【氣相色譜特輯四】定量分析

在氣相色譜分析中的定量分析就是要根據對稱色譜峰的峰高或峰面積來計算樣品中各組分的含量，但無論采用峰高或峰面積進行定量，其物質濃度(或質量百分含量)m_i和相應峰高h_i或峰面積A_i之間必須呈直線函數關系，符合數學式A_i=f_im_i，這是色譜定量分析的重要根據。定量方法很多，但各種定量方法的使用范圍和準確程度是有條件的，一定要掌握各種方法的特點，靈活運用。

工作曲線法

用峰高定量法計算，事先需要用不同的標準物質配成不同濃度進樣，這樣就會流出各不相同的色譜峰，由于濃度不同，同組分峰高亦不同，根據相應數值就可繪出不同組分的標準工作曲線，如圖1所示。然后在同樣條件下進行未知樣操作，從未知組分的峰高經過查閱標準工作曲線，即可得知該組分的濃度(或質量百分含量)。

本法較為簡便，分析結果的準確度主要決定干進樣量的重復性和操作條件的穩定程度，如果儀器和操作條件不穩定，對結果影響很大，所以需定期校正標準工作曲線。對于低沸點的組分、出峰早的組分，往往峰形較高而狹窄，如用峰面積定量存在一定困難，在這種情況下采用峰高定量法較好。

若用峰面積對濃度作圖，峰面積可按下述方法計算。

圖1工作曲線

圖2峰面積計算方法

如圖2所示，由于色譜峰外形接近于等腰三角形，所以根據計算等腰三角形面積的計算方法，近似地認為峰面積A等于峰高h乘半峰寬W_h/2(W_h)

　　A=hW_h/2

式中，A為峰面積;h為峰高;W_h/2為峰高一半處的峰寬。

1.基線漂移時色譜峰面積的測量

基線漂移時色譜峰面積的測量方法如圖3所示。

圖3基線漂移時色譜峰面積測量圖

　　圖3(a)適用于基線的漂移程度不大和比較狹窄的色譜峰。此時可先畫出漂移基線AB，然后畫AB的平行線CD與色譜峰頂正切，切點E為峰頂點，過E作時間坐標垂線，交AB于F, EF即為峰高h,過EF中點作時間坐標平行線，截取峰兩邊的線段b即認為是半峰寬。h×b譜峰面積。

對于偏寬的漂移峰，色譜峰面積的測量可用下面兩種測量方法進行：

(1)圖3(b)首先畫一條平行于漂移基線AB并與峰頂正切的線CD，切點E即為峰頂，過E點向AB作垂線，交AB于G, EG即為峰高h，過EG中點作漂移基線的平行線，截取峰兩邊的線段FH即為半峰寬(b)，在此情況下峰面積等于FH×EG即h×b。

(2)圖3(c)首先過峰頂作一與漂移的基線AB平行的切線CD，則切點E就是峰頂，過E點作時間坐標(t軸)的垂線，交AB于G，則EG就是所求的峰高，取EG的中點作AB的平行線，與色譜峰相交于FH，由F,H兩點分別向t軸作垂線FE及HL，則KL的長度就是所求的半峰寬，峰面積等于EG×KL。

2.定量校正因子

在氣相色譜分析中，進行定量計算的依據是每個組分的含量(質量或物質的量)與每個組分的峰面積(或峰高)成正比例。

　　m_i=g_iA_i

式中，m_i為組分含量;A_i為組分峰面積;g_i為比例系數。

當用氣相色譜法分析混合物中不同組分的含量時，由于不同組分在同一檢測器上產生的響應值不同，所以不同組分的峰面積不能直接進行比較(即相同含量的不同組分，其對應的峰面積并不相等)。為了進行定量計算，就需引入定量校正因子，以某組分的峰面積作標準，把其它組分的峰面積按此標準校正，經校正后，就可對不同組分的峰面積進行比較，因而可計算出各組分的百分含量。

定量校正因子可分為絕對校正因子與相對校正因子。

1.絕對校正因子

前述式中，比例系數g_i 就叫作絕對校正因子

由于每一組分的含量和峰面積都有上述關系，所以對不同的組分，其g_i 值各不相同。

絕對校正因子g_i和檢測器的性能(熱導、氫火焰、電子捕獲、火焰光度)、待測組分的性質(分子量、官能團、分子結構等)、操作條件(載氣流速、柱溫等)、載氣性質(N₂、H^₂、He等)有關。

