常州工程职院仪器分析测试技术教案1-8气相色谱法：市售白酒品质的检测及方法验证

教案纸№1-1常州工程职业技术学院气相色谱分析法模块之任务7：市售白酒的品质的检测与方法验证教学任务p查阅资料，讨论、设计并确定市售白酒品质的测定方案p实施测定方案并优化测定方案p完成市售白酒品质的检测，按国家标准对其品质进行判断教学方法p引探法、讲练结合、独立设计操作规程学时p每 20人为一个学习组，2人一台气相色谱仪，整个任务需 16学时。教学设计任务：如何用气相色谱法检测市售白酒的品质？学生分组讨论，通过查阅资料提出分析方案分组汇报所设计的检测方案，相互交流评价教师确定检测方案并讲解相关基础知识学生运用已掌握的操作技能，按方案完成白酒品质的检测，并按国家标准评价其品质学生讨论测试结果、教师引导学生对方法进行验证学生完成线性、精密度等指标的测定，评价测定方法教师针对所得结果进行总结并讲解科技论文的撰写学生撰写论文课程引入p问题：如何用气相色谱法检测市售白酒的品质？（上次课结束后即布置并安排学生在课后查阅资料）教案纸№1-2常州工程职业技术学院市售高档白酒中一般除主要含有水与乙醇外，还含有少量乙醛、甲醇、乙酸乙酯、正丙醇、仲丁醇、乙缩醛、异丁醇、正丁醇、丁酸乙酯、异戊醇、戊酸乙酯、乳酸乙酯、己酸乙酯。用气相色谱法检测市售白酒的含量，最大的问题在于组分多，沸点范围宽，顾此失彼，而且难以完全分离。请大家思考一下，我们用普通的填充柱能否很好地解决这个问题？本项目分析测定的难度主要在什么地方？p学生根据所查资料提出解决方案并进行现场讨论以决定各解决方案的优劣。（教师可在上次课结束前，将每个教学单元分成几个小组，每个小组重点负责一种解决方案，通过小组各成员能力合作，查阅相关资料准备相关检测方案，并制作成电子文档（word或powerpoint）。在进行本次课程教学时让各小组推荐一名同学上台讲解。本项目的检测难度主要是最大的问题在于组分多，沸点范围宽，顾此失彼，而且难以完全分离。采用填充柱很难完成任务，可尝试采用毛细管柱气相色谱法）p最后教师引出本次课程的教学内容：“程序升温毛细管气相色谱法检测白酒的品质”。教师确定检测方案（本过程要求学生通过查阅资料设计分析方案，选择合适的色谱柱、设置合适色谱操作条件，并独立完成实训过程与数据处理,下面是指导教师预先设计的一个分析方案）p方案的设计框架：根据项目查阅资料→设计实验方案→优化实验方案→选择合适的仪器→组建实验仪器及设备→正确规范操作→准确记录数据→正确处理数据→准确表述分析结果p资料的查阅（同学们可以在图书馆查阅资料，并做好记录；也可以在电子阅览室上网查阅相关资料并copy或记录，查阅好的资料需经小组各成员一同整理后，设计出相关分析检测方案和色谱操作条件）Ø工具书，如图书馆藏书分析化学手册（气相色谱手册）、现代柱色谱分析（史坚编，上海科学技术文献出版社，1988年7月）、色谱学导论（达世禄编武汉大学出版社，1988年10月）、气相色谱新技术（周良模等编著，科学出版社，1994年11月）、色谱理论基础（卢佩章等科学出版社，1989年第一版，1997年第二版）、色谱技术丛书（任惠敏主编，化学工业出版社，一套13本，如色谱分析概论、离子色谱方法及应用、色谱定性和定量、毛细管电泳技术及应用、气相色谱检测方法、色谱分析样品处理、液相色谱检测方法、色谱联用技术、气相色谱方法及应用、色谱柱技术、高效液相色谱方法及应用、色谱仪器维护与故障排除、平面色谱方法及应用）、CRC物理化学手册等。