氣相色譜法測定正戊烷含量的方法研究

李靜華，周一朗

(廣東光華科技股份有限公司，廣東 汕頭 515000)

正戊烷分子式為C5H12，結(jié)構(gòu)式為CH3-CH2-CH2-CH2-CH3，分子量為72.1488，沸點(diǎn)為36.1 ℃，為無色液體，有微弱的薄荷香味。微溶于水，溶于乙醇、乙醚、丙酮、苯、氯仿等多數(shù)有機(jī)溶劑。戊烷為脂肪族飽和烴，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，常溫常壓下與酸、堿不作用[1]。600 ℃以上高溫或在適當(dāng)催化劑存在下發(fā)生熱解，生成丙烯、丁烯、異丁烯、丁烷和異丙烷等混合物。用三氯化鋁做催化劑發(fā)生異構(gòu)化，生成2-甲基丁烷[2]。

正戊烷的用途：用于配制標(biāo)準(zhǔn)氣、校正氣及用作分子篩脫附劑；可用作低溫溫度計(jì)的制造、低沸點(diǎn)溶劑、塑料工業(yè)發(fā)泡劑，還與2-甲基丁烷一同用作汽車和飛機(jī)燃料、制造人造冰、麻醉劑，合成戊醇、異戊烷等[3]。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 儀器與試劑

7890B氣相色譜儀，安捷倫科技有限公司；10 μL微量注射器；毛細(xì)管柱：HP-5，DB-624，AC20；正戊烷(分析純)。

1.2 實(shí)驗(yàn)原理

氣相色譜法是利用氣體作流動(dòng)相的色層分離分析方法。汽化的試樣被載氣(流動(dòng)相)帶入色譜柱中，柱中的固定相與試樣中各組份分子作用力不同，各組份從色譜柱中流出時(shí)間不同，組份彼此分離。采用適當(dāng)?shù)蔫b別和記錄系統(tǒng)，制作標(biāo)出各組份流出色譜柱的時(shí)間和濃度的色譜圖。根據(jù)圖中表明的出峰時(shí)間和順序，可對(duì)化合物進(jìn)行定性分析；根據(jù)峰的高低和面積大小，可對(duì)化合物進(jìn)行定量分析[4]。實(shí)際工作中，我們主要是要選擇載氣流速、進(jìn)樣技術(shù)、氣化室溫度、色譜柱溫度等實(shí)驗(yàn)條件來有效的提高柱效率。使得分析出的色譜峰峰形正常，分離度高，從而提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。

分離度又稱分辨率，為了判斷分離物質(zhì)對(duì)色譜柱在色譜柱中的分離情況，常用分離度作為柱的總分離效能指標(biāo)，用R表示。R等于相鄰色譜峰保留時(shí)間之差與兩色譜峰峰寬均值之比，表示相鄰兩峰的分離程度，R越大，表明相鄰兩組分分離越好。一般說當(dāng)R<1時(shí)，兩峰有部分重疊；當(dāng)R=1.0時(shí)，分離度可達(dá)98%；當(dāng)R=1.5時(shí)，分離度可達(dá)99.7%。通常用R=1.5作為相鄰兩組分已完全分離的標(biāo)志[5]。

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜柱的選擇

通過實(shí)驗(yàn)選擇合適的色譜柱。根據(jù)固定液極性選擇了極性不同的色譜柱，弱極性柱：HP-5，中等極性柱：DB-624，強(qiáng)極性柱：AC20，進(jìn)行色譜柱的篩選實(shí)驗(yàn)。取一定量的正戊烷，在相同條件下使用不同色譜柱分別進(jìn)樣，根據(jù)各成分峰的分離度大小及分析時(shí)間長短選出較合適的色譜柱。實(shí)驗(yàn)譜圖如圖1～圖3所示。

圖1 HP-5譜圖

圖2 DB-624譜圖

圖3 AC20譜圖

由圖1～圖3可知，HP-5及AC20毛細(xì)管柱主峰前后的峰未能完全分離，分離效果不佳，其他各峰峰型較差；而DB-624毛細(xì)管柱主峰前后的峰可完全分離，其他各峰之間分離效果較好，因此選擇DB-624毛細(xì)管柱用于正戊烷含量的分析。

2.2 柱溫的選擇

色譜柱溫度對(duì)出峰時(shí)間及分離度影響較大。柱溫越高，樣品越快通過色譜柱。但是，樣品越快通過色譜柱，它與固定相之間的相互作用就越少，因此分離效果越差。通常來說，柱溫的選擇是綜合考慮分離時(shí)間與分離度的結(jié)果。通過實(shí)驗(yàn)，其他條件不變，在不同柱溫下，根據(jù)各成分峰的分離度大小及分析時(shí)間長短來選擇最佳實(shí)驗(yàn)條件。各組分與主峰分離情況如圖4所示。

