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全二维气相色谱谱图基线校正方法的研究
维普资讯 第 3 卷 l20 0 3年 4月 分 析 化 学 (E X U XU F N I A E) 研 究 报 告 HC i e e J u n l o n yia h mi r h n s o r a f A a t l C e s y l c
t第 4期 40 — 4l 9 3全 二 维 气 相 色 谱 谱 图 基 线 校 正 方 法 的 研 究 孔 宏 伟 路 鑫 阮 春 海 杨 军 肖 珂 杨 青 许 国 旺 ( 国 科 学 院 大 连 化 学 物 理 研 究 所 , 家 色 谱 研 究 分 析 中 心 , 连 16 1 ) 中 国 大 10 1 摘要拟根 据 全二维 气 相色 谱谱 图 的特 点 , 以第 一 周 期 的 信 号 为 初 值 , 过 计 算 各 周 期 ( 二 维 ) 图 的 基 通 第 谱线 水 平 及 噪 声 , 除 特 异 值 后 , 用 三 次 样 条 分 析 对 基 线 进 行 重 构 , 到 对 全 谱 图 的 基 线 校 准 。 以石 脑 油 样 品 去 利 达的 全 二 维 气 相 色 谱 分 析 谱 图 为 例 进 行 评 价 , 准 后 基 平 面 的 标 准 偏 差 为 0 14 系 统 漂 移 得 到 良 好 的 扣 除 , 校 .1, 同 一谱 图 数 据 用 商 品 化 的 Ze ox软 件 处 理 , 平 面 的 标 准 偏 差 为 O 64, 明 本 文 的 方 法 具 明 显 优 越 性 , 全 二 维 基 .1 表 为气 相色谱 峰 的准 确 定量确 立 了 良好 的基 础 。 关 键 词 全 二 维 气 相 色 谱 , 线 校 正 , 次 样 条 基 三1 引 言 全 二 维气 相 色 谱 ( C×G ) 2 G C 是 O世 纪 9 O年 代 新 发展 起 来 的 一 种 分 析 手 段 n 。不 同 于 常 规 的 二 维 色 谱 , 将 两 种 不 同性 质 的 色 谱 柱 串联 , 它 中间 用 调 制 管 连 接 , 第 一 维 流 出 的组 分 在 调 制 管 中 被 厚 液 膜 从 或 低 温保 留。 调 制 器 根 据 设 定 的 时 间 以 脉 冲升 温 方 式 将 保 留组 分 送 入 第 二 维 , 行 二 次 分 离 。 由 于 两 进 根 柱 子 采 用 不 同 的分 离机 理 , 样 品 中 所 有 组 分 在 二 维 平 面 达 到 正 交 分 离 。 全 二 维 气 相 色 谱 是 目前 最 使 强 大 的 分 离 工 具 , 泛 应 用 于 石 油 】 制 药 等 复 杂 体 系 的分 离 分 析 。 全 二 维 气 相 色 谱 系 统 产 生 的 信 广 、 号 是 以第 一 和 第 二 维 上 的保 留时 间 为 X, Y坐 标 、 号 强 度 为 z坐 标 的 三 维 谱 图 , 峰 体 积 作 为定 量 基 信 以础 。 因此 , 平 面 的扣 除 准 确 与 否将 直 接 影 响 定 量 的 准 确性 。 由于 G C产 生 的基 线 波 动 较 大 , 行 基 CxG 平操 作 时 也 不 易 完 全 的 重 复 , 过空 白实 验 很 难 获 得 良好 的 校 准 结 果 , 此 , 需 发 展 新 的方 法 来 解决 G 通 因 急 C ×G C谱 图 的基 线 校 准 问 题 。 对 于普 通 一 维 色 谱 , 线 漂移 不 大 时 可通 过 准 确 的 峰判 断 加 以 消 除 。对 液 相 色 谱 的梯 度 淋 洗 及 气 基 相 色 谱 的程 序 升 温 中 基 线 漂 移 较 大 的情 况 , 般 通 过 空 白实 验 加 以扣 除 。也 可 采 用 化 学 计 量 学 方法 , 一 如 梁 逸 曾 等利 用 零 组 分 区噪 声 信 息 对 色谱 联 用 仪 器 的 谱 图 进 行 基 线 扣 除 。 邵 学 广 等 采 用 小 波 变 换 较 好 的处 理 了 液 相 色 谱 梯 度 淋 洗 条 件 下 的 基 线 漂 移 。 本 文 拟根 据 全 二 维 气 相 色 谱 谱 图 的 特 点 , 过 计 算 各 周 期 的 基 线 水 平 , 去 除 特 异 值 后 , 合 三 次 通 在 结 样 条 分 析 对基 线 进 行 重 构 , 到 对 全 二 维 气 相 色 谱 全 谱 图基 线 校 准 的 目的 。 