第二章 气相色谱法

余定华

博士，副教授

南京工业大学生物与制药工程学院 国家生化工程技术研究中心

上节课内容回顾 色谱分离理论 塔板理论 速率理论

第五节 色谱定性和定量分析

一、气相色谱定性分析气相色谱分析对象是在气化室温度下能成为气态的物 质。除少数外，大多数物质在分析前都需要预处理。例如，

样品中含有大量的水，乙醇或被强烈吸附的物质，可导致色谱柱性能变坏。一些非挥发性物质进入色谱柱，本身还会逐 渐降解，造成严重噪声。还有些物质，如有机酸，极性很 强，挥发性很低，热稳定性差。必须先进行化学处理，才能 进行色谱分析。

气相色谱法是一种高效、快速的分离分析技术，它可以在

很短时间内分离几十种甚至上百种组分的混合物，这是其他方法无法比拟的。但是，由于色谱法定性分析主要依据是保 留值，所以需要标准样品。而且单靠色谱法对每个组分进行 鉴定，往往不能令人满意。 近年来，气相色谱与质谱、光谱等联用，既充分利用色谱 的高效分离能力。又利用了质谱、光谱的高鉴别能力，加上 运用计算机对数据的快速处理和检索，为未知物的定性分析

开辟了一个广阔的前景。

1.与已知纯物质直接对照定性这是气相色谱定性分析中最方便，最可靠的方法。下图 是进行对照定性的示意图。这个方法基于在一定操作条件 下，各组分的保留时间是一定值的原理。如果未知样品，较 复杂，可采用在未知混合物中加入已知物，通过未知物中哪 个峰增大，来确定未知物中成分。

如果样品组成复杂，一些色谱峰比较密集，操作条件又不

易稳定，测出的保留值有误差，也可采用峰高增加法定性，即向未知样品中加入已知纯物质，若待定性组分的峰比原来 增大，表示样品中可能含有该已知物。 由于测量保留时间需要严格控制操作条件，重复性较差。 可采用保留体积和相对保留值α来对照定性。保留体积不受 载气流速变化的影响。相对保留值只与固定液性质、组分性 质及室温有关，而与固定液含量及其他操作条件无关，测量

较准确。

2.用经验规律和文献值进行定性分析 当没有待测组分的纯标准样时，可用文献值定性，或用气

相色谱中的经验规律定性。1. 碳数规律 大量实验证明，在一定温度下，同系物的

调整保留时间的对数与分子中碳原子数成线性关系，即

式中A1和C1是常数，n为分子中的碳原子数(n≥3)。该式说 明，如果知道某一同系物中两个或更多组分的调整保留值，

则可根据上式推知同系物中其它组分的调整保留值

2. 沸点规律 同族具有相同碳数碳链的异

构体化合物，其

调整保留时间的对数和它们的沸点呈线性关系，即

式中A2和C2均为常数，Tb为组分的沸点(K)。由此可见， 根据同族同数碳链异构体中几个已知组分的调整保留时间的 对数值，可求得同族中具有相同碳数的其他异构体的调整保

留时间。

3.根据相对保留值定性 利用相对保留值定性比用保留值定性更为方便、可靠。 在用保留值定性时，必须使两次分析条件完全一致，有时不 易做到。而用相对保留值定性时，只要保持柱温不变即可。

这种方法要求找一个基准物质，一般选用苯、正丁烷、环己烷等作为基准物。所选用的基准物的保留值尽量接近待测样 品组分的保留值。

4. 根据保留指数定性

保留指数又称Kovasts指数，是一种重视性较其他保留数据都好的定性参数，可根据所用固定相和柱温直接与文献值对 照，而不需标准样品。

5.双柱、多柱定性对于复杂样品的分析，利用双柱或多柱法更有效、可靠， 使原来一根柱子上可能出现相同保留值的两种组分，在另一 柱上就有可能出现不同的保留值。

6.与其他方法结合 气相色谱与质谱、Fourier红外光谱、发射光谱等仪器联

用是目前解决复杂样品定性分析最有效工具之一。

二、 定量分析气相色谱定量分析是根据检测器对溶质产生的响应信号与 溶质的量成正比的原理，通过色谱图上的面积或峰高，计算 样品中溶溶质的含量。

mi fi Ai mi Ai / SiSi:被测组分i对检测器的绝对灵敏度，即单位质量物质通过 检测器所产生的信号的大小。

1. 峰面积测量方法峰面积是色谱图提供的基本定量数据，峰面积测量的准确 与否直接影响定量结果。对于不同峰形的色谱峰采用不同的 测量方法。 (l)对称形峰面积的测量——峰高乘半峰宽法 理论上可以

证明，对称峰的面积A=1.065×h×Y1/2

(2)不对称峰面积的测量一峰高乘平均峰宽法 对于不对称峰的测量如仍用峰高乘半峰宽，误差就较大，因此采用峰高 乘平均峰宽法。 A=1/2h(Y0.15+ Y0.85) 式中Y0.15和 Y0.85分别为峰高0.15倍和0.85倍处的峰宽。 这种方法对于不对称峰可得到较准确的结果。

(3)峰高乘保留时间法

在一定操作条件下，同系物的半峰宽与保留时间成正比，即 所以

Y1/2 bt RA hbt R

对于一些比较拥挤或狭窄的峰，测量色谱的保留时间比测半 峰宽容易而且准确，重现性好，很适合工厂控制分析。当样 品中各组分相差很大以及不属于同系物的峰，不能用此方法

(4)自动积分仪

自动积分仪能自动测量色谱峰的全部面积，对不规则的峰也能给出准确的结果，并且自动打印出各个峰的保留时间、 峰面积等数据。

(5)电子

计算机控制

应用电子计算机控制色谱数据处理软件，能使整个色谱分析过程实现自动化。自动进行色谱基线校正，自动检测各组 分保留时间、峰高、峰宽、峰面积等，对各种重叠峰、拖尾 峰进行分割处理，自动计算平均校正因子和样品中各组分浓 度，给出打印结果。

(二). 校正因子 色谱定量分析的依据是被测组分的量与其峰面积成正比。 但是峰面积的大小不仅取决于组分的质量，而且还与它的性 质有关。即当两个质量相同的不同组分在相同的条件下使用 同一个检测器进行测定时，所得的峰面积却常不相同。因

此，混合物中某一组分的质量分数并不等于该组分的峰面积在各组分峰面积总和中所占的百分率。这样就不能直接利用 峰面积计算物质的含量。为了使峰面积能真实地反映出物质 的质量，就要对峰面积进行校正，即在定量计算时引入校正 因子。

校正因子分为绝对校正因子和相对校正因子。由 m f A i i i

可得

mi fi Ai

式中fi值与组分i质量绝对值成正比，所以称为绝对校正因 子。在定量时要精确求出fi往往是比较困难的。因为色谱峰面 积与色谱条件有关，要保持测定fi值时的色谱条件与运用fi值 时的色谱条件相同，既不可能又不方便。另外即使能够得到 准确的fi数值，也由于没有统一标准而无法直接应用。为此提

出相对校正因子的概念来解决色谱定量分析中的计算问题。