1、生物工业分析生物工业分析第七章气相色谱分析第七章气相色谱分析第一节基本原理第一节基本原理 第二节气相色谱操作第二节气相色谱操作 第三节色谱分析第三节色谱分析 第四节应用实例（第四节应用实例（酒中醇酯类组分的分析）酒中醇酯类组分的分析）气相色谱分析气相色谱分析 第一节基本原理第一节基本原理一、气相色谱法概述 它的分离原理是，使混合物中各组分在两相间进行分配，其中一相是不动的，称为固定相，另一相是携带混合物流过此固定相的流体，称为流动相。当流动相中所含混合物经过固定相时，就会与固定相发生作用。由于各组分在性质和结构上的差异，与固定相发生作用的大小、强弱也有差异，因此在同一推动力作用下，不同组分在固
2、定相中的滞留时间有长有短，从而按先后不同的次序从固定相中流出。这种借在两相间分配原理而使混合物中各组分分离的技术，称为色谱分离技术或色谱法（又称色层法、层析法）。气相色谱分析气相色谱分析 色谱法分类：（1）按流动相的物态，色谱法可分为气相色谱法（流动相为气体）和液相色谱法（流动相为液体）；再按固定相的物态，又可分为气固色谱法（固定相为固体吸附剂）汽液色谱法（固定相为涂在固体担体上或毛细管壁上的液体）、液固色谱法和液液色谱法等。（2）按固定相使用的形式，可分为柱色谱法（固定相装在色谱柱中）、纸色谱法（滤纸为固定相）和薄层色谱法（将吸附剂粉末制成薄层作固定相）等。（3）按分离过程的机制，可分为吸附
3、色谱法（利用吸附剂表面对不同组分的物理吸附性能的差异进行分离）、分配色谱法（利用不同组分在两相中有不同的分配系数来进行分离）、离子交换色谱法（利用离子交换原理）和排阻色谱法（利用多孔性物质对不同大小分子的排阻作用）等。气相色谱分析气相色谱分析 1气相色谱的一般流程 如图71所示。载气由高压钢瓶1供给，经减压阀2减压后，进入载气净化干燥管3以除去载气中的水分。由针形阀4控制载气的压力和流量。流量计5和压力表6用以指示载气的柱前流量和压力。再经过进样器（包括气化室）7，试样就在进样器注人（如为液体试样，经气化室瞬间气化为气体）。由不断流动的载气携带试样进入色谱柱8，将各组分分离，各组分依次进入检测
4、器9后放空。检测器信号由记录仪10记录，就可得到如图72所示的色谱图。气相色谱分析气相色谱分析 气相色谱分析气相色谱分析 2气相分析的理论基础 色谱柱有两种，一种是内装固定相的，称为填充柱，通常为用金属（铜或不锈钢）或玻璃制成的内径26 mm，长0.510 m的 U形或螺旋形的管子。另一种是将固定液均匀地涂敷在毛细管的内壁的，称为毛细管柱。现以填充柱为例简要说明色谱分离的原理。在填充柱内填充的固定相有两类，即气一固色谱分析中的固定相和气一液色谱分析中的固定相。气相色谱分析气相色谱分析 气固色谱分析中的固定相是一种具有多孔性及较大表面积的吸附剂颗粒。试样由载气携带进入柱子时，立即被吸附剂所吸附。
5、载气不断流过吸附剂时，吸附着的被测组分又被洗脱下来。这种洗脱下来的现象称为脱附。脱附的组分随着载气继续前进时，又可被前面的吸附剂所吸附。随着载气的流动，被测组分在吸附剂表面进行反复的物理吸附、脱附过程。由于被测物质中各个组分的性质不同，它们在吸附剂上的吸附能力就不一样，较难被吸附的组分就容易被脱附，较快地移向前面。容易被吸附的组分就不易被脱附，向前移动得慢些。经过一定时间，即通过一定量的载气后，试样中的各个组分就彼此分离而先后流出色谱柱。气相色谱分析气相色谱分析 气液色谱分析中的固定相是在化学惰性的固体微粒（此固体是用来支持固定液的，称为担体）表面，涂上一层高沸点有机化合物的液膜。这种高沸点有
6、机化合物称为固定液。在气液色谱柱内，被测物质中各组分的分离是基于各组分在固定液中溶解度的不同。当载气携带被测物质进入色谱柱和固定液接触时，气相中的被测组分就溶解到固定液中去。载气连续流经色谱柱，溶解在固定液中的被测组分会从固定液中挥发到气相中去。随着载气的流动，挥发到气相中的被测组分分子又会溶解在前面的固定液中。这样反复多次溶解、挥发、再溶解、再挥发。由于各组分在固定液中溶解能力不同，溶解度大的组分就较难挥发，停留在往中的时间就长些，往前移动得就慢些。而溶解度小的组分，往前移得快些，停留在柱中的时间就短些。经过一定时间后，各组分就彼此分离。气相色谱分析气相色谱分析 物质在固定相和流动相（气相）