达 2 原 理 在 全 二 维 气 相 色 谱 中 , 二 维 色 谱 的 分 析 周 期 一 般 为 4~1 , 如 此 短 的 时 间 内 , 以认 定 单 个 周 第 0s 在 可 期 的 基 线 水 平 为 一 定 值 ( 当 于恒 温 操 作 ) 相 。 经 过 第 一 维 的分 离 , 集 在 调 制 器 中 的 区带 组 分 比较 简 单 , 每 一 周 期 找 到 基 线 的 几 率 较 高 , 是 富 在 这 全 二 维 色谱 不 同于 一 维 色谱 之 处 。 当调 制 管 的 吸 附 被 击 穿 或 富 集 区 带 中 的 物 质 非 常 多 ( 二 维 谱 图 十 第 分 复 杂 ) , 可 能 误 判 基线 。 因 此 , 对 计 算 的基 线 点 进行 可 信 度 确 定 , 保 非 正 常 点 不 被选 入 。 时 有 应 确 首 先 计 算 每 一 周 期 的基 线 值 : 定 本 周 期 的最 低 点 , 保 证 该 点 由基 线 波 动 产 生 , 止 电 信 号 和 色 确 为 防 谱 峰 的 影 响 , 点 应 满 足 与前 后 点 差值 在 两 倍 标 准 偏 差 之 内。 选 定 所 有 波 动 在 两 倍 标 准 偏 差 以 内 的 点 该 作 为 基 线 点 。计 算 这 些 点 的 均 值 即得 该 周 期 的 基 线 水 平 。 如 果 选 定 的 点 数 过 少 ( 0 , 认 为 该 周 期 <2 ) 则 未发现基线位置 , 值设 为空。 其 将 所 有 上 述 基 线 值 形 成 一 数 组 F。 20 -52 0 20 -9收 稿 ;03 11 20 - .0接 受 0 本 文 系 国 家 自然 科 学 基 金 资 助 项 目( o 2 152 ) N .0 70 8 维普资讯 4O l 分 析 化 学 第 3 卷 l由于 每 一 分 析 周 期 时 间 非 常 短 , 续 3个 周 期 的 基 线 水 平 可 近 似 为 线 性 。计 算 生 成 新 数 组 { 。 _ 连 D} { + + 一 一2* ) , 果 D 过 大 , 明对 应 的 基 线 值 F 脱 离 了 应 有 的 线 性 误 差 范 围 , 为 不 合 ( 。 。 }如 』 说 。 视理 , 以去除 , 值置为空 。 予 其 拉 依 达 检 验 准则 n 町是 计 算 一 个 未 知 数 组 中离 群 值 的经 典 方 法 , I 一D I 3 > S () I 式 中 s为 D 数 据 的标 准 偏 差 。 用 上式 对 数 组 D 进 行 检 验 , 数 组 F 中可 去 除 对 应 的 所 有 离 群 值 。 在 三次样条 分析n 是数学上最常用 的插值 方法 , 利用 已知点 构建三 次 函数 对 内点进行 插值 计算 。 ¨ 它 通 过 该 方 法 对 数 组 F 中设 为 空 的点 进 行 插 值 计 算 , 以确 保 所 有 的 周 期 均 有 一 合 适 的 基 线 水 平 。在 此 基 础 上 , 二 维 色 谱 图 采 用减 扣 的 方 法 达 到 正 确 的 基线 校 准 目的 。 全 3 实 验 部 分 全 二 维 气 相 色 谱 仪 由 A i n 80和 Z o gl t 9 e 6 ex的 K -0 0R t f 调 制 器 组 成 。柱 I D I1 T20 eo t ri : B 5m×0 2 l .5ll nl ×0.5 2 m,柱 2 D 一7 t 7 : B 1 h 0 m×0. l l 0. I n ×0. m。 实 验 条 件 : 温 3 ' ( i) n I 柱 5t 2 m n 2 样 品 : 脑 油 I 。计 算 机程 序 用 Vsa C+ 石 i l +编 写 , P 一8 u 在 C5 6微 机 上 运 行 。 l0 ;4 6 ℃ 10k a 8  ̄ , 流 。进 样 器 和检 测 器 温 度 均 为 2 0t。第 二 维 周 期 为 6. , 集 频 率 10 I 。载 气 : e P ( 0C) 恒 5' 2 5s采 0 I - z H。4 结 果 和 讨 论 4 1 基 线 噪 声 的 确 定 .在 正 常 条 件 下 , 一 周 期 不 出峰 ( 第 由于 死 时 间 ) 是 零 组 分 区 , 选 第 一 周 期 的 标 准 偏 差 作 为 检 测 基 , 可线 的基 本 参 数 。