现代环境测试技术实验讲义

现代环境测试技术实验讲义

周家斌

武汉理工大学资源与环境工程学院

实验一 气相色谱－质谱（GC-MS）法

测定多环芳烃含量

一、 实验目的：

1．了解GC-MS仪的基本构造，熟悉工作站软件的使用；

2．了解运用GC-MS仪分析样品的基本过程，掌握利用质谱标准图库检索和特

征离子裂解原理进行色谱峰定性，以及内标法进行定量的分析方法。

二、 实验原理：

一台质谱仪的分析系统一般由四个部分组成：进样系统按电离方式的需要，将样品无分馏地送入离子源的适当部位。离子源是用来使样品分子或原子电离生成离子的装置，除了使样品电离外，离子源还必须使生成的离子会聚成有一定能量和几何形状的离子束后引出。质量分析器是利用电磁场(包括磁场、磁场与电场组合、高频电场、高频脉冲电场等)的作用将来自离子源的离子束中不同质荷比的离子按空间位置、时间先后或运动轨道稳定与否等形式分离的装置。检测器是用来接收、检测和记录被分离后的离子信号的装置。样品由进样装置导入离子源，在离子源中被电离成正离子或负离子,离子按质荷比大小由质量分析器分离后，被检测系统接收并记录而获的质谱图。

质谱分析是先将物质离子化，按离子的质荷比分离，然后测量各种离子谱峰的强度而实现分析目的的一种分析方法。本实验使用的质谱检测器采用电子电离源（EI），它的灯丝能发射出能量为70ev的电子束。从毛细管色谱柱流出的气体样品进入检测器后，被电子电离，生成的分子碎片经加速器加速后进入四极杆质量分析器进行分析。质量是物质的固有特征之一，不同的物质有不同的质量谱——质谱，利用这一性质，可以进行定性分析；谱峰强度也与它代表的化合物含量有关，利用这一点，可以进行定量分析。

三、 仪器和试剂：

Agilent 6890－5973N 型色谱质谱仪（美国安捷伦科技有限公司），配置HP-5MS弹性石英毛细柱（30m×0.25mm×0.25um）；10 ul微量注射器；针式

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过滤器（有机相）。

本实验分离分析的是10种多环芳烃混合物（菲、蒽、荧蒽、芘、苯并[a]蒽、屈、苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽、苯并[e]芘、苯并[a]芘），溶剂为二氯甲烷（色谱纯）。

四、 实验步骤：

1．以二氯甲烷为溶剂，配制合适浓度的多环芳烃混合溶液； 2．使用0.45μm的有机相微孔膜过滤器将混合溶液过滤至样品瓶中； 3．GC-MS参数设定：

色谱条件：载气为纯度99.999%的氦气，进样室与传输线均恒温300℃；程序升温：65℃恒温10min 后，以速率10℃/min 升至300℃，恒温20min；载气流速：N2，0.5ml·min-1；进样量：1μl；不分流进样。

质谱条件：EI 模式，电子能量70eV。离子化电流：300Μa，倍增器电压：1100V。全扫描质量范围为35～500amu，扫描周期为1.6s。

4．设置样品信息及数据文件保存路径后，按下“Start run”键，待“Pre-run”结 束，系统提示可以进样时，使用10μl进样针准确吸取1μl样品溶液（不能有气泡）。将进样针插入进样口底部，快速推出溶液并迅速按下色谱仪操作面板上的“start”按钮，分析开始。

5．对得到的总离子流色谱图（TIC），在不同保留时间处双击鼠标右键得相 应的质谱图，在质谱库中检索后，根据匹配度、置信度可确定各峰的归属。根据质量色谱图、特征碎片离子、计算机联机的标准谱库检索，来对化合物作定性分析，定量分析用内标法。

五、实验结果与讨论：

1．显示并打印样品的总离子流色谱图(TIC)，并学会应用选择离子色谱图（SIM）和标准谱库检索，给出色谱峰定性结果（含质谱检索结果、物质名称、保留时间）。

2．给出某一保留时间处菲、荧蒽和苯并[a]芘的质谱图，分析它们主要产生了哪些离子峰。根据质谱电离过程中分子碎裂的机理，写出这3种多环芳烃的分子碎裂过程。

3．运用化学工作站软件对10种多环芳烃和内标物（芘-d10）进行峰面积积

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分，以内标法定量每个多环芳烃化合物的含量。已知芘-d10的浓度为0.45mg/l。

六、思考题

1．GC-MS适用于分析哪些样品，请举例说明；并简述其主要优点。

2．与外标法相比，内标法定量有什么优势？用内标法可以克服哪些因素造成的误差？内标物的选择有什么具体要求？

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实验二 高效液相色谱法（HPLC）

测定正十六烷酸含量

一、 实验目的：

1．理解高效液相色谱(HPLC)的原理与应用；

2．掌握用保留值定性及用标准曲线法进行定量的方法。

二、 实验原理：

高效液相色谱法(HPLC)是由经典液相色谱（柱层析、纸层析、薄层层析）发展起来的，采用高压液体作流动相并采用了新型固定相和连续自动检测系统，从而大大提高了理论塔板数，具有快速、高效等特点。它克服了气相色谱法要求样品挥发性大、热稳定性好的局限，特别适用于大分子量的高分子化合物及离子型化合物的分离与分析。HPLC按分离原理可分为吸附色谱、键合相色谱、离子交换色谱和凝胶排组色谱。

在以上四种分离方式中，反相键合相色谱应用最广，因为它采用醇-水或腈-水系作流动相。纯水易得廉价，它的紫外吸收极小。在纯水中添加各种物质可改变流动相的选择性。使用最广泛的反相键合相是十八烷基键合相，即让十八烷基（C18H37—）键合到硅胶表面，这种键合相又称ODS(Octadecylsily) 键合相。

本次实验采用反相液相色谱柱进行分离，以二极管阵列检测器进行检测，以正十六烷酸nC16：0标准系列溶液的色谱峰面积对其浓度做工作曲线，再根据样品中的正十六烷酸的峰面积，由工作曲线算出其浓度。

三、 仪器与试剂：

仪器：Agilent 1100 HPLC (美国Agilent公司)，HP工作站，ODS柱，5μL定量环，50ul微量注射器。

试剂：1．甲醇（色谱纯），二次蒸馏水

2．正十六烷酸标准储备溶液

四、 实验步骤：

1．按操作指南开启仪器, 使Agilent 1100 HPLC色谱仪正常工作，色谱条件为：

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