由于組分的含量可用質量Wi或物質的量n表示，所以絕對校正因子又可分為

由上式可知，為測定絕對校正因子，可將不同含量(m_i)的某組分注入氣相色譜儀，得到對應的峰面積(A_i)，作m_i-A_i工作曲線(圖4)，所得直線斜率tanQ即為絕對校正因子(g_i)。

圖4 m_i-A_i工作曲線

在實際操作中，由于向氣相色譜儀注入準確已知量的mi比較困難，所以g_i不易測準，因此在實際應用上一般不使用絕對校正因子，而采用相對校正因子。

2.相對校正因子

將某一化合物的絕對校正因子g_i與另一種標準物的絕對校正因子g_s相比，就叫作該化合物的相對校正因子(G_i)。

由式上式可看出相對校正因子G_i 的含義為：當A_i=A_s時，G_i表示待測物與標準物的含量之比。

相對校正因子G_i和檢測器的性能、待測組分的性質、標準物的性質、載氣的性質有關，而和操作條件無關。因此可認為G_i基本上是一個通用常數。

相對校正因子也分為兩類，即相對質量校正因子與相對摩爾校正因子。

相對質量校正因子：

相對摩爾校正因子：

由式上述公式可知，測定相對校正因子時，首先要配制一系列已知質量分數(或摩爾分數)的待測物與標準物的混合溶液(如混合氣體)，所配待測物組分的濃度要與樣品中待測物的濃度相當。在一定的操作條件下，進行氣相色譜分析，然后以質量分數(或摩爾分數)對峰面積的比值A_i/A_s作圖得到通過原點的直線，直線的斜率tanQ即為待測組分的相對校正因子：

若直線不通過原點，可按相對校正因子的計算公式(8-5)或式(8-6)、式(8-7)進行計算。

圖4 Ai/As-mi/ms工作曲線

3.定量校正因子與檢測器相對響應值的關系

在氣相色譜檢測器的論述中已提出，為了衡量所用檢測器的靈敏程度，可用靈敏度或絕對響應值來表示。

當采用瞬時進樣法時，將一定量樣品(質量或體積)準確地注入色譜儀中，由色譜峰的面積(A_i)，載氣流速(F_c)，記錄紙移動速度(U₁)，記錄儀的靈敏度(U₂)就可計算出所用檢測器的靈敏度。

如將檢測器對某組分i測得的絕對響應值(Si)與對標準物(s)測得的絕對響應值(Ss)相比，就引入了相對響應值(S'i)的概念。

由系列公式推到可得到：

由此可知檢測器的相對響應值S'i與定量計算使用的相對校正因子Gi互為倒數關系。由于相對響應值也分為兩類，因此相對質量響應值(S'RWi)與相對質量校正因子(Gwi)互為倒數，相對摩爾響應值(S'Rni)與相對摩爾校正因子(G'Rni)互為倒數。

內標法

把一定量的純物質作內標物，加入到已知質量的樣品中，然后進行色譜分析，測定內標物和樣品中幾個組分的峰面積。引入相對質量校正因子，就可計算樣品中待測組分的質量分數(wi)，其計算公式如下：

式中Ai, As—待測組分和內標物的峰面積;

Ws，W—內標物和樣品的質量;

Gwi/s—待測組分對于內標物的相對質量校正因子(其可自行測定，或由文獻中i組分和內標物s對苯的相對質量校正因子換算求出)。

外標法

選擇樣品中的一個組分作為外標物，用外標物配成濃度與樣品相當的外標混合物，進行色譜分析，求出與單位峰面積(或峰高)對應的外標物的質量(或體積)分數(常稱K值)。然后在相同條件下對樣品進行色譜分析，由樣品中待測物的峰面積和待測組分對外標物的相對質量(摩爾)校正因子，就可求出待測組分的質量(體積)分數，計算公式如下：

式中Ws—外標物的質量;

wi—被測組分的質量分數，%;

Ai—待測組分的峰面積;

Gwi/s—待測組分對外標物的相對質量校正因子;

K—與外標物單位峰面積對應的外標物的質量分數

歸一化法

當樣品中各組分均能被色譜柱分離并被檢測器檢出而顯示各自的色譜峰，并且已知各待測組分的相對校正因子(Gwi或Gni)時，就可求出各組分的質量分數(或體積分數)。計算方法如下：

式中A₁，A₂,…，Ai，…，An—樣品中各個待測組分的峰面積;

G₁，G₂，…，Gi，…， Gn—樣品中各個待測組分對標準物(苯)的相對(質量或摩爾)校正因子。