气相色谱的原理定性定量分析

气相色谱的原理及定性定量分析

基本原理

气相色谱是将有机物分离的一种方法，它也可以对混合物的组成进行定性定量分析。混合物是通过在流动相和固定相中的相作用而分离的。流动相和固定相构成色谱法的基础。流动相可以有气体和液体两种状态，固定相则有液体和固体两种状态。流动相是气体的称作气相色谱。流动相是液体的称做液相色谱。气相色谱是一种分配色谱，其固定相是由特定的液体黏附在一些固体基质上组成的。

各种气相色谱仪虽然在功能、价格和操作上有所不同，但其都是由气流系统、分离系统、检测系统和数据处理系统所组成的。如下图：

气相色谱的气流系统主要包括气源和气体纯化及调节装置。气源一部分是作为流动相

的载气，我们所使用的载气是氮气。气源的另一部分是作为后期检测所用的燃烧气体，主要是氢气和空气。由于进入分离系统的气体纯度需要保证，所以不论气源纯度如何，都应通过气体净化装置才能进入色谱分离系统。虽然根据检测器或色谱柱不同，气相色谱的气体纯度有所差异，但所有气体的纯度至少要达到99％以上，许多情况下应达99?99％。气相色谱分离系统包括样品汽化室和色谱柱两部分。气相色谱分离技术需要所测有机物样品必须在气态才能进行，因此，首先需要将液态或固态的样品加热(100一300℃)汽化才能进入色谱柱进

行分离。这样气相色谱进样是用人工或自动注射的方式将有机样品首先注入汽化室。

气相色谱的定性定量分析

气相色谱主要功能不仅是将混合有机物中的各种成分分离开来，而且还要对结果进行定

性定量分析。所谓定性分析就是确定分离出的各组分是什么有机物质，而定量分析就是确定分离组分的量有多少。色谱在定性分析方面远不如其它的有机物结构鉴定技术，但在定量分析方面则远远优于其它的仪器方法。

有机物进入气相色谱后得到两个重要的测试数据:色谱峰保留值和面积，这样气相色谱可根据这两个数据进行定性定量分析。色谱峰保留值是定性分析的依据，而色谱峰面积则是定量分析的依据。

㈠定性分析

气相色谱的定性分析主要有保留值定性法、化学试剂定性法和检测器定性法。气相色谱的保留值有保留时间和保留体积两种，现在大多数情况下均用保留时间作为保留值。在相同的仪器操作条件和方法下，相同的有机物应有同样的保留时间，即在同一时间出峰。但必须注意：有同样保留时间的有机物并不一定相同。气相色谱保留时间定性分析方法就是将有机样品组分的保留时间与已知有机物在相同的仪器和操作条件下保留时间相比较，如果两个数值相同或在实验和仪器容许的误差范围内，就推定未知物组分可能是已知的比较有机物。但是，因为同一有机物在不同的色谱条件和仪器中保留时间有很大的差别，所以用保留时间值对色谱分离组分进行定性只能给初步的判断，绝对多数情况下还需要用其它方法作进一步的确认。一个最常用的确证方法是将可能的有机物加到有机样品中再进行一次气相色谱分析，如果有机样品中确含已知有机物的组分，则相应的色谱峰会增大。这样比较两次色谱图峰值的变化，就可以确定前期初步推断是否正确。

㈡定量分析

气相色谱是对有机物各组分定量分析最有效的方法，其准确性远远超越光谱和质谱等仪器对有机物组分的定量分析。所谓定量分析就是要通过气相色谱测试有机混合样品中各种组分的准确含量。气相色谱的定量分析是指在某些条件限定下，仪器检测系统的响应值(色谱峰面积)与相应组分的量或浓度成正比关系。这样气相色谱的定量分析首先要取得很好的分离和定性效果，即有机混合物中的各组分要被完全分离开，没有很好分离的气相色谱结果是不能进行定量分析的。其次要解决色谱峰面积和组分重量的关系问题，这方面涉及色谱峰面积准确测量，定量校正因子和定量计算方法3个根本性问题。因此，气相色谱的定量分析实质上就是如何测定色谱峰面积，并在确定定量校正因子的基础上选择合适的定量计算方法。

⑴色谱峰面积测量

有机样品进入气相色谱，各组分经过检测器就产生相应的响应信号，这种信号就是色谱峰。信号的大小与各组分含量相关，因而色谱峰面积大小就与相应组分的浓度显著相关。这样，气相色谱定量分析首先要准确得到待分析组分的色谱峰面积。对于完全分开并且对称的标准色谱峰面积的确定是很容易的事情，但大多数情况下气相色谱峰并不是理想的，对于这类色谱峰面积的测量需要采取许多办法。现在的气相色谱仪都有计算机数据处理系统，使用积分仪，在设定合适的参数后就可以直接给出色谱峰面积数据。色谱峰面积的准确测量非常重要，它是气相色谱定量分析最基本的数据。

⑵定量校正因子

由于仪器条件和其它因素的影响，进入气相色谱中有机物各组分的真实量或浓度与仪器检测器的响应信号并不完全相同，也就是说各组分的量或浓度(W)并不等同于色谱峰面积(A)，但两者成正比关系，可用下式表示:

W = f × A

上式中f是定量校正因子，它与气相色谱仪器操作条件和检测器类型等都有关系。一般而言，热导检测器在氢气和氦气为载气旷定量校正因子基本上可以通用，两者误差不超过3，但若用氮气作载气，则校正因子不再可用。

气相色谱定量校正因子的测定有很多种方法，也涉及太多的数学转换，但主要原理是用已知组分的标准物质，以准确的量加入到有机混合样品中，然后进行气相色谱分析，所得峰面积进行必要的计算分析就可以得到校正因子。一般来说，对于同一仪器，同一批有机物样品，在做气相色谱定量分析前都需要测定定量校正因子，而不能参考文献或在其它条件下测定的定量校正因子。

定量校正因子测量一般使用已知浓度的基准物质和被测物质，在设定的色谱条件下，然后以准确体积进样，最后根据所得色谱峰面积和进样量可以依据下式求出校正因子:

f = A1m2 / A2m1

上式中A1和A2分别是基准物质和被测物质的色谱峰面积;m1和m2分别是基准物质和被测物质的进样量或浓度。

只要有了定量校正因子，就可以根据色谱峰面积对各组分进行定量分析。必须指出:

气相色谱的定量校正因子是针对相应的组分而言的，也就是说气相色谱图上的每一个峰都有一个校正因子，而不是一个校正因子适用于全部组分。如表所示: