Файл: %CF_1.1.5_%D5%F0%EE%EC%E0%F2%EE%EC%E0%F1%F1-%F1%EF%E5%EA%F2%F0%EE%EC%E5%F2%F0%E8%FF.pdf

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М. В. ЛОМОНОСОВА

ФАКУЛЬТЕТ НАУК О МАТЕРИАЛАХ

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

ХРОМАТОГРАФИЯ И ХРОМАТОМАСССПЕКТРОМЕТРИЯ

Д.И.Петухов, А.А.Елисеев

Москва 2011

4.Инструкция по эксплуатации газового хроматографа Perkin Elmer Clarus 600 с масс-

1

1. Введение

Хроматография – физико-химический метод разделения смесей соединений, основанный на распределении соединений между двумя фазами: одна фаза неподвижная, другая – подвижная, непрерывно протекающая через слой неподвижной фазы.

Хроматография как метод разделения применяется для следующих целей: для анализа разделенных соединений, для физико-химических исследований или измерений, для выделения разделенных веществ в чистом виде.

Всвязи с тем, что хроматография в основном применяется для аналитических целей, имеется и другое определение: хроматография – физико-химический метод анализа сложных смесей (газов, жидкостей) путем предварительного разделения их при движении по слою адсорбента за счет различных взаимодействий и последующего определения разделяемых компонентов на выходе из колонки.

Вотличие от других методов, основанных на разделении между фазами, хроматография динамический метод, так как разделение происходит в потоке одной из фаз. В хроматографии разделение происходит за счет различий межмолекулярных взаимодействий соединения с неподвижной фазой, выраженных в различной сорбируемости. Одно из основных требований – это обратимость взаимодействия, соединения должны сорбироваться и через некоторое время полностью десорбироваться потоком подвижной фазы

Хроматография в большей мере основана на фзической адсорбции для которой характерны слабые межмолекулярные Ван-дер-Ваальсовы взаимодействия. Кроме того, используются и специфические обратимые взаимодействия, такие как водородная связь, донорно-акцепторные взаимодействия, слабое комплексообразование, ионный обмен, лигандный обмен.

Хемосорбция для хроматографического разделения не применяется, поскольку при необратимой сорбции разделяемые соединения будут оставаться в колонке и информации

оних на выходе из колонки не будет.

Для определения веществ на выходе из колонки используются различные типы детекторов: в газовой хроматографии используется более 50 типов детекторов, описание работы многих из которых можно найти в ряде источников []. Детекторы для газовой хроматографии могут быть разделены на ионизационные и неионизационные. Также детекторы подразделяют на недеструктивные и деструктивные, универсальные и селективные, причем большинство ионизационных детекторов являются селективными и деструктивными, а большинство неионизационных – универсальными и

2

недеструктивными. Наиболее распространенными детекторами, установленными в газовых хроматографах, являются: пламенно-ионизационный детектор (ПИД), детектор по теплопроводности (ДТП), электронозахватный детектор (ЭЗД) и фотоионизационный детектор (ФИД). В жидкостной хроматографии применяется около 20 типов детекторов, основную массу предложенных детекторов можно разделить на оптические, электрические и электрохимические детекторы.

В настоящее время произошел большой прогресс в использовании массспектрометра в качестве детектора после хроматографического разделения смеси. Прежде всего это связано с тем, что удалось создать небольшие настольные масс-спектрометры. Комбинация методов хроматографии и масс-спектрометрии позволяет проводить качественный и количественный анализ смеси с высокой степенью точности. Хроматография может быть эффективно использована для анализа смесей, поскольку в хроматографической колонке осуществляется пространственное разделение смесей. Однако, после детектирования на выходе из колонке мы знаем лишь площадь и высоту пика, и время удерживания. В тоже время масс-спектрометрия, в отличие от хроматографии практически не используется для анализа смесей. Анализ индивидуального компонента в масс-спектрометре позволит нам получить его массспектр, что в дальнейшем позволит установить структуру данного соединения. Очевидно, что при введении в масс-спектрометр смеси веществ, мы получим масс-спектр, который является комбинацией масс-спектров индивидуальных компонентов. Таким образом объединение двух методов позволяет эффективно разделят компоненты смеси, а затем проводить их качественный и количественный анализ.

