仪器分析实验指导

仪器分析实验指导牛淑妍化学与分子工程学院实验一气路系统的连接、检漏、载气流速的测量与校正[目的要求]1、了解气相色谱仪的结构，熟悉各单元组件的功能2、熟悉气路系统，掌握检验方法。3、掌握载气流速的测量和校正方法。[基本原理]1、气路系统气路系统是气相色谱仪中极为重要的部件。气路系统主要指载气连续运行的密闭管路，包括连接管线、调节测量气流的各个部件以及汽化室、色谱柱、检测器等。使用氢焰检测器时，还需引入辅助气体，如氢气、空气等。它们流经的管路也属于气路系统。由高压钢瓶供给的载气，先经减压表使气体压力降至适当值，再经过净化管进入色谱仪。色谱仪上的稳压阀、压力表、调节阀、流量计等部件是用来调节、控制、测量载气的压力和流速的。氢气、空气气路系统也分别装有相应的调节、控制、测量部件。气路系统必须保持清洁、密闭，各调节、控制部件的性能必须正常可靠。2、载气流速载气流速是影响色谱分离的重要操作之一，必须经常测定。色谱仪上的转子流量计，用以测量气体体积流速，但转子高度与流速并非简单的线性关系，且与介质有关。故需用皂膜流量计加以校正。（1）视体积流速（FCO）用皂膜流量计在柱后直接测得的体积叫视体积流速。它不仅包括了载气流速，且包括了当时条件下的饱和蒸汽流速。（2）实际体积流速（FCO）PcPwPocoFFcoPO：大气压，mmHg；PW：室温下的饱和水蒸气压，mmHg（3）校正体积流速（FC）由于气体体积随温度变化，而柱温又不同于室温，故需作温度校正。FC=FCOTaTcTC:柱温，K；Ta:室温，K（4）平均体积流速（cF）气体体积与压力有关。但色谱柱内压力不均，存在压力梯度，需进行压力校正。cF=FC1)/(21)/(332PoPiPoPiPi：柱入口处载气压力；Po：柱出口处载气压力，计算时Pi、Po单位要相同[实验步骤]气相色谱常以高压钢瓶气为气源，使用钢瓶必须安装减压表。1、正确选择减压表。减压表接口螺母与气瓶嘴的螺纹必须匹配。减压表上有两个弹簧压力表，示值大的指示钢瓶内的气体压力，小的指示输出压力。开启钢瓶时，压力表指示瓶内压力，用肥皂水检查接口处是否漏气。2、准备净化管（1）清洗净化管：先用10%NaOH溶液浸泡半小时，用水冲洗烘干。（2）活化清洗剂：硅胶—120℃烘至蓝色；活性炭—300℃烘2小时；分子筛—550℃3小时。不得超过600℃（3）填装净化管：三种等量净化剂依次装入净化管，之间隔以玻璃棉。标明气体出入口，出口处塞一玻璃棉。硅胶装在出口处。3、管道的连接：用一段管子将净化管连接到减压表出口，净化管的另一端接一可达色谱仪的管子。开启气源，用气体冲洗一下，遂关气源，将管道接到仪器口。4、检漏：保证整个气路系统的严密性十分重要，须认真检查，易漏气的地方为各接头接口处。检漏方法（1）开启气源，导入载气、调节减压标为2.5kg/cm2，先关闭仪器上的进气稳压阀。用小毛笔蘸肥皂水检查从气源到接口处的全部接口。（2）将色谱柱接到热导检测器上，开启进气减压阀，并调节仪器上压力表：2kg/cm。调转子流量计流速最大，堵住主机外侧的排气口，如转子流量计的浮子能落到底，则不漏气；反之，则需用肥皂水检查仪器内部各接口。（3）氢气，空气的检查同前。（4）漏气现象的消除：上紧丝扣接口，如无效，卸开丝扣，检查垫子是否平整，不能用时需更换。5、载气流速的测定及校正（1）将柱出口与热导检测器相连，在皂膜流量计内装入适量皂液。使液面恰好处于支管口的中线处，用胶管将其与载气相连。（2）开启载气，调节载气压力至需要值，调节转子高度。一分钟后轻捏胶头，使皂液上升封住支管即会产生一个皂膜。（3）用秒表记下皂膜通过一定体积所需的时间，换算成以mL/min为单位的载气流速。（4）用上述方法，依次测定转子流量计高度为0、5、10、15、20、25、30格时的体积流速，然后测定另一气路的流速。（5）再分别测量以氢气为载气的气路的流速。