Transcript 任务2 苯、甲苯
任务2 苯、甲苯、二甲苯混合样品的色谱分析
能力目标
能够正确操作TCD气相色谱仪。
能够熟练掌握进样技术。
能够用归一化法测定苯、甲苯、二甲苯混合样
品。
课程引入
问题:苯、甲苯、二甲苯统称为三苯,是有机合成的重要原
料,其中三苯含量如何确定?
引入:采用气相色谱法测定苯、甲苯、二甲苯含量。
操作条件:
检测器:热导池检测器(TCD)
汽化室温度:120℃
检测器温度: 120℃
柱温:50 ℃
桥电流:120mA
教师演示仪器操作
打开载气(H2)钢瓶总阀,调节输出压力为 0.1Mpa。
打开气相色谱仪电源开关。
设置柱温、汽化温度和检测温度至设定值。
待柱温、汽化温度和检测温度达到设定值并稳定后,设置合适的桥
电流值150mA。
打开气相色谱工作站,让仪器走基线,待基线稳定。
取一个干燥洁净的小瓶称取0.5g苯、0.5g甲苯、0.5g二甲苯(称准至
0.001g),混匀。
待仪器基线平直后,在完全相同的条件下用微量注射器分别进苯、
甲苯、二甲苯标准品各1μL,记录各组分的保留时间及峰高。
同样条件下,用微量注射器吸取混合样品1μL,进样待出峰后,记录
相应的保留时间及峰高。
关机:
•设置桥电流数值为 0.0。
•设置汽化室温度、柱温、检测室温度在室温以上约 10℃。
•待柱温达到设定值时关闭气相色谱仪电源开关。
•关闭载气钢瓶总阀,待指针回零后关闭减压阀。
学生完成苯、甲苯、二甲苯混合样品的色谱分析实验操作
(要求:每位学生独立完成,合理安排时间。)
思考:
三苯在色谱柱中是如何实现完全分离的?
热导池检测器是如何感应样品的?
如何确定各组分的名称?
如何确定各组分的含量?
气相色谱基本理论
塔板理论
假设
没一小段间隔内,组分在气相与液相之间可以很快地达到分配
平衡。
载气进入色谱柱,不是连续的而是脉动式的。每次进气为一个
板体积。
假设试样开始时都加在0号塔板上,且试样沿色谱柱方向的扩散
(纵向扩散)可忽略不计。
各塔板上的分配系数为一个常数。
理论塔板高度和理论塔板数
理论塔板高度(H)即:
L
H
n
计算塔板数n的经验式:
tr 2
tr 2
n 5.54(
) 16( )
W1 / 2
W
柱效能指标
n有效
t 'R 2
t 'R 2
L
5.54
(
)=16( )
H有效
W1/2
Wb
结论:当色谱柱长L一定时,有效塔板高度H有效越
小或有效塔板数n有效越大,色谱柱柱效能就越高。
问题引入
请仔细观察右面的4个色谱分离图,并指出其中哪一个分离效果最佳?
说出你的理由。
从色谱图上观察,你认为
相邻谱峰分离效果的优劣与
哪些因素有关?
保留值差值
峰宽
分离度R
分离度R是色谱柱总分离效能指标。
R
t R2 t R1
( wb1 wb2 ) / 2
或 R
2(t R2 t R1 )
1.699 [ w1/ 2(1) w1/ 2( 2) ]
R值越大,两相邻组分分离越完全;
R=1.5,两相邻组分分离程度99.7%;
R=1,两相邻组分分离程度98%;
R<1,两相邻色谱峰有明显重叠;
通常用R≥1.5作为相邻两峰完全分离
的指标。
影响分离度R的主要因素
保留值差值——热力学因素
反映了试样中各组分在两相间的分配情况;
与各组分在两相间的分配系数有关;
与各物质(组分、固定相、流动相)的分子结构与性质有关。
峰宽——动力学因素
反映了试样中各组分在色谱柱中的运动情况;
与各组分在两相间的传质阻力有关。
热导池检测器(TCD)
结构
结构:热导池由池体和热敏元件构成,有双臂热导池和四臂热导池
两种。双臂热导池池体用不锈钢或铜制成,具有两个大小、形状完
全对称的孔道,每一孔道装有一根热敏铼钨丝(其电阻值随本身温
度变化而变化),其形状、电阻值在相同的温度下,基本相同。四
臂热导池,具有四根相同的铼钨丝,灵敏度比双臂热导池约高一倍。
热导池检测器(TCD)
工作原理
载气
试样
参比池
测量池
散热差异
样品
R4
电阻值差异
电桥失去平衡
输出的电压信号与
样品的浓度或正比
比较TCD与FID
TCD与FID的区别
