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1、10第六节 定性与定量分析方法一、定性分析方法色谱定性分析是鉴定样品中各组分是何种化合物。用气相色谱法通常只能鉴定范围已知的未知物，对范围未知的混合物单纯用气相色谱法定性则很困难。常需与化学分析或其它仪器分析方法配合。1.利用保留值定性(1)已知物对照法： 根据同一种物质在同一根色谱柱上和相同的操作条件下保留值相同的原理进行定性。将适量的已知对照物质加入样品中，混匀，进样。对比加入前后的色谱图，若加入后某色谱峰相对增高，则该色谱组分与对照物质可能为同一物质。由于所用的色谱柱不一定适合于对照物质与待定性组分的分离，即使为两种物质，也可能产生色谱峰叠加现象。为此，需再选一根与上述色谱柱极性差别较大
2、的色谱柱，再进行实验。若在两根柱上该色谱峰都产生叠加现象，一般可认定二者是同一物质。已知物对照法，对于已知组分的复方药物和工厂的定型产品分析尤为实用。(2)利用相对保留值定性：测定各组分的相对保留值ris，与色谱手册数据对比进行定性。相对保留值是待定性组分(i)与参考物质(s)的调整保留值之比，即：(225) siRsRisRiR isVV ttr由于分配系数只决定于组分的性质、柱温与固定液的性质，因而ris与固定液的用量、柱长、载气流速及柱填充情况等无关。故气相色谱手册及文献都登载相对保留值。利用此法时，先查手册，根据手册规定的实验条件及参考物质进行实验。相对保留值定性法适用于没有待定性组分
3、的纯物质的情况，也可与己知物对照法相结合，先用此法缩小范围，再用己知物进行对照。2.利用两谱联用定性 气相色谱的分离效率很高，但仅用色谱数据定性却很困难。而红外吸收光谱、质谱及核磁共振谱等是鉴定未知物的有力工具，但却要求所分析的样品成分尽可能单一。因此，把气相色谱仪作为分离手段，把质谱仪、红外分光光度计等充当检测器，两者取长补短，这种方法称为色谱-光谱联用，简称两谱联用。联用方式有两种，一种是联合制成一件完整的仪器称为联用仪(在线联用)。另外一种是收集某气相色谱分离后的各纯组分，而后用光谱仪器测定它们的光谱，进行定性，称为两谱联用法，这属于非在线联用。目前比较成熟的在线联用仪有：11(l)气相
4、色谱-质谱联用仪(GC-MS)：由于质谱的灵敏度高(需样量仅10-1110-8g)、扫描时间快(01000质量数，扫描时间可短于1s)，并能准确测定未知物的分子量，给出许多结构信息。因此，气相色谱-质谱联用是目前最成功的联用仪器。它在获得色谱图的同时，可得到对应于每个色谱峰的质谱图。根据质谱对每个色谱组分进行定性。(2)气相色谱-红外光谱联用：傅里叶变换红外分光光度计(FTIR)扫描速度快(全波数扫描0.l至几秒)，灵敏度高(信号可累加)，而且红外吸收光谱的特征性强，因此气相色谱-傅里叶变换红外联用仪(GC-FTIR)也是一种很好的联用仪器，能对组分进行定性鉴定。但其灵敏度与图谱自动检索还不如
5、GC-MS。二、定量分析方法气相色谱定量分析具有快速、灵敏、简便、准确度高、精密度好等特点。定量分析的依据是在实验条件恒定时峰面积与组分的量成正比，即。因此，必须准确测量iiiAfW峰面积和比例常数(称为校正因子)。在各种操作条件(色谱柱、温度、流速等)不变时，if 在一定进样范围内，色谱峰的半峰宽与进样量无关。因此正常峰也可用峰高代替峰面积求含量。(一)峰面积的计算峰面积测量的准确度直接影响定量结果，不同峰形的色谱峰必须采用不同的测量方法，才能得到较准确的结果。1.峰高乘半峰宽法 根据流出曲线方程式已推导出正常色谱峰面积计算式，即：(2.26)2/1065. 1WhA用读数显微镜测量半峰宽，
