气相色谱法

气相色谱法测定丁醇中少量甲醇含量一、实验目的1. 掌握用外标法进行色谱定量分析的原理和方法。

2. 了解气相色谱仪氢火焰离子检测器FID的性能和操作方法。

3. 了解气相色谱法在产品质量控制中的应用。

4. 学习气相色谱法测定甲醇含量的分析方法。

二、实验原理在丁醇生产的过程中，不可避免地有甲醇产生。

甲醇是无色透明的具有高度挥发性的液体，是一种对人体有害的物质。

甲醇在人体内氧化为甲醛、甲酸，具有很强的毒性，对神经系统尤其是视神经损害严重，人食入 5 g 就会出现严重中毒，超过 12. 5 g 就可能导致死亡，在白酒的发酵过程中，难以将甲醇和乙醇完全分离，因此国家对白酒中甲醇含量做出严格规定。

根据国家标准（GB10343-89），食用酒精中甲醇含量应低于0.1g•L-1(优级)或0.6 g•L-1（普通级）。

气相色谱法是一种高效、快速而灵敏的分离分析技术，具有极强的分离效能。

一个混合物样品定量引入合适的色谱系统后，样品被气化后，在流动相携带下进入色谱柱，样品中各组分由于各自的性质不同，在柱内与固定相的作用力大小不同，导致在柱内的迁移速度不同，使混合物中的各组分先后离开色谱柱得到分离。

分离后的组分进入检测器，检测器将物质的浓度或质量信号转换为电信号输给记录仪或显示器，得到色谱图。

利用保留值可定性，利用峰高或峰面积可定量。

外标法是在一定的操作条件下，用纯组分或已知浓度的标准溶液配制一系列不同含量的标准溶液，准确进样，根据色谱图中组分的峰面积（或峰高）对组分含量作标准曲线。

在相同操作条件下，依据样品的峰面积（或峰高），从标准曲线上查出其相应含量。

利用气相色谱可分离、检测丁醇中的甲醇含量，在相同的操作条件下，分别将等量的试样和含甲醇的标准样进行色谱分析，由保留时间可确定试样中是否含有甲醇，比较试样和标准样中甲醇峰的峰面积，可确定试样中甲醇的含量。

三、仪器与试剂1. 仪器：天美CG7900气相色谱仪，氢火焰检测器（FID），色谱工作站，毛细管柱，10µL微量注射器1支，100mL容量瓶1只，25mL容量瓶5只，5mL吸量管1只。

2. 试剂甲醇（色谱醇），60%乙醇水溶液（不含甲醇）。

取1μL进样无甲醇峰即可。

四、实验步骤1. 色谱柱的准备将内径为0.32mm、长为30m，液膜厚0.5µm的石英毛细管柱安装调试正常。

2. 色谱操作条件：检测器FID；进样口温度180℃；检测器温度200℃；柱温50℃。

3. 甲醇标准溶液的配制100mL 容量瓶中装有少量 60%的丁醇溶液, 然后电子天平上准确称量 0.5000g 的色谱甲醇于此容量瓶中, 最后用60%的丁醇溶液定容, 此溶液为 5g/L 的甲醇储备液。

准确吸取标准甲醇储备液 1.0，2.0，3.0，4.0，5.0mL, 分别置于 5个 25mL 容量瓶中, 用 60%乙醇稀释到刻度, 混匀，分别得到0.2，0.4，0.6，0.8，1.0 mg/mL 的甲醇标准溶液系列,。

4. GC-7900气相色谱使用方法（1）打开气体发生器，确认净化器上各开关阀处于全开的位置（ON），等到氮气，氢气，空气的压力达到相应的值后（约30-40min），打开仪器电源开关，进入D-7900工作站，设定进样口温度180℃，检测器温度200℃，柱温50℃。

