现代水质监测技术综合实验讲义Word下载.docx
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国内相应商品名称
白色硅藻土
6201
大连催化剂厂
具有一般红色担体特点
分析非极性和弱极性物质
ChromosorbP
上试201
上海试剂一厂
釉化6201
性能介于红色担体和白色担体之间
分析中等极性物质
GaschromR
釉化301
C-22
红色硅藻土
上试101
一般白色担体
宜于配合极性固定液，分析极性或碱性物质
Celite545
上试102
GasChromA,Q
上试101硅烷化
经硅烷化处理
分析高沸点或氢键型物质
ChromosorbW,G
上试102硅烷化
Supelcoport
非硅藻土类担体
高分子多孔微球GDX101-104
天津试剂二厂
随聚合材料的不同，极性有所变化
分析液相或气相中的水、CO、CH4、低级醇、H2S、SO2、NH4、NO2等
Chromosorb101-103
PorapakP
有机担体401、402
Cekachom1-3
玻璃微珠载体
比表面积小
分析高沸点、易分解物质，固定液含量<
1%
Anaportglassbead
硅烷化玻璃微珠载体
GlassportM
701聚四氟乙烯担体
惰性、耐腐蚀
分析强极性物质和腐蚀性气体
Tefion-6
2．固定液的选择
根据相似相溶的原理和被测组分的极性，选择合适的固定液。
3．确定固定液与担体的配比
一般固担比为5:
100－25:
100，配比的比例直接影响担体表面固定液液膜的厚度，因而影响色谱柱的柱效。
4．柱管的选择与清洗
一般填充柱的柱长为0.5~5m，柱的内径为2~6mm，柱管材质有不锈钢、玻璃、铜等。
柱管需用酸、碱反复清洗。
5．色谱柱的装填与老化
固定相在柱管内应该装填得均匀、紧密，并在装填过程中不被破碎，才能获得高的柱效。
固定相在装填后还须进行者化处理，以除去残留的溶剂和低沸点杂质，并使固定液液膜牢固、均匀地涂布在担体表面。
四、实验步骤
1．担体的预处理
称取100g100~120目的102硅烷化白色担体，用100和120目筛子过筛，在105℃烘箱内烘干4~6h，以除去担体吸附的水分，冷却后保存在干燥器内备用。
2．固定液的涂渍
称取固定液二甲基硅橡胶（SE－30）1.0g于150mL蒸发皿中，加入适量乙醚溶解，乙醚的加入量应能浸没担体并保持有3－5mm的液层。
然后加入20g102硅烷化白色担体，置于通风橱内使乙醚自然挥发，并且不时加以轻缓搅拌，待乙醚挥发完毕后，移至干燥箱继续烘干20－30min即可准备装填。
本实验选用的固定液与担体的配比为5:
100。
涂渍时应注意：
（1）选用的溶剂应能完全溶解固定液，不可出现悬浮或分层等现象，同时溶剂应能完全浸润担体。
（2）使用溶剂不是低沸点、易挥发的，则应在低于溶剂沸点约20℃的水浴上，徐徐蒸去溶剂。
（3）在溶剂蒸发过程中，搅动应轻而缓慢，不可剧烈搅拌和摩擦蒸发皿，以免把担体搅碎。
（4）开始时不能使用干燥箱来蒸发溶剂，否则溶剂蒸发太快，使固定液涂渍不均匀。
3．色谱柱的装填
将色谱柱管一端和水泵相接，另一端接一漏斗，倒入50mL~2mol·
L-1的盐酸溶液，浸泡5~6min，然后用水抽洗至中性，再用50mL~2mol·
L的-1氢氧化钠溶液浸泡抽洗，而后用水抽洗之；
如此反复抽洗2~3次，最后用水抽洗至中性，烘干备用。
本实验采用真空泵抽吸装填色谱柱。
在清洗烘干备用的不锈钢或玻璃柱管的末端塞垫一层干净的玻璃棉；
在色谱柱管与接真空泵的塑料管之间，用2－3层纱布隔开。