6、其测量误差可控制在1%以下。2.峰高乘平均峰宽法 对于不对称峰，用平均峰宽代替半峰宽，计算结果较准确。平均峰宽即峰高0.15倍处的峰宽(W0.15)和0.85倍处的峰宽(W0.85)的平均值。(2.27)2/065. 185. 015. 0WWhA3.自动求积法 目前的气相色谱仪都带有数据处理机或色谱工作站，能自动打印或显示出峰面积，一般为Vs及峰高。这类仪器测量的准确度高(RSD为0.2%1%)，线性范围宽(106)，操作简便，而且可根据峰形确定切割方式与基线处理方法。(二)定量校正因子色谱定量分析的依据是被测组分量与检测器的响应信号(峰面积或峰高)成正比。但是同一种物质在不同类型检测器上往
7、往有不同的响应灵敏度；同样，不同物质在同一检测器12上的响应灵敏度也往往不同，即相同量的不同物质产生不同值的峰面积或峰高。这样，各组分峰面积或峰高的相对百分数并不等于样品中各组分的百分含量。因此引入定量校正因子，校正后的峰面积或峰高可以定量地代表物质的量。l.定量校正因子的定义 定量校正因子分为绝对定量校正因子和相对定量校正因子。由上述峰面积与物质量之间的关系可知：iiiAfW(2.28)iiiAWf/称为绝对定量校正因子，即单位峰面积所代表的物质量。这是以峰面积表示的定if 量校正因子，也可以用峰高来表示定量校正因子。绝对定量校正因子的值随色谱实验条件而改变，因而很少使用。在实际工作中一般采
8、用相对校正因子。其定义为某物质i与所选定的基准物质s的绝对定量校正因子之比，即：(2.29)siisssiiwswi wiWAWA AWAW fff/上式中W以重量表示，因此fw又称为相对重量校正因子，通常称为校正因子(f)。本书均使用重量校正因子。如果物质量用摩尔表示，则称为相对摩尔校正因子，即(2.30)siisssiimsmi mimAmA AmAm fff/fwi和fmi都是无因次量，二者间的关系如下：(2.31)is wi ssiiis miMMfMWAMWAf/2.定量校正因子的测定 气相色谱的定量校正因子常可以从手册和文献查到，但是有些物质的校正因子查不到，或者所用检测器类型或载
9、气与文献的不同，这时就需要自己测定。测定时，准确称取待测校正因子的物质i(纯品)和所选定的基准物质s，混合均匀后进样，测得两色谱峰面积Ai和As，用式(2.29)求得物质i的相对重量校正因子。显然，选择不同的基准物质测得的校正因子数值不同，气相色谱手册中数据常以苯或正庚烷为基准物质。也可以根据需要选择其他基准物质，如采用归一化法定量时，选择样品中某一组分为基准物质。测定校正因子的条件(检测器类型)应与定量分析的条件相同。还应该注意的是，使用热导检测器时，以氢气或氦气作载气测得的校正因子相差不超过3%，可以通用，但以氮气作载气测得的校正因子与前二者相差很大，不能通用。而氢焰检测器的校正因子与载气
10、性质无关。13(三)定量方法气相色谱定量方法分为归一化法、外标法、内标法、内标对比法及叠加法等。l.归一化法(normalization method) 由于组分的量与其峰面积成正比，如果样品中所有组分都能产生信号，得到相应的色谱峰，那么可以用如下归一化公式计算各组分的含量。(2.32)%100%100%332211iiiinnii ifAfA fAfAfAfAfACLL若样品中各组分的校正因子相近，可将校正因子消去，直接用峰面积归一化进行计算。中国药典用不加校正因子的面积归一化法测定药物中各杂质及杂质的总量限度。(2.33)%100%321ni iAAAAACLL例 用5%甲基硅橡胶(SE-
11、30)柱，柱温l00，分离某醇类混合物，用氢焰检测器检测。测得的数据用校正面积归一化法与面积归一化法计算各种醇的百分含量，结果列于表20-4。由表可见由校正与未校正的面积归一化计算所得的百分含量差别很大。表2-4 醇类混合物的分析结果甲醇乙醇正丙醇正丁醇正戊醇峰面积A（cm2）2.04.03.02.52.2fW（以正庚烷为标准）4.352.181.671.521.39校正面积归一化（%）29.729.817.113.010.4面积归一化（%）14.629.221.918.216.1归一化法的优点是：简便、准确、定量结果与进样量重复性无关(在色谱柱不超载的范围内)、操作条件略有变化时对结果影响较
