色谱分析之定性定量

色谱分析之定性定量第一页，共四十二页，2022年，8月28日1、利用已知物直接对照法定性利用已知物直接对照定性，是一种简单可靠的方法，在具有已知标样的情况下，常使用该方法。该法定性的依据是：在一定柱条件（柱长、固定相）、操作条件下，组分有固定的保留值。但也应注意：（A）相同的物质在相同条件下，有相同的保留值；（B）在相同条件下，有相同保留值的不一定是同一物质。第二页，共四十二页，2022年，8月28日（1）利用保留值定性如前所述，在一定的柱条件和操作条件下，准确测量未知物和已知物的保留值，若相同，则初步可认为它们属于相同物质。该法的缺点是保留值受操作条件影响大、载气流速、温度的微小变化都会使保留值改变，从而给定性带来困难。（2）利用相对保留值定性由于“r2/1"仅受柱温、固定相的影响，而不受操作条件（如流速、柱长、填充情况等）的影响。因此在柱温、固定相一定时，“r2/1"为定值，可作为定性的较可靠的参数。第三页，共四十二页，2022年，8月28日（3）利用双柱或多柱定性在一根色谱柱上用保留值鉴定组分有时不一定可靠，因为不同物质有可能在同一色谱柱上具有相同的保留值。所以应采用双柱或多柱法进行定性分析。即采用两根或多根性质（极性）不同的色谱柱进行分离，观察未知物和标准样品的保留值是否始终重合。如果仍获得相同的保留值，则定性结果一般就没有什么问题了。因为两种不同组分，在两根或多根不同极性固定液柱上，保留值相同之机会是极少的。第四页，共四十二页，2022年，8月28日（4）利用已知物增加峰高法定性如果样品组成复杂，峰间距小，且操作条件不易控制恒定时，峰高增加法是在此条件下最可靠的定性方法。具体方法是：先进一样品，得一色谱图，然后在样品中加入定量的标准已知物，同样条件下进样，从得到新的色谱图上看，如果某个峰加高了，则该峰就是加入的标准已知物的组分。利用已知物直接对照法定性，方法简单，但试样的大概组成应该预先有所了解，而且还需准备对照用的已知纯物质。第五页，共四十二页，2022年，8月28日2、利用保留指数定性保留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样品。保留指数I是把物质的保留行为用两个紧靠近它的标准物（一般是两个正构烷烃）来标定。某物质的保留指数可由下式计算而得：第六页，共四十二页，2022年，8月28日式中XN为保留值，可以用调整保留时间tR’、调整保留体积VR’或相应的记录纸的距离表示。

i为被测物质，Z，Z＋1代表具有Z个和Z＋1个碳原子数的正构烷烃。被测物质的XN值应恰在这两个正构烷烃的XN值之间，即XNZ＜XNI＜XN（Z+1）。正构烷烃的保留指数则人为地定为它的碳数乘以100，例如正戊烷、正已烷、正庚烷的保留指数分别为500、600、700．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（或分别的），在给定条件下进行色谱实验，然后按上式计算其保留指数。第七页，共四十二页，2022年，8月28日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。设相当于调整保留时间的记录纸距离为：正庚烷（n-C7）XNZ＝174.0mmlog174.0＝2.2406乙酸正丁酯XNi＝310.0mmlog310=2.4914正辛烷(n-C8）XN(z+1)＝373.4mmlog373.4＝2.5722Z＝7，将上述数据代入上式得：第八页，共四十二页，2022年，8月28日保留指数的有效数字为三位，其准确度和重现性都很好，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。第九页，共四十二页，2022年，8月28日3、与其它方法结合的定性分析法（1）与质谱、红外光谱筹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、红外光谱或核磁共振等仪器进行定性鉴定。其中特别是气相色谱和质谱的联用，是目前解决复杂未知物定性问题的有效方法之一。（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。使用这种方法可直接在色谱系统中装上预处理柱。若反应过程进行较慢可进行复杂的试探性分析，也可使试样与试剂在注射器内或者其它小容器内反应，再将反应后的试样注入色谱柱。第十页，共四十二页，2022年，8月28日4、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，例如热导池检测器对无机物和有机物都有响应，但灵敏度较低；氢焰电离检测器对有机物灵敏度高，而无机气体、水分、二硫化碳等响应很小，甚至无响应；电子捕获检测器只对含有卤素、氧、氮等电负性强的组分有高的灵敏度。又如火焰光度检测器只对含硫、磷的物质有讯号。碱盐氢焰电离检测器对含卤素、硫、磷、氮等杂原子的有机物特别灵敏。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。第十一页，共四十二页，2022年，8月28日而当流速较大时，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，提高柱效。选择载气时还应考虑对不同检测器的适应性。第十二页，共四十二页，2022年，8月28日二、定量分析1、定量分析的依据在一定操作条件下，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，即：Ai＝Si.mi

