12.6.6气相色谱分离法

12.6.6.1气相色谱的定性定量分析

色谱法是非常有效的分离与分析方法，分离后的各种成分需要直接进行定性和定量分析。气相色谱的分析对象是在气化室温度下能成为气态的物质，除少数情况外，大多数物质在分析前都需进行预处理。例如，生物样品的预处理是必不可少的，水或空气中的有机污染物的分析需要对样品进行浓缩处理。若样品中含有大量的水、乙醇或能被强烈吸附的物质，一旦进入到色谱柱中将会导致色谱柱柱效变坏；一些非挥发性的物质进入色谱柱后，本身还会逐渐降解，造成严重噪声；像有机酸一类的物质，极性很强，挥发性很低而热稳定性又差，必须先进行化学衍生化处理，使其转变为稳定的、易挥发的物质如三甲基硅烷化衍生物或醚类衍生物后才能进行色谱分析。

(1)定性分析

用气相色谱进行定性分析就是确定待测试样的组成，要确定色谱图上每一个峰的归属。由于能用于色谱分析的物质很多，不同组分在同一固定相上色谱峰出现的时间可能相同，仅凭色谱峰对未知物定性有一定的困难，因此，有时还需要其他一些化学分析或仪器分析方法相配合，才能准确地判断某些组分是否存在。

①用已知纯物质对照定性。这是实际工作中最常用的可靠简便的定性方法，只是当没有纯物质时才用其他方法。用已知纯物质对照定性可以采用保留值法、相对保留值法、加入己知物增加峰高法和双柱、多柱定性的方法。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品的保留值，在未知样品色谱图中对应于已知物保留值的位置上若有峰出现，则判定样品可能含有此已知物组分，否则就不存在这种组分。如果样品较复杂，流出峰间的距离太近，或操作条件不易控制稳定，要准确确定保留值有一定困难，这时候可以用增加峰高的办法进行定性。将已知物加到未知样品中混合进样，若待定性组分峰比不加已知物时的峰高相对增大了，则表明原样品中可能混有该已知物的成分。有时几种物质在同一色谱柱上恰有相同的保留值，无法定性，则一可利用性质差别较大的双柱定性。若在这两个柱子上，该色谱峰峰高都增大了，通常认定是同一物质。

已知物对照法定性非常实用，尤其是对于已知组分的复方药物分析、工厂的定性生产等。

②保留指数法。对于气相色谱，可采用这种方法。保留指数与其他保留数据相比，是一种重现性较好的定性参数。

保留指数是将正构烷烃作为标准物，把一个组分的保留行为换算成相当于含有几个碳的正构烷烃的保留行为来进行描述，这个相对指数称为保留指数，定义公式如下。

I_x为待测组分的保留指数，Z与Z+n为正构烷烃对的碳数。规定正己烷、正庚烷的保留指数为600、700，其他以此类推即可。

许多手册上都刊载各种化合物的保留指数，只要固定液及柱温相同，在有关文献给定的操作条件下，将选定的标准和待测组分混合后进行色谱实验，由式(4-1)计算则待测组分X的保留指数I_x，再与文献值对照，即可定性。根据保留指数随温度的变化率还可用来判断化合物的类型，因为不同类型化合物的保留指数随温度的变化率不同。保留指数的重复性及准确性均较好入相对误差＜1％)，是定性的重要方法。

③利用响度保留时间定性。在一定的色谱系统和操作条件下，各种组分都有确定的保留时间，可以通过比较已知纯物质和未知组分的保留时间定性。对于一些组分比较简单的已知范围的混合物、无已知物的情况下，可以采用此方法进行定性。将所得各组分的相对保留时间与色谱手册数据对比定性。如果待测组分的保留值与在相同色谱条件下测得的已知纯物质的保留时间相同，则可以初步认为它们是属同一种物质。为了提高定性分析的可靠性，还可以进一步改变色谱条件入分离柱、流动相、柱温等)或在样品中添加标准物质，如若被测物的保留时间与已知物质相同，则可认为它们属干同一种物质。

④联用技术。气相色谱对于多组分复杂混合物的分离效率很高，定性却十分困难。质谱、红外光谱及核磁共振谱等都是鉴别未知物结构的有力工具，但同时也要求所分析样品成分尽量单一。将色谱与质谱、红外光谱、核磁共振谱等具有定性能力的分析方法联用，复杂的混合物先经气相色谱分离成单一组分后，再利用质谱仪、红外光谱仪或核磁共振谱仪进行定性。即气象色谱仪作为分离手段，把质谱仪、红外分光光度计作为鉴定工具，两者互补，联用技术也称为两谱联用。

