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气相色谱分析实验结果分析(一)

发布时间:2017-10-07 00:00 作者:中国标准物质网 阅读量:5327

为了保护色谱柱、降低噪声、防止生成新物质(杂峰),需要在进样前对样品进行处理。需要除去水、乙醇和可能被柱强烈吸附的极性物质,这类物质会使柱效下降;除去样品中的非挥发性组分,防止产生噪声;除去不稳定物质,以免产生杂峰。对于实验结果的分析分为两个部分:定性分析和定量分析。

a.定性分析

一个混合物样品,经气相色谱分离后,得到一系列色谱峰,首先需要定性分析来鉴别这些峰是属于什么物质。目前,色谱定性方法很多,现将常用的定性方法介绍如下。

1.利用保留值定性

在一定的色谱条件下,每一种物质都有确定的保留值,依据这一特性即可定性。但是,在相同的色谱条件下,具有相同保留值的两物质不一定是同一种物质,这就要求利用保留值定性时必须慎重,严格控制实验条件的稳定和一致。常有下列儿种方法。

(1)利用保留时间定性

该法比较简单、方便。在一定的色谱条件下,将未知样、标准物质分别进行色谱分离,然后对它们的tR进行比较,如果未知样的组分与标准物质的tR相同,就认为它们属于同一物质。要求载气流速、载气温度和柱温都保持恒定,任何一种色谱条件的微小变化都会影响保留值的测定。

也可测定VR进行定性,而且VR不受载气流速变化的影响。

峰加高也是常用的方法,就是在少量的试样中加入一定的标准物质后混合均匀,观察加入标准物质前后色谱峰高的变化,如果峰加高,则认为试样和标准物质属于同一物质。这种定性方法的可靠性欠佳,因为不同的物质可能有相同的tR,可通过其他定性方法加以检验。

(2)利用比保留体积定性

比保留体积从为273K时每克固定液的净保留体积,

(6-39)

式中,VN为净保留体积,为平均柱压下的调整保留体积,即用压力梯度校正因子修正的调整保留体积(VN=jV'R);Tc为色谱柱的绝对温度,K:ms、为固定液的质量,g。

从式(6-39)中对比保留体积从进行了调整保留体积、固定液质量以及柱温三方面的修正,则较其他保留值更精确。计算出组分与标样的比保留体积并进行比较即可定性,这也是一种常用的定性方法。但是要注意,由于固定液在使用中总会流失,所以计算出的Vg、值也会发生变化,影响定性的准确性。

(3)利用相对保留值定性

用相对保留值定性可依据式(6-40),

(6-40)

由式(6-40)可知,r12值只与固定液性质、组分的性质以及柱温有关,而与固定液的含量以及其他操作条件无关,因此测量比较准确。在相同的色谱条件下,若未知组分与标准样的r12值相同,则认为它们属于同一种物质。

(4)利用保留指数定性

利用绝对保留值定性受到色谱操作条件的影响较大,且受到标准物的限制,因而重复性差。利用相对保留值定性时,对于多组分的混合物,若只选择一种标准物时,那些保留值离标准物较远的组分,其相对保留值测定误差较大;若选用一个以上的标准物时,其保留值又有所不同,因此该法受标准物的限制比较大。

为了克服以上定性指标的缺点,Kovats在1958年提出保留指数的测定,其测定方法是把某组分的保留行为用两个靠近它的正构烷烃来标定,并均一标度表示。某组分的保留指数(Ix)能够用式(6-41)进行计算,

(6-41)

式中,t'Rx为某组分的调整保留时间;t'Rz、t'Rz=1为具有Z和(Z+1)个碳原子的正构烷烃的调整保留时间。

选定两个止构烷烃,使待测组分的保留值t'Rx恰在两正构烷烃之间,t'Rz≤t'Rx≤t'RZ+1(6-42)规定正构烷烃的保留指数为100Z,则正戊烷的I5=500,正己烷的I6=600,正庚烷的I7=700等,这样待测组分的保留指数就在它们之间。在进行定性时,只需使用两个正构烷烃作为标准,不必另外使用其他的标准参照物,将被测物的Ix值直接与文献值对照,即可做出判断。但因Ix值仍与柱温、固定液有关,测定Ix值时需与文献值的操作条件一致。

保留指数不受色谱操作条件的影响,它只与柱温和固定相的性质有关,保留指数的重现性和准确度比较好,因而利用保留指数定性结果比较可靠。其局限是,由于作为标准物的正构烷烃是非极性的,对于一些结构复杂的天然产物和一些多官能团的化合物,一般是无法利用保留指数来定性的。