（6）以转子流量计上转子的高度为横坐标，以视体积流速为纵坐标，绘制转子流量计的校正曲线，同时记录载气种类、柱温、室温、气压等参数。（7）根据视体积流速，按下式可计算出实际体积流速PoPwPccoFFco（8）据下式求出在柱温条件下载气在柱中的校正体积流速TaTcFcoFc[注意事项]1、氢气减压表只许安装在自燃性气体钢瓶上2、氧气减压表安装在非自燃性气体钢瓶上3、安装减压表时，所有工具及接头，一律禁油4、开启钢瓶时，瓶口不准对向人和仪器5、净化管垂直安装，上口进气下口出气6、凡涂过皂液的地方用滤纸擦干。[附表]不同温度时水的饱和蒸汽压温度/℃Pw/mmHg温度/℃Pw/mmHg温度/℃Pw/mmHg109.122017.53031.8119.842118.73133.71210.52219.83235.71311.22321.13337.71412.02422.43439.91512.82523.83542.21613.62625.23644.61714.52726.73747.11815.52828.33849.71916.52930.03952.4[思考题]1、气相色谱仪是有哪几部分组成的？各起什么作用？2、如何检验色谱系统的密闭性？实验二醋酸甲酯、环己烷、甲醇等混合样品的色谱测定[目的要求]1、进一步掌握色谱定量分析的原理2、了解校正因子的含义，用途和测定方法3、学会面积归一化定量方法[基本原理]色谱定量分析的依据是，在一定条件下，被测物质的重量w与检测器的响应值成正比，即：Wi=FiAi或：Wi=FihhiAi：被测组分的峰面积；hi：被测组分的峰高；Fi：比例常数（以峰面积表示时）Fih：比例常数（以峰高表示时）所以定量时需要：（1）准确测量响应信号A或h。A或h是最基本的定量数据，h可以直接测得，A和其他参数计算求得。如：A=1.065hW1/2（2）准确求得校正因子F响应值除正比于组分含量外，与样品的性质也有关，即在相同的条件下，数量相等的不同物质产生的信号的大小可能不同。因此，在进行定量分析时需加以校正。由前述可知：AWF—即单位峰面积所代表的样品重量，由于受操作条件影响较大，F的测定较困难。所以在实际操作中都采用相对校正因子f′。f′为组分i和标准物质s的绝对校正因子之比：siifffiSsiAAwwWi、Ws分别为待测物和标准物之重量；As、Ai分别为待测物和标准物之峰面积。f′与检测器类型有关，而与检测器结构特性及操作条件无关。因物质的量可以用重量或摩尔表示，故：wfiSsiAAww（相对重量校正因子）iSwiSSSimMWfAAMWMiWf（相对摩尔校正因子）其中Mi，Ms——分别为待测物和标准物的分子量f′、f可以从文献查得，亦可直接测量。准确称量一定重量的待测物质和标准物质，混匀后进样，分别测得峰面积，即可求其校正因子。（3）选择合适的定量方法常用的定量方法有好多种，本实验采用归一法。归一法就是分别求出样品中所有组分的峰面积和校正因子，然后依次求各组分的百分含量。10000fAfAiWii归一法优点：简洁；进样量无需准确；条件变化时对结果影响不大。缺点：混合物中所有组分必须全出峰；必须测出所有峰面积。[仪器试剂]气相色谱仪（附TCD、FID）；微量注射器：1μL、5μL；三组分混合样：甲醇，醋酸甲酯，环己烷[色谱条件]色谱柱：GDX-102(60—80目)。温度：Tc——100-120℃；TD——150℃；Ti——150℃载气：H245mL/min；N250mL/min；空气400mL/min纸速：5cm/min；衰减：自选[实验步骤]按上述条件开机调试，待仪器稳定后依次进行。1、定性分析（1）调记录纸速为5cm/min，用1μL注射器进分别进甲醇，醋酸甲酯，环己烷0.1μL，记录色谱图，准确测量各峰的保留时间（tR）。（2）在相同条件下进0.1μL—0.2μL三组分混合样记录色谱图，准确测量各峰的保留时间（tR）。2、测量校正因子于分析天平上准确称取三标准试样与同一小瓶中混匀，在设定的条件下进样0.1μL—0.2μL，记录峰面积。