7、之间发生的吸附、脱附和溶解、挥发的过程，叫做分配过程。在一定温度下组分在两相之间分配达到平衡时的浓度比称为分配系数K。7-1分配比亦称容量因子或容量比，以k表示，是指在一定温度、压力下，在两相间达到分配平衡时，组分在两相中的质量比:7-2式中ms为组分分配在固定相中的质量，mM为组分分配在流动相中的质量。MSccK组分在流动相中的浓度组分在固定相中的浓度MSmmk 气相色谱分析气相色谱分析 分配比与分配系数K的关系为：7-3 式中 VM为色谱柱中流动相体积，即柱内固定相颗粒间的空隙体积。VS为色谱柱中固定相体积，在气液色谱分析中它为固定液体积，在气固色谱分析中则为吸附剂表面容量。VM与VS之比
8、称为相比，以表示之。由上式可见：（1）分配系数是组分在两相中浓度之比，分配比则是组分在两相中分配总量之比。它们都与组分及固定相的热力学性质有关，并随柱温、柱压的变化而变化。kVVkVmVmccKSMMMSSMS/气相色谱分析气相色谱分析 （2）分配系数只决定于组分和两相性质，与两相体积无关。分配比不仅决定于组分和两相性质，且与相比有关，亦即组分的分配比随固定相的量而改变。（3）对于一给定色谱体系（分配体系），组分的分离最终决定于组分在每相中的相对量，而不是相对浓度，因此分配比是衡量色谱柱对组分保留能力的重要参数。k值越大，保留时间越长，k值为零的组分，其保留时间即为死时间tM。（4）若流动相（
9、载气）在柱内的线速度为u，即一定时间里载气在柱中流动的距离（单位为cms1）。由于固定相对组分有保留作用，所以组分在柱内的线速度 uS将小于 u，则两速度之比称为滞留因子Rs。7-4 uuRSS气相色谱分析气相色谱分析 RS亦可用质量分数w表示：7-5组分和流动相通过长度为L的色谱柱，所需时间分别为 7-6 7-7 经整理得 7-8kmmmmmwRMSMSSS11/11）（sSuLtuLtMMRMMRtttttk气相色谱分析气相色谱分析 二、色谱流出曲线色谱图（图7-2）是以组分的浓度变化作为纵坐标，流出时间作横坐标的，这种曲线称为色谱流出曲线（图7-3）。气相色谱分析气相色谱分析 三、气相色
10、谱中有关术语1基线（baseline）当色谱柱后没有组分进入检测器时，在实验操作条件下，反映检测器系统噪声随时间变化的线称为基线。稳定的基线是一条直线，如图7-3中所示的直线。基线漂移（baseline drift）指基线随时间定向的缓慢变化。2基线噪声（baseline noise）指由各种因素所引起的基线起伏。3保留值（retention value）表示试样中各组分在色谱柱中的滞留时间的数值。通常用时间或用将组分带出色谱柱所需载气的体积来表示。气相色谱分析气相色谱分析 4死时间（dead time）tM指不被固定相吸附或溶解的气体（如空气、甲烷）从进样开始到拄后出现浓度最大值时所需的时间
11、，如图7-3中OA所示。显然，死时间正比于色谱柱的空隙体积。5保留时间（retention time）tR。指被测组分从进样开始到柱后出现浓度最大值时所需的时间，如图7-3中OB。6调整保留时间（adjusted retention time）tR指扣除死时间后的保留时间，如图73中 AB，即 tR=tR-tM 7-9 此参数可理解为，某组分由于溶解或吸附于固定相，比不溶解或不被吸附的组分在色谱柱中多滞留的时间。气相色谱分析气相色谱分析 7死体积（dead volume）VM指色谱柱在填充后柱管内固定相颗粒间所剩留的空间、色谱仪中管路和连接头间的空间以及检测器的空间的总和。当后两项很小而可忽略
12、不计时，死体积可由死时间与色谱柱出口的载气体积流速F0来计算 VM=tM F08保留体积（retention volme）VR指从进样开始到柱后被测组分出现浓度最大值时所通过的载气体积，即 VR=tRF0 7-109调整保留体积（adjusted retention volme）VR指扣除死体积后的保留体积，即 VR=tRFO 或VR=VRVM 7-11 气相色谱分析气相色谱分析 10区域宽度（peak width）区域宽度越窄越好。度量色谱峰区域宽度的三种方法：（1）标准偏差（standard deviation）即 0.607倍峰高处色谱峰宽度的一半，如图73中EF的一半。（2）半峰宽度（
