色譜分析之定性定量

色譜分析之定性定量第一頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期三1、利用已知物直接對照法定性利用已知物直接對照定性，是一種簡單可靠的方法，在具有已知標樣的情況下，常使用該方法。該法定性的依據(jù)是：在一定柱條件（柱長、固定相）、操作條件下，組分有固定的保留值。但也應注意：（A）相同的物質(zhì)在相同條件下，有相同的保留值；（B）在相同條件下，有相同保留值的不一定是同一物質(zhì)。第二頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期三（1）利用保留值定性如前所述，在一定的柱條件和操作條件下，準確測量未知物和已知物的保留值，若相同，則初步可認為它們屬于相同物質(zhì)。該法的缺點是保留值受操作條件影響大、載氣流速、溫度的微小變化都會使保留值改變，從而給定性帶來困難。（2）利用相對保留值定性由于“r2/1"僅受柱溫、固定相的影響，而不受操作條件（如流速、柱長、填充情況等）的影響。因此在柱溫、固定相一定時，“r2/1"為定值，可作為定性的較可靠的參數(shù)。第三頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期三（3）利用雙柱或多柱定性在一根色譜柱上用保留值鑒定組分有時不一定可靠，因為不同物質(zhì)有可能在同一色譜柱上具有相同的保留值。所以應采用雙柱或多柱法進行定性分析。即采用兩根或多根性質(zhì)（極性）不同的色譜柱進行分離，觀察未知物和標準樣品的保留值是否始終重合。如果仍獲得相同的保留值，則定性結(jié)果一般就沒有什么問題了。因為兩種不同組分，在兩根或多根不同極性固定液柱上，保留值相同之機會是極少的。第四頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期三（4）利用已知物增加峰高法定性如果樣品組成復雜，峰間距小，且操作條件不易控制恒定時，峰高增加法是在此條件下最可靠的定性方法。具體方法是：先進一樣品，得一色譜圖，然后在樣品中加入定量的標準已知物，同樣條件下進樣，從得到新的色譜圖上看，如果某個峰加高了，則該峰就是加入的標準已知物的組分。利用已知物直接對照法定性，方法簡單，但試樣的大概組成應該預先有所了解，而且還需準備對照用的已知純物質(zhì)。第五頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期三2、利用保留指數(shù)定性保留指數(shù)是一種重現(xiàn)性較其它保留數(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值對照而不需標準樣品。保留指數(shù)I是把物質(zhì)的保留行為用兩個緊靠近它的標準物（一般是兩個正構(gòu)烷烴）來標定。某物質(zhì)的保留指數(shù)可由下式計算而得：第六頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期三式中XN為保留值，可以用調(diào)整保留時間tR’、調(diào)整保留體積VR’或相應的記錄紙的距離表示。