项目
类型
灵敏度
线性范围
应用范围
FID检测器
1、质量型检测器
2、破坏型检测器
3、选择性检测器
TCD检测器
1、浓度型检测器
2、非破坏型检测器
3、通用型检测器
FID的特点是灵敏度高,检出限低,可
达10-12g/s。
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对能在氢火焰中电离的有机化合物有
响应,不能检测稀有气体、H2O、CO、
CO2、H2S、CS2、卤化硅、氮的氧化物、
杂环化合物等物质
灵敏度较低,一般<400pg/mL,
单丝流路热导检测器,灵敏
度可达4×10-10g/mL
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对单质、无机物或有机物均
有响应通用性好
热导检测器条件选择
载气种类 、纯度和流量的选择。
载气与样品的导热能力相差越大,检测器灵敏度越高,因此TCD通
常用He或H2作载气。
载气纯度越高,则TCD的灵敏度越高。用TCD作高纯气杂质检测时,
载气纯度应比被测气体高十倍以上,否则将出倒峰(想一想为什
么?)。
TCD为浓度敏感型检测器,色谱峰峰面积响应值反比于载气流速,
因此,要求载气流速必须保持恒定。在柱分离许可的情况下,载气
应尽量选用低流速(一般在30mL/min左右)。参考池的气体流速通
常与测量池相等。
热导检测器条件选择
桥电流的选择。一般认为TCD灵敏度S值与桥电流的三次方成正比,
所以,增大桥电流是提高TCD灵敏度的一个有效方法。但桥电流偏大,
则噪声也急剧增大,且热丝越易被氧化,因此在满足分析灵敏度要求
的前提下,应尽量选取低的桥电流。
检测器温度。TCD灵敏度与热丝和池体间的温差成正比,也就是说
可以通过提高热丝温度(不能过高以免热丝烧断)或降低检测器池体
温度来提高检测器灵敏度。
定性分析
利用已知标准物质直接对照定性
依据:在一定的柱条件(柱长、固定相)、操作条件下,组分有
固定的保留值。
方法:控制在相同的实验条件下,分别注入标准物质和未知样品,
通过比较两者的保留值(保留时间或相对保留时间)。
•用已知标准物增加峰高法定性
首先作出未知样品的色谱图,然后在未知样品加入某已知物,又得
到一个色谱图。峰高增加的组分即可能为这种已知物。
当未知样品中组分较多,所得色谱峰过密,用上述方法不易辨认时,
或仅作未知样品指定项目分析时均可用此法。
定性分析
利用保留指数定性
测定方法:
将正构烷烃作为标准,规定其保留指数为分子中碳原子
个数乘以100(如正己烷的保留指数为600)。
其它物质的保留指数(IX)是通过选定两个相邻的正构
烷烃,其分别具有 Z 和 Z +1个碳原子。被测物质 X 的调整
保留时间应在相邻两个正构烷烃的调整保留值之间如图
所示。
定性分析
保留指数计算方法
t R' ( Z 1) t R' ( X ) t R' ( Z )
I X 100(
lg t R' ( X ) lg t R' ( Z )
lg t R' ( Z 1)
lg t R' ( Z )
Z)
定量分析
归一化法
定义:所谓归一化法就是以样品中被测组分经校正过的峰面
积(或峰高)占样品中各组分经校正过的峰面积(或峰高)的
总和的比例来表示样品中各组分含量的定量方法。
条件:当试样中所有组分均能流出色谱柱,且完全分离,并
在检测器上都能产生信号时,可用归一化 法计算组分含量。
归一化法计算公式
mi
mi
wi
m m1 m2 mn
fi Ai
wi
'
f
i Ai
'
或
wi
f i (' h ) hi
f
'
i(h)
hi
练习:归一化法
在一定条件下测定只含乙醇,正庚烷,苯和醋酸乙
酯的混合样,得到如下数据:
化合物
峰高(cm) 相对质量校正因子
乙醇
5.0
0.64
正庚烷
9.0
0.70
苯
4.0
0.78
醋酸乙酯
7.0
0.79
计算混合样中各组分的质量分数。
学生使用归一化法对所得数据进行处理,结果讨论
作业
查阅资料,设计“乙醇中微量水分的测定”
实验方案。