基础化学实验IV（仪器分析实验） 气相色谱法分析测定 混合物中苯、甲苯、二甲苯

实验技能训练要点 气相色谱仪的使用（第一次训练） 气相色谱法进样操作（第一次训练） 定量分析之归一化法（第一次训练）

一、实验目的 二、气相色谱法简介 三、实验原理 四、实验步骤 五、结果处理 六、思考题 七、实验延伸

一、实验目的 掌握气相色谱法的基本原理 熟悉气相色谱仪各主要部件及其作用 熟悉气相色谱仪的使用方法 掌握进样操作 掌握归一化法 了解气相色谱分析方法的建立过程

二、气相色谱法简介 色谱法起源 胡萝卜素 叶黄素 叶绿素A、B 加入石油醚分层 Chromatography 原理：基于物质在不同相之间具有不同的分配系数引起的分离

采用气体作为流动相的色谱法称为气相色谱法（gas chromatography, GC）。 载体（是不和待测物发生反应，用来载送试样的惰性气体）载着预分离的试样通过色谱柱中的固定相，使试样中各组分得到分离，然后分别被检测。

气相色谱仪的工作过程 由高压钢瓶1供给的流动相载气，经减压阀2，净化器3，稳压阀4和转子流速计5后，以稳定的压力恒定的流速连续经过进样器（包括汽化室）7，色谱柱8，检测器9

进样口

色谱柱 毛细管柱 填充柱 材料 熔融的石英拉制而成， 外层是聚酰亚胺，使整个毛细管柱有韧性 不锈钢做外壳材料，里面填充一些材料，如活 性炭、氧化铝、硅胶等 柱长 短，1-10 m 长，20-200 m 内径 2-4 mm 0.25 mm，0.53 mm 固定相 活性炭、氧化铝、 硅胶等 液膜，厚度为 0.25 μm 理论塔板数 高 低 柱效 允许进样量 较大 1-2 μL 毛细管柱 填充柱

检测器 检测器 载气种类 测定浓度 应用 热导(TCD) 氦，氢，氩，氮 50 ppm 通用检测器 (FID) 氦，氮 数ppm 有机化合物 (ECD) 氮 数ppb 有机卤素等 (FTD) 氮，磷化合物 (FPD) 0.1 ppm 硫，磷化合物

原理

（发生在内层火焰中） （发生在中层火焰中） 蒸气分子受激发后被离子化，在电场作用下定向运动形 成离子流，然后进行放大和记录。 氢焰检测器的离子化作用机理： （发生在内层火焰中） （发生在中层火焰中）

FID操作条件的选择 气体流量 载气流量 ：根据色谱柱条件选取。 氢气流量：用氮气作载气时，氢气与氮气的流量之比为1:1-1:1.5，此时不仅灵敏度高，且稳定性好。 空气流量：一般氢气与空气流量之比为1:10。 气体纯度：要求高，对基线影响很大 极化电压：±250V左右 使用温度：大于80℃

数据采集及处理系统 温控系统 进样系统 柱箱 检测器 辅助部分 控温

气相色谱分离条件的选择 载气及其流速的选择 柱温的选择 固定液的性质和用量 担体的性质和粒度 进样时间和进样 汽化温度

流速U（FC） 对于填充柱，氮气的实用最佳线速为10-12cm/s；氢气为15- 20cm/s；氦气介于两者之间。若填充柱内径为4mm，则体积 流速为氮气30-40ml/min，氢气40-60ml/min。

流动相（载气）种类 流动相的种类要视检测器种类确定。 常用的有氢气（热导用）、氮气（氢火焰用）、氦气 （均可用，但价格较高）。 氢气和氦气适合于快速分析。 氮气做载气峰型较好，柱效较高。

柱温TC 每一种固定液都有它的最高使用温度，柱温不可超过这一 温度，否则固定液挥发流失。 柱温太高，组分挥发度靠拢，不利于分离。但柱温太低， 被测组分的扩散速度下降，分配不能快速达到平衡，影响 峰型，柱效下降，并使分析时间大大延长。 柱温选择的原则是，在保证难分离物质有良好分离的前提 下（分离度满足要求），尽可能采取较高柱温，以缩短分 析时间，保证峰型对称。

汽化温度 检测器温度 一般进样方法下，汽化温度比柱温高30-70℃。 进样量大时高一些好，保证瞬间汽化。 保证不可超过试样的分解温度。 一般大于或等于柱温，具体与检测器种类有关。

进样量 液体试样一般进样量0.1-5μl。 气体试样一般进样量为0.1-10ml。 具体视柱类型，固定液含量(不能超过柱容量)、 进样方式、检测器的灵敏度和线性范围等确定。

气相色谱固定相 (一) 气-固色谱固定相 类 名称 分离对象 吸附剂 活性炭 永久性气体和低沸点烃类 硅胶 永久性气体和低级烃 氧化铝 烃类及有机异构体，在低温下可分氢同位素 分子筛 特别适合永久气体和惰性气体分离 合成 高分子多孔小球 分离气体和液体中的水、CO、CO2、CH4、低级醇、H2S、SO2、NH3、NO2等

