全自动顶空气相色谱法建立木材指纹图谱.doc

实验八 全自动顶空气相色谱法建立木材指纹图谱 第一部分：实验原理 1 顶空分析技术原理 顶空技术主要用于分析固体或液体顶部蒸汽相中的有机挥发性物质，而气相色谱适用于分析挥发性和半挥发性的化合物，所以顶空技术是一种非常适合与气相色谱进行联用的分析方法。我系化学实验教学中心拥有一套完整的带有瑞士CTC公司combipal型带顶空装置的三合一自动进样器装置的Varian 3900气相色谱仪。 顶空分析技术就是气体萃取技术，常常用于气相色谱分析。对于样品中衡量高挥发性物质的分析测定，可以使用气体萃取的方法，因为气体是挥发性物质最理想的溶剂。顶空分析法通常可分为三类：静态顶空分析; 动态顶空分析和顶空- 固相微萃取。他们具有以下特点：操作简单；可以自动化；可变因素多；灵敏度高。 静态顶空分析是在一个密闭的容器中，其中的样品与样品上方气体达到平衡，直接抽取样品上方气体进行分析测试的技术，常被认为“一步气体萃取” 。静态顶空顶空分析原理的示意图见图1。 图1 静态顶空分析法原理示意图 静态顶空分析法在仪器模式上可以分为三类：顶空气体直接进样模式、平衡加压采样模式和加压定容采样进样模式。本实验采用的是顶空气体直接进样模式，故重点讨论这种模式。顶空气体直接进样系统配有气密性的气体取样针,一般在气体取样针的外部套有温度控制装置。静态顶空分析气体直接进样可以分为两步：首先，将液体样品或者固体样品放在一个密闭的玻璃样品瓶中，并保持样品瓶中的样品上方留有一半以上的气体空间，在一恒定的温度下使两相达到平衡；然后，使用气密性注射器等份抽取样品瓶中的顶空气体直接注入到色谱仪注入口中进行色谱分离和测定。这种静态顶空分析法模式具有适用性广和易于清洗的特点,适合于香精香料、苯系物、香水、烟草和香樟树等挥发性样品含量较大的样品。静态顶空分析法的主要缺点是有时必须进行大体积的气体进样,这样挥发性物质的色谱峰的初始展宽较大会影响色谱的分离效能；另外进行定量测定也比较繁杂，必须考虑样品基体的干扰。 化学实验教学中心全自动顶空-气相色谱分析系统由全自动顶空气体采集器气相色谱仪和火焰离子化检测器组成。在中，萃取过程可以分为两个步骤：被分析组分从液相中先扩散穿透到气相中；被分析组分从气相转移到萃取固定相中。这种改型可以避免萃取固定相受到某些样品基质中高分子物质和不挥发性物质的污染。在该萃取过程中，步骤的萃取速度总体上远远大于步骤的扩散速度，所以步骤成为萃取的控制步骤。因此挥发性组分比半挥发性组分有着快得多的萃取速度。实际上对于挥发性组分而言，在相同的样品混匀条件下，顶空萃取的平衡时间远远小于直接萃取平衡时间。共有峰的形象讲，指纹图谱就是的身份证，该的主要化学信息都能体现在指纹图谱上，指纹图谱使一一图，决不。指纹图谱。要把建立在研究清楚每个内含成分的基础上，很不现实。这就要求，在尚不清楚全体化学成分的情况下，实现对物质群整体的控制。而现代色谱、光谱、波谱、质谱等仪器分析所得物质群指纹图谱，展现了这种可能性。几个物质群在相同仪器、相同试验条件、相同操作方法下所得的指纹图谱相同性，即可反映这些物质群的同属性。虽然对图谱中每个特定峰的成分并不了解，也即对物质群的化学成分并不全知晓，但这并不影响对物质群一致性的判断。μL；进样针温度为100 ℃；振荡器温度为80 ℃；振荡器加热时间为10min；检测器温度为260℃ 。柱温升温程序：起始温度60℃，保持0.5分钟后以每分钟20℃的升温速率升至100℃ ，保持3分钟后以每分钟6℃的升温速率升至180℃ ，保持0.5分钟后以每分钟10℃的升温速率升至200℃ 。在以上实验条件下，得到其色谱总离子流图谱如图2所示。 图2 香樟色谱指纹图谱 3 模式识别与主成分分析原理 用不同的木材标准样品按照优化后的色谱条件进行实验后，在计算机系统里保存各木材标准样品的色谱指纹图谱数据。用同样的色谱方法对待检验木材样本进行检测，然后将获得的色谱图数据与标准库进行对比，就可以判定待检验样本属于哪类木材样本，从而实现模式识别。 模式识别是指对表征事物或现象的各种形式的(数值的、文字的和逻辑关系的)信息进行处理和分析,以对事物或现象进行描述、辨认、分类和解释的过程,是信息科学和人工智能的重要组成部分。模式识别C个类ω1,ω2,…,ωc中，然后根据模式之间的距离函数来判别分类。其中，T表示转置；N为样本点数；d为样本特征数。统计模式识别的主要方法有：判别函数法，k近邻分类法，非线性映射法，特征分析法，主成分分析法等。本实验主要采用主成分分析法来对木材进行模式识别。 简要介绍一下主成分分析方法。分析手段的仪器化和化学体系的复杂化已成为现代分析化学学科的两大重要特征。与其同时，化学计量学也迅速发展起来。从现代化学计量学的观点