ch04 苯系物含量的气相色谱法测定解析

实验四苯系物含量的气相色谱法测定气相色谱法实验讲解要点一、何谓气相色谱？它分几类？二、气相色谱的分离原理为何？三、气相色谱法的一些常用术语及基本概念解释？四、气相色谱法的分析对象与特点五、GC色谱条件六、气相色谱法的一般流程七、归一化法八、苯系物含量的气相色谱法测定一、气相色谱定义和分类气相色谱是色谱中的一种，就是用气体作为流动相的色谱法。一般可按以下几方面分类：1、按固定相聚集态分类：（1）气固色谱：固定相是固体吸附剂，（2）气液色谱：固定相是涂在担体表面的液体。2、按过程物理化学原理分类：（1）吸附色谱：利用固体吸附表面对不同组分物理吸附性能的差异达到分离的色谱。（2）分配色谱：利用不同的组分在两相中有不同的分配系数以达到分离的色谱。（3）其它：利用离子交换原理的离子交换色谱：利用胶体的电动效应建立的电色谱；利用温度变化发展而来的热色谱等等。二、气相色谱的分离原理气相色谱是一种物理的分离方法。利用被测物质各组分在不同两相间分配系数（溶解度）的微小差异，当两相作相对运动时，这些物质在两相间进行反复多次的分配，使原来只有微小的性质差异产生很大的效果，而使不同组分得到分离。三、气相色谱法的常用术语及基本概念1、相、固定相和流动相：一个体系中的某一均匀部分称为相；在色谱分离过程中，固定不动的一相称为固定相；通过或沿着固定相移动的流体称为流动相。2、色谱峰：物质通过色谱柱进到鉴定器后，记录器上出现的一个个曲线称为色谱峰。3、基线：在色谱操作条件下，没有被测组分通过鉴定器时，记录器所记录的检测器噪声随时间变化图线称为基线。4、峰高与半峰宽：由色谱峰的浓度极大点向时间座标引垂线与基线相交点间的高度称为峰高，一般以h表示。色谱峰高一半处的宽为半峰宽，三、气相色谱法的常用术语及基本概念5、峰面积：流出曲线（色谱峰）与基线构成之面积称峰面积，用A表示。6、保留值与相对保留值：保留值是表示试样中各组分在色谱柱中的停留时间的数值，通常用时间或用将组分带出色谱柱所需载气的体积来表示。以一种物质作为标准，而求出其他物质的保留值对此标准物的比值，称为相对保留值。7、仪器噪音：基线的不稳定程度称噪音。四、GC的分析对象与特点a、分析对象可挥发被分析的样品应该热稳定沸点不能太大在已知化合物中有20～25%可用GC直接分析。b、GC特点：（1）分离效能高可有效地分离性质极为相近的各种同分异构体和各种同位素。（2）检测灵敏度高可检出10-10g的物质，可作超纯气体、高分子单体的痕迹量杂质分析和空气中微量毒物的分析（3）分析速度快一般分析、只需几分钟即可完成，有利于指导和控制生产。（4）应用范围广即可分析低含量的气、液体，亦可分析高含量的气、液体，可不受组分含量的限制。（5）样品用量少一般气体样用几毫升，液体样用几微升或几十微升因此，气相色谱法已成为石油、化学、化工、生化、医药、农业、环境保护等生产及科研部门中不可缺少的有利分析手段。五、GC色谱条件流动相固定相检测器仪器操作参数的选择1流动相（载气）氢气氮气分子量小，热导系数大，粘度小。常用于热导检测器。要求：纯度在99.99%以上、净化扩散系数小，柱效比较高。除热导检测器以外的其它几种检测器中，多采用氮气作载气。一般选择载气的依据气相色谱常用的载气有哪些？作为气相色谱载气的气体，要求要化学稳定性好；纯度高；价格便宜并易取得；能适合于所用的检测器。常用的载气有氢气、氮气、氩气、氦气等等。2固定相因为GC的载气（流动相）种类相对较少，故其分离选择性主要通过固定相来改变。固定相：由载体和涂在表面的固定液组成。