氣相色譜的分離條件選擇

1、氣相色譜的分離條件選擇第1頁，共28頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期四 19-4 色譜分離操作條件的選擇 根據(jù)基本色譜分離方程式及范氏理論，可指導(dǎo)選擇色譜分離的操作條件。 1柱長的選擇 固然增加柱長可使理論塔板數(shù)增大，但同時使峰寬加大，分析時間延長。因此，填充柱的柱長要選擇適當(dāng)。過長的柱子，總分離效能也不一定高。一般情況下，柱長選擇以使組分能完全分離，分離度達(dá)到所期望的值為準(zhǔn)。具體方法是選擇一根極性適宜，任意長度的色譜柱，測定兩組分的分離度，然后根據(jù)基本色譜分離方程式，確定柱長是否適宜。第2頁，共28頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期四例 193在一根1m長的色譜柱上測得

2、兩組分的分離度為0.68,要使它們完全分離以(R=1.5),則柱長應(yīng)為多少？解根據(jù)式（18-43），有 即在其他操作條件不變的條件下，色譜柱長要選擇5m左右才能使分離度達(dá)R=1.5,組分達(dá)到完全分離。第3頁，共28頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期四2.載氣及其流速的選擇 第4頁，共28頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期四 曲線的最低點(diǎn)，塔板高度H最小，柱效最高，其相應(yīng)的流速是最佳流速. 從圖19-12可知，當(dāng)u較小時，分子擴(kuò)散項B/u是影響板高的主要因素，此時，宜選擇相對分子質(zhì)量較大的載氣（N2，Ar），以使組分在載氣中有較小的擴(kuò)散系數(shù)。當(dāng)u較大時，傳質(zhì)阻力項Cu起主導(dǎo)作

3、用，宜選擇相對分子質(zhì)量小的載氣(H2,He)，使組分有較大的擴(kuò)散系數(shù)，減小傳質(zhì)阻力，提高柱效。當(dāng)然，載氣的選擇還要考慮與檢測器相適應(yīng)。 分析方法色譜第5頁，共28頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期四3柱溫的選擇 柱溫是一個重要的操作參數(shù)，直接影響分離效能和分析速度。提高柱溫可使氣相、液相傳質(zhì)速率加快，有利于降低塔板高度，改善柱效一但增加柱溫同時又加劇縱向擴(kuò)散，從而導(dǎo)致柱效下降。另外，為了改善分離，提高選擇性，往往希望柱溫較低，這又增長了分析時間。因此，選擇柱溫要兼顧幾方面的因素。一般原則是：在使最難分離的組分有盡可能好的分離前提下，采取適當(dāng)?shù)偷闹鶞?，但以保留時間適宜，峰形不拖尾為度。

4、具體操作條件的選擇應(yīng)根據(jù)實際情況而定。第6頁，共28頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期四 另外，柱溫的選擇還應(yīng)考慮固定液的使用溫度，柱溫不能高于固定液的最高使用溫度，否則固定派揮發(fā)流失，對分離不利。 對于寬沸程的多組分混合物，可采用程序升溫法，即在分析過程中按一定速度提高柱溫，在程序開始時，柱溫較低，低沸點(diǎn)的組分得到分離，中等沸點(diǎn)的組分移動很慢，高沸點(diǎn)的組分還停留于柱口附近；隨著溫度上升，組分由低沸點(diǎn)到高沸點(diǎn)依次分離出來。圖19-13是正構(gòu)烷烴恒溫和程序升溫色譜圖比較。 由圖19-13不難看出，采用程序升溫后不僅改善分離，而且可以縮短分析時間，得到的峰形也很理想。第7頁，共28頁，2