圖4 正戊烷譜圖

當(dāng)進(jìn)樣口及檢測器溫度均為250 ℃，進(jìn)樣口壓力為2.5 psi，進(jìn)樣量1 μL，分流比為40:1時(shí)，不同柱溫條件下，保留時(shí)間及分離度如表1所示。

由表1可知，各條件下主峰均能完全分離。綜合考慮到主峰及其他組分峰分離度大小、對(duì)稱因子大小及分析時(shí)間長短，當(dāng)其他條件固定，柱溫為35 ℃，分離度R=4.03，對(duì)稱因子為0.77，分析時(shí)間為21.5 min，較為理想。因此選擇柱溫35 ℃用于正戊烷含量的分析。

表1 不同柱溫條件對(duì)分離效果的影響

2.3 進(jìn)樣口壓力的選擇

進(jìn)樣口壓力對(duì)出峰時(shí)間及分離度也有影響。 載氣流速對(duì)分析的影響在方式上與溫度類似。載氣流速越高，分析速度越快，但是分離度越差。因此，最佳載氣流速的選擇與柱溫的選擇一樣，都需要在分析速度與分離度之間取得平衡。通過實(shí)驗(yàn)，其他條件不變，在不同進(jìn)樣口壓力下，根據(jù)各成分峰的分離度大小及分析時(shí)間長短來選擇最佳實(shí)驗(yàn)條件。當(dāng)進(jìn)樣口及檢測器溫度均為250 ℃，柱溫為35 ℃，進(jìn)樣量1 μL，分流比為40:1時(shí)，不同進(jìn)樣口壓力條件下，保留時(shí)間及分離度如表2所示。

表2 不同進(jìn)樣口壓力對(duì)分離效果的影響

由表2可知，綜合考慮到主峰及其他組分峰分離度大小、對(duì)稱因子大小及分析時(shí)間長短，當(dāng)其他條件固定，進(jìn)樣口壓力為2.5 psi時(shí)，分離度R=4.03，對(duì)稱因子為0.77，分析時(shí)間為21.5 min，較為理想。因此選擇進(jìn)樣口壓力2.5 psi用于正戊烷含量的分析。

2.4 討 論

理論與實(shí)踐均認(rèn)為，對(duì)于復(fù)雜樣品的分離最佳條件往往并非是線性程序升溫，真正的優(yōu)化條件其優(yōu)化參數(shù)應(yīng)當(dāng)是隨時(shí)間變化的階梯狀曲線[6]。程序升溫色譜法，即在分析過程中，按一定的速度提高柱溫。在程序開始時(shí)，柱溫是低的，低沸點(diǎn)的組分得到很好的分離，隨著柱溫的升高，每一個(gè)較高沸點(diǎn)的組分就在它最佳柱溫下流出色譜柱，當(dāng)溫度達(dá)到高沸點(diǎn)組分流出溫度時(shí)，高沸點(diǎn)組分也能較快流出并獲得良好的分離。對(duì)于寬沸程的多組分混合物，如果柱子恒定在一個(gè)溫度上，則會(huì)出現(xiàn)低沸點(diǎn)組分出峰擁擠，以致不易辨認(rèn)，高沸點(diǎn)組分拖延時(shí)間很長甚至停在柱中不能出峰，可采用程序升溫色譜法[7]。采用這種分離方式可收到既滿足分離要求又達(dá)到快速的效果。為了提高高沸點(diǎn)組分的色譜峰靈敏度及有效縮短檢測時(shí)間，故選擇程序升溫法對(duì)正戊烷的含量進(jìn)行分析。

3 結(jié) 論

氣相色譜法具有分離效率高、分析速度快、樣品用量少、檢測靈敏度高、選擇性好、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)[8]。故采用氣相色譜法對(duì)正戊烷含量進(jìn)行分析。使用氫火焰離子檢測器檢測及DB-624毛細(xì)管色譜柱進(jìn)行分離。通過實(shí)驗(yàn)，得出最終分離條件為柱溫35 ℃，進(jìn)樣口壓力2.5 psi，進(jìn)樣口及檢測器溫度均為250 ℃，進(jìn)樣量1 μL，分流比為40:1，起始柱溫維持10 min后，以10 ℃/min的升溫速率升至100 ℃，維持10 min。通過面積歸一化法計(jì)算得出正戊烷的相對(duì)含量。