实际分析中，GC分析中一般选定一种载气，然后通过改变色谱柱以及操作参数来优化分离，（而液相是通过改变流动相、柱温、流速来分离样品的）色谱柱毛细管柱填充柱毛细管柱填充拄材料熔融的石英拉制而成，外层是聚酰亚胺，使整个毛细管柱有韧性不锈钢做为外壳材料，里面填充一些材料，比如活性炭、氧化铝、硅胶等柱长长，20-200m短，1-10m内径0.25mm，0.53mm2-4mm固定相液膜，厚度为0.25μm活性炭、氧化铝、硅胶等理论塔板数高低柱效高低3检测器：是将流动相中组分的浓度或质量信号转变成电信号的仪器。常用检测器热导（TCD）电子捕获（ECD）火焰光度（FPD)热离子化（TID)及氢焰离子化检测器（FID）其中氢焰离子化检测器（FID)对大部分有机化合物均有响应，且灵敏度相当高，最小检测量可达纳克级,因此为常用检测器FID测定原理：测定有机物在氢火焰的作用下，化学电离形成的离子流的强度。氢焰离子化检测器（一）•在高温火焰作用下，有机物组分电离成正负离子，在收集极（正极）和极化极（负极）外电场作用下定向运动而形成离子流（电流）。放大后被检测。•离子流强度决定于：–电离的程度---被测组分的性质，–进入离子室的被测组分的量氢焰离子化检测器（二）•注意–气体及流量：燃气用氢气，空气作为助燃气，载气用氮气。流量关系一般为，N2::H2:Air为1:1:10。–质量型检测器：用峰高定量时，需保持载气流速恒定。–色谱柱温度：主要由样品的复杂程度和气化温度决定，原则上即要待测物分离，又要所有组分能流出色谱柱，且分析时间越短越好。–气化室温度：等于或稍高于试样的沸点，不超过沸点50℃以上，高于柱温30℃。–检测室温度：参照色谱柱最高温度设定，高于柱温与气化室温度。4仪器操作参数的选择：六、气相色谱法的一般流程•载气由高压钢瓶中流出，经减压阀降压到所需压力后，通过净化干燥管使载气净化，再经稳压阀和转子流量计后，以稳定的压力、恒定的速度流经气化室与气化的样品混合，将样品气体带入色谱柱中进行分离。•分离后的各组分随着载气先后流入检测器，然后载气放空。检测器将物质的浓度或质量的变化转变为一定的电信号，经放大后在记录仪上记录下来，就得到色谱流出曲线根据色谱流出曲线上得到的每个峰的保留时间，可以进行定性分析，根据峰面积或峰高的大小，可以进行定量分析。进样系统载气系统色谱柱记录系统检测器七、归一化法归一化法所得色谱图定义：气相色谱中，把所有出峰组分含量之和以百分之百计算的定量分析方法称为归一化法。适用条件：1样品中所有组分都能从色谱柱流出来并被检测到。2各个组分的含量不能相差太大采用面积归一化法测定组分含量时，抽取气体体积不一样时，那么的测定的结果是否一样？归一化法定量特点：简单、方便，其结果与进样量无关，仪器条件稍有变化对结果影响不大八、苯系物含量的气相色谱法测定（一）、实验目的掌握气相色谱分离的基本原理和色谱分析的基本工作方法。掌握保留值的测定及用保留值定性的方法。学习校正因子的测定和校正归一化法定量的方法。（二）实验原理•气相色谱的流动相为惰性气体，具有一定活性的吸附剂作为固定相。当多组分的混合样品进入色谱柱后，由于吸附剂对每个组分的吸附力不同，经过一定时间后，各组分在色谱柱中的运行速度也就不同。吸附力弱的组分容易被解吸下来，最先离开色谱柱进入检测器，而吸附力最强的组分最不容易被解吸下来，因此最后离开色谱柱。如此，各组分得以在色谱柱中彼此分离，顺序进入检测器中被检测、记录下来。•本实验以非极性的OV-17(甲基聚硅氧烷)为固定相，苯系物按沸点由低到高依次出峰。在固定的色谱实验条件下，某一组分的流出时间是恒定的，不受其他组分影响。可以直接比对各组分的色谱保留时间（组分从进样到柱后出现色谱峰极大时所需的时间）进行定性分析。某一组分在色谱检测器上产生信号E（mV）的大小与进入检测器的该组分的量（或浓度）呈正相关。