为 考 察 其 合 理 性 , 石 脑 油 样 品 的 实 验 数 据 进 行 分 析 , 同周 期 的 基 线 噪 声 如 表 I 显 对 不 。 然 , 仪 器 稳 定 时 , 一 周 期 噪 声 的标 准 偏 差 可 代 表 整 个 分 析 过 程 噪 声 的 标 准 偏 差 , 说 明 这 种 选 择 方 在 第 也 式是合理 的。 表 1 不 同 周 期 的 噪 声 ( 准偏 差 ) 标 Ta e 1 No s fdfe e tp ro bl ie o i r n e id4 2 各 周期 的 基 线 判 断 及 计 算 .在 此 基 础 上 , 算 各个 周 期 的 基 线 。首 先 选 定 每 一 周 期 的信 号 最 低 值 , 算 所 有 落 于 两 倍 标 准 偏 差 计 计范 围之 内 的 点 。 以石 脑 油 样 品 ( 1 为 例 , 第 3 图 ) 在 3周 期 中 , 低 值 为 4 4 p 系统 判 定 所 有 小 于 4.0 A 4 4 最 .8 A, 5 p ( .8+2× 《 e 一 P e3 r i o d 3. . P l /e5 J e4 fi \ r i o d 3 o \ P J r d 3 .I 』 \ l 罢 . ∽ : = 2 . - - 2l / 保 研时 ee t nt UR tni me() o i s 图 1 基线判 断 和插 值计算 效 果 1 Fi 1 A s l o a e ie dee t n a p ie a l ss g. e r u t fb s ln tci nd s ln nay i o0 0 8 的点 为 基线 点 , 均 值 4.8 p 为 该 周 期 的 基 线 水 平 。在 第 3 .9 ) 其 4 8A 4周 期 中 , 小 值 为 4 7 1A, 于 最 .7 p 小维普资讯 第 4期 孔 宏 伟 等 : 二 维 气 相 色 谱 谱 图 基 线 校 正 方 法 的 研 究 全4l l 4.7 A( .7 +2×0 0 8 的点 个 数 为 1 , 到 2 , 找 到 基 线 , 基 线 水 平 设 为 空 。 与 此 类 似 , 1 、 9p 471 .9 ) 2不 0未 其 第 6 2 、4 8 、5 、6 2 S共 7个 周期 的 基 线 点 数 量 小 于 2 , 找 到基 线 。 6 3 、3 16 3 、9 0未 4 3 计 算 的 基 线 点 离 群 值 的去 除 .5 4 3 将 基 线 点 形 成 数 组 ,, 据 公 式 1 检 验 数 组 D, 算 得 D 的 标 准 偏 差 为 0.7 。根 据 拉 依 达 检 验 根 得 计 43 准 则 , 为 D 数 组 中数 值 大 于 14 9 3×0.7 ) 为 离 群 值 , 组 , 中 的 对 应 点 被 认 为 不 合 理 应 予 去 认 .1 ( 43 的 数除。第 8 7周期 ( 2 , 8 ] .2 , 于 1 4 9 应 去 除 。 图 中 虚 线 为 计 算 结 果 , 线 为 插 值 后 的 结 图 ) D[7 =3 3 4 大 .1 , 实果。 J 《 f e 墨 . ∞ 坦 蜜 臼 P7i 、 e o r . /r i i 0 P‘ d e P r e 8 d o 7 d 8 / 8 9 / 5 9 6 …—. . ... ~一 \ 厂 、 . 58 55 5 6 5 7 6 ,7 I,7 35 5 7 , 7 7 5, 5 l , j色 谱 保 留 时 问 R tnint () ee t me s o i图 2 基线 计 算效 果 2 Fi 2 A e u to a ei e d tc in a p n nay i g. r s l fb s ln ee to nd s l e a l ss i根 据 规 则 判 断 出 1 离 群 值 : 4 、4 5 、4 8 、7 l 1 1 0 1 1 1S 1S 16 2 3 2 S 2 6 这 些 5个 第 3 4 、 2 7 、7 9 、 l 、3 、 3 、 3 、 4 、 4 、2 、 2 、2 ,基线点被去除 。 4 4 基 线 的 插 值 计 算 .对 基 线 水 平 为空 的周 期 , 过 三 次样 条 插 值 计 算 , 保 有 一 非 空 基 线 值 。