连接好管路，启动真空泵，在漏斗中倒入涂有固定液的固定相填料，待系统抽到一定真空度时，打开弹簧夹，此时，固定相填料被迅速抽入柱管，用小木棒轻轻敲打柱管的各个部位，使固定相填料均匀而紧密地装填在柱管内直到固定相填料不再继续进入柱管为止。
切断真空泵电源，取下色谱柱，在固定相进入色谱柱的一端塞垫一层干净的玻璃棉，同时在进气端标上进气方向字样或箭头，填充完毕。
装填固定相填料要注意：
（1）在色谱柱管与接真空泵的塑料管之间，须用2－3层纱布隔开，以避免固定相填料被抽入真空泵内。
（2）敲打色谱柱管时，不能用金属棒剧烈敲击，以免固定相填料破碎。
（3）若填充后色谱柱内的固定相填料出现断层或间隙，则应重新装填。
4．色谱柱的老化处理
（1）把填充好的色谱柱的进气口与色谱仪上载气口相连接，色谱柱的出气口直接通大气，不要接检测器，以免检测器受杂质污染。
（2）开启载气，使其流量为2~5mL·
min-1，并用毛笔或棉花团蘸些洗衣粉或洗涤精水溶液，抹于各个气路连接处，如果发现有气泡，表明气路连接处漏气，应重新连接，直至不出现气泡为止。
（3）开启色谱仪上总电源和柱箱温度控制器开关，调节柱箱温度于250℃，进行老化处理4~8h。
然后接上检测器，开启记录仪电源，若记录的基线平直，说明老化处理完毕，即可用于测定。
五、思考题
1．涂渍固定液应注意哪些问题？
2．通过本实验，你认为要装填好一个均匀、紧密的色谱柱，在操作上应注意哪些问题？
3．影响填充色谱柱柱效的因素有哪些？
4．色谱柱为什么需进行老化处理？
实验二充色谱柱的柱效测定
一、实验目的
（1）了解气相色谱仪的基本结构、工作原理与操作技术；
（2）学习色谱柱的柱效测定方法；
（3）掌握有效塔板数及有效塔板高度的计算方法。
1．仪器
（1）气相色谱仪（热导池检测器）任一型号
（2）色谱柱
（3）氮气钢瓶
（4）皂膜流量计
（5）微量进样器lμL和100μL
2．试剂和试样
正己烷、正庚烷、正辛烷均为分析纯，将三种试剂以体积比1：
1：
1混合即为试样。
三、实验原理
色谱柱的柱效能（柱效）是评价色谱柱性能的一项重要指标，混合物能否在色谱柱中得到分离，除取决于选择合适的固定相外，还与色谱操作条件及色谱柱的装填状况等因素有关。
在一定的色谱操作条件下，色谱柱的柱效可用理论塔板数或理论塔板高度来衡量。
一般说来塔板数愈多，或塔板高度愈小，色谱柱的分离效能愈好。
在实际工作中，使用有效塔板数n有效及有效塔板高度H有效来表示柱效更为准确，更能真实反映色谱柱分离的好坏，它们的计算公式为：
式中tR’为组分的调整保留时间；
W1/2为色谱峰的半峰宽度；
W为色谱峰的峰底宽度；
L为色谱柱的长度。
由于各组分在固定相和流动相之间分配系数不同，因而同一色谱柱对各组分的柱效也不相同，所以在报告n有效时，应注明对何种组分而言。
四、实验条件（实验条件应根据使用的仪器种类及色谱柱条件作相应调整）
1．色谱柱2m×
3mmi.d.，涂渍5％SE－30，102硅烷化白色担体，100~120目
2．流动相氮气，流量为10mL·
min-1
3．柱温70℃
4．气化温度150℃
5．检测器热导池，检测温度100℃
6．桥电流80mA
7．进样量0.5μL
五、实验步骤
1．根据实验条件，将色谱仪按仪器操作步骤调节至可进样状态，待仪器上电路和气路系统达到平衡，色谱工作站或记录仪上基线平直时，即可进样。
注意：
使用记录仪时，应注意根据不同的样品及分析条件调节记录仪的纸速和量程参数，使需要的色谱峰具有合适的峰宽和强度。
2．吸取0.5μL试样进样，用色谱工作站或记录仪记录色谱数据，并重复一次。
3．为测定死时间t。
，吸取100μL空气进样，用色谱工作站或记录仪记录空气的色谱数据，并重复一次。
4．实验完成后，以乙醚抽洗微量进样器数次，并接仪器操作步骤中的有关细节关闭仪器。
六、数据及处理
（l）记录实验条件
（a）色谱柱的柱长及内径