点开对应的检测器信号通道（FID：1通道），等仪器升温稳定。

（2）点火：查看检测器温度，等检测器温度达到设定值后，确认仪器右侧下面气路面板上对应检测器的空气和氢气阀处于全开的位置。

按点火键，确认所使用的检测器火已点着（看是否有水蒸气产生和基线是否有变化）。

等基线水平后，依次进样分析。

（3）实验结束后，应当先将氢气发生器关闭，然后把柱箱温度设为30度，把进样器和检测器关闭，降温，等柱箱温度低于50℃以下才能退出软件，关闭仪器电源开关，关闭气体发生器。

4. 标准工作曲线的制作用微量注射器吸取1µL各色谱级甲醇注入色谱仪，获得色谱图，以保留时间作为对照定性，确定甲醇色谱峰。

在色谱工作站建立新方法（面积外标法），在确定的色谱条件下, 依次由低到高分别用注射器准确取 1μL 标准使用液进行分析, 每个浓度点用色谱仪分析3次，测得它们的峰面积, 结果以甲醇平均峰面积为纵坐标Y，甲醇浓度为横坐标x，绘制标准工作曲线，得到线性方程和相关系数。

5. 丁醇样品中甲醇含量的测定在相同色谱条件下, 吸取1µL白酒样品进行分析，分析结果由色谱工作站直接计算得出。

样品重复测定3 次, 取平均值, 便可得到白酒样品中甲醇的含量。

思考题：1.为什么甲醇标准溶液要以60%丁醇水溶液为溶剂配制？配制甲醇标准溶液还需要注意些什么？答：因为待测的为丁醇，所以为了排除其他因素，保证实验的准确性需要控制变量，则需要标准溶液中也含有等量的丁醇。

配制甲醇溶液需要润洗移液管，读刻度时视线要与凹液面在一个水平面上面，向容量瓶中加入60%丁醇水溶液时到最后1-2毫米时要用胶头滴管逐滴加入。

2.外标法定量的特点是什么？外标法定量的主要误差来源有哪些？答：（1）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。

（2）待测样品中所含的测定物质含量过少，仪器无法分析得到结果；在加入物质到色谱仪中时，加入的体积没有掌握好，加入的体积有误差。

气相色谱法概述气相色谱法：以气体为流动相的色谱分析法称为气相色谱法。

一. 气相色谱法的分类根据所用的固定相不同可分为：气—固色谱、气一液色谱。

按色谱分离的原理可分为：吸附色谱和分配色谱。

根据所用的色谱柱内径不同又可分为：填充柱色谱和毛细管柱色谱。

二. 气相色谱法的特点它具有分离效能高、灵敏度高、选择性好、分析速度快、用样量少等特点，还可制备高纯物质。

在仪器允许的气化条件下，凡是能够气化且稳定、不具腐蚀性的液体或气体，都可用气相色谱法分析。

有的化合物沸点过高难以气化或热不稳定而分解，则可通过化学衍生化的方法，使其转变成易气化或热稳定的物质后再进行分析。

1. 高效能、高选择性性质相似的多组分混合物：同系物、同分异构体等；分离制备高纯物质，纯度可达99.99%。

2．灵敏度高可检出10-13-10-11g的物质；3．分析速度快几分钟到几十分钟；4．*应用范围广低沸点、易挥发的有机物和无机物（主要是气体）。

局限性：不适于高沸点、难挥发、热稳定性差的高分子化合物和生物大分子化合物分析。

三. 气相色谱仪主要组成部件及分析流程一般气相色谱仪由五个部分组成：1. 气路系统：气源、气体净化、气体流量控制和测量装置。

2. 进样系统：进样器、气化室和控温装置。

3. 分离系统：色谱柱、柱箱和控温装置。

4. 检测系统：检测器和控温装置。

5. 记录系统：记录仪或数据处理装置。

载气（常用N2 和H2、Ar）由高压钢瓶供给，经减压、净化、调节和控制流量后进入色谱柱。

待基线稳定后，即可进样。

样品经气化室气化后被载气带入色谱柱，在柱内被分离。

分离后的组分依次从色谱柱中流出，进入检测器，检测器将各组分的浓度或质量的变化转变成电信号（电压或电流）。

经放大器放大后，由记录仪或微处理机记录电信号-时间曲线，即浓度（或质量）时间曲线即色谱图。

根据色谱图，可对样品中待测组分进行定性和定量分析。

由此可知：色谱柱和检测器是气相色谱仪的两个关键部件。

气相色谱分离条件的选择一.载气及流速1. 载气对柱效的影响：主要表现在组分在载气中的扩散系数D m(g)上，它与载气分子量的平方根成反比，即同一组分在分子量较大的载气中有较小的D m(g) 。

