第三节 定性定量分析
气相色谱和液相色谱的定性定量分析原理及方法都是相同的，在此一并阐述。
一、定性分析
色谱定性分析就是要确定色谱图中各个峰的归属。色谱法定性的依据是：在一定的固定相和一定的色谱操作条件下，每种物质都有确定的保留值，据此可进行定性分析。但在同一色谱条件下，不同的物质也可能具有近似或相同的保留值，故有时还需与其他仪器分析方法相配合，才能准确判断某些组分是否存在。
1.纯物质对照法
对组成不太复杂的样品，若欲确定色谱图中某一未知色谱峰所代表的组分，可选择一系列与未知组分相接近的标准物质，依次进样，当某一物质与未知组分色谱峰保留值相同时，即可初步确定此未知峰所代表的组分。
2.文献值对照法
当没有纯物质时，可利用文献提供的保留数据定性。许多科学工作者经过多年的努力，积累了大量有机化合物在不同柱子、不同柱温下的保留数据。如相对保留值γis、比保留体积Vg、柯瓦兹（Kovat's）保留指数I等，进行定性时可将实验测得的保留数据与文献记载的保留数据对照，即可确定被测组分。在使用文献数据时，要注意实验测定时所使用的固定液及柱温应和文献记载的一致。
保留指数是匈牙利人Kovat's 1958年提出来的。Kovat's选定了一系列正构烷烃作为参考标准，把正构烷烃的保留指数规定为100乘以其碳原子数，如正己烷和正辛烷的保留指数分别为600和800。在计算某组分的保留指数时，总能找到被分析组分的保留时间一定落在两个相邻的正构烷烃保留时间之间，这样对于任意组分的Kovat's保留指数都可以用下式计算
（3-46）
式中，Z为正构烷烃碳原子数目。
例如，在阿皮松L柱上，柱温为100℃时，测得某组分的调整保留时间为310.0mm（以记录纸距离表示），又测得正庚烷和正辛烷的调整保留时间分别为174.0mm和373.4mm，则该未知组分的保留指数为
从文献上查得在该色谱条件下，这个未知物是乙酸正丁酯。
3.利用保留值的经验规律定性
大量实验结果证明，在一定柱温下，同系物调整保留时间的对数与分子中的碳原子数成线性关系，即为碳数规律，可表示为
（3-47）
式中，n为碳原子数；a为直线斜率；b为截距。
另外，同一族具有相同碳原子数的异构体其比保留体积的对数与其沸点成线性关系，即为沸点规律，可表示为
lgVg=a1Tb+b1 （3-48）
式中，Tb为沸点；a1为直线斜率；b1为截距。
当已知样品为同一系列，可利用上述两个规律定性。
4.联用技术
近年来联用技术迅速发展，其中的色谱-质谱联用、色谱-红外光谱联用已成为分离、鉴定复杂体系中各组分的最有效手段。将多组分混合物先通过色谱仪分离成单个组分，然后逐一送入质谱仪或红外光谱仪，获得质谱图或红外谱图，根据谱图所提供的特征信息，可对被测物定性并推出其分子结构，更方便的是用计算机对谱图进行自动检索，将未知物的谱图与标准谱图对照定性。
二、定量分析
色谱分析的重要作用之一是对样品进行定量分析。定量分析的依据是被测组分的量Wi与检测器的响应信号（峰面积或峰高）成正比，即
（3-49）
式中的比例常数
称为定量校正因子，它是指单位面积（或峰高）所代表的某组分的量，主要由仪器的灵敏度所决定。由于W的单位可以用质量、物质的量或体积表示，故又有质量校正因子
，摩尔校正因子
和体积校正因子
之分。显然，要想得到准确的定量分析结果，必须作好以下工作：
①准确测量峰面积（或峰高）；
②得到准确的定量校正因子；
③选用合适的定量方法。
（一）峰面积的测量
测量峰面积的方法，可分为手工测量和机器自动测量两类。随着电子技术的发展，手工测量峰面积的方法逐渐被数据处理机、色谱工作站等代替。机器测量峰面积既简单又快速准确，但手工处理峰面积的方法仍然是机器处理峰面积的基础。
1.对称峰面积的测量
对称峰面积可近似看作一个等腰三角形，按照三角形求面积的方法，峰面积为峰高乘以半峰宽，即
（3-50）
上述方法计算所得峰面积只有实际峰面积的0.94倍，作相对计算没有影响，如果要求真实面积，应乘以系数1.065。
2.不对称峰面积的测量
在色谱分析中，经常遇到不对称峰，多数不对称峰为拖尾峰。峰面积的计算方法为，取峰高0.15处和0.85处的峰宽平均值乘以峰高，求出近似面积。即
（3-51）
目前，色谱仪大多带有自动积分仪或由计算机控制的色谱数据处理软件，无论是对称峰还是不规则峰，它们都能精确测定色谱峰的真实面积。此外，还能自动打印保留时间、峰高、峰面积等数据，并能以报告的形式给出定量分析结果。
（二）定量校正因子
