气相色谱法用于挥发性有机化合物混合物的定量分析.docx
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气相色谱法用于挥发性有机化合物混合物的定量分析
华南师范大学实验报告
实验三：
气相色谱法用于挥发性有机化合物混合物的定量分析
一实验目的
1、了解氢火焰离子化检测器的检测原理
2、了解影响分离效果的因素
3、掌握气相色谱法对挥发性有机化合物分离分析的基本原理
4、掌握定量分析挥发性有机化合物混合物
二实验原理
气相色谱分离是利用试样中各组分在色谱柱中的气相和固定相的分配系数不同，当气后的式样被载气带入色谱柱时，组份就在其中的两相中进行反复多次的分配，由于固定相对各个组分的吸附或溶解能力不同，因此各组分在色谱柱中的运行速度就不同，经过一定的柱长使彼此分离，按顺序离开色谱柱进入检测器。
检测器将各组分的浓度或质量的变化转换成一定的电信号，经过放大后在记录仪上记录下来，即可得到各组分的色谱峰。
根据峰高或峰面积便可进行定量分析。
三实验仪器与试剂
仪器：
气相色谱仪（岛津GC-2010）；SPB-3全自动空气泵（北京中惠普分析技术研究所）；SPN-300氮气发生器；SPN-300氢气发生器；微量注射器；5mL容量瓶；SPB-5毛细管柱30m×0.32mm×0.25μm。
试剂：
体积比为7:
3，3:
7，5:
5的乙酸乙酯和乙醇的混合液。
四气相色谱仪仪器装置
⑴气流系统
指载气及其他气体（燃烧气、助燃气）流动的管路和控制、测量元件。
所用的气体从高压气瓶或气体发生器逸出后，通过减压和气体净化干燥管，用稳压阀、稳流阀控制到所需的流量。
⑵分离系统
由进样室与色谱柱组成。
进样室有气体进样阀、液体进样室、热裂解进样室等多种型式。
色谱柱通常为内径2～3毫米、长1～3米、内盛固定相的填充柱，或内径0.25毫米、长20米以上
⑶检测系统
包括检测器、微电流放大器、记录器。
检测器（表3）将色谱柱流出的组分，依浓度的变化转化为电信号，经微电流放大器后，把放大后的电信号分别送到记录器和数据处理装置，由记录器绘出色谱流出曲线。
⑷数据处理系统
简单的数据处理部件是积分仪。
新型的气相色谱仪都有微处理机作数据处理。
⑸温度控制系统及其他辅助部件
温度控制器用于控制进样室、色谱柱、检测器的温度。
如果色谱柱放置在有鼓风的色谱炉内，则要求色谱炉能在恒定温度或程序升操作。
重要辅助部件有顶空取样器、流程切换装置等。
五实验步骤
1、样品及标准溶液的配制：
实验室已准备好的乙酸乙酯和乙醇的混合液1，2，3三个样品
2、开机：
依次打开空气泵、氮气发生器、氢气发生器，排出仪器中的剩余空气。
打开氢火焰离子化检测器，打开“GCReadTimeAnalysis”软件，预热仪器打开电脑。
3、在软件上选择系统配置，选择FID检测器；设置相应的色谱条件：
进样口温度100oC，检测器温度200℃，柱箱温度50oC（保持5min），分流比：
100，停止时间5min，尾吹流量30mL/min，氢气流量40mL/min，空气流量400mL/min。
4、选择“数据采集”——“下载仪器参数”，待柱箱、检测器的温度达到设定值，打开氢气，打开火焰，等GC状态显示“准备就绪”，点击“单次分析”，“样品记录”，输入保存路径和文件名。
5、点击“开始”，用5ul微量注射器进样，进样前用待测液润洗10次，用微量注射器依次进样体积比为7:
3，3:
7，5:
5的乙酸乙酯和乙醇的混合液进行分析。
之后按下面板的START，拔出针。
6、将图表复制到word文档打印，根据各峰的保留时间确定峰的归属，根据各峰的峰面积并用归一化法计算溶液中各组分的质量分数。
7、关机：
关软件上的氢气按钮、火焰按钮，关氢气源，将SPL、柱箱、FID温度设到80oC，等温度达到设定值，点系统关闭按钮，关软件，关主机，关氮气发生器并旋松右边的旋钮，关空气源。
8、处理实验数据，完成实验报告。
六数据记录
图一：
样品A的气相色谱图
表一：
样品A
峰号
保留时间
面积
面积%
峰高
理论塔板
1
2.546
7673358.7
30.6704
3645995.3
43912.228
2
2.977
17345390.4
69.3296
7979790.3
54558.066
图二：
样品B的气相色谱图
表二：
样品B
峰号
保留时间
面积
面积%
峰高
理论塔板
1
2.586
26776587.0
68.1261
6750619.9
9129.066
2
3.003
12527854.8
31.8739
3704822.9
20683.154
图三：
样品C的气相色谱图
表三：
样品C
峰号
保留时间
面积
面积%
峰高
理论塔板
1
2.593
