色谱定量分析.docx

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色谱定量分析

色谱定量分析

色谱分析的重要作用之一是对样品定量。

色谱法定量的依据是：

组分的重量或在载气

中的浓度与检测器的响应信号成正比。

在此，响应信号指峰面积或峰高，表示为：

wi = fi Ai ，其中：

wi 为欲测组分 i 的量，Ai 为组分 i 的峰面积，fi 为比例系数，在此称为

校正因子。

由此可见，要准确定量，首先要准确测出峰面积与定量校正因子。

一、峰面积的测量

1. 对称峰面积的测量

对称色谱峰近似地看作一个等腰三角形，按照三角形求面积的方法，峰面积为

2

2

2. 不对称峰面积的测量

在色谱分析中，经常会遇到不对称峰，多数不对称峰为拖尾峰，峰面积的计算方法为：

取峰高 0.15 倍处和 0.85 倍处峰宽的平均值，乘峰高：

 A =

1

2

（W0.15h + W0.85h ） ⨯ h

3. 大色谱峰尾部的小峰面积的测量

分析某主成分中痕量组分时，常会遇到主峰未到基线，杂质峰开始馏出的情况。

此时，

杂质峰面积计算法如下：

沿主峰尾部划出杂质峰的基线，由峰顶作主峰基线的垂线。

峰顶为 A，垂线与主峰尾

部交点为 B，峰高一半处峰宽为 b，则 A=AB·b。

4. 基线漂移时峰面积的测量

基线漂移时的峰面积，形状与大峰后面拖尾的小峰的峰缝相似，计算方法相同。

5. 重合峰面积的测量

在色谱分析中，常会遇到分离不完全的重合峰，峰面积可如下计算：

两峰重合，如果交点位于小峰半高以下，可由峰高乘半高峰宽法计算两峰面积。

如果两峰交点位于小峰半高以上，通常是由交点作基线的垂线，再用剪纸称重法计算。

6. 峰高乘保留时间法

同系物间，半高峰宽与保留时间呈线形关系：

Wh = btR + a ，对于填充柱 a ≈ 0 。

2

当色谱峰很尖、很窄、半高峰宽不易测准时，可用保留时间代替半高峰宽

A = 1.065h ⋅ btR 。

7. 自动积分仪法

使用自动积分仪测量峰面积，速度快，比其他方法测量的精密度高，可大大节省人力，

提高分析自动化程度。

8. 峰高在定量分析中的作用

峰高也可作为定量指标，对于一定的样品，如果操作条件保持不变，在一定的进样量

范围内，半高峰宽是不变的，峰高可直接代表组分的浓度，由峰高代替面积计算。

方法快

速、简便，适用于固定不变的常规分析。

与使用面积定量法比较，对于出峰早的组分，由

于半高峰宽很小，相对测量误差大，这时用峰高定量更准确。

对于出峰晚、峰较宽的组分，

用峰面积定量更准确。

二、定量校正因子

1. 定量校正因子的提出

定量校正因子是定量计算公式中的比例常数，其物理意义是单位峰面积所代表的被测

组分的量。

定量分析的依据是被测组分的量与响应信号成正比，但是，同一含量的不同物质，由

于其物理、化学性质的差别，即使在同一检测器上产生的信号大小也不同，直接用响应信

号定量，必然产生较大误差。

因此提出了定量校正因子。

定量校正因子对信号加以校正，

校正后的峰面积可定量地代表物质的含量。

物质的响应还与检测器的灵敏度有关。

单位量的同一物质在不同灵敏度检测器上，校

正因子不同，但物质间的相对响应值相同，故进行面积校正时，常用相对值。

由此提出了

相对校正因子，即某物质与标准物质绝对校正因子之比值。

常用的标准物质，热导池是苯，

氢焰离子化检测器是正庚烷。

人们通常将相对二字省略，仍称校正因子。

随着被测组分使用的计量单位不同，又可分为质量校正因子，摩尔校正因子和体积校

正因子。

2. 校正因子的表达式

（1） 质量校正因子 fm

单位面积所代表组分质量，是最常用的定量校正因子

'

fi,m

f s,m

=

As mi

Ai ms

（1）

式中：

mi,Ai——分别为被测物的质量和峰面积；

ms,As——分别为标准物的质量和峰面积。

（2） 摩尔校正因子 fM’

