氣相色譜的分離條件選擇

1、1柱長(zhǎng)的選擇柱長(zhǎng)的選擇 固然增加柱長(zhǎng)可使理論塔板數(shù)增大，但同時(shí)使峰寬加大，分析時(shí)間延長(zhǎng)。因此，填充柱的柱長(zhǎng)要選擇適當(dāng)。過(guò)長(zhǎng)的柱子，總分離效能也不一定高。一般情況下，柱長(zhǎng)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(zhǎng)度的色譜柱，測(cè)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(zhǎng)是否適宜。 即在其他操作條件不變的條件下，色譜柱長(zhǎng)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。2121221)(LLnnRRmmmRRLL587.4)68.05 .1(1)(221212 柱溫是一個(gè)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

2、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(shí)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(zhǎng)了分析時(shí)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?，但盡可能好的分離前提下，采取適當(dāng)?shù)偷闹鶞?，但以保留時(shí)間適宜，峰形不拖尾為度。以保留時(shí)間適宜，峰形不拖尾為度。具體操作條件的選擇應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況而定。 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(duì)分離不利。 對(duì)于寬沸程的多組分混合物，可采用程序升溫法，即在分析過(guò)程

3、中按一定速度提高柱溫，在程序開(kāi)始時(shí)，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(dòng)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(lái)。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(shí)間，得到的峰形也很理想。 5進(jìn)樣量的選擇進(jìn)樣量的選擇 在實(shí)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(guò)最大允許進(jìn)樣量，線性關(guān)系遭破壞。一般說(shuō)來(lái)，色譜柱越粗、越長(zhǎng)，固定液含量越高，容許進(jìn)樣量越大。 氣相色譜分析對(duì)象是在氣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

4、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(huì)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(shí)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(wú)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(duì)每個(gè)組分進(jìn)行鑒定，往往不能令人滿(mǎn)意。1. 1.用已知純物質(zhì)對(duì)照定性用已知純物質(zhì)對(duì)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(duì)照定性的示

5、意圖。這個(gè)方法基于在一定操作條件下，各組分的保留時(shí)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(guò)未知物中哪個(gè)峰增大，來(lái)確定未知物中成分。 當(dāng)沒(méi)有待測(cè)組分的純標(biāo)準(zhǔn)樣時(shí)，可用文獻(xiàn)值定性，或用氣相色譜中的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律定性。（l）碳數(shù)規(guī)律 大量實(shí)驗(yàn)證明，在一定溫度下，同系物的調(diào)整保留時(shí)間的對(duì)數(shù)與分子中碳，原子數(shù)成線性關(guān)系，即11lgCnAtr式中A1和C1是常數(shù)，n為分子中的碳原子數(shù)（n3）。該式說(shuō)明，如果知道某一同系物中兩個(gè)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 （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(shí)間的對(duì)數(shù)和它們的沸

6、點(diǎn)呈線性關(guān)系，即22lgCTAtbr式中A2和C2均為常數(shù)，Tb為組分的沸點(diǎn)（K）。由此可見(jiàn)，根據(jù)同族同數(shù)碳鏈異構(gòu)體中幾個(gè)已知組分的調(diào)整保留時(shí)間的對(duì)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(shí)間。 4.根據(jù)保留指數(shù)定性根據(jù)保留指數(shù)定性 保留指數(shù)又稱(chēng)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(duì)照，而不需標(biāo)準(zhǔn)樣品。 )(lg)(lg)(lg)(lg1001nrnrnrrxCtCtCtxtnI解 已知n=76.7750.174lg4.373lg0.174lg0.310lg7100 xI即乙酸正丁酯的保留指數(shù)為7756。在與文獻(xiàn)值對(duì)照時(shí)，

7、一定要重視文獻(xiàn)值的實(shí)驗(yàn)條件，如固定液、柱溫等。而且要用幾個(gè)已知組分進(jìn)行驗(yàn)證。 6與其他方法結(jié)合與其他方法結(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。 氣相色譜定量分析是根據(jù)檢測(cè)器對(duì)溶質(zhì)產(chǎn)生的響應(yīng)信號(hào)與溶質(zhì)的量成正比的原理，通過(guò)色譜圖上的面積或峰高，計(jì)算樣品中溶質(zhì)的含量。1.1.峰面積測(cè)量方法峰面積測(cè)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(cè)量的準(zhǔn)確與否直接影響定量結(jié)果。對(duì)于不同峰形的色譜峰采用不同的測(cè)量方法。（l）對(duì)稱(chēng)形峰面積的測(cè)量峰高乘半峰寬法 理論上可以證明，對(duì)稱(chēng)峰的面積 A=1065hW12 （2）不對(duì)稱(chēng)峰面積的測(cè)量一

