GC法分离丁醇异构体及其含量测定(学生版1)

气相色谱实验-01

GC 法分离丁醇异构体及其含量测定

一、实验目的

1．掌握气相色谱仪的基本构成及基本操作

2．掌握色谱柱分离化学物质的原理，以及影响分离度的因素

3．掌握分离度的计算方法

4．掌握气相色谱中保留值定性与内标法定量的分析方法。

二、实验原理：

不同化合物之所以能够色谱分离是因为在色谱柱中停留时间的不同，停留时间取决于化合物与固定相的亲和能力。当样品通过进样口汽化进入色谱柱，化合物分子会溶解在固定相，随后在温度、气流作用下再次汽化到流动相，这个过程不断反复，微弱的性质差别被不断放大，直至流出色谱柱。与固定相亲和力强的化合物，汽化到流动相比较难，流出色谱柱的时间（保留时间Retention time ，Rt ）也就比较长，根据相似相溶的原理，不同极性的色谱柱适合分离相应极性的化合物；保留时间还取决于蒸汽压和汽化焓，即与沸点密切相关；保留时间受环境温度、流动相速度的影响也很明显。

色谱柱的分离能力是决定色谱分析成败的关键，现代气相色谱广泛采用高效率的毛细管色谱柱。毛细管色谱柱种类众多，按固定相的不同可分为非极性柱、弱极性柱、中等极性柱、极性柱等。本实验采用的色谱柱Rtx-1是一种非极性柱，固定相是高分子量聚二甲基硅氧烷，最高使用温度340℃。

在气液色谱中，有两种力同时影响组分的分离。即（1）建立在拉乌尔定律基础上的蒸汽压平衡力和（2）组分分子与固定相分子间的作用力。组分最终从柱后流出的次序就是这两种力相互“竞争”的结果。柱温严重影响分配系数，进而影响组分的分离度。一般地说，柱温降低，分配系数增大，分离改进。图1是典型的气相色谱图，Y 轴表示检测器电压，X 轴是从样品进样到某个组分流出的时间，即该组分的保留时间。如果色谱峰分离不理想，如图2的第二、第三峰，虽然可以简单地在峰谷画一条垂直线将两峰分离，但是在第三峰起始处仍然有第二峰分子的存在，无法准确标定峰面积与分子数之间的关系，因此有必要调整色谱条件，使各色谱峰得到良好分离（基线分离）。

分离度： )(2

1

)2(2/1)1(2/11

2W W t t R R R +-=

(1)

式中t R 为保留时间，W 1/2为半峰宽，计算时要注意单位。

定性分析：如果色谱条件保持不变，那么每次进样某个组分的保留时间应该是相同的，对于多组分混合物，若色谱峰均能分开，则可以将各峰的保留值，与各相应的标准样品在相同条件所测定的保留值进行对照，通过纯物质的标定可以确认混合样品色谱图中每个峰对应的物质。

定量分析：定量分析是建立在检测信号A i （峰面积）的大小与进入检测器的被测组分的量m i （浓度或质量等）成正比的基础上的，即：

m i =f i A i (2)

式中校正因子f i ，表示单位峰面积所代表的某种物质的质量，它与物质的性质有关。

图1、色谱图 图2、色谱峰分离不理想的色谱图

本实验气相色谱仪采用氢火焰离子化检测器（FID ），不同的化合物由于元素组成、化学结构的差异，在氢火焰中的离子化程度有明显差别，即相同质量的不同化合物体现的色谱峰面积（响应值）有明显差别，定量分析时必须进行校正。

称取一定量的纯待测物质m i 与纯标准物质m s ，混合均匀后取适量进样，从色谱仪得到的峰面积分别为A i 和A s ，这样i 物质相对于s 物质的相对校正因子可按下式求得：

i

s s A m A m f i i =

(3)

标准物质f s =1。

对丁醇混标所绘制色谱图，按公式计算其他组分对正丁醇的相对校正因子为：

正丁醇

标标正丁醇

m A A m f f f i i s i i =

=

, （假定正丁醇为内标物） (4)

