气相色谱法对样品中的农药的定性和定量分析

实验四气相色谱法对样品中的农药的定性和定量分析1 实验目的掌握气相色谱法的基本原理；熟悉Thermo TRACE 1300气相色谱仪基本结构及使用方法；掌握气相色谱法对样品中的农药的定性和定量分析的实验步骤及注意事项。

2 实验原理2.1方法原理气相色谱法是以气体（此气体称为载气）为流动相的柱色谱分离技术。

其分离原理是基于待测物在气相和固定相之间的吸附-脱附（气固色谱）和分配（气液色谱）来实现的，在两相作相对运动时，在两相间作反复多次的分配，从而使各组分达到分离的目的，因此可将气相色谱分为气固色谱和气液色谱。

定性：通过保留时间对目标物进行定性分析；定量：采用内标法对目标物进行定量分析。

内标法：测量内标物及被测组分的峰面积，通过相对值来对目标物进行定量；相对响应因子（relative response factor, RRF）。

RRF x/is=A x C isA is C xC x=A x C isRRF×A isA x、A is分别代表目标物、内标物的峰面积；C x、C is分别代表目标物、内标物的浓度。

2.2仪器原理待测物样品在汽化室汽化后被惰性气体（指不与待测物反应的气体，只起运载蒸汽样品的作用，也称载气）带入分离柱内，利用待测物在气体流动相和固定在惰性固体表面的液体固定相之间的分配原理实现分离。

当组分流出色谱柱后，立即进入检测器，检测器能够将样品组分的存在与否转变为电信号（电信号的大小与被测组分的量或浓度成比例），放大并记录下来。

气相色谱仪由气路系统、进样系统、柱分离系统、检测器、数据处理系统组成（图1）。

气路系统：获得纯净、流速稳定的载气。

包括压力计、流量计及气体净化装置。

进样系统：将样品汽化并导入柱分离系统。

常以微量注射器（穿过隔膜垫）或六通阀，将液体样品注入汽化室，通常六通阀进样的重现性好于注射器。

柱分离系统：柱分离系统是色谱分析的心脏部分。

分离柱包括填充柱和开管柱（或毛细管柱）。

检测器：常用的检测器主要有火焰离子化检测器（FID）、火焰热离子检测器（FTD）、火焰光度检测器（FPD）、热导检测器（TCD）、电子俘获检测器（ECD）等。

图1 气相色谱仪结构图Fig. 1 Structure diagram of gas chromatographECD主要对含有较大电负性原子的化合物响应。

它特别适合于样品中卤代农药和多氯联苯等微量污染物的分析。

从色谱柱流出的载气(N2或Ar)被ECD内腔中的放射源电离，形成次级离子和电子(此时电子减速)，在电场作用下，离子和电子发生迁移而形成电流(基流)。

当含较大电负性有机物被载气带入ECD内时，将捕获已形成的低速自由电子，生成负离子并与载气正离子复合成中性分子，此时，基流下降形成“倒峰”被记录并转换成正峰。

图2电子捕获器工作原理Fig.2 working principle of ECD3 仪器与试剂3.1仪器Thermo TRACE 1300气相色谱仪；检测器：电子捕获检测器（ECD）；GC-ECD仪器参数：进样方式：自动进样；进样量：1 μL；进样口温度：250 ℃；检测器温度：300 ℃；升温程序：初始温度100 ℃ ，保持1 min；以50 ℃/min速率升至300 ℃，保持3 min；毛细管柱：HP-5；30 m×0.32 mm i.d.，0.25 μm 。

3.2试剂将3个单标和4个待测样均加入2,4-D (1 mg/L )作为内标物：单标一：七氯(1 mg/L)+2,4-D (1 mg/L )；单标二：三氯杀螨醇(1 mg/L )+ 2,4-D ( 1 mg/L)；单标三：p,p-DDT(1 mg/L )+ 2,4-D (1 mg/L )；待测样品三；正己烷（色谱纯）。

4 实验步骤1）进样方式：自动进样；进样量：1.00 μL；进样口温度：250 ℃；检测器温度：300 ℃；升温程序：初始温度100 ℃，保持1 min；以50 ℃/min速率升至300 ℃，保持3 min。

2）进单标，记录目标物的保留时间和峰面积。

3）进待测样，记录各物质保留时间和峰面积。

5 实验数据与结果在设定的仪器工作条件下，图3-6分别为进单标一、单标二、单标三和待测样品三的谱图。

由图像可得3次进样的保留时间和色谱峰面积（表1）。

图3 单标一色谱图Fig. 3 Standard of the single-1 chromatogram图4 单标二色谱图Fig.4 Standard of the single-2 chromatogram图5 单标三色谱图Fig. 5 Standard of the single-3 chromatogram图6 待测样品三色谱图Fig. 6 Chromatogram of the sample-3 to be tested表1 实验数据记录表Tab. 1 Experimental data record table样品名称保留时间（min）峰面积（kHz·min）判断单标一4.417 2.7282,4-D5.297 4.681七氯单标二4.417 2.2282,4-D5.535 2.609三氯杀螨醇单标三4.418 2.3292,4-D 6.652 4.786p,p’-DDT样品三4.418 1.9782,4-D5.537 2.261三氯杀螨醇6.642 3.903p,p’-DDT5.1 内标物的保留时间在相同的仪器操作条件和方法下，相同的有机物有同样的保留时间。