12、小。缺点是：必须所有组分在一个分析周期内都流出色谱柱，而且检测器对它们都产生信号。不适于微量杂质的含量测定。2.外标法(external standardization)用待测组分的纯品作对照物质，以对照物质和样品中待测组分的响应信号相比较进行定量的方法称为外标法。此法可分为工作曲线法及外标一点法等。工作曲线法是用对照物质配制一系列浓度的对照品溶液确定工作曲线，求出斜率、截距。在完全相同的条件下，准确进样与对照品溶液相同体积的样品溶液，根据待测组分的信号，从标准曲线上查出其浓度，或用回归方程计算。工作曲线法也可以用外标二点法代替。通常截距应为零，若不等于零说明存在系统误差。工作曲线的截距为零时
13、，可用外标一点法(直接比较法)定量。14外标一点法是用一种浓度的对照品溶液对比测定样品溶液中i组分的含量。将对照品溶液与样品溶液在相同条件下多次进样，测得峰面积的平均值，用下式计算样品中i组分的量：(2.34) sisiiiAWAW/式中Wi与Ai分别代表在样品溶液进样体积中所含i组分的重量及相应的峰面积。(Wi)s及(Ai)s分别代表在对照品溶液进样体积中含纯品i组分的重量及相应峰面积。外标法方法简便，不需用校正因子，不论样品中其他组分是否出峰，均可对待测组分定量。但此法的准确性受进样重复性和实验条件稳定性的影响。此外，为了降低外标一点法的实验误差，应尽量使配制的对照品溶液的浓度与样品中组分
14、的浓度相近。3.内标法 选择样品中不含有的纯物质作为对照物质加入待测样品溶液中，以待测组分和对照物质的响应信号对比，测定待测组分含量的方法称为内标法。“内标”的由来是因为标准(对照)物质加入到样品中，有别于外标法。该对照物质称为内标物。在一个分析周期内不是所有组分都能流出色谱柱(如有难气化组分)，或检测器不能对每个组分都产生信号，或只需测定混合物中某几个组分的含量时，可采用内标法。准确称量W克样品，再准确称量Ws克内标物，加入至样品中，混匀，进样。测量待测组分i的峰面积Ai及内标物的峰面积As，则i组分在W克样品中所含的重量Wi，与内标物的重量Ws有下述关系：(2.35)ssiisi fAfA
15、 WW待测组分i在样品中的百分含量Ci%为：(2.36)%100%WW fAfACsssii i对内标物的要求：内标物是原样品中不含有的组分，否则会使峰重叠而无法准确测量内标物的峰面积；内标物的保留时间应与待测组分相近，但彼此能完全分离(R1.5)；内标物必须是纯度合乎要求的纯物质。内标法的优点是：在进样量不超限(色谱柱不超载)的范围内，定量结果与进样量的重复性无关。只要被测组分及内标物出峰，且分离度合乎要求，就可定量，与其他组分是否出峰无关。很适用于测定药15物中微量有效成分或杂质的含量。由于杂质(或微量组分)与主要成分含量相差悬殊，无法用归一化法测定含量，用内标法则很方便。加一个与杂质量相
16、当的内标物，加大进样量突出杂质峰，测定杂质峰与内标峰面积之比，即可求出杂质含量。但样品配制比较麻烦和内标物不易找寻是其缺点。4.内标对比法(已知浓度样品对照法) 该法是在不知校正因子时内标法的一种应用。在药物分析中，校正因子多是未知的，这时可用内标对比法进行定量。先配制待测组分i的已知浓度的对照品溶液，加入一定量的内标物s(相当于测定校正因子)；再将内标物按相同量加入至同体积样品溶液中，分别进样，由下式计算样品溶液中待测组分的含量。 对照样品对照样品 %/iisisi CCAAAA (2.37) 对照对照样品 样品%/%i sisi iCAAAAC对于正常峰，可用峰高h代替峰面积A计算含量(2.38) 对照对照样品 样品%/%i sisi iChhhhC。思考题:1.进行色谱分析时,载气流速时高一些好,还