（b）固定相及固定液与担体配比
（c）载气及其流量
（d）柱前压力及柱温
（e）检测器及检测温度
（f）桥电流
（g）进样量
（2）处理空气色谱图文件并记录空气峰的死时间t。
（以min表示）。
（3）处理试样色谱图文件并记录色谱图中正己烷、正庚烷和正辛烷三个色谱峰的保留时间及其半峰宽度W1/2（均以min表示）。
（4）分别计算正己烷、正庚烷和正辛烷在该色谱柱上的n有效和H有效，并求出各平均值。
将以上各个数据列表表示之。
七、思考题
（1）由本实验测得的有效塔板数可说明什么问题？
（2）用同一根色谱柱，分离不同组分时，其塔板数是否一样，为什么？
（3）以微量进样器进样时应注意什么？
实验三色谱柱的H—U曲线的测绘
一、实验目的
（1）学习测绘色谱柱的H－U曲线；
（2）利用H－U曲线，求最佳线速度uopt、最小塔板高度Hmin及在最佳线速度时的塔板数n。
二、实验仪器和试剂
（1）气相色谱仪任一型号
（4）微量进样器1μL和100μL注射器
（5）皂膜流量计
2．试剂
甲苯、乙醚均为分析纯
三、基本原理
色谱柱的塔板数与许多实验参数有关，范·
第姆特（VanDeemter）等在对色谱过程动力学研究的基础上，提出速率理论方程式：
式中H为理论塔板高度；
A为涡流扩散项；
B/u为分子扩散项；
Cu为传质阻力项；
u为载气的线速度（单位为cm·
s-1），其中A、B、C均为常数，分别与固定相颗粒的平均直径、载气的相对分子质量、组分在气相和液相中的扩散系数以及固定液液膜厚度等因素有关，但对已填充好的色谱柱来说，A、B、C常数均已固定。
图3－1为H－u的关系曲线，曲线上Hmin对应最佳线速度uopt，因此根据色谱柱长L与塔板高度H的关系，理论塔板数n＝L/H，对某一给定的色谱柱条件下，若在uopt下进行操作，可获得最高的柱效。
图3—1塔板高度H和载气线速度u的关系
本实验通过测定不同的载气流量下理论塔板高度H，以及该流量下的载气平均线速度u（
，tM为死时间），以H为纵坐标，u为横坐标，描绘出H－U的关系曲线，为获得最佳柱效提供依据。
但在实际工作中，为缩短测定时间，往往可以在不影响组分分离的情况下，采用比最佳流速稍大的流速即实用最佳流速来进行色谱分析。
四、实验条件
实验条件同实验二。
五、实验步骤
（1）根据实验条件，将色谱仪按仪器操作步骤调节至可进样状态，待仪器上电路和气路系统达到平衡，色谱工作站或记录仪上基线平直时，即可进样。
（2）调节载气流量（F0）分别为2.5mL·
min-1，5mL·
min-1，mL·
min-1，15mL·
min-1，20mL·
min-1，25mL·
min，30mL·
min-1和35mL·
min-1，并在上述不同载气流量下，分别进样100μL空气和0．2μL甲苯，记录色谱数据。
并各重复一次。
（3）在所得的色谱图上，测量空气保留时间（即死时间）tM、甲苯的保留时间tR及半峰宽度W1/2（均以min表示之）。
注意事项
（1）在测量每一载气流量下空气的tM和甲苯的tR时，必须保持相同的实验条件。
（2）在改变载气流量时，须待仪器上的电路和气路系统重新达到平衡时，方可进样。
六、数据及处理
（1）记录实验条件记录项目见实验二的“六、数据及处理”。
（2）将所测得的tM、tR及W1/2数据及n、H和u的计算结果列于表3-1中。
（3）绘制甲苯的H－u曲线图，并从曲线上求出Hmin和uopt。
（4）计算在uopt下的色谱柱的塔板数，以块数·
m-1表示。
七、思考题
（1）测定色谱柱的H－U关系曲线有何实用意义？
（2）如何选择实用最佳载气流量？
表3-1H—u实验数据记录表
F0
mL/min
tM/min
tR/min
Y1/2
min
N
块/min
H