i為被測物質(zhì)，Z，Z＋1代表具有Z個和Z＋1個碳原子數(shù)的正構(gòu)烷烴。被測物質(zhì)的XN值應恰在這兩個正構(gòu)烷烴的XN值之間，即XNZ＜XNI＜XN（Z+1）。正構(gòu)烷烴的保留指數(shù)則人為地定為它的碳數(shù)乘以100，例如正戊烷、正已烷、正庚烷的保留指數(shù)分別為500、600、700．欲求某物質(zhì)的保留指數(shù)，只要與相鄰的正構(gòu)烷烴混合在一起（或分別的），在給定條件下進行色譜實驗，然后按上式計算其保留指數(shù)。第七頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期三現(xiàn)以乙酸正丁酯在阿皮松L柱上，柱溫為100℃時的保留指數(shù)為例來加以說明。選正庚烷、正辛烷兩個正構(gòu)烷烴，乙酸正丁酯的峰在此兩正構(gòu)烷烴峰的中間。設相當于調(diào)整保留時間的記錄紙距離為：正庚烷（n-C7）XNZ＝174.0mmlog174.0＝2.2406乙酸正丁酯XNi＝310.0mmlog310=2.4914正辛烷(n-C8）XN(z+1)＝373.4mmlog373.4＝2.5722Z＝7，將上述數(shù)據(jù)代入上式得：第八頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期三保留指數(shù)的有效數(shù)字為三位，其準確度和重現(xiàn)性都很好，誤差＜1％，因此只要柱溫和固定液相同，就可用文獻上發(fā)表的保留指數(shù)進行定性鑒定，而不必用純物質(zhì)。第九頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期三3、與其它方法結(jié)合的定性分析法（1）與質(zhì)譜、紅外光譜籌儀器聯(lián)用較復雜的混合物經(jīng)色譜柱分離為單組分，再利用質(zhì)譜、紅外光譜或核磁共振等儀器進行定性鑒定。其中特別是氣相色譜和質(zhì)譜的聯(lián)用，是目前解決復雜未知物定性問題的有效方法之一。（2）與化學方法配合進行定性分析帶有某些官能團的化合物，經(jīng)一些特殊試劑處理，發(fā)生物理變化或化學反應后，其色譜峰將會消失或提前或移后，比較處理前后色譜圖的差異，就可初步辨認試樣含有哪些官能團。使用這種方法可直接在色譜系統(tǒng)中裝上預處理柱。若反應過程進行較慢可進行復雜的試探性分析，也可使試樣與試劑在注射器內(nèi)或者其它小容器內(nèi)反應，再將反應后的試樣注入色譜柱。第十頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期三4、利用檢測器的選擇性進行定性分析不同類型的檢測器對各種組分的選擇性和靈敏度是不相同的，例如熱導池檢測器對無機物和有機物都有響應，但靈敏度較低；氫焰電離檢測器對有機物靈敏度高，而無機氣體、水分、二硫化碳等響應很小，甚至無響應；電子捕獲檢測器只對含有鹵素、氧、氮等電負性強的組分有高的靈敏度。又如火焰光度檢測器只對含硫、磷的物質(zhì)有訊號。堿鹽氫焰電離檢測器對含鹵素、硫、磷、氮等雜原子的有機物特別靈敏。利用不同檢測器具有不同的選擇性和靈敏度，可以對未知物大致分類定性。第十一頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期三而當流速較大時，傳質(zhì)項（C項）為控制因素，宜采用相對分子質(zhì)量較小的載氣（H2、He），此時組分在載氣中有較大的擴散系數(shù)，可減小氣相傳質(zhì)阻力，提高柱效。選擇載氣時還應考慮對不同檢測器的適應性。第十二頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期三二、定量分析1、定量分析的依據(jù)在一定操作條件下，分析組分i的質(zhì)量（mi）或其在載氣中的濃度是與檢測器的響應信號（色譜圖上表現(xiàn)為峰面積Ai或峰高hi）成正比的，即：Ai＝Si.mi

或：mi=Ai/Si=fi'·Ai

這就是色譜定量分析的依據(jù)。式中Si為響應值，fi'為校正因子。第十三頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期三由上式可見，在定量分析中需要：（1）準確測量峰面積；（2）準確求出比例常數(shù)fi'（稱為定量校正因子）；（3）根據(jù)上式正確選用定量計算方法，將測得組分的峰面積換算為百分含量。下面分別討論之。2、峰面積測量法峰面積的測量直接關系到定量分析的準確度。常用峰面積測量方法（根據(jù)峰形的不同）有如下幾種：第十四頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期三（1）峰高乘半峰寬法當色譜峰為對稱峰時可采用此法。根據(jù)等腰三角形面積的計算方法，可以近似認為峰面積等于峰高乘以半峰寬：

A=h·Y1／2這樣測得的峰面積為實際峰面積的0.94倍，實際上峰面積應為：

A=1.065h·Y1／2顯然，在作絕對測量時（如測靈敏度），應乘以1.065。但在相對計算時，1.065可約去。由于此法簡單、快速，所以在實際工作中常采用；但對于不對稱峰、很窄或很小的峰，由于Y1／2。測量誤差較大，就不能應用此法。第十五頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期三（2）峰高乘峰底寬度法對矮而寬的色譜峰，用下式計算峰面積較為準確。