25038621.3
45.2520
9334431.6
23246.962
2
3.018
30292885.4
54.7480
12033742.7
38107.367
图四：
比较
黑色：
乙酸乙酯
（1）红色：
混合
（1）蓝色：
乙醇
（1）
七结果分析与讨论
1气相色谱仪定量分析中，由图四比较中得知：
乙醇的保留时间约为2.546，乙酸乙酯约为3.000min，所以前出峰的是乙醇，后出峰的是乙酸乙酯。
从谱图一中得知，乙醇的峰面积为7673358.7，峰高为3645995.3，峰面积百分数为30.6704%；乙酸乙酯的峰面积峰面积为17345390.4，峰高为7979790.3，峰面积百分数为69.3296%；因峰面积比值等于质量分数比，故乙醇的质量分数为30.6704%，乙酸乙酯的质量分数为69.3296%；
从谱图二中得知，乙醇的峰面积为26776587.0，峰高为3645995.3，峰面积百分数为68.1261%；乙酸乙酯的峰面积峰面积为12527854.8，峰高为3704822.9，峰面积百分数为31.8739%；因峰面积比值等于质量分数比，故乙醇的质量分数为68.1261%，乙酸乙酯的质量分数为31.8739%；
从谱图三中得知，乙醇的峰面积为25038621.3，峰高为9334431.6，峰面积百分数为45.2520%；乙酸乙酯的峰面积峰面积为30292885.4，峰高为12033742.7，峰面积百分数为54.7480%；因峰面积比值等于质量分数比，故乙醇的质量分数为54.7480%，乙酸乙酯的质量分数为54.7480%；
2从谱图一﹑谱图二和谱图三得到的乙酸乙酯和乙醇的保留时间与谱图三中得到的保留时间有点不一致。
但当需做定性分析的样品里面所包含的物质种类不多切保留时间差异较大时，保留时间的一点小偏差是允许的，并不会给定性分析带来很大的影响。
且可能的原因是：
⑴由于分组进行不同人操作，个体反应能力不一样，使得进样速度不一样，因气相色谱的保留时间与进样速度有很大关系，故应尽量进样速度快。
⑵每个人操作熟练程度不同，进样过程中样品进入时间长短及按下“开始”键时会有较大的偏差，从而导致最总所得的样品保留时间有所偏差，故应打进样后，立即按“开始”。
⑶从图中观察到谱图中样品峰的缝宽不一样，且峰宽越小，峰两侧对称性越好，说明分离度越高，得到的实验结果越好。
3气相色谱法常用的几种定量分析方法
（1）归一化法：
若试样中含有N个组分,且各组分均能洗出色谱峰,则其中某个组分i的质量分数可按下式计算：
特点及要求：
归一化法简便、准确；进样量的准确性和操作条件的变动对测定结果影响不大；仅适用于试样中所有组分全出峰的情况。
（2）外标法,外标法也称为标准曲线法。
是在一定条件下，测定一系列不同浓度的标准试样的峰面积，绘出峰面积A对质量分数的标准曲线,在严格相同的操作条件下,测定试样中待测组分的峰面积,同测得的峰面积在标准曲线上查出被测组分的质量分数。
计算公式为
特点及要求：
外标法不使用校正因子，准确性较高；操作条件变化对结果准确性影响较大；对进样量的准确性控制要求较高，适用于大批量试样的快速分析。
（3）内标法
内标法是在一定量试样中加入一定量的内标物，根据待测物组分和内标物的峰面积及内标物质量计算待测组分质量的方法。
计算公式为：
特点：
内标法的准确性较高，操作条件和进样量的稍许变动对定量结果的影响不大；每个试样的分析，都要进行两次称量，不适合大批量试样的快速分析；若将内标法中的试样取样量和内标物加入量固定。
内标物要满足以下要求：
（a）试样中不含有该物质（b）与被测组分性质比较接近；
（c）不与试样发生化学反应（d）出峰位置应位于被测组分附近，且无组分峰影响。
而本实验采用的是归一化法。
4色谱进样条件与柱温选择
本实验用氮所作载气，氢气和空气为检测器燃气和助燃气。
增大载气流量，保留时间缩短，峰形尖锐，减少分析时间和计算处理，但分离度不佳，灵敏度较低；减小氢气量会导致熄火和基线噪音增大，过大使灵敏度降低。
因此在定量分析中，三种气体的流量和比例都必须严格控制，以寻求最高的灵敏度和最佳的分离度。
本实验选用载气（N2）总量为30mL/min,氢气和空气流量分别为40mL/min和400mL/min是经过反复验证的，实验前已查找好相关数据。
5.HPLC与GC异同点：
气相色谱
高效液相色谱
Ø只能分析挥发性物质，只能分析20%
的化合物
Ø不能用于热不稳定物质
的分析
Ø用毛细管色谱可得到很
高的柱效有很灵敏的检测
器如ECD和较灵敏的通用
检测器（FID和TCD）流
动相为气体，无毒，易于处理
Ø运行和操作容易
Ø仪器制造难度较小
Ø几乎可以分析各种物质
Ø可以用于热不稳定物质的分析
Ø色谱柱不能很长，柱效不会很高