13、Peak width at half height）Yl2又称半宽度或区域宽度，即即峰高为一半处的宽度，如图73中GH，它与标准偏差的关系为 7-12 （3）峰底宽度（Peak width at Peak base）Y自色谱峰两侧的转折点所作切线在基线上的截距，如图73中的IJ所示。它与标准偏差的关系为 Y=4 7-13 35.22ln222/1Y气相色谱分析气相色谱分析 利用色谱流出曲线可以解决以下问题：（1）根据色谱峰的位置（保留值）可以进行定性检定；（2）根据色谱峰的面积或峰高可以进行定量测定；（3）根据色谱峰的位置及其宽度，可以对色谱柱分离情况进行评价。气相色谱分析气相色谱分析 第二节
14、气相色谱操作第二节气相色谱操作一、操作条件的选择1分离条件的选择分离度（resolution）定义为相邻两组分色谱峰保留值之差与两个组分色谱峰峰底宽度总和之半的比值：7-14 式中tR（2）和tR（1）分别为两组分的保留时间（也可采用调整保留时间），Y1和Y2为相应组分的色谱峰的峰底宽度，与保留值单位相同。R值越大，就意味着相邻两组分分离得越好。若峰形对称且满足于正态分布，则当R=1时，分离程度可达 98；当R=1.5时，分离程度可达 99.7。因而可用R1.5来作为相邻两峰已完全分开的标志。)(2121)1()2(YYttRRR气相色谱分析气相色谱分析 当两组分的色谱峰分离较差，峰底宽度难于
15、测量时，可用半峰宽代替峰底宽度，并用下式表示分离度：7-15 与R的物理意义是一致的，R0.59R，应用时要注意所采用分离度的计算方法。对于难分离物质对，由于它们的保留值差别小，可合理地认为 Y1=Y2=Y，k1k2=k。经整理推导得用有效理论塔板数表示的色谱分离基本方程式为：7-16式中是柱选择性的量度，n有效为有效理论塔板数。141有效nR21)2(2/1)1(2/1)1()2(,YYttRRR气相色谱分析气相色谱分析 （1）分离度与柱效的关系（往效因子）当固定相确定，亦即被分离物质对的确定后，欲使达到一定的分离度，将取决于n。增加柱长可改进分离度，但增加柱长使各组分的保留时间增长，延长了
16、分析时间并使峰产生扩展，因此在达到一定的分离度条件下应使用短一些的色谱柱。除增加柱长外，增加n值的另一办法是减小柱的塔板高度（H），这意味着应制备一根性能优良的柱子，并在最优化条件下进行操作。气相色谱分析气相色谱分析 （2）分离度与容量比的关系（容量因子）k值大一些对分离有利，但并非越大越有利。当是k10时，k（k十 1）的改变不大，对 R的改进不明显，反而使分析时间大为延长。因此k值的最佳范围是1k 10，在此范围内，既可得到大的 R值，亦可使分析时间不至过长,使峰的扩展不会太严重而对检测发生影响。使k改变的方法有：改变柱温和改变相比。前者会影响分配系数而使k改变；改变相比包括改变固定相量V
17、S及柱的死体积VM。其中VM影响k（1十k），当组分的保留值较大而 VM又相当小时，k（1十k）随 VM增加而急剧下降，导致达到相同的分离度所需n值大为增加。由此可见，使用死体积大的柱子，分离度要受到大的损失。采用细颗粒固定相，填充得紧密而均匀，可使柱死体积降低。气相色谱分析气相色谱分析 （3）分离度与往选择性的关系（选择因子）是柱选择性的量度，越大，柱选择性越好，分离效果越好。在实际工作中，可由一定的值和所要求的分离度，用式（7-15）计算柱子所需的有效理论塔板数。表71列出了根据公式计算得到的一些结果。当值为1时，分离所需的有效理论塔板数为无穷大，故分离不能实现。在值相当小的情况下，特别是
18、1.1时，实现分离所需的有效理论塔板数很大，此时首要的任务应当是增大当值。如果两相邻峰的值已足够大，即使色谱柱的理论塔板数较小，分离亦可顺利地实现。增加简便而有效的方法是通过改变固定相，使各组分的分配系数有较大差别。气相色谱分析气相色谱分析 n有效R=1.0R=1.51.001.0051.011.021.051.071.101.151.251.502.0650000163000420007100370019009404001406514500003670009400016000840044002100900320145表 7-1在给定的值下,获得所需分离度对柱有效理论塔板数的要求 气相色谱分析