(5)利用双柱定性

在实际操作中有时会出现几种物质的保留值一致的情况,这样就无法定性。此时可采用两根极性相差较大的柱子定性。实验结果表明,同系物(如醇类、酯类)在两种极性不同的固定相上的保留值的对数值呈线性关系

lgal=blga2+c                       (6-43)

式中,al,a2分别为在1,2号柱子上的保留值;b,c为常数。

当未知组分和标准样在两根柱子上的保留值均相同时,则可认为前后两者为同一物质。

2.利用保留值经验规律定性

在实际工作中,当找不到标准物质时,除可采用保留指数定性外,还可以利用保留值变化的有关规律来定性。

(1)沸点规律

实验表明,许多类型的同系物,在各种固定相上的保留值的对数与沸点呈线性关系,

1grl2=al-blT                       (6-44)

式中,a1,b1为经验常数;T为沸点。

将r12值换成Vg,V'R或其他保留值,也有相类似的规律。利用式(6-40)可做定性鉴定。

(2)碳数规律

在同一实验温度下,同系物的调整保留值的对数与分子中的碳原子数呈线性关系,一般碳原子数小的先出峰,其表达式如式(6-45)所示,

lgt'R=a2+b2n                       (6-45)

式中,a2,b2为常数;n为分子中的碳原子数。

这个规律适用于芳烃类、烷烃类、脂肪酸类、酯类、醛类、酮类、醇类、硫醇、硝基化合物、脂肪胺、呋喃以及吡啶等的同系物。在定性分析中,由式(6-45)可知,当知道了同系物中两个或两个以上组分的保留值就可以计算其他碳数组分的保留值;当知道未知同系物的调整保留值或容量因子的对数值,也可以从碳数规律曲线上计算出该组分的碳数;

3.利用化学反应定性

利用化学反应定性是指将待分析组分在柱前、柱中和柱后进行化学反应处理后分离定性,常用的方法有如下几种。

(1)利用衍生物定性

当实际工作中出现以下几种情况可采用衍生物定性:首先,有机化合物中存在某些难挥发、热不稳定性或极性很强的物质,不能或难以直接进入色谱柱的情况下,如酸类、糖类、醇类、胺类等;其次,对于难分离组分;再次,可通过衍生处理除去反应中不能生成衍生物的杂质;最后,可通过生成的衍生物来提高选择性检测器的灵敏度。这四种情况下可利用各种衍生反应生成的衍生物定性,也可以将初步定性的物质,通过将未知物和标准物同时转化成衍生物的方法定性,如果未知物与标准物的保留值变化相一致,则可认为它们是同一物质。

这种方法可克服直接分析的困难,使这些物质的分析变得比较容易。但是制备样品衍生物的时候要仔细,以免带来严重的错误。

(2)利用消除法定性

某些官能团与化学试剂反应后,样品中某种类型的组分消失,因而色谱图中不出峰。分别对未处理的样品和处理后的样品在相同的色谱条件下进行分析,对照处理前后的色谱图,以确定所消失的组分代表何种物质。这种消失法可以在柱上或注射器针筒内进行,也可以在单独的微型反应管中进行,然后将反应物注入色谱仪进行分析。

(3)利用柱后流出物的化学检验定性

收集经过色谱柱分离后的纯组分,通过分析纯组分的结构来定性。如通过官能团特征反应定性,也可以通过一些有机化合物结构认证方法来定性,如核磁共振法、红外光谱法等。

收集的方法可用溶剂共冷凝收集法、溶剂结晶收集法或用螺旋玻璃管冷凝收集法等。

4.利用选择性检测器定性

在相同的色谱条件下,同一样品在不同的检测器上有不同的响应信号,可利用检测器的这种选择性进行定性。如火焰光度检测对含S,P的物质特别敏感,可检测混合物中是否有S,P化合物。

在实际分析中多采用双检测器定性,两检测器可串联,也可并联。当两检测器并联在色谱柱出口时,样品通过色谱柱分离后,同时进入两个检测器中被检测,得到色谱图。含碳氢化合物与卤化物的混合物通过双检测器后,氢火焰离子化检测器对所有化合物均有反应,而碱金属火焰离子化检测器只对卤化物有响应,两者的响应特性有很大的差别,通过对照两者色谱图即可进行定性分析。

5.与其他仪器联用定性

气相色谱广泛应用,适合于多组分混合物的定量分析,而定性分析常常因物质不纯或几种物质保留值相近而难以准确判断,因此对组成复杂的混合物,其定性分析难以做出正确的判断。可将气相色谱与质谱、红外光谱、核磁共振谱等分析方法联用,发挥各自的长处。色谱柱分离后的组分直接进入其他仪器定性,以解决组分极其复杂的混合物的定性问题。

目前已发展了各种形式的联用仪器,其中色谱一质谱联用仪最有效,是实际工作中快速地将复杂混合物定性分析的手段之一。

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