对丁醇试样所绘制色谱图，按公式计算样品中各异构体的质量 样正丁醇

样正丁醇A A i '

⨯⨯

=m f m i i (5)

三、仪器与试剂

仪器：气相色谱仪：GC-2014日本岛津，载气：氮气，辅助气：氢气、空气

色谱柱：Rtx-1，长30m ，内径0.25mm ，固定液膜厚度0.25μm

分析天平：0.1mg 微量注射器：5μL ，两支 容量瓶：10mL ，6个 移液管：1mL ，四支，带刻度 胶头滴管：2支 洗耳球：2个

试剂：分析纯的无水乙醇 ；正丁醇 ；2-丁醇 ；2-甲基-1-丙醇；2-甲基-2-丙醇（叔丁醇），

定性标定溶液：分别取0.5mL 四个丁醇异构体标样于4个10mL 容量瓶中，加入无水乙醇定容（实验室提供）。

未知样品溶液：由实验室提供，已知正丁醇含量为0.4050g/10mL

四、实验步骤

1、按操作说明书使色谱仪正常运行，并设定一个初步的分析条件，如：

气体压力或流量：

氢气H2 (FID) = 55 kPa ；空气Air (FID) = 50 kPa

氮气N2 (carrier gas) = 1.0 mL/min ；分流比split ratio = 100

温度：

柱温column = 100 ºC；进样口injector = 200 ºC ；检测器detector = 200 ºC

2、标准溶液配制

定量标准溶液：分别取0.5mL四个丁醇异构体标样于同一个10mL容量瓶中，每个标样都需精确称量（精确到0.1mg），加入无水乙醇定容。

3、最佳色谱条件（柱温）的确定：微量注射器取1μL定量混合标准溶液，进样检验该色谱条件的适用

性，记录每个柱温（至少三个温度）的出峰情况，计算不同温度下第2、3组分之间的分离度。4、相对校正因子测定：微量注射器准确量取1μL定量混合标准溶液，在上述最佳色谱条件下进样，重

复测定三次，记录保留时间和峰面积，如果发现两者有明显变化，应再重复多次。

5、未知样品测定：微量注射器准确量取1μL未知样品溶液，在上述色谱条件下进样，重复测定三次，

记录保留时间和峰面积，如果发现两者有明显变化，应再重复多次。

6、定性标定：微量注射器分别取1μL各异构体的定性标准溶液，在上述色谱条件下测定各异构体的保

留时间。

7、实验结束后，关机。关闭氢气、空气，点击System off关机。仪器上的进样口/检测器温度降至

100℃以下可关闭主机电源并关闭载气、关闭计算机。

五、实验结果与讨论：

1、记录色谱操作条件和实验结果（见附件一）。

2、记录不同柱温下（至少3个温度）下组分2和3的保留时间和半峰宽，计算组分2和3的分离度，

并确定最佳柱温，在最佳色谱条件下打印混合标准样品色谱图（一张）。

3、确定色谱图中各色谱峰所对应的化合物。

4、计算以正丁醇为内标的各组分的相对校正因子，并求出平均值。

5、在最佳色谱条件下打印样品色谱图（一张），并计算样品中各异构体的含量（以三次测定的平均

值，g/L表示）

6、查各丁醇异构体的沸点和汽化焓，讨论它们与保留时间的关系

六、思考题

1、在Rtx-1色谱柱中，丁醇异构体的出峰顺序如何？与沸点、汽化焓有什么关系？

2、峰面积和相对校正因子在相对误差上有什么差别？为什么？

3、内标法定量有哪些优点？方法的关键是什么？

4、配制混合标准溶液时为什么要准确称量？测量校正因子时是否要严格控制进样量？

七、注意事项：

1、氢气是一种危险气体，使用过程中一定要按要求规范操作，实验室要有良好的通风设备。

2、实验过程中防止高温烫伤。

附件一