3定性定量

色谱分析主讲：付大友（ChromatographyAnalysis）内容§1绪论§2色谱理论基础§3色谱定性定量方法§4气相色谱分析§5高效液相色谱分析§6超临界流体色谱和毛细管电泳§7色谱联用简介§8计算机技术在色谱分析中的应用§3色谱定性定量方法色谱分析的目的是对样品的组成或含量进行分析。色谱定性方法色谱定量分析应用示例§3-1色谱定性方法气相色谱定性分析，如果没有已知纯物质，单靠色谱法本身，就很难对未知物进行定性鉴定，所以近年来发展了色谱与质谱、红外光谱联用分析，即利用色谱的高分离能力，质谱的高鉴别能力和电子计算机对数据的快速处理，为未知物的定性开辟了广阔的前景。一些主要的定性方法如下：用已知物对照定性保留时间和保留体积定性、加入已知物增加峰高定性比保留体积定性、相对保留值定性、双柱定性利用文献的保留值数据定性利用保留值的经验规律定性碳数规律、沸点规律利用选择性检测器进行定性分析与其它仪器结合定性利用保留时间和保留体积定性在色谱固定相和操作条件一定时，试样的每种组分均有确定的色谱保留时间，因而保留值是色谱定性的基本参数。即各组分的tR或vR可作为定性的指标。tR随载气流速的变化而变化，使用时要注意控制载气流速，而vR不受流速变化的影响。测定时只要在相同的操作条件下，分别测出已知物和未知样的保留值，比较二者的保留值是否相同，如相同，则两者为同一种物质。示例利用加入已知物增加峰高定性如果相邻两组分的峰间距太小，或操作条件不易控制稳定，因而不易测准保留值时，可采用增加峰高的方法定性。此法是将已知物加入试样中，如果由混合后得色谱图上的某组分峰高有所增加，则可以认为试样中含有所加入的这一物质。利用比保留体积定性利用比保留体积定性，可不受柱长、柱内径、固定液含量和流速的影响。实验时，利用Vg进行比较定性。WVTVNcg273利用相对保留值定性利用保留值定性，需要严格控制操作条件，否则重复性差。而用相对保留值定性，则可消除某些操作条件的影响。令某一组分为s，其它各组分以i表示，分别计算已知物各组分的ris和混合物各色谱峰的ris值后，通过比较对应的ris值，其值相同者为同一物质。siRRisttr利用双柱定性有时不同组分在同一根色谱柱上具有相同的保留值，例如１－丁烯与异丁烯在阿皮松硅油等非极性柱上具有相同的保留值，此时可采用双柱法定性，该法对于同系物的定性更有利。在一根柱子上保留值相同的化合物，在另一根柱上保留值不同，分别是当两根柱子极性差大时，保留值差别更大。因此，选择分离的两根柱子极性差应尽量大。如果用纯样品校对，也需在两根柱上观察标样峰与未知峰是否始终重合。利用文献的保留值数据定性在某些情况下，可利用文献发表的保留值来定性。通常用的有相对保留值和保留指数，只要能重现其要求的操作条件，这些定性数据还是可靠的。利用相对保留值定性的方法前面已介绍。保留指数Ix在许多文献上都可查到，它至今仍是柱保留值最有价值的表达形式。保留指数是把物质的保留行为用两个紧靠近它的标准物（一般是两个正构烷烃）来标定。并以均一标度（即不用对数）来表示。在任何情况下，正构烷烃的保留指数，规定为其碳数乘以100。例如正己烷和正庚烷的保留指数分别为600和700，而其它物质的保留指数则需在色谱条件下以相邻的正构烷烃为参比物进行测定。某物质的保留指数按下式计算：式中：t’R为调整保留时间；x为被测物；z为具有z个碳原子的正构烷烃；z+1为具有z+1个碳原子的正构烷烃。利用上式求出未知物的保留指数，然后与文献数据对照，即可对未知物进行定性。保留指数的物理意义：与被测物质具有相同调整保留时间的假想的正构烷烃的碳原子数乘以100。zttttIzzzxRRRRxlglglglg1001碳数规律当一个混合物中某几个组分缺乏纯物质，而且又无已知的保留数据时，可利用下面两个经验规律，通过作图求得保留值，从而对未知物进行定性。