8、峰高乘平均峰寬法 對(duì)于不對(duì)稱(chēng)峰的測(cè)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。 （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(cè)器對(duì)不同物質(zhì)具有不同的響應(yīng)值，即對(duì)不同物質(zhì)，檢測(cè)器的靈敏度不同，所以?xún)蓚€(gè)相等量的物質(zhì)得不出相等峰面積。或者說(shuō)，相同的峰面積并不意味著相等物質(zhì)的量。因此，在計(jì)算時(shí)需將面積乘上一個(gè)換算系數(shù)，使組分的面積轉(zhuǎn)換成相應(yīng)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(duì)氣體）；Ai為

9、峰面積，fi為換算系數(shù)，稱(chēng)為定量校正因子。它可表示為 fi=Wi/Ai 定量校正因子定義為：?jiǎn)挝环迕娣e的組分的量。檢測(cè)器靈敏度Si與定量校正因子有以下關(guān)系式 fi=1/Si （2）相對(duì)定量校正因子 由于物質(zhì)量wi不易準(zhǔn)確測(cè)量，要準(zhǔn)確測(cè)定定量校正因子fi不易達(dá)到。在實(shí)際工作中，以相對(duì)定量校正因子fi代替定量校正因子fi。 相對(duì)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 siissiimAmAmfmfmf)()()(式中m和A分別代表質(zhì)量和面積，下標(biāo)i和s分別代表待測(cè)組分和標(biāo)準(zhǔn)物。一般來(lái)說(shuō)，熱導(dǎo)池檢測(cè)器標(biāo)準(zhǔn)物用苯，火焰離子檢測(cè)器用正庚烷。fi(m)表示

10、相對(duì)質(zhì)量校正因子，由于進(jìn)入檢測(cè)器的物質(zhì)量也可以用摩爾或體積表示，因此也可用相對(duì)摩爾校正因子fi(M)和相對(duì)體積校正因子fi(V)表示。 式中Mi和Ms分別為待測(cè)組分和標(biāo)準(zhǔn)物的相對(duì)分子質(zhì)量。 isiisisissssiiisiiMMmfMmAMmAAMmAMmMfMfMf)(/)()()()(/4 .22/4 .22)()()(MfMmAMmAAMmAMmVfVfVfiisisissssiiisii（3）相對(duì)校正因子的測(cè)量 凡文獻(xiàn)查得的校正因子都是指相對(duì)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(duì)二字略去）。 表19-9列出一些化合物的校正因子。由于以體積計(jì)量的氣體樣品

11、，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(duì)校正因子只與試樣、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和檢測(cè)器類(lèi)型有關(guān)，與操作條件、柱溫、載氣流速、固定液性質(zhì)無(wú)關(guān)。 校正因子測(cè)定方法：準(zhǔn)確稱(chēng)量被測(cè)組分和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，混合后，在實(shí)驗(yàn)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(cè)量相應(yīng)的峰面積，然后通過(guò)公式計(jì)算校正因子，如果數(shù)次測(cè)量數(shù)值接近，可取其平均值。（l l）歸一化法）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，并在色譜圖上都出現(xiàn)色譜峰。當(dāng)測(cè)量參數(shù)為峰面積時(shí)，歸一化的計(jì)算公式為 式中Ai為組分i的峰面積，fi為

12、組分i的定量校正因子。 歸一化的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)便準(zhǔn)確，當(dāng)操作條件如進(jìn)樣量、載氣流速等變化時(shí)對(duì)結(jié)果的影響較小。 適合于對(duì)多組分試樣中各組分含量的分析。 %1002211nniiifAfAfAfAx（2 2）外標(biāo)法）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(jiǎn)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。它適用于日常控制分析和大量同類(lèi)樣品的分析。（3 3）內(nèi)標(biāo)法）內(nèi)標(biāo)法 為了克服外標(biāo)法的缺點(diǎn)，可采用內(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(shí)驗(yàn)條件和進(jìn)樣量變化帶來(lái)的誤差。內(nèi)標(biāo)法的校準(zhǔn)曲線（見(jiàn)圖19-16）是用AiAs對(duì)xi作圖，其中As為內(nèi)標(biāo)物的峰面積。通過(guò)原點(diǎn)的直線可表示為 %100siiiAAKx 對(duì)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(cè)組分之間或與之相近；穩(wěn)定、易得純品； 與樣品能互溶但無(wú)化學(xué)反應(yīng)； 內(nèi)標(biāo)物濃度恰當(dāng)，使其峰面積與待測(cè)組分相差不太大。isiissiimmfmmffK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試以塔極高度H做指標(biāo)討論氣相色譜操作條件的選擇。 3. 試述速率方程式中A、B