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1、气相色谱实验气相色谱实验 浙江大学浙江大学 化学系化学系 陈关喜陈关喜 一、本实验的目的一、本实验的目的 GC法分离丁醇异构体及其含量测定法分离丁醇异构体及其含量测定 1掌握气相色谱仪的基本构成及基本操作掌握气相色谱仪的基本构成及基本操作 2掌握色谱柱分离化学物质的原理，以及影响分离度的因素掌握色谱柱分离化学物质的原理，以及影响分离度的因素 3掌握分离度的计算方法掌握分离度的计算方法 4掌握气相色谱中保留值定性与内标法定量的分析方法掌握气相色谱中保留值定性与内标法定量的分析方法 二、气相色谱仪简介二、气相色谱仪简介 三、仪器组成三、仪器组成 1、载气、载气 气相色谱使用的载气必须是化学惰性的
2、气相色谱使用的载气必须是化学惰性的 载气要求非常纯净，必要时还需要现场净化除水、去杂载气要求非常纯净，必要时还需要现场净化除水、去杂 常用的有：氮气、氦气、氩气、氢气、二氧化碳常用的有：氮气、氦气、氩气、氢气、二氧化碳 载气的选择主要考虑与检测器的类型匹配载气的选择主要考虑与检测器的类型匹配 2、进样口、进样口 “瞬间”进样“瞬间”进样 微量进样器微量进样器 温度比难挥发组分的温度比难挥发组分的 沸点高沸点高50以上以上 填充色谱柱进样量为填充色谱柱进样量为 0.1 20 L L 毛细管色谱柱毛细管色谱柱 10-3 10-2 L 3、色谱柱、色谱柱 填充柱填充柱 化学惰性、规格均一的填料化学惰
3、性、规格均一的填料 填料表面均匀涂覆液态的固定相填料表面均匀涂覆液态的固定相 大多数填充柱长度为大多数填充柱长度为1.5 10m，内径内径2 4 mm 毛细管色谱柱毛细管色谱柱 熔融石英毛细管色谱柱熔融石英毛细管色谱柱 内径小于内径小于1 mm，长度几米长度几米上百米上百米 4、柱温控制、柱温控制 温控误差在温控误差在0.1以内以内 适宜的柱温为略高于样品的平均沸点适宜的柱温为略高于样品的平均沸点 降低柱温，能提高分离度、延长分析所需时间降低柱温，能提高分离度、延长分析所需时间 提高柱温，出峰速度加快、分离度下降提高柱温，出峰速度加快、分离度下降 如果样品中各组分沸点相差悬殊，则要采用程序升温
4、方法，如果样品中各组分沸点相差悬殊，则要采用程序升温方法， 兼顾低沸点组分和高沸点组分，得到合适的出峰时间分布兼顾低沸点组分和高沸点组分，得到合适的出峰时间分布 5、检测器、检测器 Detector 检测器检测器 Type 类型类型 Support gases 辅助气辅助气 Selectivity 选择性选择性 Detectability 检测限检测限 Dynamic range 响应范围响应范围 Flame ionization (FID)Mass flowHydrogen and airMost organic compounds100 pg107 Thermal conductivity
5、 (TCD) ConcentrationReferenceUniversal1 ng107 Electron capture (ECD) ConcentrationMake-up Halides, nitrates, nitriles, peroxides, anhydrides, organometallics 50 fg105 Nitrogen-phosphorus (NPD) Mass flowHydrogen and airNitrogen, phosphorus10 pg106 Flame photometric (FPD) Mass flow Hydrogen and air po
