ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.02.2019
Просмотров: 823
Скачиваний: 2
6
Качественный анализ. Характеристики удерживания
Характеристики
удерживания
лежат
в
основе
качественного
хроматографического анализа. Удерживание анализируемого вещества в
колонке пропорционально распределению его между неподвижной и подвижной
фазами. Зависимость распределения вещества между подвижной и
неподвижной фазами от концентрации описывается изотермой сорбции. На
практике стремятся создать в хроматографической системе такие условия, чтобы
распределение вещества между неподвижной и подвижной фазами не зависело
в заданном интервале от его концентрации. Тогда в этих условиях его
распределение описывается контантой распределения, пики на хроматограмме
симметричны и их математическое описание приближается к функции
распределения Гаусса. В газовой хроматографии при использовании данной
неподвижной фазы на величину удерживания влияет температура: с ростом
температуры
удерживание
существенно
снижается.
В
жидкостной
хроматографии на удерживание можно влиять, изменяя состав подвижной фазы.
В большей мере зарекомендовали себя относительные характеристики
удерживания, которые связаны либо с удерживанием только стандарта,
применяемого в хроматографическом анализе, либо с использованием в
качестве стандартов гомологического ряда стандартных веществ, как это имеет
место в случае индексов удерживания. Эти величны являются лишь функциями
константы распределения данного вещества и константы распределения
стандарта. Вероятность отягощения относительной характеристики удерживания
ошибкой эксперимента весьма ограниченна. Относительные характеристики
удерживания имеют большое значение, главным образом в газовой
хроматографии, где фоновое равновесие по существу зависит только от свойств
неподвижной фазы [4].
Рис. 2. Хроматограмма. t
m
– мертвое время удерживания, t
R
– время удерживания, d
R
–
расстояние удерживания; компоненты пробы: 1 – воздух, 2 гексан, 3 – циклогексан, 4 – гептан,
5 – пропилацетат, 6 – октан, 7 – толуол
7
Относительные характеристики удерживания. Вероятность того, что
относительная характеристика удерживания будет включать большую ошибку
эксперимента, мала. Достаточно лишь правильно определить положение пика
анализируемого компонента и пика стандарта на хроматограмме. Их отношение
с учетом мертвого объема колонки есть не что иное, как соотношение констант
распределения. Следовательно, здесь не играют роли ни скорость подвижной
фазы, ни точное знание массы или объема подвижной фазы, длины колонки и
т. п. поэтому относительные характеристики удерживания часто используются
для выражения результатов [4].
Таблица 1
Времена удерживания веществ, установленные на колонке А (динонилфталат)
при температурах 80 и 100
0
С
Вещество
80
0
С 100
0
С
t
R
,с
d
R
, мм
t
R
,с
d
R
, мм
Воздух
36 18 36 35
Гексан
128 64,5 129 93
Циклогексан
207 103 206 140
Гептан
244 122 244 156
Пропилацетат
395 196 392 231
Октан
510 254 508 285
Толуол
654 326 652 368
Разделительная способность. Целью хроматографического процесса
является разделение исследуемой смеси на отдельные компоненты. Иногда
требуется разделить все компоненты смеси, а иногда необходимо разделить
лишь те соединения, которые нас интересуют (например, при определении
содержания вредных компонентов в окружающей среде).
Компоненты исследуемой смеси при прохождении через колонку
постепенно разделяются на отдельные фракции, которые выносятся в детектор
подвижной
фазой.
Само
разделение
определяется
выбранной
хроматографической системой, т.е. взаимодействием компонента с неподвижной
и подвижной фазами и эффективностью хроматографической колонки.
Тщательная подготовка хроматографа к анализу и контроль за его работой
в ходе выполнения анализа предусматривают необходимость непременного
укомплектования даже высокоавтоматизированных приборов, снабженных
вычислительной
техникой,
самопишущими
приборами,
выполняющими
аналоговую регистрацию изменений концентраций на выходе из колонки, т.е.
выписывающими хроматограмму. Серийный анализ без хроматограммы в
настоящее время хотя и широко распространен (всю необходимую информацию
может предоставить вычислительная машина), тем не менее контроль за
работой прибора и вычисление основных параметров, необходимых для расчета,
8
пока еще трудно реализовать без графической регистрации хода анализа, т.е.
без хроматограммы [4].
Рис. 3. Разделение различных пар хроматографических пиков
(R
ij
– критерий разделения)
При условии полного разделения компонентов каждый пик на
хроматограмме соответствует отдельному компоненту анализируемой смеси.
Пик характеризуется тремя величинами.
1. Положение пика на хроматограмме описывается временами
удерживания или удерживаемыми объемами. Время удерживания для
соответствующего пика зависит от фазового равновесия компонента в колонке.
Положение пика служит основой для качественного анализа.