在 确 定 了所 有 周 期 的 基 线 通 确6 一点 U 一嚣 童 毒 ∽ 第’ 色 保 臀 时 问 Frt i n inrtnint ( n 维 i me so ee t me mi) sd o i图 3 基 线 校 准 前 二 维 谱 图 F g. Th h omao r m e o e e l ai i 3 ee r tg a b f r a i t br on水 平 后 , 除 漂 移 获 得 校 准 结 果 。 图 3为 未 作 校 准 的谱 图 , 同 周 期 间 基 线 水 平 差 别 ( 差 ) 重 , 本 去 不 色 严 经方 法 校 正 后 ( 4 , 平 面 过 渡 平 稳 , 移 被 较 好 地 扣 除 , 5 n后 原 先 被 漂 移 掩 盖 的 小 峰 也 可 以较 图 )基 漂 在 0mi为 明 显 地 观 察 到 。 图 中信 号 的高 低 与 颜 色 的 深 浅 有 关 , 色 越 深 , 号 越 强 , 之 亦 然 。 颜 信 反 4 5 插 值 效 果 .将第 3 3—3 5周 期 展 开 ( 如图 I , 3 ) 第 4周 期 由 于 色 谱 峰 重 叠 严 重 , 检 测 到 基 线 , 过 插 值 获 得 该 周 没 通 期 的 基 线 ( I实 线 所 示 ) 准 确 地 体 现 了该 周 期 的实 际 水 平 , 常 合 理 。 图 , 非 根 据 拉 依 达检 验 准则 , 8 第 7周 期 检 测 到 的 基 线 值 ( 2虚 线 所 示 ) 离 群 值 。 根 据 三 次 样 条 插 值 , 图 为 维普资讯 42 1 分 析 化 学 第 3 卷 l一点 U 一5 4 3 2 , 0 量 . 兰々 日 喜 篡 ∽ ~ 第 一 维 色 谱 保 时 州 F rt i n in rtn i nt i me so e t me( n sd e o i mi)图 4 基 线 校 准 后 二 维 谱 图 Fi 4 Th h o tg a atrc lb ai n g. e c r mao r m fe a ir to 新 值 ( 2实 线 所 示 ) 确 地 体 现 了该 周 期 的 真 实 基 线 状 况 。 图 准 46 与 Z e . ox软 件 中 基 线 校 准 结 果 的 比 较 将 本 方 法 与 商 品 化 的 Ze ox软 件 校 准 结 果 ( 5 相 比较 , 5中 可 见 较 大 的 白 色 区 域 ( 值 小 于 图 ) 图 其一0 1 , 明按 Z e .)说 ox软 件 校 准 后 , 部 分 区域 扣 除过 大 ( 小 值 一0 2 3 基 平 面标 准 偏 差 为 0 64 , 而 有 最 .3 , .1 ) 从影 响 最 后 的 定 量 。 而 本 文 的方 法 ( 4 较 好 地 避 免 了上 述 情 况 , 6给 出 了 主 要 峰 区 域 的 放 大 图 , 见 图 ) 图 可 基 平 面 相 当 平 稳 , 过 扣 现 象 ( 小值 一0.2 9 基 平 面 标 准 偏 差 为 0 14 。 无 最 02 , .1 ) 6 一点 U 日 一三 皇 呈 县 ∞ 0 l 02 03 04 05 06 0第 一 维 色 保 留 时 问 Frt i n inrtnint i me so e t me( n sd e o i mi)图 5 Ze ox软 件 校 准 结 果 Fi 5 T e c r matg a atr c lb a o b o x s fwa e g. h h o o r m fe ai r t n y Z e o t r i5 结 论 本 文 根 据 全 二 维 色谱 图 的 特 点 , 算 各 个 周 期 的 基 线 , 用 拉 依 达 检 验 准 则 去 除 离 群 点 , 过 三 次 计 利 通 样 条 插 值 重 构 获 得 所 有 周 期 的基 线 值 , 决 了全 二 维 色 谱 图 基 平 面 的 校 准 问 题 。 根 据 上 述 方 法 对 石 脑 解油样 品 的谱 图进 行 了 基线 校 准 , 准 后 的 基 平’ 标 准 偏 差 为 0. 1 , 统 漂 移 被 有 效 的 扣 除 , 果 明 显 校 面 14 系 结优 于 商 品化 的 Z e ox软 件 ( 平 面标 准 偏 差 为 0.1 ) 有 效 的提 高 了全 二 维 谱 图 的定 量 准 确 性 和 重 复 性 。 基 64 , 维普资讯 第 4期 孔 宏 伟 等 : 二 维 气 相 色 谱 谱 图 基 线 校 正 方 法 的 研 究 全43 l 一一重耋 匹 尝 暴 ∞u _u lB Ic 1 暑 l 暑一 ^l . 0l u p勺c u ∽ 0u 6 5 4 3 2 ● 』l ● ; j; l: -i— i.