19、气相色谱分析 分离度、柱效和选择性参数的联系：7-17 7-18 7-19 7-20因而只要已知两个指标，就可估算出第三个指标。YttYYttYYttRRRRRRR)2()2(21)1()2(21)1()2()(22）（RttYRR)1()2(222)1()2()2(2)2(1161616RttRtYtnRRRR有效有效HRL22116气相色谱分析气相色谱分析 2操作条件的选择（1）载气及其流速的选择塔板高度H与在其线速度u的关系为 H=A十（B/u）十Cu 7-21式中A，B，C为三个常数，其中A称涡流扩散项，B为分子扩散项，C为传质阻力。用在不同流速下测得的塔板高度H对流速u作图，得Hu曲
20、线图（图7-5）。在曲线的最低点，塔板高度H最小（H最小）。此时柱效最高。该点所对应的流速即为最佳流速u最佳，u最佳及H最小可由上式微分求得：7-22得出：7-2302CuBdudHCBu有效BCAH2最小气相色谱分析气相色谱分析 在实际工作中，为了缩短分析时间，往往使流速稍高于最佳流速。从式（720）及图7-5可见，当流速较小时，分子扩散项（B项）就成为色谱峰扩张的主要因素，此时应采用相对分子质量较大的载气（N2，Ar），使组分在载气中有较小的扩散系数。而当流速较大时，传质项（C项）为控制因素，宜采用相对分子质量较小的载气（H2，He），此时组分在载气中有较大的扩散系数，可减小气相传质阻力，
21、提高柱效。气相色谱分析气相色谱分析 （2）柱温的选择选择的原则是：在使最难分离的组分能尽可能好的分离的前提下，尽可能采取较低的柱温，但以保留时间适宜，峰形不拖尾为度。对于高沸点混合物（300一400），希望在较低的柱温下（低于其沸点100200）分析。对于沸点不太高的混合物（200300），可在中等柱温下操作，固定液质量分数510，柱温比其平均沸点低100。对于沸点在100200的混合物，柱温可选在其平均沸点23左右，固定液质量分数1015。对于气体、气态烃等低沸点混合物，柱温选在其沸点或沸点以上，以便能在室温或 50以下分析。固定液质量分数一般在1525。气相色谱分析气相色谱分析 对于沸点范
22、围较宽的试样，宜采用程序升温，即柱温按预定的加热速度，随时间作线性或非线性的增加。图7-6为宽沸程试样在恒定柱温及程序升温时的分离结果比较。图（a）为柱温（tC）恒定于45时的分离结果，此时只有五个组分流出色谱柱，但低沸点组分分离良好；图（b）为柱温恒定于120时的分离情况，因柱温升高，保留时间缩短，低沸点组分峰密集，分离不好；图（C）为程序升温时的分离情况，从对30起始，升温速度为5min-1，低沸点及高沸点组分都能在各自适宜的温度下得到良好的分离。气相色谱分析气相色谱分析 （3）固定相的选择 气气固色谱固定相固色谱固定相 在气固色谱法中作为固定相的吸附剂，常用的有非极性的活性炭，弱极性的氧
23、化铝，强极性的硅胶等。气气液色谱固定相液色谱固定相担体对担体有以下几点要求。（1）表面应是化学情性的，即表面没有吸附性或吸附性很弱，更不能与被测物质起化学反应。（2）多孔性，即表面积较大，使固定液与试样的接触面较大。气相色谱分析气相色谱分析 （3）热稳定性好，有一定的机械强度，不易破碎。（4）对担体粒度的要求，一般希望均匀、细小，这样有利于提高柱效。但颗粒过细，使柱压降增大，对操作不利。一般选用4060目，6080目或80100目等。选择担体的大致原则为：当固定液质量分数大于5时，可选用硅藻土型（白色或红色）担体。当固定液质量分数小于5时，应选用处理过的担体。对于高沸点组分，可选用玻璃微球担体
24、。对于强腐蚀性组分，可选用氟担体。气相色谱分析气相色谱分析 固定液 （1）对固定液的要求。a挥发性小，在操作温度下有较低蒸气压，以免流失。b热稳定性好，在操作温度下不发生分解。在操作温度下呈液体状态。c对试样各组分有适当的溶解能力，否则易被载气带走而起不到分配作用。d具有高的选择性，即对沸点相同或相近的不同物质有尽可能高的分离能力。e化学稳定性好，不与被测物质起化学反应。气相色谱分析气相色谱分析 （2）固定液的分离特征。在气相色谱中常用“极性”来说明固定液和被测组分的性质。由电负性不同的原子所构成的分子，它的正电中心和负电中心不重合时，就形成具有正负极的极性分子。如果组分与固定液分子性质（极性