单位峰面积所代表组分的摩尔数

'

fiM

f sM

=

As M s mi

Ai M i ms

'

M s

M i

（2）

Mi，Ms 分别为被测物和标准物的相对分子质量。

（3） 体积校正因子 fv’

对于气体样品，体积校正因子按下式计算：

'

fi（v）

f s（v）

=

As mi M s ⋅ 22.4

Ai ms M i ⋅ 22.4

= f M

'

（3）

（4） 相对响应值 Sis

相对响应值也叫相对应答值，相对灵敏度等，指某组分 i 与等量基准组分 s 的响应值

之比，当计算单位与相对校正因子相同时，他们与相对校正因子的关系为：

'

1

fis

'

（4）

3. 峰高定量校正因子

对于用峰高进行定量的峰，要使用峰高定量校正因子，峰高定量校正因子受操作条件

影响较大，因此一般不能直接引用文献值，必须在实际操作条件下用标准纯物质测定。

对于同系物，峰高定量校正因子可按下式估算：

fihs =

a + btRi

a + btRs

fi As

其中：

 fi,s 为组分对标准物面积校正因子； a, b 为常数。

（5）

A

对于保留值较大的组分， a 值可忽略不计，上式近似表示为：

fihs =

tRi

tRs

fi As

正因子 fi,s ，即可求出 fi,s 。

（6）

具体计算方法为：

测两个纯物质（标准物与欲测样品组分）的 Wh/2 与 tR 值，根据

2

Ah

该方法不适用于不对称的色谱峰和保留时间过小的色谱峰。

4. 校正因子的测量方法

（1） 测量方法

准确称取被测组分和标准物质，最好使用色谱纯试剂，在实验条件下，准确称量进样，

准确测量峰面积，分别按式

（1）、

（2）、（3），计算质量校正因子，摩尔校正因子和体积校

正因子。

（2） 校正因子的换算

如果将校正因子改为相对于另一标准物的校正因子，可按下式计算：

f m（i,s） =

（7）

f M （i,s） =

（8）

其中：

 Φ ，s 表示两种不同的标准物。

5. 校正因子的估算

（1） 热导检测器校正因子的估算

（i） 内插法

f m（s,Φ）

f m（i,Φ）

f M （s,Φ）

f M （i,Φ）

同系物的摩尔相对响应值 Sis

M

与其分子量成线形关系：

 Sis

M

= a + bM ，式中 a 、

b 为常数，M 为被测组分的相对分子质量，若已知同系物中两个组分的相对响应值，就可

求出 a 、 b 值，从而求出同系物中其他组分的 Sis

合。

M

值。

该方法计算值能与实测值较好的吻

Sis，可由该分子剖析后各指定的结构单位的相对响应值单位加合法计算，各种结构基团

（ii）加和法

加合法也有人称为基团截面积法，Littwood 等人证实，一个化合物的摩尔相对响应值

M

的相对响应值见表 1。

例如：

甲乙酮有 2 个甲基、一个乙基、一个羰基，查表计算值为 99，实验值为 98；又

如叔丁醇有 3 个-CH3，一个-COH，查表计算值为 96，实测值为 96。

此法适合于估算基本

醇、酮、醚和卤化物的相对响应值。

表 1 有机物各结构因子的相对响应值

基团相对响应值基团相对响应值

-CH312-C-OH60

-CH2-11-CH-OH61

-CH10-CH2-OH62

-C-9C6H5-99

H-1F57

-O-62Cl67

-C=O64Br74

-O-C=O77I83

（2） 氢焰离子化检测器校正因子的估算

（i） 内插法

与热导池的内插法相同，在同系物中，摩尔相对响应值与分子中在碳数或分子量也是

线形的，因此，可以在知道同系物中两个许粉的相对响应值后，计算其它组分的相对响应

值。

（ii） 有效碳数法

实验证明，相对响应值与其有效碳数成正比。

如以正庚烷为标准，即正庚烷的有效碳

数为 7.00，质量校正因子为 1，其它有机物的质量校正因子按下式计算

f m =

7M i

100N c

（9）

式中

M i ——组分 i 的分子量；

N c ——有效碳数。

有机物原子的有效碳数见表 2。

表 2 有机物中有效碳数的贡献

原子有机物

类型

有效碳数

的贡献      原子

有机物类型            有效碳数的贡献

C烷烃1.0O伯醇（RH2-OH）-0.6

