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093858
一. 实验目的
张亚辉
气相色谱法测定苯系物
1、掌握气相色谱保留值定性及归一化法定量的方法和特点； 2、熟悉气相色谱仪的使用，掌握微量注射器进样技术。 二. 实验仪器与试剂
1. GC-2000型气相色谱仪，4台 2. 医用注射器，1支 3. 苯、甲苯、二甲苯混合物 三．实验原理
气相色谱法是以气体（载气）作为流动相的柱色谱分离技术，它主要是利用物质的极性或吸附性质的差异来实现混合物的分离，它分析的对象是气体和可挥发的物质。
顶空气相色谱法是通过测定样品上方气体成分来测定该组分在样品中的含量，常用于分析聚合物中的残留溶剂或单体、废水中的挥发性有机物、食品的气味性物质等等，其理论依据是在一定条件下气相和液相（固相）之间存在着分配平衡。顶空气相色谱分析过程包括三个过程：取样，进样，分析。根据取样方式的不同，可以把顶空气相色谱分为静态顶空气相色谱和动态顶空气相色谱。本实验采用静态顶空气相色谱法。
色谱定量分析，常用的方法有峰面积（峰高）百分比法、归一化法、内标法、外标法和标准加入法。本实验采用归一化法。归一化法要求所有组分均出峰，同时还要有所有组分的标准样品才能定量，公式如下：
xifiAi100%fAii（1）
式中xi代表待测样品中组分i的含量，Ai代表组分i的峰面积，fi代表组分i的校正因子。
因为所测样品为同系物，我们可以简单地认为各组分校正因子相同，则（1）式可化简为
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A
xii100%Ai
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载气携带被分析的气态混合物通过色谱柱时,各组分在气液两相间反复分配，由于各组分的K值不同，先后流出色谱柱得到分离。 气相色谱的结构如下所述： （1）气路系统(Carrier gas supply)
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。
载气：要求化学惰性，不与有关物质反应。载气的选择除了要求考虑对柱效的影响外，还要与分析对象和所用的检测器相配。
净化器：多为分子筛和活性碳管的串联，可除去水、氧气以及其它杂质。 （2）进样系统：进样器+气化室
液体进样器：不同规格的专用注射器，填充柱色谱常用10μL；毛细管色谱常用1μL；新型仪器带有全自动液体进样器，清洗、润冲、取样、进样、换样等过程自动完成，一次可放置数十个试样。
气体进样器：推拉式、旋转式（六通阀）。
气化室：将液体试样瞬间气化的装置。无催化作用。 （3）柱分离系统
填充柱：内径2~4 mm，长1~3m，内填固定相；
毛细管柱：内径0.1~0.5mm，长达几十至100m，涂壁固定液毛细管柱因渗透性好、传质快，因而分离效率高(n可106)、 分析速度快、样品用量小。
柱温：是影响分离的最重要的因素。（选择柱温主要是考虑样品待测物沸点和对分离的要求。）柱温通常要等于或略低于样品的平均沸点(分析时间20-30min)；对宽沸程的样品，应使用程序升温方法。 （4）检测系统
检测器是气相色谱仪的关键部件。实际应用中，通常采用热导检测器(TCD)、氢火焰离子化检测器(FID)、电子捕获检测器(ECD)等，本实验选用热导检测器的结构，主要根据不同的气体有不同的热导系数，对待侧物进行检测。热导检测器包括：池体（一般用不锈钢制成）；热敏元件：电阻率高、电阻温度系数大、且价廉易加工的钨丝制成；参考臂：仅允许纯载气通过，通常连接在进样装置之前；测量臂：需要携带被分离组分的载气流过，则连接在紧靠近分离柱出口处。 四、实验条件
色谱柱：长2m，102白色担体60～80目，涂渍角鲨烷或PEG为固定液，液担比为5﹕100
柱温：80，气化室温度：100，检测器温度120， 载气：氢气 五、实验内容
（1）配制苯、甲苯、二甲苯标准混合液（各取1,5,5）取1μL，测谱图，归一
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化法定量；理解f的含义
（2）比较不同柱温色谱峰的分离情况（80度vs90度）
六、数据处理
（1) 给出定性报告，分别指出不同保留时间所对应的物质，并说明理由； 苯 甲苯 间二甲苯 对二甲苯 邻二甲苯 沸点 80.1 110.6 139.1 138.2 144.4
据表知，按沸点排序，苯<甲苯<对二甲苯<间二甲苯<邻二甲苯,因为沸点低的先出峰，而对二甲苯和间二甲苯沸点只相差0.9，故不能够分离开而共同显示一个峰。所以，第一个峰为苯，第二个峰为甲苯，第三个峰为对二甲苯和间二甲苯的混合物，第四个峰为邻二甲苯。
（2) 利用归一化法计算出分析物中各组分的相对百分含量。
含量(%) 苯 甲苯 间（对）二甲苯 邻二甲苯 4 下 70 8.306 44.669 37.01 10.015 4 下 85 9.466 45.544 34.865 9.758 3 下 70 9.049 45.862 35.275 9.814 3 下 100 9.137 45.769 34.735 10.36 1 下 75 9.041 46.318 34.69 9.951 1 下 100 10.314 45.295 34.252 10.139 平均值 9.173 45.618 34.636 9.935 上表平均值为去掉某些偏差比较大的数据后计算的的平均值，从表可看出，苯的百分含量9.173，甲苯百分含量45.618，间（对）二甲苯百分含量34.636，邻二甲苯百分含量9.935。
