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【色谱】【气相色谱特辑四】定量分析

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2018-09-30 10:59
来源:实验与分析
实验与分析
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  在气相色谱分析中的定量分析就是要根据对称色谱峰的峰高或峰面积来计算样品中各组分的含量,但无论采用峰高或峰面积进行定量,其物质浓度(或质量百分含量)mi和相应峰高hi或峰面积Ai之间必须呈直线函数关系,符合数学式Ai=fimi,这是色谱定量分析的重要根据。定量方法很多,但各种定量方法的使用范围和准确程度是有条件的,一定要掌握各种方法的特点,灵活运用。

  工作曲线法

  用峰高定量法计算,事先需要用不同的标准物质配成不同浓度进样,这样就会流出各不相同的色谱峰,由于浓度不同,同组分峰高亦不同,根据相应数值就可绘出不同组分的标准工作曲线,如图1所示。然后在同样条件下进行未知样操作,从未知组分的峰高经过查阅标准工作曲线,即可得知该组分的浓度(或质量百分含量)。

  本法较为简便,分析结果的准确度主要决定干进样量的重复性和操作条件的稳定程度,如果仪器和操作条件不稳定,对结果影响很大,所以需定期校正标准工作曲线。对于低沸点的组分、出峰早的组分,往往峰形较高而狭窄,如用峰面积定量存在一定困难,在这种情况下采用峰高定量法较好。

  若用峰面积对浓度作图,峰面积可按下述方法计算。

  图1工作曲线

  图2峰面积计算方法

  如图2所示,由于色谱峰外形接近于等腰三角形,所以根据计算等腰三角形面积的计算方法,近似地认为峰面积A等于峰高h乘半峰宽Wh/2(Wh)

  A=hWh/2

  式中,A为峰面积;h为峰高;Wh/2为峰高一半处的峰宽。

  1.基线漂移时色谱峰面积的测量

  基线漂移时色谱峰面积的测量方法如图3所示。

  图3基线漂移时色谱峰面积测量图

  图3(a)适用于基线的漂移程度不大和比较狭窄的色谱峰。此时可先画出漂移基线AB,然后画AB的平行线CD与色谱峰顶正切,切点E为峰顶点,过E作时间坐标垂线,交AB于F, EF即为峰高h,过EF中点作时间坐标平行线,截取峰两边的线段b即认为是半峰宽。h×b为色谱峰面积。

  对于偏宽的漂移峰,色谱峰面积的测量可用下面两种测量方法进行:

  (1)图3(b)首先画一条平行于漂移基线AB并与峰顶正切的线CD,切点E即为峰顶,过E点向AB作垂线,交AB于G, EG即为峰高h,过EG中点作漂移基线的平行线,截取峰两边的线段FH即为半峰宽(b),在此情况下峰面积等于FH×EG即h×b。

  (2)图3(c)首先过峰顶作一与漂移的基线AB平行的切线CD,则切点E就是峰顶,过E点作时间坐标(t轴)的垂线,交AB于G,则EG就是所求的峰高,取EG的中点作AB的平行线,与色谱峰相交于FH,由F,H两点分别向t轴作垂线FE及HL,则KL的长度就是所求的半峰宽,峰面积等于EG×KL。

  2.定量校正因子

  在气相色谱分析中,进行定量计算的依据是每个组分的含量(质量或物质的量)与每个组分的峰面积(或峰高)成正比例。

  mi=giAi

  式中,mi为组分含量;Ai为组分峰面积;gi为比例系数。

  当用气相色谱法分析混合物中不同组分的含量时,由于不同组分在同一检测器上产生的响应值不同,所以不同组分的峰面积不能直接进行比较(即相同含量的不同组分,其对应的峰面积并不相等)。为了进行定量计算,就需引入定量校正因子,以某组分的峰面积作标准,把其它组分的峰面积按此标准校正,经校正后,就可对不同组分的峰面积进行比较,因而可计算出各组分的百分含量。

  定量校正因子可分为绝对校正因子与相对校正因子。

  1.绝对校正因子

  前述式中,比例系数gi 就叫作绝对校正因子

  由于每一组分的含量和峰面积都有上述关系,所以对不同的组分,其gi 值各不相同。

  绝对校正因子gi和检测器的性能(热导、氢火焰、电子捕获、火焰光度)、待测组分的性质(分子量、官能团、分子结构等)、操作条件(载气流速、柱温等)、载气性质(N2、H2、He等)有关。

