或相对响应因子 ' ' / 1 i f S=² i f' 、 ' S 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,是一个能通用的参数。p本项目的测定采用“归一化法”进行定量。项目丁醇异构体混合物的测定定量方法归一化法要求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。相对校正因子须用标准物质测量相对校正因子,否则无法准确测量计算公式 % 100 ' '´××=å i i i i i A f A f w 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。p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、高温操作注意烫伤等。(教师可用一些安全上的实例给学生讲述此问题,以引起同学们的注意,同时辅以学生对“安全问题”讨论来提高学生的学习主动性与增强教学效果。)氢火焰离子化检测器结构与检测原理p问题:为什么FID检测器能检测出丁醇异构体混合物各组分?(教师可引导学生对测定过程提出更深层次的问题)pFID检测器的结构:氢焰检测器的主要部件是离子室。离子室一般由不锈钢制成,包括气体入口、出口、火焰喷嘴、极化极和收集极以及点火线圈等部件。极化极为铂丝做成的圆环,安装在喷嘴之上。收集极教案纸№1-7常州工程职业技术学院是金属圆筒,位于极化极上方。两极间距可以用螺丝调节(一般不大于10mm)。在收集极和极化极间加一定的直流电压(常用150~300V),以收集极作负极
本文标题:常州工程职院仪器分析测试技术教案1-3气相色谱法:氢火焰离子化检测器的使用与归一化法定量
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