（3）不同柱温色谱峰的分离情况比较
4 下 70302520151050024681012信号值(毫伏)
序号
0 1 2 3
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组份名
保留时
峰高(微
间(分
伏)
钟)
2.15 5525 3.825 18342 6.9 6504 8.767 2053 峰面积
(微伏*秒)
77848.8 418659 346871.5
93860
峰形 VV VV VV VB
含量(%) 8.306 44.669 37.01 10.015
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4 下 8580706050403020100-100信号值(毫伏)12345678
序号
0 1 2 3 4 5
组份名
保留时峰面积
峰高(微
间(分(微伏*峰形
伏)
钟) 秒) 0.483 151 2068 BV 1.058 237 5808.5 VV 1.592 15994 202917 VV 2.592 549 976261.3 VV 4.425 22224 747356 VV 5.408 7739 209159.5 VB
含量(%) 0.096
0.271 9.466 45.544 34.865 9.758
3 下 7045403530252015105001234567信号值(毫伏)
序号
0 1 2 3
组份名
保留时
峰高(微
间(分
伏)
钟)
0.975 7983 1.792 26313 3.258 9201 4.092 3330 峰面积
(微伏*秒)
53066.3 2651.5 206860.5
57552
峰形 VV VV VV VB
含量(%) 9.049 45.862 35.275 9.814
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3 下 1008070605040302010000.511.522.53信号值(毫伏)
序号
0 1 2 3
组份名
保留时
峰高(微
间(分
伏)
钟)
0.567 13981 0.85 55216 1.358 27048 1.65 9097 峰面积
(微伏*秒)
981.3 325513 247035.5 73678.8
峰形 VV VV VV VB
含量(%) 9.137 45.769 34.735 10.36
1 下 7545403530252015105000.511.522.533.54信号值(毫伏)
序号
0 1 2 3
组份名
保留时
峰高(微
间(分
伏)
钟)
0.933 7344 1.517 29357 2.567 13939 3.167 4661 峰面积
(微伏*秒)
61131.5 313186.3 234562.5
67286
峰形 VV VV VB I BB
含量(%) 9.041 46.318 34.69 9.951
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1 下 100605040302010000.511.522.53信号值(毫伏)
序号
0 1 2 3
组份名
保留时
峰高(微
间(分
伏)
钟)
0.6 11756 0.825 44734 1.217 25242 1.483 7728 峰面积
(微伏*秒)
62757.3 275601 208408.3 61691.5
峰形 VV VV VV VB
含量(%) 10.314 45.295 34.252 10.139
1 上 100302520151050-50-1012345678信号值(毫伏)
保留时峰面积
峰高(微
序号 组份名 间(分(微伏*峰形 含量(%)
伏)
钟) 秒)
0 1.3 71 012 BB 5.814 1 2.133 31287 827917.5 BB 54.081 2 3.867 13065 613952.5 BB 40.104
1）同样是一号，柱温100时，下面极性色谱柱有四个峰，而上面非极性色谱柱只有三个峰，故用下面的极性色谱柱比较好。
2）同一台机器，柱温高比柱温低时出峰快，流出时间短。这是因为分配平衡进行的比较快。而且柱温高的峰形比较好，说明分离的较完全；峰高要高，说明更
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容易被检测器测到。 七、思考题
1. 比较填充色谱柱与毛细管色谱柱的区别；
填充色谱柱是将颗粒状的固定相以填充的形式装入柱管形成的色谱柱。毛细管柱主要以开管柱的形式存在，所谓开管柱，是将固定相固定在柱管的内壁形成的色谱柱。填充柱的内径较粗（3~5mm），柱长较短（约1~3m），毛细管色谱柱的内径较细（约0.2~0.5mm），柱长较长（约20~100m）。涂壁固定液毛细管柱因渗透性好、传质快，因而分离效率高(n可106)、分析速度快、样品用量小。
据资料统计，日常色谱分析工作中大约有80%是采用填充柱完成的。填充柱在分离效能和分析速度方面比毛细管柱差，但填充柱是的制备方法比较简单，定量分析的准确度较高，特别是在某些分析领域（如气体分析、痕量水分析）具有独特用途。