Ø杂志，如色谱科学杂志（ChromatographyScience，1963年创刊，主要发表气相、液相原始论文和总结性文章和色谱标准图谱）、色谱杂志（Chromatography，1958年创刊，含气相、液相色谱，薄层色谱，纸色谱，离子交换色谱等，刊登各种原始论文及讲座性文章，并附有定性、定量数据及色谱文摘，文章以英文、法文或德文发表，从1993年起分A、B卷发行，每年还有Review专辑）、色层法（Chromatographia，1968年创刊，多科性国际杂志，亦称色谱快报，文章以英文、法文、或德文发表，并附有三种文字的摘要）、液相色谱杂志（LiquidChromatography,1978年创刊，主要发表HPLC的研究报告）、高分离色谱与色谱教案纸№1-3常州工程职业技术学院通讯（HighResolutionChromatographyandChromatographyCommunication、1978年创刊）、色谱（1984年创刊，双月刊，大连化学物理研究所主办，刊登各种原始论文和综述，刊登色谱文章和评论性文章的还有各种分析化学相关的杂志）、分析化学等。Ø学术会议文集。每年都有不同组织者组织召开的国际国内各种分析界的学术报告会，会议的文集也是一种很好的参考文献，值得收集阅读。全国色谱学术报告会和浙江省色谱学术报告会均每两年举办一次，全国会议每次能征集到论文500篇以上，省会议也能征集到60篇以上。Ø数据库资源，如万方数据库（）、中国期刊网（）、超星数字图书馆（）、中国专利信息网（）、中国色谱网站（）、色谱网站（）常用搜索引擎如百度（）、google（）、北京大学（）等。p参数的设置项目市售白酒品质的检测载气种类N2载气流量约30mL/min空气300mL/minH2作燃气，约30ml/min检测器氢火焰离子化检测器（flameionizationdetector,FID）检测灵敏度设置Range：1/10/100/1000(灵敏度设置为1)色谱柱PEG-20M，30m×0.25mm或PEG-20M，2m*3mm(100～120目)柱温160℃（暂定）气化室温度250℃检测器温度230℃定性方法如选择标准对照法进行定性定量方法如选择内标法，内标物为醋酸正丁酯p学生完成实训（本过程要求学生可根据实际分离情况设置多个柱温，确定最佳柱温）p测定过程问题的提出、讨论与解决Ø温度设置过低，前面的色谱峰能完全分离，峰形较好，但后面的峰峰形宽，分析时间长；若温度设置过高，则前面的色谱峰挤在一起，无法完全分离；Ø用填充柱分析速度相对较快，但分离效果不好；用毛细管柱分析速度能接受，但找不到满意的最佳条件。程序升温方式p当被分析组分的沸点范围很宽时，用同一柱温往往造成低沸点组分分离不好，而高沸点组分峰形扁平，此时采用程序升温的办法就能使高沸点及低沸点组分都能获得满意结果。p所谓程序升温就是指在一个分析周期里，色谱柱的温度连续的随分析时间的增加从低温升到教案纸№1-4常州工程职业技术学院高温，升温速率可为1～30℃/min。p采用程序升温的方式可改善宽沸程样品的分离度并缩短分析时间。p程序升温方式操作训练（在GC9790J型气相色谱仪上练习程序升温方式的基本操作训练）p程序升温温度梯度的设置方法毛细管柱气相色谱法p毛细管柱：毛细管柱又称空心柱。分离效率高，可解决复杂的、填充柱难于解决的分析问题。常用的毛细管柱为涂壁空心柱（WCOT），多孔性空心柱（PLOT）为内壁上有多孔层（吸附剂）的空心柱。WCOT可进一步分为微径柱、常规柱和大口径柱。Ø毛细管柱结构。Ø毛细管柱的特点：它比填充柱在分离效率有很大的提高，可解决复杂的、填充柱难于解决的分析问题。（与填充柱作比较）参数柱长 /m 内径 /mm 柱效 N/m 进样量 /ng 液膜厚度/μm 相对压力主要用途经典 2~4 分析样品微型≤1 分析样品填充柱制备 1~5 4 500~1000 10~10 6 10 高制备纯化合物微径柱 1~10 ≤0.1 4000~8000 快速 GC 常规柱 10~60 0.2~0.32 3000~5000 常规分析 WCOT 大口径柱 10~50 0.53~0.75 1000~2000 10~1000 0.1~1 低定量分析p毛细柱常用术语。