6、ssibly oxygen Sulphur, phosphorus, tin, boron, arsenic, germanium, selenium, chromium 100 pg103 Photo-ionization (PID)ConcentrationMake-up Aliphatics, aromatics, ketones, esters, aldehydes, amines, heterocyclics, organosulphurs, some organometallics 2 pg107 氢火焰离子化检测器氢火焰离子化检测器(FID) 氢气在空气中燃烧形成氢氢气在空气中燃
7、烧形成氢 火焰火焰 有机化合物在该火焰中燃有机化合物在该火焰中燃 烧，产生离子和电子烧，产生离子和电子 火焰的上方附加一个强电火焰的上方附加一个强电 场和一个集电极场和一个集电极 离子和电子就会在电场作离子和电子就会在电场作 用下定向移动，并在集电用下定向移动，并在集电 极上形成电压差极上形成电压差 质量型检测器质量型检测器 灵敏度高、噪音低、线性灵敏度高、噪音低、线性 响应范围宽响应范围宽 构造简单、维护简便、耐构造简单、维护简便、耐 用性好用性好 样品彻底烧毁样品彻底烧毁 四、色谱原理四、色谱原理 当样品通过进样口汽化进入色谱柱，化合物分子会溶解在固定相，随后当样品通过进样口汽化进入色谱柱
8、，化合物分子会溶解在固定相，随后 在温度、气流作用下再次汽化到流动相，这个过程不断反复，微弱的性在温度、气流作用下再次汽化到流动相，这个过程不断反复，微弱的性 质差别被不断累计放大，直至流出色谱柱；质差别被不断累计放大，直至流出色谱柱； 有两种力同时影响组分的分离，即有两种力同时影响组分的分离，即（1）建立在拉乌尔定律基础上的蒸汽建立在拉乌尔定律基础上的蒸汽 压平衡力和压平衡力和（2）组分分子与固定相分子间的作用力，组分最终从柱后流组分分子与固定相分子间的作用力，组分最终从柱后流 出的次序就是这两种力相互出的次序就是这两种力相互“竞争竞争”的结果。的结果。 与固定相亲和力强的化合物，汽化到流动
9、相比较难，流出色谱柱的时间与固定相亲和力强的化合物，汽化到流动相比较难，流出色谱柱的时间 （保留时间（保留时间Retention time，Rt）也就比较长；）也就比较长； 保留时间还取决于蒸汽压和汽化焓，即与沸点密切相关；保留时间受色保留时间还取决于蒸汽压和汽化焓，即与沸点密切相关；保留时间受色 谱柱温度、流动相速度的影响也很明显。谱柱温度、流动相速度的影响也很明显。 根据相似相溶的原理，不同极性的色谱柱适合分离相应极性的化合物。根据相似相溶的原理，不同极性的色谱柱适合分离相应极性的化合物。 五、分离度五、分离度 左图是典型的气相色谱图左图是典型的气相色谱图右图第右图第2、3峰部分重叠峰部分
10、重叠 分离度计算：分离度计算： )( 2 1 )2(2/1) 1 (2/1 12 WW tt R RR + = 六、校正因子六、校正因子 f i 校正因子，单位峰面积所代表的某种物质的质量，与物质校正因子，单位峰面积所代表的某种物质的质量，与物质 的性质有关。无法准确测定！的性质有关。无法准确测定！ mi=f iAi f i 相对校正因子相对校正因子 is si s i i Am Am f f f * * , = 七、仪器与试剂七、仪器与试剂 仪器 气相色谱仪：气相色谱仪：GC-2014日本岛津日本岛津 色谱柱：色谱柱：Rtx-1，长，长30m，内径，内径0.25mm，固定液膜厚度，固定液膜厚
11、度0.25mm 载气：氮气载气：氮气 辅助气：氢气、空气辅助气：氢气、空气 微量注射器：微量注射器：5LL 试剂 分析纯的无水乙醇分析纯的无水乙醇 ；正丁醇；正丁醇 ；2-丁醇丁醇 ；2-甲基甲基-1-丙醇；丙醇；2-甲基甲基-2-丙醇丙醇 定性标定溶液：分别取定性标定溶液：分别取0.5mL四个丁醇异构体标样于四个丁醇异构体标样于4个个10mL容量瓶中，加入无容量瓶中，加入无 水乙醇定容（实验室提供）水乙醇定容（实验室提供） 定量标准溶液：学生配制定量标准溶液：学生配制 未知样品溶液：实验室提供，已知正丁醇含量为未知样品溶液：实验室提供，已知正丁醇含量为0.4050g/10mL 八、实验步骤八
