在一定的色谱操作条件下,被测物质i的质量mi或其在载气中的浓度ci与进入检测器的响应信号E(色谱流出曲线上表现为峰面积Ai或峰高hi)成正比,有
这就是气相色谱定量分析方法的依据。由式(4-44)可知,气相色谱定量分析就是:①准确测量峰面积Ai;②准确求出比例常数fi(称为定量校正因子);③正确选用定量计算方法,将测得物质的峰面积换算成为质量分数。现分别讨论如下。
(1)峰面积A的测量
峰面积的测量直接关系到定量分析的准确度。色谱仪中色谱数据的记录通常由记录仪、积分仪或色谱工作站完成,其中积分仪和色谱工作站可自动采集数据和进行数据处理,给出峰面积测量结果,精度可达0.2%~2%,对小峰或不对称峰也能得出较准确的结果。
采用记录仪时,常用的简便峰面积手工测量方法有如下几种。
①峰高(h)乘半峰宽(W1/2)法。当色谱峰为对称峰形时可用此方法,近似地将色谱峰当作等腰三角形来计算面积。此法算出的峰面积是实际峰面积的0.94倍,实际峰面积应为
②峰高(h)乘峰底宽度(W)法。这是一种作图求峰面积的方法。这种作图法测出的峰面积是实际峰面积的0.98倍,对矮而宽的峰更准确些。
③峰高(h)乘平均峰宽法。当色谱峰形不对称时,可在峰高0.15和0.85 处分别测定峰宽,由式(4-46)计算峰面积。
④峰高(h)乘保留时间法(t)。在一定操作条件下,同系物的半峰宽与保留时间成正比。对于难于测定半峰宽的窄峰、重叠峰(未完全重叠),可用此法测定峰面积。
(2)定量校正因子的计算
试样中各组分质量mi与其色谱峰面积Ai成正比,mi=fiAi,式中的比例系数fi称为绝对定量校正因子,指单位面积对应的物质的质量,有
绝对定量校正因子fi与检测器响应值Si成倒数关系,有
式(4-49)说明fi由仪器的灵敏度所决定,S 和f 只与试样、标准物质以及检测器类型有关,而与操作条件(如柱温、流动相流速、固定相性质等)无关,因而是一个能通用的常数,但不易准确测定和直接应用。定量分析工作中都是使用相对校正因子f′i,即组分的绝对校正因子fi,与标准物质的绝对校正因子fs之比,见式(4-50)。常用的标准物质,对热导池检测器选择苯,对氢火焰离子化检测器选择正庚烷。使用相对校正因子f′i时通常将“相对”二字省略。
根据被测组分使用的计量单位,将f′i分为质量校正因子f′i(m)(mi、ms以质量为单位),摩尔校正因子f′i(M)(mi、ms以物质的量为单位)和体积校正因子f′i(V)(mi、ms以体积为单位)。
(3)几种常用的定量方法
由于实际测定中采用(相对)校正因子,因此不能直接使用式(4-45)计算被测组分的绝对量,而需要采用一定的定量计算方法计算其相对含量。常用的定量计算方法有归一化法、内标法和外标法三种。
①归一化法。当试样中有n 个组分,各组分的量分别为m1,m2,…,mn,将试样中所有组分的含量之和按100%计算,求出ci。
a.使用条件。仅适用于试样中所有组分全部出峰的情况。
b.计算公式为(www.daowen.com)
c.特点。归一化法简便准确,进样量的准确性和操作条件的变动对测定结果影响不大。
②外标法。外标法也称为标准曲线法。所谓外标法,就是比较在相同分析条件下被测组分的纯物质与试样分析所得峰面积或峰高来进行定量的方法。通常的做法是将被测组分的纯物质用合适的溶剂稀释,配制成一系列浓度的标准溶液,取固定体积的标准溶液在同一分析条件下进行分析,测得峰面积Ai(峰高hi),对Ai(hi)-ci作图得到标准曲线。分析试样时,取同样体积的试样进行分析,测得被测组分的峰面积Ai(峰高hi),根据测定组分的Ai或hi从标准曲线上求出。
a.使用条件。适用于大批量试样的快速分析。
b.特点。外标法不使用校正因子,准确性较高,对进样量的控制要求较高,操作条件变化对结果准确性影响较大。为了保证结果的准确性,需定时观察标准曲线有无变化。
③内标法。内标法是将一定量的纯物质ms作为内标物加入已知量W 的试样中,根据被测组分i(质量mi)与内标物(质量ms)在色谱图上相应峰面积的比,求出ci。
a.使用条件。适用于只需测定试样中某几个组分,而且试样中所有组分不能全部出峰的情况。
b.计算公式为
定量时一般以内标物为基准,即f′s=1。
c.内标物需满足的要求:
第一,试样中不含有该物质;
第二,加入内标物的量及性质与被测组分的量及性质比较接近;
第三,不与试样发生化学反应;
第四,出峰位置应位于被测组分附近,且无组分峰影响。
d.内标法的特点:
第一,准确性较高,操作条件和进样量的稍许变动对定量结果影响不大;
第二,每个试样的分析,都要进行两次称量,不适合大批量试样的快速分析;
第三,若将内标法中的试样取样量和内标物加入量固定,减少了称量样品的次数。适于工厂控制分析需要,此时式(4-52)简化为
这就是内标标准曲线法定量的依据。
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