事实证明，相同量的同一种物质在不同检测器上产生的响应信号是不相同的；相同量的不同物质在同一检测器上产生的响应信号也不相同。因此，为了使检测器产生的响应信号能真实地反映出物质的量，就要对响应值进行校正而引入定量校正因子。由于定量校正因子的绝对值不易准确测定，因此在实际工作中，以相对定量校正因子fi代替定量校正因子
。
1.相对定量校正因子
相对定量校正因子fi定义为样品组分的定量校正因子与标准物的定量校正因子之比。
（1）相对质量校正因子（fW） 相对质量校正因子系指某组分（i）与标准物质（s）的定量校正因子之比，这是一种最常用的定量校正因子。其表达式为
（3-52）
式中，
为组分i的定量校正因子；
为标准物s的定量校正因子；mi为组分i的质量；ms为标准物s的质量；Ai为组分i的峰面积；As为标准物s的峰面积。
在气相色谱中，相对质量校正因子，对于热导检测器，一般以苯为标准物；对于氢火焰离子化检测器，一般以正庚烷为标准物。
（2）相对摩尔校正因子（fM）
（3-53）
式中，Mi和Ms分别为被测物质和标准物质的相对分子质量。
（3）相对体积校正因子（fV） 因为1mol的任何气体在标准状态下的体积均为22.4L，故
（3-54）
式（3-52）至式（3-54）中，所用的都是峰面积，也可改用峰高。当需要区别称呼时，可分别称为相对面积校正因子与相对峰高校正因子。
2.相对响应值
相对响应值（亦称相对灵敏度）是指组分i与等量标准物s的响应值之比，用Si表示。当计量单位相同时，它们与相对定量校正因子互为倒数。即
（3-55）
3.相对定量校正因子的测量
相对定量校正因子一般由实验者自己测定，方法是：准确称取被测组分及标准物质，最好使用色谱纯试剂，混合后，在一定色谱条件下，准确进样，分别测量相应的峰面积（或峰高），可根据式（3-52）或式（3-53）计算出组分的相对质量校正因子或相对摩尔校正因子。
相对定量校正因子只与组分i和标准物s及检测器类型有关，与操作条件无关。当无法得到被测物的标准品时，也可利用文献值，但所选标准物及检准器类型必须与文献报道的一致。
（三）定量方法
1.归一化法
归一化法是色谱中常用的一种简便、准确的定量方法。这种方法要求样品中所有组分都出峰，且含量都在相同数量级上。当测量参数为峰面积时，计算公式为
（3-56）
式中，Ai为组分i的峰面积；fi为组分i的相对定量校正因子。fi分别为质量校正因子、摩尔校正因子、体积校正因子时，Xi则相应地为质量分数、摩尔分数和体积分数。
归一化法的优点是不必知道进样量，尤其是进样量小而不能测准时更为方便，仪器及操作条件稍有变动对分析结果影响不大，特别适合多组分的同时测定；不足之处是样品中的组分必须都出峰并产生响应信号，所有组分的fi值均需测出，否则此法不能应用。
2.内标法
当被分析组分含量很小，不能应用归一化法，或者是被分析样品中并非所有组分都出峰，只要所要求的组分出峰时就可以用内标法。所谓内标法，是将一定量的纯物质作为内标物，加入到准确称取的试样中，根据被测物和内标物的质量及其在色谱图上相应的峰面积比，求出被测组分的含量。内标法是一种常用的定量分析方法。
对内标物的要求：加入的内标物应是样品中不存在的，而且最好是色谱纯或者是已知含量的标准物；内标物的物理和化学性质应尽可能地与被测物相似；内标物加入量所产生的峰面积大致和被测组分峰面积相当；内标物出峰最好在被测物峰的附近，且能很好分离。
方法：准确称取样品，将一定量的内标物加入其中，混合均匀后进样分析。根据样品、内标物的质量及在色谱图上产生的相应峰面积，计算组分含量。计算公式为
（3-57）
一般常以内标物为基准，则fs=1，此时计算式可简化为
（3-58）
式中，Xi为试样中组分i的质量分数；ms为内标物的质量；As为内标物峰面积；m样为试样质量；Ai为组分i的峰面积；fi为相对质量校正因子。
内标法的优点是定量准确，测定结果不受操作条件、进样量及不同操作者进样技术的影响；其缺点是选择合适的内标物较困难，每次测定都需准确称量内标物与样品。
3.外标法
外标法实际上是常用的标准曲线法。用待测组分的纯物质配成不同浓度的标样进行色谱分析，获得各种浓度下对应的峰面积（或峰高），作出峰面积（或峰高）与浓度的标准曲线。分析时，在相同色谱条件下，进同样体积分析样品，根据所得峰面积（或峰高），从标准曲线上查出待测组分的浓度。
外标法操作和计算都很简便，不必用校正因子，但要求色谱操作条件稳定，进样重复性好，否则对分析结果影响较大。该方法适用于大批量样品的快速分析。