根据速率方程：u D d k qk u D d u D d H sf m p m p 222)1(22++++=ωγλ （1）涡流扩散项与载气流速无关；（2）当载气流速 u 小时，分子扩散项对柱效的影响是主要的，因此选用分子量较大的载气，如 N 2、Ar ，可使组分的扩散系数 D m(g)较小，从而减小分子扩散的影响，提高柱效；（3）当载气流速 u 较大时，传质阻力项对柱效的影响起主导作用，因此选用分子量较小的气体，如 H 2、He 作载气可以减小气相传质阻力，提高柱效。

2. 流速（u ）对柱效的影响：从速率方程可知，分子扩散项与流速成反比，传质阻力项与流速成正比，所以要使理论塔板高度H 最小，柱效最高，必有一最佳流速。

对于选定的色谱柱，在不同载气流速下测定塔板高度，作 H-u 图。

由图可见，曲线上的最低点，塔板高度最小，柱效最高。

该点所对应均流速即为最佳载气流速。

在实际分析中，为了缩短分析时间，选用的载气流速稍高于最佳流速。

图1 H -u 曲线二. 固定液的配比 又称为液担比。

从速率方程式可知，固定液的配比主要影响C s u ，降低d f ，可使C s u 减小从而提高柱效。

但固定液用量太少，易存在活性中心，致使峰形拖尾；且会引起柱容量下降，进样量减少。

在填充柱色谱中，液担比一般为 5％～25％。

三. 柱温的选择重要操作参数，主要影响来自于K 、k 、D m(g) 、D s (l) ；从而直接影响分离效能和分析速度。

柱温与 R 和 t 密切相关。

提高 t ，可以改善 Cu ，有利于提高 R ，缩短 t 。

但是提高柱温又会增加B/u 导致 R 降低，r 21变小。

但降低 t 又会使分析时间增长。

在实际分析中应兼顾这几方面因素，选择原则是在是在难分离物质对能得到良好的分离，分析时间适宜且峰形不托尾的前提下，尽可能采用较低的柱温。

同时，选用的柱温不能高于色谱柱中固定液的最高使用温度（通常低20-50℃）。

对于沸程宽的多组分混合物可采用“程序升温法”，可以使混合物中低沸点和高沸点的组分都能获得良好的分离。

四. 气化温度的选择气化温度的选择主要取决于待测试样的挥发性、沸点范围。

稳定性等因素。

气化温度一般选在组分的沸点或稍高于其沸点，以保证试样完全气化。

对于热稳定性较差的试样，气化温度不能过高，以防试样分解。

五. 色谱柱长和内径的选择能使待测组分达到预期的分离效果，尽可能使用较短的色谱柱。

一般常用的填充柱为l～3m。

填充色谱柱内径为3～4mm。

六.进样时间和进样量的选择1. 进样迅速（塞子状）——防止色谱峰扩张；2. 进样量要适当：在检测器灵敏度允许下，尽可能少的进样量：液体样0.1～10ul，气体试样为0.1～10ml色谱柱一. 气相色谱柱的分类色谱柱是由柱管和固定相组成，按照拄管的粗细和固定相的填充方式分为（1）填充柱；（2）毛细管柱。

二. 填充柱气相色谱固定相在影响色谱柱分离效果的诸多因素中选择适当的色谱固定相是关键。

必须使待测各组分在选定的固定相上具有不同的吸附或分配，才能达到分离的目的。

（一）气-液色谱（分配色谱）固定相气-液色谱的固定相是由高沸点物质固定液和惰性担体组成。