3、定量分析进0.1μL—0.2μL未知混合样。记录色谱图，测量峰面积。4、关机。[数据处理]1、根据保留时间确定各峰归属。2、根据所称标样重量和各峰面积，计算相对校正因子（以甲醇为标准物）。3、根据未知样品中峰面积，用归一化法计算待测样品中各组分的百分含量[思考题]1、归一化法使用的条件是什么？2、如何求校正因子？在什么条件下可以不考虑校正因子？实验三程序升温法测定工业二环己胺中微量杂质[目的要求]1、了解程序升温色谱法的特点及应用2、初步掌握程序升温色谱法操作技术[基本原理]对于宽沸程多组分化合物采用程序升温色谱法，柱温按预定的加热速度，随时间呈线性或非线性增加，则混合物中所有组分将在其最佳柱温下流出色谱柱。当采用足够低的初始温度，低沸点组分就能得到更好分离，随着柱温的升高，每一个较高沸点的组分就被升高的柱温“推出色谱柱”，高组分沸点也能加快流出，从而得到良好的尖峰。因此，程序升温色谱法主要是通过选择适当温度，而获得良好的分离和理想的峰型，同时缩短了分离时间。一般来说，样品沸点范围大于80—100℃就需要用程序升温色谱法。程序升温方式——所谓“程序”即柱温增加的方式，大都按柱温随时间的变化来分类。1、线性升温：柱温（T）随时间（t）成正比例的增加。T=T0+rtTo：起始温度，r：升温速度（℃/min）2、非线性升温（1）线性—恒温加热：首先线性升温至固定液最高使用温度，然后恒温到把最后几个高沸点组分冲洗出来。适于高沸点的分离。（2）恒温—线性加热：先恒温分离低沸点组分，再线性升温到分离完成。（3）恒温—线性—恒温加热：先恒温分离低沸点组分，中间线性升温至高温，再恒温至高沸点组分冲洗出来。适用于沸点范围很宽的样品。（4）多种速度升温：开始以r1速度升温然后再以r2、r3速度升温本实验用恒温—线性—恒温加热方式，分离分析工业二环己胺样品。目前，程序升温色谱系统，大多采用双柱双气路，以补偿因固定液在升温过程中流失而引起的基线漂移，增加柱子的稳定性。在双柱系统中，一般分析柱和参考柱有同样固定相，也可装两种性质不同的固定相，以分析不同类型的样品，扩大应用面。但要注意，两种固定液的热稳定性要相同，即最高使用温度要相同或接近，否则无法补偿固定液的流失，使稳定性变坏。[色谱条件]仪器：岛津GC—9A型气相色谱仪。色谱柱：2%PEG20M+2%KOH担体：Chromosorb(酸洗、硅化烷、60—80目)温度：Tc：130℃保持3min，升温速度为3℃/min，终温180℃保持20min；Ti：200℃；TD：200℃检测器：氢焰离子化（FID）载气：N2流速：30mL/min；燃气：H2流速40mL/min；助燃气：空气流速500mL/min输出衰减：自选；纸速：5cm/min；样品：0.1—0.2μL[实验步骤]1、按上述色谱条件启动仪器，一次升温使检测器和气化室温度达到规定之后，按以上条件设定程序升温。2、完成程序设定且基线稳定后，用微量注射器注入0.2μL二环己胺。同时按start按钮，程序升温即自动进行，记录色谱图。若需要重复前次程升过程，可将设定值复位后重复进行。3、定性：在相同程升条件下，注入标准样品以鉴别各流出峰。4、定量：可采用归一化法或外标法定量。[注意事项]1、升温方法据仪器型号不同而有所不同，严格按说明操作。2、在升温过程中，柱前压力随温度增加而增加，流量计转子下降，这是正常现象，但必须保证各次程序变化保持一致。3、在程序升温时，要尽量采用较低的汽化温度，以免进样器硅胶垫低沸点成分流失造成基线不稳，出现怪峰，硅胶垫最好老化处理。将其浸入乙醇中一天，用清水洗净后，在200℃老化两小时。[思考题]1、在什么情况下考虑使用程序升温？2、程序升温操作中柱温如何选择？实验四反相液相色谱法测定硝基酚类物质[目的要求]1、了解反相离子对色谱法分离离子型化合物的基本原理及操作条件。2、掌握内标法色谱定量分析方