气相色谱法测定正戊烷含量的方法研究

李静华，周一朗

(广东光华科技股份有限公司，广东 汕头 515000)

正戊烷分子式为C5H12，结构式为CH3-CH2-CH2-CH2-CH3，分子量为72.1488，沸点为36.1 ℃，为无色液体，有微弱的薄荷香味。微溶于水，溶于乙醇、乙醚、丙酮、苯、氯仿等多数有机溶剂。戊烷为脂肪族饱和烃，化学性质稳定，常温常压下与酸、碱不作用[1]。600 ℃以上高温或在适当催化剂存在下发生热解，生成丙烯、丁烯、异丁烯、丁烷和异丙烷等混合物。用三氯化铝做催化剂发生异构化，生成2-甲基丁烷[2]。

正戊烷的用途：用于配制标准气、校正气及用作分子筛脱附剂；可用作低温温度计的制造、低沸点溶剂、塑料工业发泡剂，还与2-甲基丁烷一同用作汽车和飞机燃料、制造人造冰、麻醉剂，合成戊醇、异戊烷等[3]。

1 实 验

1.1 仪器与试剂

7890B气相色谱仪，安捷伦科技有限公司；10 μL微量注射器；毛细管柱：HP-5，DB-624，AC20；正戊烷(分析纯)。

1.2 实验原理

气相色谱法是利用气体作流动相的色层分离分析方法。汽化的试样被载气(流动相)带入色谱柱中，柱中的固定相与试样中各组份分子作用力不同，各组份从色谱柱中流出时间不同，组份彼此分离。采用适当的鉴别和记录系统，制作标出各组份流出色谱柱的时间和浓度的色谱图。根据图中表明的出峰时间和顺序，可对化合物进行定性分析；根据峰的高低和面积大小，可对化合物进行定量分析[4]。实际工作中，我们主要是要选择载气流速、进样技术、气化室温度、色谱柱温度等实验条件来有效的提高柱效率。使得分析出的色谱峰峰形正常，分离度高，从而提高分析结果的准确性。

分离度又称分辨率，为了判断分离物质对色谱柱在色谱柱中的分离情况，常用分离度作为柱的总分离效能指标，用R表示。R等于相邻色谱峰保留时间之差与两色谱峰峰宽均值之比，表示相邻两峰的分离程度，R越大，表明相邻两组分分离越好。一般说当R<1时，两峰有部分重叠；当R=1.0时，分离度可达98%；当R=1.5时，分离度可达99.7%。通常用R=1.5作为相邻两组分已完全分离的标志[5]。

2 结果与讨论

2.1 色谱柱的选择

通过实验选择合适的色谱柱。根据固定液极性选择了极性不同的色谱柱，弱极性柱：HP-5，中等极性柱：DB-624，强极性柱：AC20，进行色谱柱的筛选实验。取一定量的正戊烷，在相同条件下使用不同色谱柱分别进样，根据各成分峰的分离度大小及分析时间长短选出较合适的色谱柱。实验谱图如图1～图3所示。

图1 HP-5谱图

图2 DB-624谱图

图3 AC20谱图

由图1～图3可知，HP-5及AC20毛细管柱主峰前后的峰未能完全分离，分离效果不佳，其他各峰峰型较差；而DB-624毛细管柱主峰前后的峰可完全分离，其他各峰之间分离效果较好，因此选择DB-624毛细管柱用于正戊烷含量的分析。

2.2 柱温的选择

色谱柱温度对出峰时间及分离度影响较大。柱温越高，样品越快通过色谱柱。但是，样品越快通过色谱柱，它与固定相之间的相互作用就越少，因此分离效果越差。通常来说，柱温的选择是综合考虑分离时间与分离度的结果。通过实验，其他条件不变，在不同柱温下，根据各成分峰的分离度大小及分析时间长短来选择最佳实验条件。各组分与主峰分离情况如图4所示。

图4 正戊烷谱图

当进样口及检测器温度均为250 ℃，进样口压力为2.5 psi，进样量1 μL，分流比为40:1时，不同柱温条件下，保留时间及分离度如表1所示。

由表1可知，各条件下主峰均能完全分离。综合考虑到主峰及其他组分峰分离度大小、对称因子大小及分析时间长短，当其他条件固定，柱温为35 ℃，分离度R=4.03，对称因子为0.77，分析时间为21.5 min，较为理想。因此选择柱温35 ℃用于正戊烷含量的分析。

表1 不同柱温条件对分离效果的影响

2.3 进样口压力的选择

进样口压力对出峰时间及分离度也有影响。 载气流速对分析的影响在方式上与温度类似。载气流速越高，分析速度越快，但是分离度越差。因此，最佳载气流速的选择与柱温的选择一样，都需要在分析速度与分离度之间取得平衡。通过实验，其他条件不变，在不同进样口压力下，根据各成分峰的分离度大小及分析时间长短来选择最佳实验条件。当进样口及检测器温度均为250 ℃，柱温为35 ℃，进样量1 μL，分流比为40:1时，不同进样口压力条件下，保留时间及分离度如表2所示。

表2 不同进样口压力对分离效果的影响

由表2可知，综合考虑到主峰及其他组分峰分离度大小、对称因子大小及分析时间长短，当其他条件固定，进样口压力为2.5 psi时，分离度R=4.03，对称因子为0.77，分析时间为21.5 min，较为理想。因此选择进样口压力2.5 psi用于正戊烷含量的分析。

2.4 讨 论

理论与实践均认为，对于复杂样品的分离最佳条件往往并非是线性程序升温，真正的优化条件其优化参数应当是随时间变化的阶梯状曲线[6]。程序升温色谱法，即在分析过程中，按一定的速度提高柱温。在程序开始时，柱温是低的，低沸点的组分得到很好的分离，随着柱温的升高，每一个较高沸点的组分就在它最佳柱温下流出色谱柱，当温度达到高沸点组分流出温度时，高沸点组分也能较快流出并获得良好的分离。对于宽沸程的多组分混合物，如果柱子恒定在一个温度上，则会出现低沸点组分出峰拥挤，以致不易辨认，高沸点组分拖延时间很长甚至停在柱中不能出峰，可采用程序升温色谱法[7]。采用这种分离方式可收到既满足分离要求又达到快速的效果。为了提高高沸点组分的色谱峰灵敏度及有效缩短检测时间，故选择程序升温法对正戊烷的含量进行分析。

3 结 论

气相色谱法具有分离效率高、分析速度快、样品用量少、检测灵敏度高、选择性好、应用范围广等优点[8]。故采用气相色谱法对正戊烷含量进行分析。使用氢火焰离子检测器检测及DB-624毛细管色谱柱进行分离。通过实验，得出最终分离条件为柱温35 ℃，进样口压力2.5 psi，进样口及检测器温度均为250 ℃，进样量1 μL，分流比为40:1，起始柱温维持10 min后，以10 ℃/min的升温速率升至100 ℃，维持10 min。通过面积归一化法计算得出正戊烷的相对含量。