5、022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期四第8頁，共28頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期四 4載體粒度及篩分范圍的選擇 載體的粒度愈小，填裝愈均勻，柱效就愈高。但粒度也不能太小。否則，阻力壓也急劇增大。一般粒度直徑為柱內(nèi)徑的120l25為宜。在高壓液相色譜中，可采用極細(xì)粒度，直徑在m數(shù)量級。 5進(jìn)樣量的選擇 在實際分析中最大允許進(jìn)樣量應(yīng)控制在使半峰定基本不變，而峰高與進(jìn)樣量成線性關(guān)系。如果超過最大允許進(jìn)樣量，線性關(guān)系遭破壞。一般說來，色譜柱越粗、越長，固定液含量越高，容許進(jìn)樣量越大。第9頁，共28頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期四19-5 定性分析 氣相色譜分析對象是在氣

6、化室溫度下能成為氣態(tài)的物質(zhì)。除少數(shù)外，大多數(shù)物質(zhì)在分析前都需要預(yù)處理。例如，樣品中含有大量的水，乙醇或被強(qiáng)烈吸附的物質(zhì)，可導(dǎo)致色譜柱性能變壞。一些非揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)人色譜柱，本身還會逐漸降解，造成嚴(yán)重噪聲。還有些物質(zhì)，如有機(jī)酸，極性很強(qiáng)，揮發(fā)性很低，熱穩(wěn)定性差。必須先進(jìn)行化學(xué)處理，才能進(jìn)行色譜分析。 氣相色譜法是一種高效、快速的分離分析技術(shù)，它可以在很短時間內(nèi)分離幾十種甚至上百種組分的混合物，這是其他方法無法比擬的。但是，由于色譜法定性分析主要依據(jù)是保留值，所以需要標(biāo)準(zhǔn)樣品。而且單靠色譜法對每個組分進(jìn)行鑒定，往往不能令人滿意。第10頁，共28頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期四 近年來，

7、氣相色譜與質(zhì)譜、光譜等聯(lián)用，既充分利用色譜的高效分離能力。又利用了質(zhì)譜、光譜的高鑒別能力，加上運(yùn)用計算機(jī)對數(shù)據(jù)的快速處理和檢索，為未知物的定性分析開辟了一個廣闊的前景。 1.用已知純物質(zhì)對照定性 這是氣相色譜定性分析中最方便，最可靠的方法。圖19-14是進(jìn)行對照定性的示意圖。這個方法基于在一定操作條件下，各組分的保留時間是一定值的原理。如果未知樣品。較復(fù)雜，可采用在未知混合物中加入已知物，通過未知物中哪個峰增大，來確定未知物中成分。第11頁，共28頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期四 第12頁，共28頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期四2.用經(jīng)驗規(guī)律和文獻(xiàn)值進(jìn)行定性分析 當(dāng)

8、沒有待測組分的純標(biāo)準(zhǔn)樣時，可用文獻(xiàn)值定性，或用氣相色譜中的經(jīng)驗規(guī)律定性。（l）碳數(shù)規(guī)律 大量實驗證明，在一定溫度下，同系物的調(diào)整保留時間的對數(shù)與分子中碳，原子數(shù)成線性關(guān)系，即式中A1和C1是常數(shù)，n為分子中的碳原子數(shù)（n3）。該式說明，如果知道某一同系物中兩個或更多組分的調(diào)整保留值，則可根據(jù)上式推知同系物中其它組分的調(diào)整保留值 第13頁，共28頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期四（2）沸點(diǎn)規(guī)律 同族具有相同碳數(shù)碳鏈的異構(gòu)體化合物，其調(diào)整保留時間的對數(shù)和它們的沸點(diǎn)呈線性關(guān)系，即式中A2和C2均為常數(shù)，Tb為組分的沸點(diǎn)（K）。由此可見，根據(jù)同族同數(shù)碳鏈異構(gòu)體中幾個已知組分的調(diào)整保留時間的

9、對數(shù)值，可求得同族中具有相同碳數(shù)的其他異構(gòu)體的調(diào)整保留時間。 第14頁，共28頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期四3根據(jù)相對保留值定性 利用相對保留值定性比用保留值定性更為方便、可靠。在用保留值定性時，必須使兩次分析條件完全一致，有時不易做到。而用相對保留值定性時，只要保持柱溫不變即可。這種方法要求找一個基準(zhǔn)物質(zhì)，一般選用苯、正丁烷、環(huán)己烷等作為基準(zhǔn)物。所選用的基準(zhǔn)物的保留值盡量接近待測樣品組分的保留值。 4.根據(jù)保留指數(shù)定性 保留指數(shù)又稱Kovasts指數(shù)，是一種重視性較其他保留數(shù)據(jù)都好的定性參數(shù)，可根據(jù)所用固定相和柱溫直接與文獻(xiàn)值對照，而不需標(biāo)準(zhǔn)樣品。 第15頁，共28頁，202