25、）相似，固定液和被测组分两种分子间的作用力就强，被测组分在固定液中的溶解度就大，分配系数就大，也就是说，被测组分在固定液中溶解度或分配系数的大小与被测组分和固定液两种分子之间相互作用力的大小有关。分子间的相互作用力包括静电力、诱导力、色散力和氢键力等。气相色谱分析气相色谱分析 （3）固定液的选择a分离非极性物质，一般选用非极性固定液，这时试样中各组分按沸点次序先后流出色谱柱，沸点低的先出峰，沸点高的后出峰。b分离极性物质，选用极性固定液，这时试样中各组分主要按极性顺序分离，极性小的先流出色谱柱，极性大的后流出色谱柱。c分离非极性和极性混合物时，一般选用极性固定液，这时非极性组分先出峰，极性组分
26、（或易被极化的组分）后出峰。d对于能形成氢键的试样一般选择极性的或是氢键型的固定液，不易形成氨键的先流出，最易形成氨键的最后流出。气相色谱分析气相色谱分析 （4）进样时间和进样量 进样速度必须很快，一般用注射器或进样阀进样时，进样时间都在一秒钟以内。液体试样一般进样0.15L。气体试样0.110 mL。最大允许的进样量，应控制在峰面积或峰高与进样量呈线性关系的范围内。（5）气化温度进样后要有足够的气化温度，使液体试样迅速气化后被载气带人柱中。在保证试样不分解的情况下，适当提高气化温度对分离及定量有利。一般选择气化温度比柱温高3070。气相色谱分析气相色谱分析 二、操作步骤启动仪器前先检查气路，
27、电路是否按照要求接好，通入载气，先开钢瓶阀，再开减压器，调节针形阀，控制载气流速度使之符合操作条件。启动、恒温，开启总电源开关，再依次打开柱槽、进样器、热导温控开关，将柱温、汽化室、检测器温度调节旋钮转至要求的位置，加热至一定时间后，用温度测量旋钮分别检查三处温度是否符合要求，若温度已符合要求，再检查载气流速是否正常。气相色谱分析气相色谱分析 调整基线衰减到要求值，打开热导开关，将桥电流调节旋钮旋到电流要求值，同时打开数据处理系统，击“查看基线”，再击“基线调零”。此时，基线回到“0”位置，仪器稳定后，基线应在“0”位置，若不在，击“基线调零”，选择适当的时间值电压值和分析方法及其他选项，待基
28、线走直后，即可进行分析。进样，用微量进样器注入待测样品。关机，测量完成后，将桥电流调节旋钮转到最小位置，关闭热导电源，柱槽，进样器，热导温控开关，再关掉总电源，待温度下降后，关断载气。气相色谱分析气相色谱分析 第三节色谱分析第三节色谱分析一、定性分析 1根据色谱保留值进行定性分析 其应用仅限于当未知物通过其它方面的考虑（如来源，其它定性方法的结果等）已被确定可能为某几个化合物或属于某种类型时作最后的确证；其可靠性不足以鉴定完全未知的物质。一般宜采用仅与柱温有关，而不受操作条件影响的相对保留值r21作为定性指标。对于较简单的多组分混合物，如果其中所有待测组分均为已知，它们的色谱峰也能一一分离，则
29、为了确定各个色谱峰所代表的物质，可将各个保留值与各相应的标准试样在同一条件下所测得的保留值进行对照比较。气相色谱分析气相色谱分析 对色谱图上出现的未知峰进行鉴定。这时，首先充分利用对未知物了解的情况（如来源，性质等等）估计出未知物可能是哪几种化合物。再从文献中找出这些化合物在某固定相上的保留值，与未知物在同一固定相上的保留值进行粗略比较，以排除一部分，同时保留少数可能的化合物。然后将未知物与每一种可能化合物的标准试样在相同的色谱条件下进行验证，比较两者的保留值是否相同。如果两者（未知物与标准试样）的保留值相同，但峰形不同，仍然不能认为是同一物质。进一步的检验方法是将两者混合起来进行色谱实验。如