В данной методической работе кратко рассмотрены теоретические основы метода газовой хроматографии и хроматомасс-спектрометрии, представлена общая схема настройки газового хроматографа (и хроматомасс-спектрометра) Perkin Elmer Clarus 600 для проведения качественного и количественного анализов с использованием массдетектора и детектора по теплопроводности.

3

2. Физико-химические основы метода

2.1 Классификация методов хроматографии

Хроматографические методы анализа постоянно развиваются. К уже предложенным десяткам методов и вариантов каждый год добавляются новые. В таблицах 2.1-2.3 приведены некоторые методы газовой хроматографии

Таблица 1.1. Классификация методов хроматографии по способу перемещения разделяемых соединений

4

Рассмотрим более подробно метод элюентной хроматографии. Поскольку в рамках прохождения данного практикума использовался только метод элюентной хроматографии. В данном методе анализируемую пробу вводят в начало хроматографической колонки импульсом, при этом через колонку непрерывно пропускаю поток инертного газа носителя, который сорбируется в значительно меньшей степени, по сравнению с любым компонентом анализируемой пробы (рис 2.1). Вещества выходят из колонки в порядке возрастания их сорбируемости, то есть первым выходит наименее сорбируемое вещество. НА выходе из колонки детектор регистрирует зоны разделенных веществ в виде хроматографических пиков.

Метод элюентной хроматографии получил наибольшее распространение в аналитической практике, благодаря следующим преимуществам:

• Хроматографическая колонка непрерывно регенерируется потоком газаносителя, поэтому после выхода всех компонентов смеси можно повторять анализ заново.

5

•При подборе оптимальных условий можно полностью разделить все компонены смеси. Это важно для точного количественного анализа и препаративного выделения компонентов смеси в чистом виде.

•Время выхода максимума пика при постоянных условиях – величина постоянная. Что позволяет проводить качественный анализ компонентов смеси. Количественный анализ проводят по высотам или площадям пиков. Анализ методом

элюентной хроматографии можно проводить при постоянной температуре (изотермический режим) и с изменением температуры в процессе разделения (режим программирования температуры).

В рамках выполнения данной работы разделение смесей проводилось методом газоадсорбционной хроматографии. Развитее данного метода началось в конце 40-х – начале 50-х годов XX века. К преимуществам метода газо-адсорбционной хроматографии по сравнению с жидкостно-адсорбционной следует отнести отсутствие уноса из колонки и разложения жидкой фазы, возможность проведения анализа при высоких температурах. К недостаткам газо-адсорбционной хроматографии следует отнести нелинейность изотерм адсорбции, что приводит к наличию асимметрии хроматографических пиков особенно выраженной для сильно адсорбирующихся молекул. Нелинейность связана, прежде всего, с геометрической и химической неоднородностью и химической неоднородностью поверхности промышленных адсорбентов. В литературе достаточно широко освещен вопрос получения симметричных хроматографических пиков (благодаря выпрямлению изотерм адсорбции) в газо-адсорбционной хроматографии. Все эти способы связаны с получением геометрически и химически однородных, чаще всего макропористых адсорбентов, либо с геометрическим, химическим или адсорбционным модифицированием неоднородных адсорбентов.

Также к преимуществам газо-адсорбционной хроматографии следует отнести и то, что массообмен при прохождении пробы через колонку может происходит значительно быстрее, чем в случае газо-жидкостного метода, что позволяет проводить быстрые разделения на эффективных колонках. То есть данный метод позволяет использовать колонки с высокой разделительной способностью для проведения экспрессных анализов.

Газо-адсорбционный метод может быть реализован на высокоэффективных капиллярных колонках, имеющих на внутренней стенке пористый слой адсорбента. Создать достаточно сильно адсорбирующий пористый слой можно обработкой внутренних стенок капилляра, изготовленного из соответствующего материала (например, борсиликатного стекла) раствором щелочи или же отложением на внутренней поверхности капилляра слоя тонкодисперсного адсорбента. Такие колонки имеют

6