2. 查阅填充色谱柱的应用实例，标明文献的出处。
填充柱超临界流体色谱在中药中的分析与制备应用 中医药学刊 填充柱气相色谱仪器性能对白酒分析的影响 酿酒科技
填充柱气相色谱用于双氧水工作液组分测定的分析方法 化工进展
填充柱气相色谱法同时对空气中正己烷、苯系物、酯类、酮类的快速测定 现代预防医学
填充柱气相色谱法测定有机溶剂中的水 广东化工
填充柱气相色谱法快速测定发酵废水提取物中丙/乙酸含量 分析试验室 填充柱GC-FPD法快速检测毒鼠强 中国卫生检验杂志 气相色谱填充柱法测定污水中的低分子脂肪酸(VFA) 分析试验室 3. 请指出哪些因素将会影响实验结果；
载气的种类、流速，色谱柱的种类（固定液的选择、涂渍等）、柱温等都会影响实验结果。
4. 简单说明顶空气相色谱的特点及应用领域；
顶空是气相色谱仪的一种进样设备，普通的气相色谱是用进样针进样，进样体积在ul级别，样品为液体；顶空进样进样体积在ml级别，进入气相色谱的为气体；一般测物质里易挥发的杂质用顶空测试比较好，比如测残留溶剂，比如检测空气中的有机污染物，这些情况要么需要大体积进样，要么需要进气体样品进行分析，顶空进样很好的满足这些要求。
将待测样品置入一密闭的容器中，通过加热升温使挥发性组分从样品基体中挥发出来,在气液(或气固)两相中达到平衡,直接抽取顶部气体进行色谱分析,从
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而检验样品中挥发性组分的成分和含量。
顶空气相色谱可用于药物残留溶剂分析、水中挥发性组分分析等。顶空气相色谱法也是测试高聚物化学稳定性的一种快速而又简便的方法。取容器中的气体进行气相色谱分析，则可了解在各种温度下容器材料的抗水蒸汽、抗HCl气等的性能。
顶空气相色谱法由于具有低检测限、快速简便等特点，因而在食品卫生、环境保护、合成材料、生物化学等众多领域中得到广泛应用。 5．详述气相色谱中其他的定性或定量方法及各自的优缺点。 一、色谱定性分析方法 利用与纯标准样对照分析 1.保留值指定性
若试样中某组分与标准样的保留值相同，则该组分可能是与标准样相同的物质。 2.加入纯标准样定性
若某组分的峰高增加，则该组分可能是与标准样相同的物质。 3.双柱定性
以上方法均是在一根色谱柱中进行的，不能排除在同一根色谱柱中不同物质有相同保留值的可能。若在两根不同极性的色谱柱中试样中某组分与标准样的保留值均相同，则该组分便是与标准样相同的物质。 利用与文献值对照分析 1.相对保留值定性 2.保留指数定性
利用与质谱或红外光谱等仪器联用
利用色谱的强分离能力和质谱的强定性能力，对待测物进行分析。 二、色谱定量分析方法 1.归一化法
使用条件：试样中所有的组分必须全部出峰。 2.内标法
基本思想：准确称取一定量的内标标准物质和试样，测出待测组分和内标标准物质的峰面积。
使用条件：1）内标物质必须是试样中不存在的物质；2）内标标准物质和试样必
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须准确称量，并混合均匀；3）内标标准物质和待测组分的色谱峰在相近的位置，并且所产生的峰面积相差不大。 3.外标法
基本思想：配置一系列已知浓度为%i的标准溶液；在相同的分离操作条件下，以相同的量进样，分别测出峰面积A；按%i对A作图，得标准曲线。 使用条件：进样量和分离操作条件必须保持完全相同。 八、分析与讨论
在环境监测领域中，习惯用“苯系物”一词代替单环芳烃。水环境中最常见的苯系物通常为苯的一元取代物和二元取代物，如苯、甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯等，它们的生产量和使用量占芳烃总量的90%以上，广泛应用于染料、塑料、合成橡胶、合成树脂、合成纤维、合成药物及农药等行业中，是非常重要的一类化工原料。苯系物中苯为世界卫生组织公布的具有致癌、致畸、致突变作用的有害污染物，其他几种化合物对人体和水生物均有不同程度的毒性。在我国工业污染源调查的17 个重点行业中，苯系物在15 个行业中都作为产品或原料使用。19 年中国水环境优先控制污染物中包括6 种苯系物，美国1977 年公布的水中129 种优先控制污染物中苯系物占3 种。
苯系物在自然环境中是不存在的，与其他烃如甲烷、萜类化合物、多环芳烃不同，苯系物如在自然界中发现，就是因人类活动而产生的。苯系物主要通过化工生产的废水和废气进入水环境和大气环境。由于苯系物微溶于水，降水可从大气中凝集挥发性苯系物，直接或间接地进入地表水中。因此，苯系物的测定可在一定程度上反映原水、废水与工业生产用水的水质污染状况。我国《污水综合排放标准》（GB 78-1996）和《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）均规定了苯系物浓度限值，确保苯系物浓度不超过容许限值。苯系物的测定对于环境管理部门掌握区域河流污染、饮用水水质质量、保障区域人民用水安全以及调整区域宏观，具有重要的理论和科学依据。
实践与理论终归有不同，三、四号机器用上面色谱柱只有一个峰，但是却找不到为什么物质没有分离的原因。总会有一些仪器故障出现，而这需要专门的途径去解决。
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