30、果发现有新峰或在未知峰上有不规则的形状（例如峰略有分叉等）出现，则表示两者并非同一物质；如果混合后峰增高而半峰宽并不相应增加，则表示两者很可能是同一物质。气相色谱分析气相色谱分析 保留指数，又称 Kovts指数，是一种重现性较其它保留数据都好的定性参数，可根据所用固定相和柱温直接与文献值对照而不需标准试样。某物质的保留指数可由下式计算而得：7-24 式中X为保留值，可以用调整保留时间tR，调整保留体积VR或相应的记录值的距离表示。i为被测物质,Z,Z+1代表具有Z个和Z+1个碳原子的正构烷烃。被测物质的X值应恰好在两个正构烷烃X值之间，即XZXiXZ+1。正构烷烃的保留指数则人为地定位它的碳数
31、乘以100，例如 正戊烷、正己烷、正庚烷的保留指数分别为500,600,700。因此，欲求某物质的保留指数，只要与相邻的正构烷烃混合在一起（或分别地），在给定条件下进行色谱实验，然后按上式（7-23）计算保留指数。ZXXXXIZZZilglglglg1001气相色谱分析气相色谱分析 现以乙酸正丁酯在阿皮松 L 柱上，柱温为100 时的保留指数为例来加以说明。选正庚烷、正辛烷两个正构烷烃，乙酸正丁酯的峰在此两正构烷烃峰的中间（图77）。气相色谱分析气相色谱分析 设相当于调整保留时间的记录纸距离为：正庚烷（nC7）Xz=174.0 mm lg174.02.2406 乙酸正了酯 X=310.0 mm
32、 lg310.0=2.4914正辛烷（nC8）Xz+1 =373.4 mm lg373.4=2.5722 Z7，将上述数据代人式（7-23）得：同一物质在同一柱上，其 I 值与柱温呈直线关系，这就便于用内插法或外推法求出不同柱温下的 I 值。保留指数的有效数字为三位，其准确度和重视性都很好，相对误差1，因此只要柱温和固定液相同，就可用文献上发表的保留指数进行定性鉴定，而不必用纯物质。63.77572406.25722.22406.24914.2100I气相色谱分析气相色谱分析 2与其它方法结合的定性分析法 （1）与质谱、红外光谱等仪器联用 较复杂的混合物经色谱柱分离为单组分，再利用质谱、红外光
33、谱或核磁共振等仪器进行定性鉴定。（2）与化学方法配合进行定性分析 带有某些官能团的化合物，经一些特殊试剂处理，发生物理变化或化学反应后，其色谱峰将会消失或提前或移后，比较处理前后色谱图的差异，就可初步辨认试样含有哪些官能团。3利用检测器的选择性进行定性分析 不同类型的检测器对各种组分的选择性和灵敏度是不相同的，利用不同检测器具有不同的选择性和灵敏度，可以对未知物大致分类定性。气相色谱分析气相色谱分析 二、定量分析 在一定操作条件下，分析组分i的质量（mi）或其在载气中的浓度是与检测器的响应信号（色谱图上表现为峰面积Ai或峰高hi）成正比的可写作：7-25 峰面积测量法峰面积测量法 1峰高乘半峰
34、宽法 当色谱峰为对称峰时可采用此法。根据等腰三角形面积的计算方法，可以近似认为峰面积等于峰高乘以半峰宽：7-26这样测得的峰面积为实际峰面积的0.94倍，实际上峰面积应为：7-27 iiiAfm 2/1YhA2/1065.1YhA气相色谱分析气相色谱分析 2峰高乘底宽度法 这是一种作图求峰面积的方法。这种作图法测得的峰面积约为真实面积的0.98倍。对于矮而宽的峰，此法更准确些。但应注意，在同一分析中，只能用同一种近似测量方法。3峰高乘平均峰宽法 对于不对称色谱峰使用此法可得较准确的结果。所谓平均峰宽是指在峰高0.15和0.85处分别测峰宽，然后取其平均值：7-28 285.015.0YYhA气
35、相色谱分析气相色谱分析 4峰高乘保留值法 在一定操作条件下，同系物的半峰宽与保留时间成正比，即：7-29在相对计算时，b可约去，于是：此法适用于狭窄的峰。RtY2/1RbtY2/1RtbhYhA2/1RthYhA2/1气相色谱分析气相色谱分析 5积分仪 积分仪或称数据处理机是测量峰面积最方便的工具，速度快，线性范围宽，精度一般可达0.22，对小峰或不对称峰也能得出较准确的结果。数字电子积分仪能以数字的形式把峰面积和保留时间打印出来。气相色谱分析气相色谱分析 定量校正因子定量校正因子 1质量校正因子 7-31式中下标i,s分别代表被测物和标准物质。2摩尔校正因子 7-32式中Mi,Ms 分别代表