A=1.02hiY（3）峰高乘平均峰寬法對于不對稱色譜峰使用此法可得較準確的結(jié)果。所謂平均峰寬是指在峰高0.15和0.85處分別測峰寬，然后取其平均值：第十六頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期三（4）峰高乘保留值法在一定操作條件下，同系物的半峰寬與保留時間成正比，即：

Y1/2∝tR

所以：Y1/2＝btRA＝h·Y1/2＝h·b·tR

在相對計算時，b可約去，于是：

A＝h·Y1/2＝h·tR

此法適用于狹窄的峰，或有的峰窄、有的峰又較寬的同系物的峰面積測量。第十七頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期三（5）積分儀法自動積分儀是測量峰面積最方便的工具，速度快，線性范圍寬，精度一般可達0.2～2％，對小峰或不對稱峰也能得出較準確的結(jié)果。數(shù)字電子積分儀能以數(shù)字的形式招峰面積和保留時間打印出來?，F(xiàn)在有計算機聯(lián)機的色譜儀，峰面積可由計算機通過計算軟件直接計算出來。并可對基線漂移的色譜圖的峰面積作校正。部分重疊的峰的面積也可計算。第十八頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期三3、定量校正因子的求算色譜定量分析是基于被測物質(zhì)的量與其峰面積成正比關系。但是由于同一檢測器對不同的物質(zhì)具有不同的響應值，所以兩個相等的物質(zhì)出峰面積往往不相等，這樣就不能用峰面積來直接計算物質(zhì)的含量。為了使檢測器產(chǎn)生的響應訊號能真實地反映出物質(zhì)的含量，就要對響應值進行校正，因此引入“定量校正因子”。第十九頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期三前已述及，在一定的操作條件下，進樣量（mi）與響應訊號（峰面積Ai）成正比：mi=fi'·Ai

或?qū)懽鱢i'=mi/Ai式中fi'又為絕對質(zhì)量校正因子，也就是單位峰面積所代表物質(zhì)的質(zhì)量。fi'主要由儀器的靈敏度所決定，它既不易準確測定，也無法直接應用。第二十頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期三所以在定量工作中都是用相對校正因子，即某物質(zhì)與一標準物質(zhì)的絕對校正因子之比值，我們平常所指的校正因子都是相對校正因子。常用的標準物質(zhì)，對熱導池檢測器是苯，對氫焰檢測器是正庚烷。按被測組分使用的計量單位的不同，可分為質(zhì)量校正因子，摩爾校正因子和體積校正因子（通常把相對二字略去）。第二十一頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期三（1）質(zhì)量校正因子fm這是一種經(jīng)常用的定量校正因子，即：式中下標i，s分別代表被測物和標準物質(zhì)。第二十二頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期三(2)摩爾校正因子fM

如果以摩爾數(shù)計量，則:式中Mi、Ms分別為被測物和標準物質(zhì)相對分子質(zhì)量。第二十三頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期三（3）體積校正因子fv

如果以體積計量（氣體樣品），則體積校正因子就是摩爾校正因子，這是因為一摩爾任何氣體在標準狀態(tài)下其體積都是22.4L。對于氣體分析，使用摩爾校正因子可得體積百分數(shù)。第二十四頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期三（4）相對響應值S'

相對響應值S’是物質(zhì)i與標準物質(zhì)S的響應值（靈敏度）之比。單位相同時，它與校正因子互為倒數(shù),即：

S'＝1/f'S'和f’只與試樣，標準物質(zhì)及檢測器類型有關，而與操作條件(柱溫、載氣流速、固定液性質(zhì))等無關，因而是一個能通用的常數(shù)。第二十五頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期三4、常用的幾種定量計算方法（1）歸一化法

當試樣中各組分都能流出色譜柱，并在色譜圖上顯示色譜峰時，可用此法進行定量計算。假設試樣中有n個組分，每個組分的量m1、m2、…、mn，各組分含量的總和m為100％，其中組分i的百分含量％Ci可按下式計算：第二十六頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期三f，為質(zhì)量校正因子，得質(zhì)量百分數(shù)；如為摩爾校正因子，則得摩爾百分數(shù)或體積百分數(shù)（氣體）。