10、2年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期四例19-4圖19-15為乙酸正丁酯在阿皮松L柱上的流出曲線（柱溫100）。由圖中測得調(diào)整保留距離為：乙酸正丁酯3100mm，正慶烷174Omm，正辛烷3734mm，求乙酸正下酯的保留指數(shù)。 解 已知n=7即乙酸正丁酯的保留指數(shù)為7756。在與文獻(xiàn)值對照時，一定要重視文獻(xiàn)值的實驗條件，如固定液、柱溫等。而且要用幾個已知組分進(jìn)行驗證。 第16頁，共28頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期四 5.雙柱、多柱定性 對于復(fù)雜樣品的分析，利用雙柱或多柱法更有效、可靠，使原來一根柱子上可能出現(xiàn)相同保留值的兩種組分，在另一柱上就有可能出現(xiàn)不同的保留值。 6與其他方法

11、結(jié)合 氣相色譜與質(zhì)譜、Fourier紅外光譜、發(fā)射光譜等儀器聯(lián)用是目前解決復(fù)雜樣品定性分析最有效工具之一。 第17頁，共28頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期四19-6 定量分析 氣相色譜定量分析是根據(jù)檢測器對溶質(zhì)產(chǎn)生的響應(yīng)信號與溶質(zhì)的量成正比的原理，通過色譜圖上的面積或峰高，計算樣品中溶質(zhì)的含量。第18頁，共28頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期四 1.峰面積測量方法 峰面積是色譜圖提供的基本定量數(shù)據(jù)，峰面積測量的準(zhǔn)確與否直接影響定量結(jié)果。對于不同峰形的色譜峰采用不同的測量方法。（l）對稱形峰面積的測量峰高乘半峰寬法 理論上可以證明，對稱峰的面積 A=1065hW12 （

12、2）不對稱峰面積的測量一峰高乘平均峰寬法 對于不對稱峰的測量如仍用峰高乘半峰寬，誤差就較大，因此采用峰高乘平均峰寬法。 A=1/2h（W0.15W0.85） 式中W0.15和 W0.85分別為峰高015倍和085倍處的峰寬。 第19頁，共28頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期四2定量校正因子 （l） 定量校正因子 其定義色譜定量分析是基于峰面積與組分的量成正比關(guān)系。但由于同一檢測器對不同物質(zhì)具有不同的響應(yīng)值，即對不同物質(zhì)，檢測器的靈敏度不同，所以兩個相等量的物質(zhì)得不出相等峰面積?；蛘哒f，相同的峰面積并不意味著相等物質(zhì)的量。因此，在計算時需將面積乘上一個換算系數(shù)，使組分的面積轉(zhuǎn)換成相應(yīng)

13、物質(zhì)的量，即 wi=fiAi 式中Wi為組分i的量，它可以是質(zhì)量，也可以是摩爾或體積（對氣體）；Ai為峰面積，fi為換算系數(shù)，稱為定量校正因子。它可表示為 fi=Wi/Ai 定量校正因子定義為：單位峰面積的組分的量。檢測器靈敏度Si與定量校正因子有以下關(guān)系式 fi=1/Si 第20頁，共28頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期四（2）相對定量校正因子 由于物質(zhì)量wi不易準(zhǔn)確測量，要準(zhǔn)確測定定量校正因子fi不易達(dá)到。在實際工作中，以相對定量校正因子fi代替定量校正因子fi。 相對定量校正因子fi定義為：樣品中各組分的定量校正因子與標(biāo)準(zhǔn)物的定量校正因子之比。用下式表示 式中m和A分別代表質(zhì)