由三次进单标的实验结果，内标物的保留时间约为（4.417 + 4.417 + 4.418）/ 3 min = 4.417 min。

5.2 三个单标的RRF相对响应因子RRF x/is=A x C isA is C x，其中C x、C is分别代表目标物、内标物的浓度，C x为1.00 mg/L，C is为1.00 mg/L；A x、A is分别代表目标物、内标物的峰面积。

七氯的相对响应因子RRF七氯/is =A x C isA is C x=1.176；三氯杀螨醇的相对响应因子RRF三氯杀螨醇/is =A x C isA is C x=1.171；p,p’-DDT的相对响应因子RRF p,p’-DDT/is=A x C isA is C x=2.055。

5.3 待测样品各物质浓度待测样品有三个明显峰，由保留时间可判定分别为2,4-D，三氯杀螨醇和p,p’-DDT。

待测样品中三氯杀螨醇的浓度C三氯杀螨醇=A x C isA is RRF三氯杀螨醇=0.176 mg/L，p,p’-DDT的浓度为C p,p’-DDT=A x C isA is RRF p,p’-DDT=0.960 mg/L。

6问题及讨论6.1 问题（1）毛细管色谱柱较传统的填充柱有哪些优势，为什么目前得到广泛的使用？答：填充柱气相色谱法使用的是填充色谱柱，既有气液色谱也有气固色谱，常见管材为不锈钢、玻璃、聚四氟、铜、铝等，除玻璃材质外，其他种类的不易损坏，填充柱分离能力较差，柱效较低。

毛细管气相色谱法使用的是毛细管色谱柱，为气液色谱，材质为石英玻璃，长度在几十米甚至上百米，分离效果更好，柱效更高。

毛细管色谱柱具有分离效能高、柱渗透性好、柱容量小、易实现气质联用，因而被广泛使用。

（2）气相色谱操作工程中，为什么采取程序升温，如何设置程序升温？答：①程序升温，是指色谱柱的温度按设置的程序连续地随时间线性或非线性逐渐升高，以使低沸点组分和高沸点组分在色谱柱中都有适宜的保留、色谱峰分布均匀且峰形对称。

各组分的保留值可用色谱峰最高处的相应温度即保留温度表示。

程序升温具有改进分离、使峰变窄、检测限下降及节约省时间等优点。

②在柱温菜单里设置，依次设置“起始温度-平衡时间-升温速率-终止温度-平衡时间（升温速率-终止温度-平衡时间）”设置多阶程序升温时设置括号里的内容，可重复。

（3）请简述气相色谱常用检测器（氢火焰离子化检测器、电子捕获检测器、火焰光度检测器）的工作原理，详细说明应用范围及优缺点。

答：①氢焰检测器为质量型检测器，具有灵敏度高、响应快、线性范围宽等优点，是目前最常用的检测器之一，但对在氢焰中不电离的无机化合物不能检测；②热导检测器为浓度型检测器，其特点为对任何气体均可产生响应，通用性好，线性范围宽、价格便宜、应用范围广。

但灵敏度较低；③电子捕获检测器为浓度型检测器，具灵敏度高、选择性好的特点。

是目前分析痕量电负性有机化合物最有效的检测器。

但对无电负性的物质如烷烃等几乎无响应。

（4）试说明从进样口→色谱柱→检测器温度存在何种规律？这么设定的原因是什么？答：（1）进样口的温度要高于被分析物的沸点，确保所有分析物经过进样口进样后能够完全气化。

既要保证样品全部组分瞬间完全气化，又不引起样品分解。

温度过低，气化速度慢，使样品峰扩展，产生伸舌头峰；温度过高则产生裂解峰，而使样品分解。

温度是否合适，可通过实验检查；如果温度过高，出峰数目变化，重复进样时很难重现；温度太低则峰形不规则，出现平头峰或伸舌头宽峰；若温度合适则峰形正常，峰数不变，并能多次重复[1]。

（2）柱温低有利于分配，有利于组分的分离，但温度过低，被测组分可能在柱中冷凝或者传质阻力增加，使色谱峰扩张，甚至拖尾。

柱温高有利于传质，但柱温高过时，分配系数变小，不利于分离。

一般通过实验选择最佳柱温，要使物质对既完全分离，又不使峰形扩展、拖尾。

经验表明选择的柱温等于样品的平均沸点或高于平均沸点10度时最为适宜[1]。

（3）检测器温度一般等于或者高于进样器20摄氏度左右。

6.2 讨论在实验前，助教再次讲解了仪器的工作原理，以及如何设置参数，做实验过程中，我们也都认真学习了实验操作步骤以及注意事项。

并且解答了我的疑问，色谱峰的出现时间与相应被测物的浓度无关，所以不影响我们定性。

参考文献:[1] 刘珍. 化学员读本[M]. 化学工业出版社, 2004.。