—A o搀 r 芳1 . m at cs;出 i ’ 一 l 0 2 0 3 0一 ‘ v FIIS aaI n’ ● O 0 f :第 一 维 色 谱 保 留 时 问 Frt i n inrtnint i me so e t me( n sd e o i mi)图 6 本 方 法 校 准 后 部 分 放 大 谱 图 F g. Am pi e h o tg a at ai ain i 6 l d e r ma o r m f i f erc l br t oRe e e c s fr n e l L u Z,P i is J B.J. C r mao r &f ,1 9 i hlp l h o tg . . 9 1,2 2 7—2 1 9: 2 3 2 L u Z,Sr n e S R ,P H ro G r e d a L L,P ii s J B.A a .Ch m . 9 4,6 3 8 i i ma n i a es n D J ,N e h m h l p l n1 e ,1 9 6: 0 6— 3 9 023 XuG o ag 许 国 旺 ) Y e ( uw n ( , eF n 叶芬 ) ogH nw i孔 宏 伟 ) uXn 路 ,K n o g e( ,L i(鑫 ) hoXni( 欣 捷 ) h eeJ ,Z a ij 赵 e .C i s . nC rm t rp y 色谱 ) 2 0 ,1 ( ) 1 2 16 ho a ga h ( o , 0 1 9 2 :3 — 3 4 B e sJ e n ,B o eg J c o n k r .J. Hih R s 1 C r ma o r. O O,2 lmb r ,S h e ma e P J s g e o . h o tg ,2 O 3:1 2—1 8 8 8 5 C r s G r g ,B y n J al F a a o ra n ,Ro e tE.S n v e.A a . C e . 0 0,7 41 4 —41 2 br o oe i r/ h m ,2 0 2: 5 6 6 R b r s e i,P ip Ma it .H g e 1 ho ao r , O O 2 ( ) 5 o et h le h i l l r o .J ih R s .C rm t . 2 O , 3 9 :5 4—5 0 r t o g 6 7 La gY zn , v l i ,H s u sn A.J un l fC e o e i ,1 9 ,7 2 7—2 0 in i g K a em O V o k l o e h s or a h m m t c 9 3 : 7 o rs 9 8 La gY zn , v l i i i g K a em O M.C e o e i .It l et a oa r n e h h m m tc ne i n L b rt y跏 rs lg o ,1 9 ,2 : l — 15 93 0 l5 2 9 P n hnx ̄( 忠 孝 ) hoX eu g : 学 广 ) Z ogH n o 仲 红 波 ) h ee agZ osio潘 ,Sa uga ( ] n  ̄ ] , h n o ̄ ( .C i s J.Aa .C e . 分 析 化 学 ) 19 , n n 1 hm ( , 9 6 2 ( ) 19—1 3 4 2 :4 5 1 D n o 邓 勃 ) 0 eg B ( .Saii l pl ao nA ayi( 理 统 计 在 分 析 测 试 中 的 应 用 ) e i ( 京 ) C e ir t sc pi t ni nls 数 tta A c i s .B rn 北 g : hm sy tId s Pe s 化 学 工 业 出 版 社 ) 9 2: 8.5 n u 时 rs ( ,1 8 4 1l M rnH. cut, hoG no g( 根 榕 ) l at Shl Z a e r i z n 赵 . ( 海 科 学 技 术 出 版 社 ) 17 : 3.6 上 , 99 5 0A a s( 条 分 析 ) h g a(I ) S aga Si c ehooyPes n  ̄i 样 l .Sa hi - n 海 : h hi c neT cnlg rs n e Ba e i lbr to f Co pr he s v sl ne Ca i a i n o m e n i e Two d