Ø没有较高灵敏的通用检测器
Ø流动相有毒，费用较高
Ø运行和操作比GC难一些
6使用色谱柱，应该注意的事项：
⑴手不要拿注射器的针头和有样品部位、不要有气泡（吸样时要慢、快速排出再慢吸，反复几次，10ul注射器金属针头部分体积0.6ul，有气泡也看不到，多吸1-2ul把注射器针尖朝上气泡上走到顶部再推动针杆排除气泡，（指10μl注射器，带芯子注射器平感觉）进样速度要快（但不易特快），每次进样保持相同速度，针尖到汽化室中部开始注射样品。
⑵安装拆卸色谱柱必须在常温下。
⑶色谱柱两头用玻璃棉塞好。
防止玻璃棉和填料被载气吹到检测器中
⑷.色谱柱的正确安装才能保证发挥其最佳的性能和延长使用寿命。
⑸进样时，防止进样针弯曲。
⑹每次进样要用甲醇或者丙酮润洗20次，之后用待测液润洗3~5次；
⑺样品中如果含有固形物，会造成对汽化室、检测器的污染及堵塞毛细管柱；样品中含有气泡会出现多余的峰；因此在制作样品时必须小心，防止固体污染物和气泡的存在；
⑻色谱仪每次开机后必须检查稳定性，进样操作前必须保证基线的稳定；
⑼当针孔插入色谱仪后，要快速注入并同时开始测量，以避免液体在汽化室内时间过长使部分液体先气化进入色谱柱造成谱图混乱；
7很多做色谱分析工作的新手常常会把注射器的针头和注射器杆弄弯，原因是：
a.进样口拧的太紧，室温下拧的太紧当汽化室温度升高时硅胶密封垫膨胀后会更紧，这时注射器很难扎进去。
b.位置找不好针扎在进样口金属部位。
c.注射器杆弯是进样时用力太猛，进口色谱带一个进样器架，用进样器架进样就不会把注射器杆弄弯。
d.因为注射器内壁有污染，注射时将针杆推弯。
注射器用一段时间就会发现针管内靠近顶部有一小段黑的东西，这时吸样注射感到吃力。
清洗方法将针杆拔出，注入一点水，将针杆插到有污染的位置反复推拉，一次不行再注入水直到将污染物弄掉，这时你会看到注射器内的水变的浑浊，将针杆拔出用滤纸擦一下，再用酒精洗几次。
分析的样品为溶剂溶解的固体样时，进完样要及时用溶剂洗注射器。
e.进样时一定要稳重，急于求快会把注射器弄弯的，只要你进样熟练了自然就快了。
8提高分离度的几种方法
⑴．增加柱长可以增加分离度．
⑵．减少进样量（固体样品加大溶剂量）．
⑶.提高进样技术防止造成两次进样．
⑷．降低载气流速．
⑸．降低色谱柱温度．
⑹．提高汽化室温度．
⑺．减少系统的死体积，主要是色谱柱连接要插到位，不分流进样要选择不分流结构汽化室。
⑻．毛细管色谱柱要分流，选择合适的分流比．
9色谱分离方式应如何选择？
答：
（1）根据相对分子质量选择低相对分子质量（≤400）的试样因其挥发性强，宜采用气相色谱分离；相对分子质量大于2000的化合物可采用液相色谱分离；相对分子质量介于100～2000范围内的分子，应视试样性质选用液固吸附色谱、液液分配色谱或离子交换色谱分离。
（2）根据溶解性选择水溶性离子化合物与共价化合物可分别采用离子交换色谱或液液分配色谱分离。
对于非水溶性化合物，若易溶于烃类溶剂，可采用液固吸附色谱分离；若溶于二氯甲烷或氯仿，可采用液固吸附色谱或正相液液分配色谱分离；若溶于甲醇，则用反相液液分配色谱分离。
（3）根据分子结构选择：
液固吸附色谱适用于异构体分离；液液分配色谱可用于同系物分离；含有离子基团和能电离基团的组分，可采用离子交换色谱分离；生物大分子或高分子聚合物可用凝胶色谱分离。
10气相色谱法色谱分离的条件：
a首要条件：
相邻两组分的保留值存在一定差别，两组分的色谱峰间距足够远。
保留值的变化规律是色谱热力学研究的主要课题。
b第二条件：
色谱峰区域宽度要窄。
区域宽度与组分在流动相和固定相中连续分配过程的分子扩散、传质等因素有关，是色谱动力学的研究课题。
11气相色谱法特点：
⑴高灵敏度：
可检出10-10克的物质，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。
⑵高选择性：
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。
⑶高效能：
可把组分复杂的样品分离成单组分。
⑷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。
⑸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。
⑹所需试样量少：
一般气体样用几毫升，液体样用几微升或几十微升。
⑺设备和操作比较简单仪器价格便宜。
八、实验总结
气相色谱法用于挥发性有机化合物混合物的定量分析，本实验用归一化法定量分析乙醇和乙酸乙酯的含量，操作简单。
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