第三篇色谱分析法

第三章色谱分析法

实验九气相色谱法测定甲苯和乙苯

一、实验目的

1．了解气相色谱的仪器组成、工作原理以及数据采集、数据分析的基本操作。

2．外标法测定苯中甲苯、乙苯的含量。

二、实验原理

气相色谱方法是利用试样中各组份在气相和固定液相间的分配系数不同将混合物分离、测定的仪器分析方法，特别适用于分析含量少的气体和易挥发的液体。当汽化后的试样被载气带入色谱柱中运行时，组份就在其中的两相间进行反复多次分配，由于固定相对各组份的吸附或溶解能力不同，因此各组份在色谱柱中的运行速度就不同，经过一定的柱长后，便彼此分离，按流出顺序离开色谱柱进入检测器，被检测，在记录器上绘制出各组份的色谱峰——流出曲线。在色谱条件一定时，任何一种物质都有确定的保留参数，如保留时间、保留体积及相对保留值等。因此，在相同的色谱操作条件下，通过比较已知纯样和未知物的保留参数或在固定相上的位置，即可确定未知物为何中种物质。测量峰高或峰面积，采用外标法、内标法或归一化法，可确定待测组分的质量分数。

典型气相色谱仪由以下五大系统组成，详见本实验附录2。

三、仪器与药品

1．仪器设备

1）Agilent 6890N GC

2）进样口: 毛细柱进样口 (S/SL); 。

3）检测器：FID；

4）色谱柱： HP-5毛细柱：30m, 320μmχ0.25μm

5）10ul微量注射器。

6）空气泵

7）25ml容量瓶,

2．气体：高纯H2 (99.999%)；干燥空气；高纯N2 (99.999%)。

3、药品：苯、甲苯、乙苯。

四、实验步骤

1．配制标准溶液：以苯为溶剂，于容量瓶中配制甲苯、乙苯标准溶液，浓度分别为1.0×10-5、5.0×10-6、1.0×10-6和1.0×10-7 mol/L 。

2．检查N2 、H2气源的状态及压力，然后打开所有气源，开启电脑及色谱仪。

3．用微量注射器准确抽取1.0 μL溶液，注射入进样口。注意不要将气泡抽入针筒。在相同的色谱条件下，分别测定苯、甲苯、乙苯、各标准溶液及浓度未知样品。

五、问题讨论

1．如何确定色谱图上各主要峰的归属？

2．如何选择合适的色谱柱？

3．哪些条件会影响浓度测定值的准确性？

附录6 Agilent 6890N GC的操作说明

一、开机

1．检查N2 、H2气源的状态及压力，然后打开气源和空气压缩机。

2．打开6890N GC电源开关。(6890N 的IP地址已通过其键盘提前输入进6890N)

3．打开计算机，进入Windows 2000画面。

4．仪器自检完毕，双击Instrument 1 Online图标，化学工作站自动与6890N通讯，此时6890N 显示屏上显示“Loading…”。进入的工作站界面如上图。

二、编辑数据采集方法

1．从“Method”菜单中选择“Edit Entire Method”项，选中除“Data Analysis”外的三项，单击OK，进入下一画面。

2．在“Method Comments”中输入方法的信息（如：方法的用途等），单击Ok进入下一画面。

3．在“Select Injection Source/Location”画面中选择Manual，并选择所用的进样口的物理位置为Back，点击Ok，进入下一画面。

4．编辑仪器控制参数

1）设定柱参数

点击“Columns”图标，则该图标对应的参数显示出来。在“column”下方选择 1 ，Mode—选择恒压模式Inlet—柱连接进样口的位置为Back；Detector--柱连接检测器的位置为Front；Outlet Psi—选择Ambient；将流速Flow设为1.0ml/min. 点击Apply。

2）设定进样口参数:

单击“Inlets”图标，进入进样口设定画面。单击“Apply”上方的下拉式箭头，选中进样口的位置为Back

单击“Gas”下方的下拉式箭头，选择载气类型为N2；

单击“Mode”下方的下拉式箭头,选择进样方式为分流方式Split。

在“Set point”下方的空白框内输入进样口的温度200℃，进样口的压力15psi，然后点击On下方的所有方框；点击Apply。

3）设定柱温箱的温度参数:

点击“Oven”图标，进入柱温箱参数设定。

在“Set point”右边的空白框内输入初始温度40℃，点击“On ”左边的方框；Ramp---升温阶次；℃ /min—升温速率；Hold min—在Next ℃保持的时间；也可输入柱子的最大耐高温、平衡时间（如325℃，3min）；点击Apply。

4）FID检测器参数设定:

单击“Detector”图标，进行检测器参数设定。

单击“Apply”上方的下拉式箭头，选中进样口的位置为Front,

“Set point”下方的空白框内输入：H2—33ml/min；air—400ml/min；检测器温度（如

300℃）；辅助气（如25ml/min）,并选择辅助气体的类型为N2，并选中该参数，如图所示。

在Lit Offset—点火下限值(2.0PA为缺省值)，若显示信号小于输入值，仪器将自动点火，两次点不着，仪器将发生报警信息，并关闭FID气体。点击Apply。点击OK。

注意:此时必须在主机键盘上开启各气体及检测器;

5）单击“method”菜单，选中“save method as”，输入一方法名，如“test”，单击ok。

从菜单“view”中选中”online signal” ,选中windows 1,然后单击change 钮,将所要的绘图信号移到右边的框中,点击ok.