m e s o lG a — i n i na s Chr m a o r m o tg aK n o g e , uX n u n C u h ,Y gJ n X a e a g Q n , uG o a g o gH n w i L i ,R a h n a i n u a , ioK ,Y ig X u w n n ( ai s tt o C e i h s s hns cd m , i c ,N i a ho a ga h eer D l n I tu h m c P yi ,C ie A a e y o S e e a n i ef l a c e f c n s a o l rm t rp i R s c t n C o c a h& A d m e e ,D m y Cm r 16 1 ) 10 1 A s a t B sd o h hrce sc o o rhniet odmes n lgs c r aorp y ( C × G , te b t c ae n tec aatrt fcmpe es w —i ni a a ho tgah G r i i v o m C) h b e n ee a di os fte crm tga si vr pr d ( . .e c eo d dme i a h m tga s i a l elvl n sn i o h a orm n eey e o ie ah scn i n o lc ra orm) t e h o i s n owe e e t d b sn h ina n frtp ro n t a u e r d t c e y u i g t e sg l i s e d a i ii v e.Th o g b ei e v u s we e r mo e y p n t i i s l a l e wr n a ln a e r e v d b a a a s l saitc h e u l au s t tsis.T n l l e wh c ha n t e n e n d n d t ce c re ty v ih s o b e d f e a d ee t d or c we b i b t e u i s ln i l e e r r u l y h c b c p i e t. .n l ss. o e a ae t e m t d a a y i T v u t e n w e o ,a c m p e e i e t ? i eiina a hr m t g a o p t a wa n l d. l h h o r h nsv wo d m r o l g c o a o r m fna h h sha d e s s h r u t s o T e e s ls h w t p p s d he r o e meh d a s c e su l b u e t d tc a d e u t a e i o t o C n u c s f ly e s d o e e t n d d c b s l ne. T e t d r h sa a d ndva o f e ae n l e i 0 14 hc sm c t rta a 0 6 4 rm tec m ec O X ei i o w b l e pa s . 1 ,w i i u h b t h t t( . 1 )f h o m ri Z E tn n s i n h e e n h o l as fwa e. T i t o s v r s f lt c i v h o r c e k v l m e n GC × GC . ot r h s me h d i ey u e u o a h e e t e c re tp a ou s i Ke w o d Co r h n ie t - i n in a h m t g a h y rs mp e e sv wo d me so a g c r a o r p y, b ei e c i rto l s o s a ln a b a in, c bi p i ay i l u csl ne a l ss n( e e e 9 Ma 0 2 ce t 0 J n ay2 O ) R c i d2 y 2 0 ;a c pe 1 a u r 0 3 v d
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