在一定的操作条件和浓度范围内，进样量和响应信号（峰面积A）成正比，是色谱定量分析的基础。但由于同样量的不同组分在检测器上所得信号大小不同，需要进行校正。•测定校正因子的方法有很多种，较为常见的为称取一定量的纯待测物Wi和纯标准物Ws,混匀后取适量进样，得到的峰面积分别为Ai和As，于是i物质相对于s物质的相对质量校正因子可按下式求得:仪器、试剂及色谱条件•1.岛津14C-GC气相色谱仪（安装OV-1或OV-17色谱柱，填充柱）、色谱工作站或色谱数据处理机、1µL微量注射器。•2.试剂：苯、甲苯和二甲苯（A.R.）,三苯混合物标样（若选用氢火焰离子化检测器，则以上所有试剂均配成0.05%的CS2溶液），未知样品。•3.色谱条件：柱温80～120℃，氮气流量40ml.min-1,汽化室温度175℃，检测器温度200℃，进样量1µL。（三）仪器和试剂（四）实验步骤1.实验准备及条件选择（1）打开高压瓶并调节减压阀出口压力0.4MPa,打开色谱仪稳压阀并调节流量计的流量在40mL.min-1左右，或柱前压为0.1MPa（2）打开电源，调节柱温至80℃及气化温度为为175℃，检测器温度为200℃。（3）打开色谱工作站，将数据采集模式设置为自动给出色谱柱效参数，等待基线平直。（4）用1µL微量注射器分别取纯苯、甲苯和二甲苯混合标样0.5µL进样，记录色谱图中各峰保留时间,峰面积及分离度。（5）将柱温分别设置为100℃和120℃，稳定后重复步（4）。比较三张色谱图，取最小分离度大于1.5且保留时间最短的柱温为最佳柱温。相关数据计入下表中。•2.校正因子测定及定性分析（1）在最佳柱温下，用1µL微量注射器分别取纯苯、甲苯和二甲苯各0.5µL进样，记录色谱图中各色谱峰保留时间，与步骤（5）所得结果相比较，进行定性分析。（2）取一支1µL微量注射器取混合标样0.5µL进样，记录各峰的峰面积和保留时间，重复测定两三次，计算各组分的校正因子。•3.样品测定（1）用另一支1µL微量注射器取未知试样0.5µL进样，记录各峰的峰面积和保留时间，重复测定两三次，计算未知样品中各组分的含量。结果计入表4.14中。（2）以“先断电后关气源”的顺序关机（这一步由教师在实验后统一处理）。注射（进样）方法•进样时间和进样量：进样速度要快，（慢会使样品气化过程变长，导致样品进入色谱柱的初始谱带变宽）在1s以内。试样不超载，一般（1～5µl）。•方法：一手持注射器，另一只手保护针尖，先小心将注射器针头穿过隔热层，随即以最快的速度将注射器插到底，与此同时迅速将样品注入气化室（不要使针弯曲）然后快速拔出注射器，注射器在气化室中停留时间越短，重现性越好！进样口（五）数据处理苯系物含量的测定结果组分苯甲苯二甲苯标样质量标样峰面积校正因子fi=1试样峰面积百分比含量（六）思考题（1）色谱分离的应用前景如何？（2）色谱定量方法还有哪些？（3）配制混合标准溶液时为什么要准确称量？测量校正因子时是否要严格控制进量？（4）归一化法定量分析时对样品的进样量有何要求？（七）仪器操作规程1打开稳压电源；2打开氮气阀，打开净化器上的载气开关阀，然后检查是否漏气，保证气密性良好；3调节总流量为适当值（根据刻度的流量表测得）；4调节分流阀使分流流量为实验所需的流量（用皂膜流量计在气路系统面板上实际测量），柱流量即为总流量减去分流量；5打开空气、氢气开关阀，调节空气、氢气流量为适当值；6根据实验需要设置柱温、进样口温度和FID检测器温度；7打开计算机与工作站；8FID检测器温度达到150℃以上，按FIRE键点燃FID检测器火焰；9设置FID检测器灵敏度和输出信号衰减；10待所设参数达到设置时，即可进样分析；11实验完毕后，先关闭氢气与空气，用氮气将色谱柱吹净后关机。