mm
u
cm/s
1
2
平均值
2
实验四气相色谱定性分析
——纯物质对照法
一、实验目的
（1）学习利用保留值和相对保留值进行色谱对照的定性方法；
（2）熟悉色谱仪器操作。
（1）气相色谱仪任一型号
（2）氮气钢瓶
（3）色谱柱
（4）微量进样器1μL和100μL注射器
2．试剂
丁酮、环己烷、正庚烷、甲苯、乙酸正丁酯均为分析纯
各种物质在一定的色谱条件（固定相与操作条件等）下有各自确定的保留值，因此保留值可作为一种定性指标。
对于较简单的多组分混合物，若其中所有待测组分均为已知且它们的色谱峰均能分开，则可将各个色谱峰的保留值与各相应的标准试样在同一条件下所得的保留值进行对照比较，就能确定各色谱峰所代表的物质，这就是纯物质对照法定性的原理。
该法是气相色谱分析中最常用的一种定性方法。
以保留时间作为定性指标，虽然简便，但由于保留时间的测定受载气流速等色谱操作条件的影响较大，可靠性较差；
若采用仅与柱温和固定相种类有关而不受其他操作条件影响的相对保留值ris作为指标，则更适合用于色谱定性分析。
相对保留值ris定义为：
式中tR,i’、tR,s’分别为被测组分i及标准物质S的调整保留时间。
还应注意，有些物质在相同的色谱条件下，往往具有相近的甚至相同的保留值，因此在进行具有相近保留值物质的色谱定性分析时，要求使用高柱效的色谱柱，以提高分离效率，并且采用双柱法（即分别在两根具有不同极性的色谱柱上测定保留值）。
在没有已知标准试样可作对照的情况下，可借助于保留指数文献值进行定性分析。
对于组分复杂的混合物，则应采用更为有效的方法，即与其他鉴定能力强的仪器联用，如气相色谱一质谱、气相色谱一红外光谱联用等手段进行定性分析。
本实验以正庚烷作为标准物质，利用保留时间和相对保留值进行丁酮、环己烷、甲苯和乙酸正丁酯的定性分析。
（1）配制混合试样在四只10mL的容量瓶内，按1:
1的比例分别配制丁酮:
正庚烷、环己烷:
正庚烷、甲苯:
正庚烷、乙酸正丁酯:
正庚烷溶液，摇匀备用。
（2）据实验条件，将色谱仪按仪器操作步骤调节至可进样状态，待仪器上的电路和气路系统达到平衡，色谱工作站或记录仪上基线平直时，即可进样。
（3）分别吸取上述各种混合溶液0.2μL，依次进样，记录色谱数据。
重复进样一次。
（4）吸取0.5μL已加入正庚烷的未知试样（未知试样与正庚烷按体积比2:
1配制）进样，记录色谱数据。
（5）在相同的实验条件下，取100μL空气进样，记录色谱数据，并重复进样一次。
1．记录实验条件
记录项目参见实验二的“六、数据及处理”。
2．记录实验数据
记录各色谱图中组分的保留时间tR，i、正庚烷的保留时间tR，s、空气保留时间（死时间tM），计算各组分的调整保留时间及相对保留时间（以正庚烷作标准物质），并把数据列于下表中。
tM/min（空气）
丁酮：
正庚烷
环己烷：
甲苯：
乙酸正丁酯：
tR,i/min
tR,s/min
t'
R,i/min
R,s/min
ris
3．未知试样的定性
测量未知试样中各组分的tR，并计算tR，i'
和ris值，然后与上表所列数据进行对照比较，确定未知试样中的各个组分。
七、思考题
（1）为什么可以利用色谱峰的保留值进行色谱定性分析？
（2）在利用相对保留值进行色谱定性时，对实验条件是否可以不必严格控制，为什么？
（3）除了利用气相色谱的保留值（包括相对保留值和调整保留值）定性外，还有哪些定性方法？
实验五定量校正因子的测定
（1）学习测定定量校正因子的方法；
（2）进一步熟悉、了解仪器的性能；
（3）熟练色谱仪器的操作。
试样中各组分经色谱柱分离后进入检测器被检测，在一定操作条件下，被测组分i的质量（mi）或其在载气中的浓度与检测器响应信号（色谱图上表现为峰面积Ai或峰高hi）成正比，可写作：