12、、实验步骤 1、按操作说明书使色谱仪正常运行，并设定一个初步的分析条件、按操作说明书使色谱仪正常运行，并设定一个初步的分析条件 2、配制定量标准溶液：分别取、配制定量标准溶液：分别取0.5mL四个丁醇异构体标样于同一个四个丁醇异构体标样于同一个10mL容量容量 瓶中，每个标样都需精确称量（精确到瓶中，每个标样都需精确称量（精确到0.1mg），加入无水乙醇定容。），加入无水乙醇定容。 3、最佳色谱条件（柱温）的确定：微量注射器取、最佳色谱条件（柱温）的确定：微量注射器取1L定量混合标准溶液，进样定量混合标准溶液，进样 检验该色谱条件的适用性，记录每个柱温（至少三个温度）的出峰情况，计检验该色谱条
13、件的适用性，记录每个柱温（至少三个温度）的出峰情况，计 算不同温度下第算不同温度下第2、3组分之间的分离度。组分之间的分离度。 4、相对校正因子测定：微量注射器准确量取、相对校正因子测定：微量注射器准确量取1L定量混合标准溶液，在上述最定量混合标准溶液，在上述最 佳色谱条件下进样，重复测定三次，记录保留时间和峰面积，如果发现两者佳色谱条件下进样，重复测定三次，记录保留时间和峰面积，如果发现两者 有明显变化，应再重复多次。有明显变化，应再重复多次。 5、未知样品测定：微量注射器准确量取、未知样品测定：微量注射器准确量取1L未知样品溶液，在上述色谱条件下未知样品溶液，在上述色谱条件下 进样，重复测
14、定三次，记录保留时间和峰面积，如果发现两者有明显变化，进样，重复测定三次，记录保留时间和峰面积，如果发现两者有明显变化， 应再重复多次。应再重复多次。 6、定性标定：微量注射器分别取、定性标定：微量注射器分别取1L各异构体的定性标准溶液，在上述色谱条各异构体的定性标准溶液，在上述色谱条 件下测定各异构体的保留时间。件下测定各异构体的保留时间。 7、关闭氢气、空气，点击、关闭氢气、空气，点击System off关机。仪器上的进样口关机。仪器上的进样口/检测器温度降至检测器温度降至 100 以下可关闭主机电源并关闭载气、关闭计算机。以下可关闭主机电源并关闭载气、关闭计算机。 九、实验结果与讨论九、
15、实验结果与讨论 1、记录色谱操作条件和实验结果。、记录色谱操作条件和实验结果。 2、记录不同柱温下（至少、记录不同柱温下（至少3个温度）下组分个温度）下组分2和和3的保留时间和半峰宽，的保留时间和半峰宽， 计算组分计算组分2和和3的分离度，并确定最佳柱温，在最佳色谱条件下打的分离度，并确定最佳柱温，在最佳色谱条件下打 印混合标准样品色谱图。印混合标准样品色谱图。 3、确定色谱图中各色谱峰所对应的化合物。、确定色谱图中各色谱峰所对应的化合物。 4、计算以正丁醇为内标的各组分的相对校正因子，并求出平均值。、计算以正丁醇为内标的各组分的相对校正因子，并求出平均值。 5、在最佳色谱条件下打印样品色谱图
16、，并计算样品中各异构体的含、在最佳色谱条件下打印样品色谱图，并计算样品中各异构体的含 量（以三次测定的平均值，量（以三次测定的平均值，g/L表示）表示） 十、思考题十、思考题 1、在、在Rtx-1色谱柱中，丁醇异构体的出峰顺序如何？与沸点、汽化色谱柱中，丁醇异构体的出峰顺序如何？与沸点、汽化 焓有什么关系？焓有什么关系？ 2、峰面积和相对校正因子在相对误差上有什么差别？为什么？、峰面积和相对校正因子在相对误差上有什么差别？为什么？ 3、内标法定量有哪些优点？方法的关键是什么？、内标法定量有哪些优点？方法的关键是什么？ 4、配制混合标准溶液时为什么要准确称量？测量校正因子时是否要、配制混合标准溶液时为什么要准确称量？测量校正因子时是否要 严格控制进样量？严格控制进样量？ 十一、注意事项十一、注意事项 1、氢气是一种危险气体，使用过程中一定要按要求规范操作，实验、氢气是一种危险气体，使
