新手入门-关于色谱分析结果的单位

让我们研究一下第一个问题：色谱定量的依据是什么？为什么我们这样定量？外标、归一化、内标都用色谱峰面积或峰高定量，为什么定量方法还不一样？
色谱定量的依据有以下几点：
1、根据塔板理论，组分在色谱柱末端流出的浓度时间积分结果（在峰型不失真的情况下包括浓度最高值），与进入色谱柱入口的该组分的总量成正比。
2、根据检测器线性响应原理，组分在色谱柱末端流出浓度与检测器响应信号值成正比。（注意：FPD检测器的响应值不是正比，是二次方关系，因此必须先进行面积开方拟合成线性关系。）
基于以上两点，组分在检测器上相应信号的时间积分值，也就是组分的色谱峰面积，与组分进入色谱柱入口的总量成正比。
由于浓度等于样品量除以进样体积，因此也就是说，当样品的进样体积是恒定值的时候，峰面积与该组分的浓度成正比。这就是外标法进行定量依据了。
也就是说，外标法定量的基本依据，是“进样体积为恒定值”。在这种情况下，组分的峰面积，只与该组份的体积浓度有关，与其他杂质是什么完全无关。
例如：定量环是0.2ml，N2中的1mg/m3的甲醇，和丙烯中的1mg/m3的甲醇，色谱峰面积是完全相同的。因为进入色谱的甲醇总量是一样的。但我们知道，丙烯和N2的密度是不同的，因此这两个样品中，甲醇的质量分数是不同的。
所以，我们得到了第一个重要的结论：
外标法定量的结果，必须是以体积为分母的浓度单位，包括：体积分数、摩尔浓度、体积浓度、质量浓度。而不能是以质量为分母的单位，包括：摩尔分数、质量分数。这里，考虑到气体可以近似为理想气体，因此对气体来说，摩尔分数也可以作为外标法的结果单位。但因为液体并不能看成是理想气体，因此液体的摩尔分数是不可以作为外标法的结果单位使用的。
所以，外标法定量用的标准样品，浓度单位也必须是以体积为分母的单位，并且分析结果的单位，应该与标准样品的单位保持一致。当工艺上需要其他单位的时候，必须对分析结果进行单位转换，也就是说分析结果要用密度进行修正。
特别的，当实际样品密度与标准样品的密度相同的时候，可以不修正。这也是我们喜欢用与实际样品一致的标准样品的原因。因为在这种情况下，随便我们采用什么单位都可以。

归一化法是外标法的推论。对于某一次特定分析，样品中所有组分的进样体积是一个值，即该次分析的进样总体积。在这种情况下，如果所有组分都出峰，每个组分都符合外标法计算，那么最后某个组分的分数，等于该组分的面积除以所有组分色谱峰的总面积。在计算分数的过程中，每个组分外标计算所需要的进样体积，竟然在计算分数的过程中，被约分了，没用了。正是因为这样，所以归一化法对进样体积也就没有要求了，不再需要进样体积是一个恒定值了。
所以，归一化法的结果，一定是一个分数的形式，包括：摩尔分数、体积分数、质量分数。而不能是一个基于体积的浓度，包括：摩尔浓度、体积浓度、质量浓度。那么具体应该是什么分数呢？这取决于标准气。
由于归一化法依托于外标法，因此归一化法的标准样品，理论上讲也应该与外标法一致，采用体积为分母的浓度单位，而不能采用以质量或者摩尔为基础的单位。我们应该用这样一个标准样品，来确定各个组分之间的相对校正因子，用于最后的归一化计算。但实际上标准样品也是一次特定的进样，实际上标准样品的浓度单位的分母，也会在归一化的时候被约分掉，因此其实无所谓是什么了，是质量或者摩尔，也没关系。
因此，归一化法的分析结果的单位，仅仅与标准样品浓度单位的分子有关，必然是标准样品浓度单位分子的分数。例如标准样品的单位是mg/m3，那么得到的归一化结果必然是质量分数；标准样品的单位是摩尔分数，那么归一化结果的单位也必然是摩尔分数。
即使我们采用了与样品一致的单位为mg/m3的标准样品，我们归一化法的分析结果，也不能是mg/m3这样的浓度单位，这时候也必须是质量分数。
特别的，当我们的标准样品无法囊括所有组分，必须做成2瓶或者更多瓶的时候，我们需要在每一个不同瓶的标准样品之中都有一个相同的基准组分，并利用这个组分测定相对校正因子。并且这样瓶的浓度，至少具有相同的分子单位。
对于面积百分比法的分析结果，认为所有组分的相对校正因子是相同的，其实默认了标准样品。对于FID，单位是质量分数；对于TCD，单位是摩尔分数。
如果工艺需要其他单位的结果，我们也必须据此进行单位转换。

然后是内标法。
内标法的依据依然是外标法。由于对于某次特定分析来说，所有组分的进样体积一定是一个定值，即样品的总进样体积。同时各个组分之间的相对校正因子是已知的，那么如果样品中某一个组分的含量已知，就可以据此一次特定分析求出该组分的绝对校正因子，并推导得出所有其他组分的绝对校正因子，并计算得到所有组分含量。这时候因为基于一次特定分析，因此进样体积是否恒定也没关系了。
一个未知样品中如何会有一个已知浓度的组分？很简单，这个组分是原来没有，我们定量的加入的，加入多少，我们是知道的。
由于所有其他组分含量，都是根据这一个组分推导计算得到的，因此其他组分的含量单位，必须与这个加入组分的含量单位相同。
也就是说，内标法的单位，可以是质量分数，也可以是质量体积浓度，各种浓度单位都可以，只要与我们加入的内标物的浓度单位一致即可。
当然，我们通常通过称量法，得到内标物的质量分数，因此内标法绝大多数时候得到的浓度单位都是质量分数，并且推导了详细的计算公式。
到这里本来就可以结束了。但出于理论研究的想法，我们继续讨论一下内标法的单位。其实内标物的单位也可以有很多种的。
例如，我们在一个100ml的容量瓶中加入1g内标物，并利用样品定容，那么我们得到的内标物的浓度就是质量体积浓度mg/L了。这样我们就能够得到同样单位的组分含量了吗？并不如此，其实我们还需要重新推导公式，以扣除内标物添加造成的样品实际浓度稀释影响。或者，我们的样品和内标物都是以固定体积的形式混合的，而且具有体积加和性，那么我们计算的时候，可以直接用体积替代公式中的质量，得到体积分数为单位的分析结果。

最后，我们讨论一下相对校正因子的标定问题，或者说，标准样品的浓度单位问题。
首先，外标法的标准样品单位，必须是基于体积为分母的浓度为单位。分析结果的单位由标准样品的单位决定。
其次，归一化法的标准样品的单位由分析结果决定，其分子必须与最终结果分数单位相同。
最后，内标法的标准样品的单位也是由分析结果决定的，其分子必须与最终结果分数单位相同。特别的，在绝大多数情况下，都应该是质量。
好了，这次课程结束了，你了解色谱分析结果的单位了吗？请继续关注，后面有时间，我们将仔细讨论色谱的标定。

对初学者很有帮助！

解释得蛮详细的。

应助达人

感觉有点枯燥

应助达人

内容很丰富，对各种单位解释的很清楚。

应助达人

很详细啊，单位应该是容易让人混淆的东西