14、量和面積，下標(biāo)i和s分別代表待測組分和標(biāo)準(zhǔn)物。一般來說，熱導(dǎo)池檢測器標(biāo)準(zhǔn)物用苯，火焰離子檢測器用正庚烷。fi(m)表示相對質(zhì)量校正因子，由于進(jìn)入檢測器的物質(zhì)量也可以用摩爾或體積表示，因此也可用相對摩爾校正因子fi(M)和相對體積校正因子fi(V)表示。第21頁，共28頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期四 式中Mi和Ms分別為待測組分和標(biāo)準(zhǔn)物的相對分子質(zhì)量。 第22頁，共28頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期四（3）相對校正因子的測量 凡文獻(xiàn)查得的校正因子都是指相對校正因子，可用fM,fm分別表示摩爾校正因子和質(zhì)量校正因子（通常把相對二字略去）。 表19-9列出一些化合物的校

15、正因子。由于以體積計量的氣體樣品，lmol任何氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下其體積都是224L（升），所以摩爾校正因子就是體積校正因子。相對校正因子只與試樣、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和檢測器類型有關(guān)，與操作條件、柱溫、載氣流速、固定液性質(zhì)無關(guān)。 校正因子測定方法：準(zhǔn)確稱量被測組分和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，混合后，在實驗條件下進(jìn)樣分析（注意進(jìn)樣量應(yīng)在線性范圍之內(nèi)），分別測量相應(yīng)的峰面積，然后通過公式計算校正因子，如果數(shù)次測量數(shù)值接近，可取其平均值。第23頁，共28頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期四3常用的定量計算方法 （l）歸一化法 歸一化法是氣相色譜中常用的一種定量方法。應(yīng)用這種方法的前提條件是試樣中各組分必須全部流出色譜柱

16、，并在色譜圖上都出現(xiàn)色譜峰。當(dāng)測量參數(shù)為峰面積時，歸一化的計算公式為 第24頁，共28頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期四 式中Ai為組分i的峰面積，fi為組分i的定量校正因子。 歸一化的優(yōu)點(diǎn)是簡便準(zhǔn)確，當(dāng)操作條件如進(jìn)樣量、載氣流速等變化時對結(jié)果的影響較小。 適合于對多組分試樣中各組分含量的分析。 第25頁，共28頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期四（2）外標(biāo)法 外標(biāo)法是所有定量分析中最通用的一種方法，即所謂校準(zhǔn)曲線法。外標(biāo)法簡便，不需要校正因子，但進(jìn)樣量要求十分準(zhǔn)確，操作條件也需嚴(yán)格控制。它適用于日?？刂品治龊痛罅客悩悠返姆治觥＃?）內(nèi)標(biāo)法 為了克服外標(biāo)法的缺點(diǎn)，可采用

17、內(nèi)標(biāo)校準(zhǔn)曲線法。這種方法的特點(diǎn)是：選擇一內(nèi)標(biāo)物質(zhì)，以固定的濃度加入標(biāo)準(zhǔn)溶液和樣品溶液中，以抵消實驗條件和進(jìn)樣量變化帶來的誤差。內(nèi)標(biāo)法的校準(zhǔn)曲線（見圖19-16）是用AiAs對xi作圖，其中As為內(nèi)標(biāo)物的峰面積。通過原點(diǎn)的直線可表示為 第26頁，共28頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期四 式中Ki為相應(yīng)于組分i的比例常數(shù)，如果，它與校正因子的關(guān)系是： 對內(nèi)標(biāo)物的要求是： 樣品中不含有內(nèi)標(biāo)物質(zhì)； 峰的位置在各待測組分之間或與之相近；穩(wěn)定、易得純品； 與樣品能互溶但無化學(xué)反應(yīng)； 內(nèi)標(biāo)物濃度恰當(dāng)，使其峰面積與待測組分相差不太大。第27頁，共28頁，2022年，5月20日，8點(diǎn)16分，星期四思考題 1. 氣相色譜的基本設(shè)備包括那幾部分,各有什么作用? 2試