从“Run control ”菜单中选择“sample info”选项，输入操作者名称（如zzz），在“Data file ”中选择“Manual”或“Prefix”。

区别：Manual--每次做样之前必须给出新名字，否则仪器会将上次的数据覆盖掉。Prefix—在prefix 框中输入前缀，在Counter 框中输入计数器的起始位。

单击Ok ，等仪器Ready，基线平稳，从Method菜单中选择“Run method”，进样，同时按下仪器键盘上的star按钮,拔出注射器。在相同方法下运行标准样品和未知浓度样品。

三、数据分析方法编辑

1．从“view”菜单中，单击“data analysis”进入数据分析画面。

2．从“file”菜单中选择“load signal”选项，选中您的数据文件名，单击ok。

3．做谱图优化从“graphics”菜单中选择“signal options”选项，如上图所示，从ranges中选择Auto scale 及合适的显示时间，单击ok或选择Use Range 调整。反复进行，直到图的比例合适为止。

4．积分

1) 从“integration”中选择“Auto integrate”如积分结果不理想，再从菜单中选择“integration events”选项，选择合适的slope sensitivity，peak width，area reject，height reject。

2) 从“integration”菜单中

选择“integrate”选项，则数

据被积分。

3) 如积分结果不理想，则重

复上两步动作，直到满意为止。

4) 单击左边“√”图标，将

积分参数存入方法。

5．定量

调用相应谱图积分优化后，从“Calibration”菜单中选择“new calibration table”，建立多级校正表。调出未知样的谱图进行积分优化。

6．打印报告

1）从“report”菜单中选择“specify report”选项。单击“quantitative results”框中calculate右侧的黑三角，选中ESTD（外标法），其它选项不变。

2）单击ok.

3）从“report”菜单中选择“print report”，则报告结果将打印到屏幕上，如想输出到打印机上，则单击report 底部的“print”钮。

四、关机

实验结束后，退出化学工作站，退出Windows 所有的应用程序，用Shut down 关闭PC。

在主机键盘上关闭FID气体（H2，Air），同时关闭FID检测器，降温各热源（Oven temp，Inlet temp，Det temp），待各处温度降下来后（低于50℃），关GC电源，最后关载气和氢气阀，关闭空气压缩机。

附录7 典型气相色谱仪简介

典型气相色谱仪由以下五大系统组成：气路系统、进样系统、色谱分离系统、温度控制系统、检测系统、数据处理及其它辅助部件等构成。

一、气路系统：

气相色谱仪具有一个让载气连续运行、管路密闭的气路系统。它的气密性，载气流速的稳定性以及测量流量的准确性，对色谱结果均有很大的影响。

1．载气

气相色谱中常用的载气有氢气、氮气、氮气和氧气。它们一般都是由相应的高压钢瓶贮装的压缩气源供给。至于选用何种载气，主要取决于选用的检测器和其它一些具体因素。

气相色谱过程示意图

2．净化器

净化器是用来提高载气纯度的装置。净化剂主要有活性炭、硅胶和分子筛、105催化剂，它们分别用来除去烃类杂质、水份、氧气。

3．稳压恒流装置

由于载气流速是影响色谱分离和定性分析的重要操作参数之一，因此要求载气流速稳定。载气的压力可用压力表来测量，流量用转子流量计指示。

二、进样系统

进样系统包括进样装置和气化室。其作用是将液体或固体试样，在进入色谱柱前瞬间气化，然后快速定量地转入到色谱柱中。进样量的大小，进样时间的长短，试样的气化速度等都会影响色谱的分离效率和分析结果的准确性及重现性。

1．进样器

目前液体样品的进样，一般都用微量注射器，常用的规格有1цL、5цL、10цL和50цL等。

2．气化室

为了让样品在气化室中瞬间气化而又不分解，因此要求气化室热容量大，无催化效应。为了尽量减小柱前谱峰变宽，气化室的死体积应尽量可能小。

三、色谱分离系统

气相色谱仪的分离系统是色谱柱，它由柱管和装填在其中的固定相等所组成。由于混合物各组份的分离在这里完成，所以它是色谱仪中最重要的部件之一。色谱柱可分为填充柱和毛细管。色谱柱的分离效果除与柱长、柱径和柱形有关外，还与所选用的固定相和柱填料的制备技术以及操作条件等许多因素有关。

四、温控系统

温控系统是用来设定、控制、测量色谱柱炉、气化室、检测室的温度。气相色谱的流动相为气体，样品仅在气态时才能被载气携带通过色谱柱，因此，从进样到检测结束为止，都必须控温。同时，温度是气相色谱的重要操作条件之一，直接影响色谱柱的选择性、分离效率和检测器的灵敏度及稳定性。

气相色谱仪中，多采用可控硅温度控制器连续控制柱炉的温度。对于沸点范围很宽的混合物，可多采用程序升温进行分析。所谓程序升温是指，在一定的分析周期内，炉温连续地随时间有低温向高温线性或非线性地变化，以使沸点不同的组份各在其最佳柱温下流出，从而改善分离效果，缩短分析时间。

气化室的温度应使试样瞬时气化而又不分解，其温度一般比柱温高10－50℃。

五、检测器

对流出柱的样品组分进行识别和响应。常见的检测器有热导池检测器、氢火焰离子检测器、电子捕获检测器和火焰光度检测器。