C芳烃1.0O仲醇 R2CHOH-0.75

C烯烃0.95O叔醇 RCOH-0.25

C炔烃1.3酯类

C羰基0.9Cl二个或二个以上在烷基上的碳-0.12（每个）

C羧基0.032Cl在烯烃上的碳+0.05

C腈基0.3N胺类类似 O 在相应醇上

C醚类-1.0

三、百分含量的计算

1. 归一化法

归一化法是常用的一种简便、准确的定量方法。

使用这种方法的条件是样品中所有组

分都出峰，将所有出峰组分的含量之和按 100%计，当测量参数为面积时，计算式如下：

xi =

fi Ai

∑（ fi Ai ）

⨯100

（10）

式中

xi ——试样中组分 i 的百分含量；

fi ——组分 i 的校正因子；

i

A ——组分 i 的峰面积。

如果测量参数为峰高，计算式如下：

xi =

h

h

⨯100

fi  ——组分 i 的峰高校正因子；

（11）

式中

h

hi ——组分 i 的峰高。

如果样品中组分是同分异构体或同系物，若已知校正因子近似相等，就可以不用校正

因子，将面积直接归一化，即可按下式计算：

xi =

Ai

∑ Ai

⨯100

（12）

或

xi =

hi

∑ hi

⨯100

（13）

归一化定量的优点是方法准确，进样量的多少与结果武官，仪器与操作条件对结果影

响小。

缺点是某些组分在所用检测器上可能不出峰，如 H2O 在氢焰离子化检测器上等；样

品中含有沸点高，出峰很慢的组分（如果用其它定量方法，可用反吹法除去），不需定量的

个别组分可能分离不好，重叠在一起，影响面积的测量，使其应用受到一定程度的限制。

在使用选择性检测器时，一般不用该法定量。

2. 内标法

当分析样品不能全部出峰，不能用归一化法定量时，可考虑用内标法定量。

方法：

准确称取样品，选择适宜的组分作为欲测组分的参比物，在此称为内标物。

加

入一定量的内标物，根据被测物和内标物的质量及在色谱图上相应的峰面积比按下式求组

分的含量。

xi （%） =

ms Ai ⋅ f si

m ⋅ As

（14）

式中

xi ——试样中组分 i 的含量；

ms ——加入内标物的质量；

i

A ——内标物的峰面积；

m ——试样的质量；

As ——组分 i 的峰面积；

f si = fi f s 。

对内标物的要求是：

不能与样品或固定相发生反应；能与样品完全互溶；与样品组分

很好的分离，又比较接近；加入内标的量要接近被测组分的含量；要准确称量。

如果用峰高作为测量参数，上式也可将面积改为峰高，将面积校正因子改为峰高校正

因子进行定量。

内标法定量也比较准确，而且不象归一化法有使用上的限制。

主要缺点是：

每次需要

用分析天平准确称量内标和样品，日常分析使用很不方便，样品中多了一个内标物，显然

对分离的要求更高些。

3. 外标法

外标法又称校正曲线法。

用已知纯样品配成不同浓度的标准样进行试验，测量各种浓

度下对应的峰高或峰面积，绘制响应信号-百分含量标准曲线。

分析时，进入同样体积的分

析样品，从色谱图上测出面积或峰高，从校正曲线上查出其百分含量。

在一些工厂的常规分析中，样品中各组分中的浓度一般变化不大，在检量线通过原点

（O 点）时可不必做校正曲线，而用单点校正法来分析。

即配制一个和被测组分含量十分

接近的标准样，定量进样，由被测组分与外标组分峰面积或峰高比来求被测组分百分含量。

xi = Ei ⋅

Ai

AE

（15）

式中

xi ——试样中组分 i 的含量；

Ei ——标准样中组分 i 的含量；

AE ——标准样中组分 i 的峰面积。

图中 Ai、Aj 是原样品中组分 i、j 的峰面积， Ai 、 Aj 是原样品中加组分 i 后，组分

i、j 的峰面积。

设 Ai = a + a ， a 是原样品组分 i 的实际峰面积， a 是原样品假如纯样品

该方法的优点是操作简单和计算方便。

缺点是仪器和操作条件对分析结果影响很大，

不像归一化和内标法定量操作中可以互相抵消。

因此，标准曲线使用一段时间后应当校正。

4. 叠加法

叠加法又叫内加法，是以样品中已有的组分做内标，比较该组分加入前后面积的改变，

计算被测组分含量。

其步骤如下：

先做样品色谱图，然后在原样品中定量加入原样品中含

量较小组分的纯样品，同样条件下，再进一色谱样得一色谱图。

''