36、被测物和标准物质相对分子质量。siiSmsmimmAmAfff)()(isMisisisMsMiMMMfMmAMmAfff)()(气相色谱分析气相色谱分析 3体积校正因子 7-33 4相对响应值s 相对响应值是物质I与标准物质s的响应值（灵敏度）值比。单位相同时，它与校正因子互为倒数，即：7-34s和f值与试样、标准物质以及检测器类型有关，而与操作条件和柱温、在气流速、固定液性质等无关，因而是一个通用的常数，表7-2列出了一些校正因子数据。MisisisVsViVfMmAMmAfff4.224.22)()(fs1气相色谱分析气相色谱分析 化合物沸点相对分子质量热导池检测器氢焰电离检测器fMMf
37、mfm甲烷乙烷丙烷丁烷乙烯乙炔苯甲苯环己烷甲醇乙醇丙酮-160-89-42-0.5-104-83.680110816578561630445828267892843246582.801.961.551.182.08 1.000.860.881.821.391.160.450.590.680.680.59 0.780.790.740.580.640.681.031.031.020.910.980.940.890.940.994.352.182.04表7-2一些化合物的校正因子 气相色谱分析气相色谱分析 化合物沸点相对分子质量热导池检测器氢焰电离检测器fMMfmfm乙醛乙醚甲酸乙酸乙酸乙酯氯仿吡啶
38、氨氮氧CO2CCl4H2O2135100.7118.277 11533/10044744660881197917283244154181.540.91 0.90.931.02.382.382.52.080.933.030.680.67 0.791.100.790.420.670.800.921.430.55 1.004.172.64 气相色谱分析气相色谱分析 几种常用的定量计算方法几种常用的定量计算方法 1归一化法 当试样中各组分都能流出色谱柱，并在色谱图上显示色谱峰时，可用此法进行定量计算。假设试样中有n个组分，每个组分的质量分别为m1，m2，mn，各组分含量的总和m为100，其中组分i的质
39、量分数；可按下式计算：7-35fi为质量校正因子，得质量分数；如为摩尔校正因子，则的摩尔分数或体积分数（气体）。%100%100%100221121 nniiniiifAfAfAfAmmmmmmw气相色谱分析气相色谱分析 若各组分的f值相近或相同，则上式可简化为：7-36 对于狭窄的色谱峰，也有用峰高代替峰面积来进行定量测定。当各种操作条件保持严格不变时，在一定的进样量范围内，峰的半宽度是不变的，因此峰高就直接代表某一组分的量。这种方法快速简便，最适合于工厂和一些具有固定分析任务的化验室使用。此时 7-37 式中f为峰高校正因子，此值需自行测定，测定方法同峰面积校正因子，不同的是用峰高来代替峰
40、面积。归一化法的优点是：简便、准确，当操作条件、如进样量、流速等变化时，对结果影响小。%10021 niiAAAAw%1002211 nniiifhfhfhfhw气相色谱分析气相色谱分析 2内标法 当只需测定试样中某几个组分，而且试样中所有组分不能全部出峰时，可采用此法。所谓内标法是将一定量的纯物质作为内标物，加入到准确称取的试样中，根据被测物和内标物的质量及其在色谱图上相应的峰面积比，求出某组分的含量。例如要测定试样中组分i（质量为mi）的质量分数wi,可于试样中加人质量为ms的内标物，试样质量为m，则 7-38 一般常以内标物为基准，则，此时计算可简化为 7-39%100mmAfAfmmw
41、sssiiii%100issiifmmAAw气相色谱分析气相色谱分析 内标物的选择是重要的。它应该是试样中不存在的纯物质；加入的量应接近于被测组分；同时要求内标物的色谱峰位于被测组分色谱峰附近，或几个被测组分色谱峰的中间，并与这些组分完全分离；还应注意内标物与欲测组分的物理及物理化学性质（如挥发度，化学结构，极性以及溶解度等）相近，这样当操作条件变化时，更有利于内标物及欲测组分作匀称的变化。此法优点是定量较准确，而且不像归一化法有使用上的限制；但每次分析都要准确称取试样和内标物的质量，因而它不宜于作快速控制分析。气相色谱分析气相色谱分析 3内标标准曲线法由式（7-37）可见，若称量同样量的试样