(2)定量分析

气相色谱法对于多组分混合物既能分离，又能提供定量数据，迅速方便，定量精密度为1％～2％。在实验条件恒定时，流入检测器的待测组分i的含量mi(浓度或质量)与检测器的响应信号(峰面积Ai或峰高hi)成正比，因此可利用峰面积定量，正常峰也可用峰高定量。

m_i＝f_iAA_i

或

m_i＝f_ihh_i

式中，f_iA,f_ih为绝对校正因子。准确地进行定量分析，须准确测量响应信号，确定定量校正因子。

一般正常峰计算峰面积的公式：

A＝1.065×h×W_1/2

式中，A为峰面积，h为峰高，在相对计算时，系数1.065可以约去。这里的峰高h指的是峰顶与基线之间的距离。

①定量校正因子。色谱的定量分析是基于被测物质的量与其峰面积的正比关系。由于同一检测器对同一种物质具有不相同的响应值，用峰面积来计算物质的含量是不行的，要引入校正因子进行计算。

绝对校正因子，指单位峰面积或者峰高对应的组分i的浓度和质量。

f_iA＝m_i/A_i

f_ih＝m_i/h_i

测量绝对校正因子f_iA、f_ih,需要准确知道进样量，这是比较困难的，在定量分析中常用相对校正因子。

相对校正因子为

F_isA＝f_iA/f_sA＝A_smi/A_ims

F_ish＝fih/f_sh＝A_smi/A_ims

式中，F_isA、F_ish分别为组分i以峰面积和峰高为定量参数时的相对校正因子，f_sA、f_sh分别是基准组分、以峰面积和峰高为定量参数时的绝对校正因子。m_i、m_s可用分析天平称量而得。相对校正因子与无关相对校正因子与组分和标准物的性质及检测器类型有关，与操作条件或者色谱条件无关。当无法得到被测的纯组分时，可以使用文献值，文献中的相对校正因子通常使用庚烷(对火焰离子化检测器)或苯(对热导检测器)作标准物。

测定相对校正因子时应注意：标准物纯度和组分应符合色谱分析要求，不应小于98％。在一定的浓度范围之内，响应值与浓度呈线性关系，组分的浓度应在线性范围内。

②定量方法。色谱法常用的定量方法有：归一化法、外标法、内标法等。

归一化法是将试样中所有组分的含量之和按百分比计算，以它们相应的色谱峰面积为定量参数。若试样中所有组分均能流出色谱柱且在检测器上有响应信号，可用此方法计算各待测组分X的含量，公式如下。

式中，f为相对校正因子。

归一化法的优点是简便，定量结果与进样量无关，操作的条件变化对结果影响较小。缺点是必须所有组分在一个分析周期都能流出色谱柱，而且检测器对它们都产生信号，否则，结果就会不准确。因此，如若试样中有组分不能出峰，则不适用此法。

外标法是所有定量分析中最通用的定量方法，其优点是操作简便，不必测定校正因子，计算简单。分析结果的准确度主要取决于进样量重复性和色谱操作条件的稳定程度。它又分为两种。标准曲线法：取待测试样的纯物质配成一系列不同浓度的标准溶液，分别取一定体积，进样分析。从色谱图上测出峰面积，以峰面积对含量作图即为标准曲线。在相同的色谱操作条件下分析待测试样，从色谱图上测出试样的峰面积或者峰高，再由上述标准曲线查出待测组分的含量。直接比较法：将未知样品中某一物质的峰面积与该物质的标准品的峰面积直接比较进行定量。通常要求标准品的浓度与被测组分浓度接近，从而减少定量误差。

内标法又称为内标标准曲线法。该方法是将一定量的纯物质作为内标物，加人准确称取的样品中，根据样品与内标物的重量及其在色谱图上相应的峰面积比，求出某组分的含量。内标法的主要优点在于，通过测量内标物和被测组分的峰面积的相对值进行计算，由于操作条件变化而引起的误差，也将反映在内标物和被测组分上而抵消掉，从而能得到比较准确的结果。这种方法在很多仪器分析方法上得到应用。

文章来源：《分析化学分析方法的原理及应用研究》

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