'''

后组分 i 增加的峰面积。

同一样品，虽进样量不同，但仪器灵敏度不变，其峰面积比保持不变。

Ai

Aj

=

a

'

Aj

a = Ai ⋅

'

Aj

Aj

'''

i i

Aj

Aj

对于组分 i：

 xi （%） =

ami

a 'm

⨯100 =

Ai Aj ⋅ mi

m（ Aj Aj - Ai Ai ）

⨯100

（16）

式中

mi ——加入组分 i 的质量；

CO2 后所得峰面积为 Ai 、每毫升 CO2 的峰面积为 Aco2 ，则组分 i 的绝对量 mi 为

m ——试样的质量。

5. 转化定量法

转化定量法是气谱中使用的一种定量方法，将被测组分在进入检测器前利用催化剂转

化为同一组分，一般常转化为 CO2 和 CH4，使定量工作简化。

设某组分进样量为 mi （mg）、相对分子质量为 M i 分子中含碳原子数为 Ni 、转化为

'

mi =

M i

Ni

⨯

Ai

ACO2 '

22.4

如果样品中所有组分都出峰，可用归一化法定量。

xi （%） =

Ai

∑ Ai

Mi

Ni

M i

Ni

⨯100

（17）

四、定量分析误差的来源

除峰面积与校正因子测量精度外，定量结果的准确性还受如下因素的影响：

1. 样品的稳定性及代表性

样品的代表性是得到准确定量结果的前提。

气相色谱分析的许多样品是气体或挥发性液体，因此，要特别注意泄露、挥发等问题，

同时，从取样到进样要快速，尽量避免样品组分的挥发损失。

液谱中取样要注意样品的代表性、均匀性，样品是否完全溶解组成均匀的液体，溶解

样品的溶剂最好就是流动相，或是与流动相互溶的溶剂。

2. 进样系统影响

采用定体积进样法作定量分析，进样的重复性是一个很关键的问题。

对于气体样品，

一般都采用进样阀，重复性好，液体样品一般用为量注射器，其重复性主要取决于分析人

员的操作技术，还与进样量大小，进样器质量，插针位置等有关。

3. 柱系统的影响

如果色谱柱不能将组分完全分离，有重叠峰或严重拖尾峰，那么，无论用何种测量方

法也会有误差。

因此，保证色谱峰良好的分离是定量准确的必要条件。

同时，柱子要稳定，

以保证良好的重现性。

4. 气相色谱操作条件的影响

（1） 柱温

柱温直接影响保留值和峰高，不同组分保留值的对数值随柱温（1/TC）变化的直线斜

率是不同的，如果要减小柱温造成的误差，柱温应控制在±0.5℃范围以内。

（2） 检测温度

对于热导池检测器，温度升高，灵敏度下降，它的影响比柱温影响小，允许温度变化

±1℃，相对测量法定量时此影响可抵消。

对于氢焰，检测室温度对灵敏度没有影响，等于或高于柱温即可。

（3） 载气流速的影响

对于浓度型检测器，如热导检测器，是测量流动相中组分浓度的瞬间变化，即响应信

号与流动相中组分浓度成正比。

流速加大，浓度不变，故峰高与流速无关，峰面积与流速

成反比。

在绝对法定量中，如用校正曲线法时，用峰高定量比用面积定量好，不受流速影

响。

在用内标，归一化法定量时，流速的影响可抵消。

对于质量型检测器，如氢火焰离子化检测器，测量的是单位之间进入检测器的物质量。

流速加大，单位时间进入的量增大，峰高增加，面积与流速无关，因此在绝对法定量时，

用面积定量误差小些。

5. 检测器的影响

检测器种类的选择，检测器灵敏度、检测限、线形范围等，都可影响定量结果的准确

性。