  由于组分的含量可用质量Wi或物质的量n表示,所以绝对校正因子又可分为

  由上式可知,为测定绝对校正因子,可将不同含量(mi)的某组分注入气相色谱仪,得到对应的峰面积(Ai),作mi-Ai工作曲线(图4),所得直线斜率tanQ即为绝对校正因子(gi)。

  图4 mi-Ai工作曲线

  在实际操作中,由于向气相色谱仪注入准确已知量的mi比较困难,所以gi不易测准,因此在实际应用上一般不使用绝对校正因子,而采用相对校正因子。

  2.相对校正因子

  将某一化合物的绝对校正因子gi与另一种标准物的绝对校正因子gs相比,就叫作该化合物的相对校正因子(Gi)。

  由式上式可看出相对校正因子Gi 的含义为:当Ai=As时,Gi表示待测物与标准物的含量之比。

  相对校正因子Gi和检测器的性能、待测组分的性质、标准物的性质、载气的性质有关,而和操作条件无关。因此可认为Gi基本上是一个通用常数。

  相对校正因子也分为两类,即相对质量校正因子与相对摩尔校正因子。

  相对质量校正因子:

  相对摩尔校正因子:

由式上述公式可知,测定相对校正因子时,首先要配制一系列已知质量分数(或摩尔分数)的待测物与标准物的混合溶液(如混合气体),所配待测物组分的浓度要与样品中待测物的浓度相当。在一定的操作条件下,进行气相色谱分析,然后以质量分数(或摩尔分数)对峰面积的比值Ai/As作图得到通过原点的直线,直线的斜率tanQ即为待测组分的相对校正因子:

  若直线不通过原点,可按相对校正因子的计算公式(8-5)或式(8-6)、式(8-7)进行计算。

  图4 Ai/As-mi/ms工作曲线

  3.定量校正因子与检测器相对响应值的关系

  在气相色谱检测器的论述中已提出,为了衡量所用检测器的灵敏程度,可用灵敏度或绝对响应值来表示。

  当采用瞬时进样法时,将一定量样品(质量或体积)准确地注入色谱仪中,由色谱峰的面积(Ai),载气流速(Fc),记录纸移动速度(U1),记录仪的灵敏度(U2)就可计算出所用检测器的灵敏度。

  如将检测器对某组分i测得的绝对响应值(Si)与对标准物(s)测得的绝对响应值(Ss)相比,就引入了相对响应值(S'i)的概念。

  由系列公式推到可得到:

  由此可知检测器的相对响应值S'i与定量计算使用的相对校正因子Gi互为倒数关系。由于相对响应值也分为两类,因此相对质量响应值(S'RWi)与相对质量校正因子(Gwi)互为倒数,相对摩尔响应值(S'Rni)与相对摩尔校正因子(G'Rni)互为倒数。

  内标法

  把一定量的纯物质作内标物,加入到已知质量的样品中,然后进行色谱分析,测定内标物和样品中几个组分的峰面积。引入相对质量校正因子,就可计算样品中待测组分的质量分数(wi),其计算公式如下:

  式中Ai, As—待测组分和内标物的峰面积;

  Ws,W—内标物和样品的质量;

  Gwi/s—待测组分对于内标物的相对质量校正因子(其可自行测定,或由文献中i组分和内标物s对苯的相对质量校正因子换算求出)。

  外标法

  选择样品中的一个组分作为外标物,用外标物配成浓度与样品相当的外标混合物,进行色谱分析,求出与单位峰面积(或峰高)对应的外标物的质量(或体积)分数(常称K值)。然后在相同条件下对样品进行色谱分析,由样品中待测物的峰面积和待测组分对外标物的相对质量(摩尔)校正因子,就可求出待测组分的质量(体积)分数,计算公式如下:

  式中Ws—外标物的质量;

  wi—被测组分的质量分数,%;

  Ai—待测组分的峰面积;

  Gwi/s—待测组分对外标物的相对质量校正因子;

K—与外标物单位峰面积对应的外标物的质量分数

  归一化法

  当样品中各组分均能被色谱柱分离并被检测器检出而显示各自的色谱峰,并且已知各待测组分的相对校正因子(Gwi或Gni)时,就可求出各组分的质量分数(或体积分数)。计算方法如下:

  式中A1,A2,…,Ai,…,An—样品中各个待测组分的峰面积;

  G1,G2,…,Gi,…, Gn—样品中各个待测组分对标准物(苯)的相对(质量或摩尔)校正因子。

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