若各組分的f值相近或相同，例如同系物中沸點接近的各組分，則上式可簡化為：第二十七頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期三對于狹窄的色譜峰，也有用峰高代替峰面積來進行定量測定。當各種操作條件保持嚴格不變時，在一定的進樣量范圍內(nèi)，峰的半寬度是不變的，因此峰高就直接代表某一組分的量。這種方法快速簡便，適合于工廠和一些具有固定分析任務的化驗室使用。此時:第二十八頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期三歸一化法的優(yōu)點是：簡便、準確，當操作條件、如進樣量、流速等變化時，對結(jié)果影響小。注意點：用歸一化法定量時，（A）樣品中所有組分都要出峰，否則會產(chǎn)生誤差。（B）所有組分的峰不能重疊。第二十九頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期三例4：一液體混合物中，僅含有苯、甲苯，用氣相色譜法，熱導池為檢測器得到以下結(jié)果：苯的峰面積為9.1cm2，校正因子為0.8;甲苯的峰面積為21.8cm2，校正因子為0.75。求各組分的質(zhì)量百分含量分別為多少？解：甲苯%=100-30.8=69.2答：混合液中苯占30.8%,甲苯占69.2%。第三十頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期三（2）內(nèi)標法當只需測定試樣中某幾個組分，而且試樣中所有組分不能全部出峰時，可采用此法。內(nèi)標法是將一定量純物質(zhì)作為內(nèi)標物，加入到準確稱取的試樣中，根據(jù)被測物和內(nèi)標物的質(zhì)量及其在色譜圖上相應的峰面積比，求出某組分的含量。第三十一頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期三

例如要測試樣中組分i的百分含量％Ci，可于試樣中加入質(zhì)量為ms’的內(nèi)標物，試樣質(zhì)量為m’，則

mi=fi·Ai

ms=fs·Asmi/ms=Aifi/fsAs第三十二頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期三一般常以內(nèi)標物為基礎，則fs=1，此時計算可簡化為:由上述計算式可以看到，本法是通過測量內(nèi)標物及欲測組分的峰面積的相對值來進行計算的，因而由于操作條件變化而引起的誤差，都將同時反映在內(nèi)標物及欲測組分上而得到抵消，所以可得到較準確的結(jié)果。這是內(nèi)標法的主要優(yōu)點，在很多儀器分析方法上得到應用。第三十三頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期三

內(nèi)標物的選擇(1)它應該是試樣中不存在的純物質(zhì)；(2)加入的量應接近于被測組分；(3)同時要求內(nèi)標物的色譜峰位于被測組分色譜峰附近，或幾個被測組分色譜峰的中間，并與這些組分完全分離；(4)還應注意內(nèi)標物與欲測組分的物理及物理化學性質(zhì)（如揮發(fā)度，化學結(jié)構(gòu)，極性以及溶解度等）相近，這樣當操作條件變化時，更有利于內(nèi)標物及欲測組分作勻稱的變化。第三十四頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期三(1)優(yōu)點是定量較準確，而且不象歸一化法有使用上的限制；(2)不足是但每次分析要準確稱取試樣和內(nèi)標物的質(zhì)量，因而它不宜于作快速控制分析。第三十五頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期三例5：為了無水乙醇中水分(i)的含量，稱1.80g混合樣，加入0.0400g內(nèi)標物苯(S)，混勻后進樣。從色譜圖上測得Ai=7.0cm2,As=25.0cm2。已知：fi=1.11,fs=1.00。計算組分i的百分含量。解：答：乙醇中水含分為0.691%。第三十六頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期三（3）內(nèi)標標準曲線法為了減少稱樣和計算數(shù)據(jù)的麻煩，可用內(nèi)標標準曲線法進行定量測定，這是一種簡化的內(nèi)標法。由式（6-59）可見，若稱量同樣量的試樣，加入恒定量的內(nèi)標物，則此式中fims/fsm×100為一常數(shù)，此時亦即被測物的百分含量與Ai/As成正比關系，以％Ci對Ai/As作圖將得一直線。第三十七頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期三第三十八頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期三制作標準曲線時，先將欲測組分的純物質(zhì)配成不同濃度的標準溶液。取固定量的標準溶液和內(nèi)標物，混合后進樣分析，測Ai和As