或：mi=Ai/Si=fi'·Ai

这就是色谱定量分析的依据。式中Si为响应值，fi'为校正因子。第十三页，共四十二页，2022年，8月28日由上式可见，在定量分析中需要：（1）准确测量峰面积；（2）准确求出比例常数fi'（称为定量校正因子）；（3）根据上式正确选用定量计算方法，将测得组分的峰面积换算为百分含量。下面分别讨论之。2、峰面积测量法峰面积的测量直接关系到定量分析的准确度。常用峰面积测量方法（根据峰形的不同）有如下几种：第十四页，共四十二页，2022年，8月28日（1）峰高乘半峰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：

A=h·Y1／2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：

A=1.065h·Y1／2显然，在作绝对测量时（如测灵敏度），应乘以1.065。但在相对计算时，1.065可约去。由于此法简单、快速，所以在实际工作中常采用；但对于不对称峰、很窄或很小的峰，由于Y1／2。测量误差较大，就不能应用此法。第十五页，共四十二页，2022年，8月28日（2）峰高乘峰底宽度法对矮而宽的色谱峰，用下式计算峰面积较为准确。

A=1.02hiY（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：第十六页，共四十二页，2022年，8月28日（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：

Y1/2∝tR

所以：Y1/2＝btRA＝h·Y1/2＝h·b·tR

在相对计算时，b可约去，于是：

A＝h·Y1/2＝h·tR

此法适用于狭窄的峰，或有的峰窄、有的峰又较宽的同系物的峰面积测量。第十七页，共四十二页，2022年，8月28日（5）积分仪法自动积分仪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0.2～2％，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招峰面积和保留时间打印出来。现在有计算机联机的色谱仪，峰面积可由计算机通过计算软件直接计算出来。并可对基线漂移的色谱图的峰面积作校正。部分重叠的峰的面积也可计算。第十八页，共四十二页，2022年，8月28日3、定量校正因子的求算色谱定量分析是基于被测物质的量与其峰面积成正比关系。但是由于同一检测器对不同的物质具有不同的响应值，所以两个相等的物质出峰面积往往不相等，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讯号能真实地反映出物质的含量，就要对响应值进行校正，因此引入“定量校正因子”。第十九页，共四十二页，2022年，8月28日前已述及，在一定的操作条件下，进样量（mi）与响应讯号（峰面积Ai）成正比：mi=fi'·Ai

或写作fi'=mi/Ai式中fi'又为绝对质量校正因子，也就是单位峰面积所代表物质的质量。fi'主要由仪器的灵敏度所决定，它既不易准确测定，也无法直接应用。第二十页，共四十二页，2022年，8月28日所以在定量工作中都是用相对校正因子，即某物质与一标准物质的绝对校正因子之比值，我们平常所指的校正因子都是相对校正因子。常用的标准物质，对热导池检测器是苯，对氢焰检测器是正庚烷。按被测组分使用的计量单位的不同，可分为质量校正因子，摩尔校正因子和体积校正因子（通常把相对二字略去）。第二十一页，共四十二页，2022年，8月28日（1）质量校正因子fm这是一种经常用的定量校正因子，即：式中下标i，s分别代表被测物和标准物质。第二十二页，共四十二页，2022年，8月28日(2)摩尔校正因子fM