42、，加入恒定量的内标物，则此式中fims/（fsm）100%为一常数，此时 7-40取固定量的标准溶液和内标物，混合后进样分析，测Ai和As，以AiAs对标准溶液浓度作图（图78）。分析时，取和制作标准曲线时所用量同样的试样和内标物，测出其峰面积比，从标难曲线上查出被测物的含量。常数siiAAw气相色谱分析气相色谱分析 4外标法（又称定量进样标准曲线法）用欲测组分的纯物质加稀释剂（对液体试样用溶剂稀释，气体试样用载气或空气稀释）配成不同质量分数的标准溶液，取固定量标准溶液进样分析，从所得色谱图上测出响应信号（峰面积或峰高等），然后绘制响应信号（纵坐标）对质量分数（横坐标）的标准曲线。分析试样时，
43、取和制作标准曲线时同样量的试样（固定量进样），测得该试样的响应信号，由标准曲线即可查出其质量分数。此法的优点是操作简单，计算方便；但结果的准确度主要取决于进样量的重现性和操作条件的稳定性。气相色谱分析气相色谱分析 当被测试样中各组分浓度变化范围不大时，可不必绘制标准曲线，而用单点校正法。即配制一个和被测组分含量十分接近的标准溶液，定量进样，由被测组分和外标组分峰面积比或峰高比来求被测组分的质量分数。由于 和 均为已知，故可令 ,得 7-41式中Ki为组分i的单位面积质量分数校正值；这样，测得Ai，乘以Ki即得被测组分的质量分数。此法假定标准曲线是通过坐标原点的直线，因此可由一点决定这条直线，K
44、i即直线的斜率，因而称之为单点校正法。sisiAAwwssiiwAAwswsAssiAwK/iiiKAw气相色谱分析气相色谱分析 第四节应用实例第四节应用实例酒中醇酯类组分的分析 1试样的制备 （1）直接进样时样品的准备：吸取酒样2.5毫升，用水稀释一倍，然后准确加入1（VV）乙酸正戊酯（或乙酸正丁酯）的60乙醇溶液0.1毫升作内标物，混匀后进样。聚乙二醇20M柱的进样量为2微升，邻苯二甲酸二壬酯一吐温80混合柱进样量为3微升。（2）C8以上的高级脂肪酸乙酯测定时酒样抽提物的准备：吸取酒100毫升，加氯化钠15克，搅拌至饱和，倾泌上层清液于分液漏斗中，加饱和氯化钠溶液100毫升以降低酒精度。用
45、25毫升乙醚一戊烷（2:1）振摇提取5分钟，分出有机相，残液再用25毫升乙醚一戊烷提取一次，合并提取液。为除去大部分乙醇，提取液用50毫升水分二次洗涤，弃去水层。有机层经无水硫酸钠干燥，过滤后在KD浓缩器上浓缩至0.5毫升，准确加入5（VV）乙酸正庚酯的丙酮溶液22.9微升（内标物）混匀后进样1微升。气相色谱分析气相色谱分析 2色谱条件 气相色谱仪：日本岛津GC5A型气相色谱仪，备有ITG4AX积分仪。检测器：氢焰检测器。（1）图7-9为白酒试样在聚乙二醇20M柱上直接进样分析的色谱图。色谱条件为：色谱往：内径3毫米，长4米不锈钢柱。固定相：固定液为聚乙二醇20M，担体为Shimalite 6
46、080目，固定液量为10。柱温：起始60，进样8分钟后以5/分程序升温至125，继续恒温5分钟。汽化室与检测器温度：150。灵敏度：102兆欧。衰减：4。纸速：10毫米分。气流速度：氦气60毫升/分，氢气60毫升/分，空气1000毫升/分。气相色谱分析气相色谱分析 气相色谱分析气相色谱分析 （2）图7-10为白酒试样在邻苯二甲酸二壬酯-吐温80混合柱上进行的色谱图。色谱条件为：色谱柱：内径3毫米，长3米不锈钢柱。固定相：固定液为邻苯二甲酸二壬酯（20）与吐温80（7）混合液涂于担体Chromosorb W（80100目）上。柱温：起始65，进样4分钟后以5/分程序升温至95，继续恒温约20分钟
47、。汽化室与检测器温度：150。灵敏度：102兆欧。衰减：8 纸速：10毫米分。气流速度：氮气60毫升/分，氢气60毫升/分，空气1000毫升/分。气相色谱分析气相色谱分析 气相色谱分析气相色谱分析 （3）图7-11白酒的乙醚-戊烷抽提物的色谱图 色谱条件为：色谱柱：内径3毫米，长4米不锈钢柱。固定相：固定液为聚乙二醇20M，担体为Shimalite 60809，固定液量为10。柱温：自100起以4分程序升温至200，继续恒温至各组分流出。汽化室与检测器温度：250。灵敏度：102兆欧。衰减：16。纸速：10毫米分。气流速度：氮气40毫升/分，氢气40毫升/分，空气800毫升/分。气相色谱分析气相色谱分析