2. Форма пика свидетельствует о степени размывания компонента в
хроматографической колонке. Степень размывания компонента отражает
эффективность колонки. Форма пика чаще всего характеризуется его шириной
на высоте, которая составляет определенную долю от полной высоты
пика (обычно 0,5 высоты).
3. Площадь пика, а точнее, интеграл изменения концентрации компонента
в вытекающем потоке по времени, соответствует количеству анализируемого
компонента. В случае симметричных пиков интеграл часто заменяют
произведением высоты пика на его ширину, измеренную на определенной
высоте (обычно 0,5 высоты). Для целей количественного анализа иногда можно
9
использовать просто высоту хроматографического пика. Основные требования,
предъявляемые к хроматографии, можно свести к трем группам проблем,
связанных:
а) с удовлетворительным разделением компонетов анализируемой смеси;
б) с идентификацией основных компонентов смеси;
в) с количественной оценкой отдельных компонентов смеси [4].
Известно, что повышение удерживания веществ в хроматографической
системе всегда ведет к улучшению разделения, но, с другой стороны, это
одновременно приводит к снижению максимальной концентрации компонента в
подвижной фазе, т.е. к снижению высоты максимума пика. Итак, существуют два
крайних случая: 1) компоненты выходят из колонки тщательно разделенными, но
их концентрация в максимуме столь незначительна, что их невозможно
определить; 2) пики хорошо различаются, но компоненты не разделены.
Опытному
практику
эти
противоречия
иногда
удается
разрешить
экспериментальным путем.
В хроматографии качественная идентификация разделенных компонентов
основана на характеристиках удерживания, т.е. на времени удерживания и на
соответствующих
производных
величинах.
Поскольку
характеристика
удерживания является термодинамической функцией, для данного компонента и
для данной хроматографической системы она представляет собой постоянную
величину.
Однако к наиболее эффективной технике идентификации в колончатой
хроматографии относится использование селективных детекторов. Комплект
селективных детекторов позволяет использовать различия их откликов на
отдельные вещества или группы веществ с целью идентификации. Надежным
методом качественной идентификации компонентов служит сочетание
колончатой хроматографии с некоторыми видами спектральной техники. В
настоящее время к наиболее эффективным комбинациям такого типа относится
газовая хроматография – инфракрасная спектроскопия с преобразованиями
Фурье (ГХ - ИКСПФ) и аналогичные комбинации жидкостной хроматографии, ЖХ
– МС, ЖХ – ИКСПФ, а также ЖК – УФ с использованием фотодиодного поля [4].
Принципиальная схема хроматографа
Газовый хроматограф представляет собой прибор, использующий
принцип хроматографии в системах «газ – адсорбент» или «газ – жидкость».
Хроматограф – совокупность нескольких самостоятельных параллельно
функционирующих систем, часто имеющих микропроцессоры с введенными
программами. Каждая из этих систем снабжена необходимыми регулирующими и
измерительными элементами, которые обладают обратной связью с
микропроцессором. Прибор в целом состоит из регуляторов и измерительных
элементов, следящих за входом необходимых газов и работой дозирующего
10
устройства; из одной или нескольких колонок; одного или нескольких детекторов
и, наконец, устройства, предназначенного для обработки сигнала, поступающего
от детекторов (самописца или интегратора). Колонка, дозирующее устройство и
детектор помещаются в термостатируемое пространство. Встроенный в прибор
микропроцессор управляет всем процессом и по мере необходимости
обрабатывает все данные, касающиеся давления и скорости потока газов,
температуры колонки, дозатора и детектора, а также информацию, поступающую
от детектора [4].
Рис. 4. Схема хроматографа:1 – испаритель (для газовых смесей – дозатор); 2 –
колонка; 3 – детектор; 4 – регистратор (самописец); 5 – электронный преобразователь сигнала
Помимо этих общих основных элементов дополнительное оснащение
газового хроматографа определяется его назначением: он может служить в
качестве универсального аналитического прибора, для изучения физико-
химических величин, в качестве автоматического промышленного анализатора
для контроля за составом и для регулирования производственного процесса или
в качестве анализатора элементного состава органических соединений. Во всех
случаях для надежного функционирования прибора необходимо подбирать
соответствующие газы, параметры электрической схемы, насадочные или
капиллярные колонки, приспособления для закрепления колонок в термостате и
устройства для отбора и внесения проб в дозатор [4].
Газы. В хроматографической системе применяются газы-носители и
вспомогательные газы. Газ-носитель проходит через регуляторы, дозирующее
устройство, колонку и детектор и принимает участие в процессе разделения,
тогда как вспомогательные газы необходимы для функционирования некоторых
типов детекторов (например, пламенных), а также применяются для управления
пневматическими элементами прибора для охлаждения или нагрева дозатора
или части колонки.
В качестве газа-носителя может применяться любой достаточно чистый газ,
инертный по отношению к компонентам пробы и к неподвижной фазе и не