如果以摩尔数计量，则:式中Mi、Ms分别为被测物和标准物质相对分子质量。第二十三页，共四十二页，2022年，8月28日（3）体积校正因子fv

如果以体积计量（气体样品），则体积校正因子就是摩尔校正因子，这是因为一摩尔任何气体在标准状态下其体积都是22.4L。对于气体分析，使用摩尔校正因子可得体积百分数。第二十四页，共四十二页，2022年，8月28日（4）相对响应值S'

相对响应值S’是物质i与标准物质S的响应值（灵敏度）之比。单位相同时，它与校正因子互为倒数,即：

S'＝1/f'S'和f’只与试样，标准物质及检测器类型有关，而与操作条件(柱温、载气流速、固定液性质)等无关，因而是一个能通用的常数。第二十五页，共四十二页，2022年，8月28日4、常用的几种定量计算方法（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，每个组分的量m1、m2、…、mn，各组分含量的总和m为100％，其中组分i的百分含量％Ci可按下式计算：第二十六页，共四十二页，2022年，8月28日f，为质量校正因子，得质量百分数；如为摩尔校正因子，则得摩尔百分数或体积百分数（气体）。

若各组分的f值相近或相同，例如同系物中沸点接近的各组分，则上式可简化为：第二十七页，共四十二页，2022年，8月28日对于狭窄的色谱峰，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，适合于工厂和一些具有固定分析任务的化验室使用。此时:第二十八页，共四十二页，2022年，8月28日归一化法的优点是：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。注意点：用归一化法定量时，（A）样品中所有组分都要出峰，否则会产生误差。（B）所有组分的峰不能重叠。第二十九页，共四十二页，2022年，8月28日例4：一液体混合物中，仅含有苯、甲苯，用气相色谱法，热导池为检测器得到以下结果：苯的峰面积为9.1cm2，校正因子为0.8;甲苯的峰面积为21.8cm2，校正因子为0.75。求各组分的质量百分含量分别为多少？解：甲苯%=100-30.8=69.2答：混合液中苯占30.8%,甲苯占69.2%。第三十页，共四十二页，2022年，8月28日（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。内标法是将一定量纯物质作为内标物，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。第三十一页，共四十二页，2022年，8月28日

例如要测试样中组分i的百分含量％Ci，可于试样中加入质量为ms’的内标物，试样质量为m’，则

mi=fi·Ai

ms=fs·Asmi/ms=Aifi/fsAs第三十二页，共四十二页，2022年，8月28日一般常以内标物为基础，则fs=1，此时计算可简化为:由上述计算式可以看到，本法是通过测量内标物及欲测组分的峰面积的相对值来进行计算的，因而由于操作条件变化而引起的误差，都将同时反映在内标物及欲测组分上而得到抵消，所以可得到较准确的结果。这是内标法的主要优点，在很多仪器分析方法上得到应用。第三十三页，共四十二页，2022年，8月28日

内标物的选择(1)它应该是试样中不存在的纯物质；(2)加入的量应接近于被测组分；(3)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；(4)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。第三十四页，共四十二页，2022年，8月28日(1)优点是定量较准确，而且不象归一化法有使用上的限制；(2)不足是但每次分析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。第三十五页，共四十二页，2022年，8月28日例5：为了无水乙醇中水分(i)的含量，称1.80g混合样，加入0.0400g内标物苯(S)，混匀后进样。从色谱图上测得Ai=7.0cm2,As=25.0cm2。已知：fi=1.11,fs=1.00。计算组分i的百分含量。解：答：乙醇中水含分为0.691%。第三十六页，共四十二页，2022年，8月28日（3）内标标准曲线法为了减少称样和计算数据的麻烦，可用内标标准曲线法进行定量测定，这是一种简化的内标法。由式（6-59）可见，若称量同样量的试样，加入恒定量的内标物，则此式中fims/fsm×100为一常数，此时亦即被测物的百分含量与Ai/As成正比关系，以％Ci对Ai/As作图将得一直线。第三十七页，共四十二页，2022年，8月28日第三十八页，共四十二页，2022年，8月28日制作标准曲线时，先将欲测组分的纯物质配成不同浓度的标准溶液。取固定量的标准溶液和内标物，混合后进样分析，测Ai和As