Ø隔垫吹扫：在进样时，由于硅橡胶中不可避免地含有一些残留溶剂或低分子齐聚物，且硅橡胶在气化室高温的影响下还会发生部分降解。当这些残留溶剂和降解产物进入色谱柱，就可能出现“鬼峰”（即不是样品本身的峰），从而影响分析。在气相色谱仪中的隔垫吹扫装置就是用来消除这一现象的。Ø分流进样戌分流比：由于毛细管柱样品容量在nL级，直接导入如此微量样品很困难，因此通常采用分流进样器，其结构如图5-52B所示。进入气化室的载气与样品混合后只有一小部分进入毛细管柱，大部分从分流气出口排出，分流比可通过调节分流气出口流量来确定，常规毛细管柱的分流比在1∶50～1∶500。Ø尾吹：使用毛细管柱分流进样时，由于毛细管柱内载气的流量较小，因此需要加载尾吹气。尾吹气是从色谱柱出口处直接进入检测器的一路气体，又叫补充气或辅助气。其作用一是保证检测器在最佳载气流量条件下工作，二是消除检测器死体积的柱外效应。p毛细管柱气相色谱法教案纸№1-5常州工程职业技术学院Ø毛细管柱气相色谱仪与普通气相色谱仪没有什么大的差别，只是色谱柱不同于填充柱，因此其连接方式也不一样。部分气相色谱仪可以直接连接毛细管色谱柱（如上海天美GC7890F），部分气相色谱仪需另配制设备方可连接毛细管色谱柱（如浙江温岭福立GC9790）。学生运用已掌握的操作技能，按方案完成白酒品质的检测p学生重新设计分析方案，设置新的色谱操作条件，并完成项目的检测。项目市售白酒品质的检测载气种类N2,约30mL/min空气300mL/minH2作燃气，约30ml/min检测器氢火焰离子化检测器（flameionizationdetector,FID）检测灵敏度设置Range：1/10/100/1000(灵敏度设置为1)色谱柱PEG-20M，30m×0.25mm 柱温50℃（6min）¾¾¾®¾ min / 4 Co220℃（10min）气化室温度250℃检测器温度230℃分流比1：50隔膜清洗2mL/min尾吹30mL/min定性方法如选择标准对照法进行定性定量方法如选择内标法，内标物为醋酸正丁酯p学生优化所设置条件。p学生在最佳条件下测定白酒中各主要组分的质量百分数。p学生按国家标准GB/T10345—2007对测试白酒的品质进行综合评价。学生讨论测试结果、教师引导学生对方法进行验证（本过程教师可以“讲授”的方式给学生介绍各评价指标，并指明其意义）p基线噪声N。在没有样品进入检测器的情况下，仅由于检测仪器本身及其它操作条件（如柱内固定液流失，橡胶隔垫流失、载气、温度、电压的波动、漏气等因素）使基线在短时间内发生起伏的信号。p灵敏度：工作曲线的斜率 dC dA S=或 dm dA S=。ØFID 检测器灵敏度计算公式： V A Sr=（其中，A峰面积，ρ样品质量浓度，V进样体积）ØTCD 检测器灵敏度计算公式：室检 T 0 T V AF Q R S´=DD=r（其中，A－峰面积，F0－载气流量， T－温度，ρ－样品质量浓度，V－进样体积）教案纸№1-6常州工程职业技术学院p检测限：能给出 2 倍噪声的峰面积所对应的待测样品的浓度， S N D 2=。ØFID 检测器检测限的计算公式： A V N Dr 2=（其中，A 为峰面积，ρ为样品质量浓度，V 为进样体积，N 为基线噪声）ØTCD 检测器灵敏度计算公式：检室 T 2 2 0 T AF V N S N D´==r（其中，A－峰面积，F0－载气流量， T－温度，ρ－样品质量浓度，V－进样体积，N 为基线噪声）p精密度：用于评价方法的精确性，常用相对标准偏差表示： x x n x RSD i----å= 1 ( 2 ) p回收率：用于评价方法的准确度。 100% ­´=加标量未加标测定值加标测定值回收率。回收