mi＝fi'
Ai
这就是色谱定量分析的依据，式中fi'
为比例常数，称为被测组分i的绝对质量校正因子。
由于同一种检测器对不同物质具有不同的响应值，这样就不能用峰面积来直接计算物质的含量。
为了使检测器产生的响应信号能真实地反映出物质的含量，需要对响应值进行校正，这就是定量校正因子的意义。
根据上式得：
可见fi'
就是单位峰面积所代表的物质质量，它主要由仪器的灵敏度所决定。
由于fi'
值与色谱操作条件有关，不易准确测定，因此在色谱定量分析中，采用相对校正因子fi，即被测物质i与标准物质s的绝对校正因子之比值：
式中fi'
、ms、As分别为标准物质的绝对校正因子、质量及峰面积。
按被测组分使用的不同计量单位，可分为质量校正因子及体积校正因子等（通常把“相对”二字略去）。
测定fi时，先准确称量被测物质i和标准物质s，混合后在一定的实验条件下进行色谱测定，然后测量相应的峰面积Ai和As，再按上式计算fi值。
四、实验条件
（1）混合试样的配制称取丁酮、环己烷、正庚烷、甲苯、乙酸正丁酯各约1g（精确至小数点后第3位）于10mL容量瓶中，摇匀备用。
（2）根据实验条件，将色谱仪按仪器操作步骤调节至可进样状态。
待仪器电路和气路系统达到平衡时，色谱工作站或记录仪基线平直后，即可进样。
（3）吸取混合试样0.5μL进样，得到其色谱图，重复一次。
各组分出峰顺序为：
丁酮、环己烷、正庚烷、甲苯、乙酸正丁酯。
六、数据及处理
1．记录实验条件
记录项目同实验二的“六、数据及处理”。
2．记录实验数据
处理色谱数据文件，记录各组分的峰面积A、称量的质量m，以正庚烷为标准物质计算mi／ms、Ai/As和fi等值列入下表中。
m/g
A/mV·
s
mi／ms
Ai/As
fi
3
丁酮
环己烷
甲苯
乙酸正丁酯
（1）在色谱定量分析中，为什么需要测定被测组分的相对质量校正因子？
（2）由实验测得的热导池检测器的相对质量校正因子，能否适用于其他检测器，为什么？
实验六丁烷混合气的气相色谱分析
——归一化法定量
（l）学习归一化法定量的基本原理及测定方法；
（2）熟练色谱操作技术。
三、仪器和试剂
（2）色谱柱长2m，内径3mm，内填角鲨烷固定相，其固定液：
6210担体（60－80目）为20:
100
（4）医用注射器2mL
（5）排球胆
2．试样
市售罐装液态丁烷混合气（用于气体打火机）
三、基本原理
归一化法是常用的气相色谱定量方法之一，该方法要求试样中的各个组分都能够得到完全分离，且所有组分都能流出色谱柱并在色谱图上显示色谱峰。
i物质的质量分数wi的计算公式为：
由于mi＝fi'
Ai，可得
归一化法的优点是计算简便，定量结果与进样量无关，且操作条件不需严格控制。
但此法缺点是不管试样中某组分是否需要测定，都必须全部分离流出，并获得可测量的信号，而且其校正因子fi'
也应为已知。
若被测试样中各组分的相对校正因子fi'
相同或接近时（例如同系物中沸点接近的各组分），则上式可简化为：
本实验通过测量丁烷混合气中丙烷、异丁烷和丁烷三种组分峰面积，用归一化法计算各组分的质量分数。
（l）柱温室温
（2）载气氮气，流量15mL·
（3）检测器热导池，检测温度为室温
（4）桥电流80mA
（5）汽化室温度室温
（6）进样量0.5－lmL
五、实验步骤
（1）取一支长约6cm，外径约7mm的玻璃管，其两端分别与球胆和一段医用乳胶管（长6－7cm，内径3－4mm）连接，将液态丁烷混合气罐的出口管插入上述乳胶管内，然后把适量丁烷混合气放人球胆内，用弹簧夹夹紧乳胶管管口，挤压球胆，使混合气混匀，备用。
（2）根据实验条件，将
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