（二） 气-液色谱固定相 由担体与固定液构成 对担体的要求 表面积大 化学惰性 热稳定性好 机械强度高 担体种类 硅藻土型 非硅藻土型 对固定液的要求： 蒸汽压小，热稳定性好 可溶性好 化学稳定性好 选择性高

固定液分类及其应用 固定液类型 极性 应用特点 固定液举例 烃类 最弱 非极性化合物 角鲨烷、阿匹松 硅油类 极性范围广 应用范围广 SE-30、SE-54、OV 聚乙二醇类 强极性 强极性化合物 PEG-20M，FFAP 酯类 中强极性 价廉 苯二甲酸二壬酯 腈类 极性化合物 ββ’—氧二丙腈 特殊固定液 分离异构体 银盐、有机皂土，液晶

三、实验原理 本实验采用以具有中强极性的邻苯二甲酸二壬酯（DNP）作为固定液，6201白色硅藻土为担体的填充色谱柱，FID 采用归一化法定量测定混合物中苯、甲苯、对二甲苯进行分离测定。

归一化法 推导：n个组分，每个组分质量分别为m1、m2、m3、m4……mn ，m为组分含量总和，质量分数为wi 当试样中各组分能流出色谱柱，并在色谱图上显示色谱峰时，可用此法进行定量计算。 推导：n个组分，每个组分质量分别为m1、m2、m3、m4……mn ，m为组分含量总和，质量分数为wi

应用范围：当试样中各组分都能流出色谱柱，且在检测器 上均有响应，各组分峰没有重叠时，可用此法。 优点：简便、准确，当操作条件如进样量等变化时，对定 量结果影响很小，该法适合于常量物质的定量。 缺点：对该法的苛刻要求限制了它的使用。

四、实验步骤 1、仪器和试剂 仪器： 1490型气相色谱仪(带FID)，氢气发生器，空气源，色谱工作站。 色谱柱；柱长2m，内径3mm不锈钢柱。10％DNP／6201白色担体(80-100目)。 试剂： 固定液；邻苯二甲酸二壬酯(DNP) 担体；6201红色担体(80—100目) 载气：高纯N2

苯、甲苯、对二甲苯(分析纯) 等体积的苯和甲苯混合样 等体积的苯和对二甲苯混合样 苯、甲苯和对二甲苯混合样品 色谱分析条件： 柱温：100℃ 检测温度150℃ 气化温度：150℃ 衰减1／2 载气流量：25毫升／分 进样量1μL

2、分析步骤 (1)固定相的配制及柱子的装填 称取邻苯二甲酸二壬酯1.80克于小烧杯中，加入苯为溶剂，搅拌并稍温热，使之溶解。然后称取12克已筛取的80-100目的6201白色担体，将其倒入溶液中，使担体刚浸没在液面下。轻轻摇动或轻轻搅拌下，在通风橱中或在红外灯下加热，使溶剂挥发至干燥无苯气味为止。再次用80-100目筛子过筛。抽真空装柱，老化后待用。

(2)校正因子f’的测定 测定： ① f’甲苯：3mL苯+3mL甲苯混合，进样。 ② f’对二甲苯：3mL苯+3mL二甲苯混合，进样。

(3)样品分析 在色谱分析条件下，用微量进样器进样1-2μL ，各组分按苯、甲苯、对二甲 苯次序出峰，峰为尖峰，故采用峰高定量。记录各组分的峰高h，按归一化法公式计算各组分的含量。  1 2 3 1.苯 2.甲苯 3.对二甲苯

注意事项 注意进样量必须控制在0.2-0.4 L； 检查柱温、进样温度和检测温度等参数设定是否 正确； 检查柱温、进样温度和检测温度等参数设定是否 正确； 进样时注射器要垂直插入密封垫，快速注入样品，并迅速拔出注射器，同时开始采集数据。

分别求出甲苯和对二甲苯相对于苯的定量校正因子 五、结果处理 确定样品中各组分的出峰顺序 分别求出甲苯和对二甲苯相对于苯的定量校正因子 计算方法：以甲苯为例

分别求出混合样品中各组分的含量

六、思考题 简要说明气相色谱法的特点和主要应用范围。 影响氢火焰离子化检测器灵敏度的主要因素有哪些？ 简述毛细管气相色谱法的主要优点。

七、实验延伸 金属有机骨架（MOF）是一种重要的多孔材料，可 用于气体吸附和分离、催化等领域。利用MOF作为气相 色谱固定相用于化合物的分离和分析测定是当前研究热 点之一。 气相色谱法不仅可以用于复杂组分分析，还可用于 多孔材料的性能表征。我院赵景婵教授和王惠教授分别 用气相色谱法评价活性炭和储氢材料的吸附性能。

参考文献 1. 张剑荣，于晓冬，屠一峰，仪器分析实验(第二版) ，科学 出版社. 2009 2. 孙毓庆主编，现代色谱法及其在医药中的应用，人民卫生 出版社，1998