碳数规律是在一定的温度下，同系物的调整保留时间的对数与分子中的碳原子数n成正比（n=1、2时可能有偏差）：式中：A1、c1是与固定液和被分析物质结构有关的经验常数。利用此经验规律定性时，先测出同系物中几个已知组分的调整保留时间，用这些调整保留时间与相应的碳原子数作图，根据该图求出同系物中其它组分的调整保留时间，再与相同条件下测得的未知峰的调整保留时间对照定性。碳数规律只适用于同系物，而不适用于同族化合物。11lgCnAtR沸点规律与碳数规律一样，同系物中比保留体积的对数与其沸点Tb成比例。同碳数的碳链异构物的比保留体积的对数与其沸点也有这种关系：式中A2、c2为经验常数。利用沸点规律时，先用几个能得到的同系物组分作出lgVg-Tb图，根据未知物的沸点，找出相应的lgVg值，与待测组分的峰对照定性。22lgCTAVbg在前面已经讨论过，不同的检测器对各类化合物具有不同灵敏度，例如氢火焰离子化检测器对碳氢化合物灵敏，而对无机气体就不灵敏；电子捕获检测器对电负性强的化合物，如卤素化合物的敏感；火焰光度检测器对含硫及含磷化合物敏感等。所以常常把不同类型的检测器结合在一起，用双检测器、双笔记录仪，利用在两种检测器上的灵敏度差别进行分析。通常使用的双检测器是：（1）氢火焰检测器和电子捕获检测器；（2）氢火焰检测器和火焰光度检测器；（3）氢火焰检测器和磷检测器。利用选择性检测器进行定性分析与其它仪器结合定性色谱具有高分离能力，但其鉴别物质的能力较弱。红外光谱、质谱和核磁共振波谱等对物质具有高的鉴别能力，而对混合物的分离能力却较弱。利用色谱对复杂混合物进行分离，再利用波谱仪器对分离后的物质进行定性鉴定的联用分析，对两类仪器进行取长补短，对未知组分达到理想的分离鉴别，是分析化学的重要发展方向。目前色谱与波谱仪器联用较为成功的有：气相色谱-红外光谱联用仪（GC/IR）、气相色谱-质谱联用仪（GC/MS）和高效液相色谱-质谱(HPLC/MS)联用仪等。§3-2色谱定量分析在一定的操作条件下，检测器的响应信号（色谱图上的峰面积或峰高）与进入检测器的组分i的重量或浓度成正比。即：或上式即为气相色谱定量分析的依据。显然要准确进行定量分析，必须要：（1）准确的测量峰面积Ai（2）求出定量校正因子fi（3）正确地选用定量计算方法msAiiiiiiiAfsAm/一、峰面积的测量方法峰面积测量的准确度直接影响定量结果。对于不同峰形的色谱峰必须采用不同的测量方法，才能取得较好的结果，常见的峰形主要有对称峰和不对称峰两类。峰面积的测量方法有近似测量法（1.峰高乘半峰宽法；2.峰高乘平均峰宽法；3.峰高乘保留时间法）和真实测量法（4.自动积分仪法5.求积仪法6.剪纸称重法）两类。峰高乘半峰宽法峰高乘平均峰宽法峰高乘保留时间法自动积分仪法求积仪（或叫面积仪）1.峰高乘半峰宽法该法是把对称色谱峰看作一个等腰三角形，根据等腰三角形面积的计算方法，可近似认为峰面积（A）等于峰高（h）与半峰宽（Y1/2）的乘积。这样测得的峰面积只有真实面积的0.94倍，实际峰面积应为：在作相对计算时，1.065可以略去，不影响测定结果。但在作绝对测量时，如测灵敏度，比表面积时，1.065就不能省略。此法简便，是一种最常用的近似方法。它主要用于对称峰。不对称峰不能应用，很窄和很小的峰的半峰宽测量误差很大。2/1hYA2/1065.1hYA2.峰高乘平均峰宽法对于不对称的色谱峰，可采用此法。所谓平均峰宽是指在峰高0.15和0.85处分别测峰宽，然后取其平均值，由此测得的峰面积为：此法虽有测量上的麻烦，但结果还是比较准确。)(2185.015.0YYhA3.峰高乘保留时间法在一定的操作条件下，同系物的半峰宽与保留时间成正比，即：将Y1/2值代入前面式子中得：式中b为常数，在作相对测量时，1.065和b均可约去。此法简便、快速而准确，特别适用于窄峰和分离不到一半峰的峰面积测量。对含量相差悬殊的峰、非同系物的峰不适用。RbtY21RbhtA065.14.自动积分仪法自动积分仪可自动测出某一曲线所围成的面积，是最方便的一种测量工具。此法对不对称峰和对称峰都能快速和准确测量，其精密度可达0.2~2%。但测量较小峰时，误差较大。5.求积仪（或叫面积仪）法求积仪法是用平动的方法测量峰面积，可准确到0.1cm2。方法的精密度随峰面积减小而降低，此时可以加大纸速，以增大峰面积，并重复多测几次，以降低测量相对误差。此法多用于不对称色谱峰。二、定量校正因子色谱分析的定量依据是，在一定的操作条件下，进样量与峰面积成正比。但由于同一种检测器对不同物质有不同的灵敏度，故等量的不同物质通过检测器时，所产生的峰面积就不相等，因而不能直接用峰面积来计算物质的含量。为了使峰面积能真实地反映出物质的含量，就需用定量因子对峰面积进行校正。校正因子的表示法校正因子的测量1.校正因子的表示法由式得式中：fi为绝对校正因子，即单位峰面积所代表的物质量。fi主要由仪器的灵敏度来决定，既不容易测准也无法应用，但物质的相对响应值相同，所以在定量分析中都是用相对校正因子f/i，即为某物质与一标准物质s的绝对校正因子之比值。由于被测物质使用的计量单位不同，校正因子又可分为：“重量校正因子”、“摩尔校正因子”、“体积校正因子”。（通常把相对二字略去）。相对响应值iiiAmfsiifffiiiAfm重量校正因子（）这是一种最重要的定量校正因子。式中：Ai、As、mi、ms分别为待测物和标准物的峰面积和重量。wfsiiswswiwmAmAfff)()(摩尔校正因子（）即式中：Mi、Ms分别为被测物和标准物的分子量。iswisisisssiiisMsMiMMMfMmAMmAMmAMmAfff)()()()('Mf体积校正因子（）如果样品为气体也可以用体积校正因子，则体积校正因子就是摩尔校正因子，因为一摩尔任何物质在条件相同时的体积相同，比如一摩尔任何物质在标准状态下都是22.4升。对于气体样品，用摩尔校正因子，可得体积百分数。'vfMisisisvsvivfMmAMmAfff4.224.22)()(相对响应值（）相对响应值也叫相对应答值，是被测物质之和标准物质和标准物质s的绝对响应值之比：相对响应值与相对校正因子的关系是，当计量单位相同时就互为倒数，即：siisss'''1iifs'is2.校正因子的测量校正因子的测量方法是准确称量被测组分和标准物质，混均后在实验条件下进行分析，注意进样量应在检测器的线性范围之内。测量各峰面积，由和计算重量校正因子、摩尔校正因子。如果几次测量数值接近，可取其平均值。校正因子除自己测定外，也可以引用文献上所发表的数据。siiswmAmAfiswMMMff三、定量方法目前常用的定量方法主要有归一化法，内标法和外标法三种。这些定量方法各有其优缺点和适用范围，应根据实际情况，正确选用。归一化法内标法外标法归一化法当试样中所有组分都能流出色谱柱，且在检测器上都能产生信号时，可用此法计算组分含量。当测量参数为峰面积时，归一化的计算公式为：式中：为几个组分中i组分的峰面积校正因子。如试样中各组分的校正因子很接近，则上式可简化为：%100%100%2211nniiiifAfAfAfAmmP%100%21niiAAAAP当测量参数为峰高时，归一化法的计算公式为：式中：fih为几个组分中i组分的峰高校正因子，须自行测定。测定方法与峰面积校正因子相同。此法的优点是简便、准确，即使进样量不准确，对结果都无影响，操作条件稍有变动对结果影响也较小。缺点是要求试样中所有组分都能出峰，且在检测器上都有响应，才能应用，这样就限制了它的应用范围。%100%2211hnnhhhiiifhfhfhfhP内标法当混合物中所有组分不能全部流出色谱柱，或检测器不能对各组分都