Физико-химические методы анализа (стр. 2 из 8)
Детектор реагирует на присутствие анализируемого соединения в потоке газа-носителя и посылает электрический сигнал через усилитель к самописцу. Таким образом, каждое соединение дает пик, записываемый на ленте самописца. Запись результатов хроматографического анализа самописцем на диаграммной ленте в виде пиков (пропорциональных концентрации веществ в газе-носителе) называется дифференциальной хроматограммой.
Параметры хроматограммы
В хроматограмме на оси абсцисс регистрируется время выхода из колонки каждого компонента пробы, а на оси ординат — сигналы детектора, пропорциональные содержанию компонента в пробе (рис. 4). В методе хроматографии основным количественным соотношением, характеризующим скорость миграции молекул исследуемого вещества через колонку, служит время удерживания — tR .
Рисунок 18.4 – Параметры дифференциальной хроматограммы:
tR 1 и tR2 – время удерживания компонентов 1 и 2; h1 и h2 – высоты пиков;
m0,5 – ширина пика на середине высоты; m – ширина пика у основания;
∆tR1, 2 – интервал между максимумами двух соседних пиков
Время удерживания – это характеристика сорбционной способности неподвижной фазы по отношению к разделяемым веществам при данных условиях хроматографирования. Практически время удерживания определяется расстоянием на хроматограмме от момента ввода пробы до момента появления на хроматограмме компонента в максимальной концентрации. По мере перемещения анализируемых веществ по колонке происходит их постепенное разбавление газомносителем и формирование непрерывно расширяющихся зон. Расширение зон препятствует разделению анализируемых веществ, а разбавление компонентов часто затрудняет обнаружение пиков.
В хроматографическом анализе принято связывать эффективность хроматографической колонки с расширением зоны анализируемого вещества, а основным количественным выражением, характеризующим эффективность хроматографического разделения, является высота (Н) эквивалентной теоретической тарелки (ВЭТТ). Значение ВЭТТ рассчитывают по формуле:
H =
L , (18.1)N
где L −длина хроматографической колонки, см; N −число теоретических тарелок.
Согласно теории ВЭТТ хроматографическая колонка предполагалась состоящей из воображаемых тарелок, на которых происходило достижение полного равновесия анализируемого вещества между двумя фазами. Тогда высокая эффективность колонки проявляется в большом числе N таких теоретических тарелок.
Для определения N обычно используется следующее уравнение:
N = 5,54
mt0R,5 2 . (18.2)Следует отметить, что чем меньше высота H , тем эффективнее работает колонка, т. е. тем более узкими становятся пики на хроматограмме.
Количественный анализ
Для количественной оценки качества хроматографического разделения используют критерий разделения R, который учитывает воздействие на полноту разделения компонентов таких факторов, как эффективность колонки и селективность насадки. Параметр R рассчитывают по формуле (18.3). Он может принимать значения от 0 до ∞. При значении R =1 происходит полное разделение компонентов.
2∆tR1, 2
R =
. (18.3) m1 + m2Количественный газохроматографический анализ основан на допущении, что площади пиков (или высоты), соответствующие индивидуальным соединениям на хроматограмме, пропорциональны их количеству или концентрации. Площади пиков S на хроматограмме обычно измеряют методом триангуляции (приближения к площади треугольника) по формуле: S = h⋅ m0,5 , где h – высота пика, мм ; а m0,5 – ширина пика на середине его высоты, мм .
В практике газо-жидкостной хроматографии применяются следующие методы количественного анализа:
- метод абсолютной калибровки;
- метод внутренней нормализации; - метод внутреннего стандарта.
Метод абсолютной калибровки заключается в построении графической зависимости одного из количественных параметров хроматографического пика (высоты или площади) от содержания вещества в пробе. Важнейшими требованиями к эксперименту при выполнении количественного анализа по методу абсолютной калибровки являются:
1) точность и воспроизводимость дозирования пробы;
2) строгое соблюдение постоянства условий хроматографирования при калибровке прибора и при определении содержания интересующего вещества в пробе неизвестного состава.
Следует отметить, что воспроизводимость и, соответственно, точность результатов при дозировании жидких проб микрошприцем определяется во многом субъективными факторами, присущими оператору.
Метод внутренней нормализации предусматривает отнесение измеренной величины количественного параметра хроматографического пика (площади Si , или высоты H i ) к величине суммарного сигнала детектора на все компоненты, присутствующие в анализируемом образце. При этом концентрацию компонентов в анализируемой смеси Ci (%) находят по формуле:
Ci =
n fi ⋅Ci , (18.4)∑ fi ⋅Ci
i=1
где Si −площадь хроматографического пика; fi −калибровочный множитель, учитывающий неодинаковую чувствительность детектора к анализируемым веществам.
Наиболее распространенный способ экспериментального определения fi , для какого-либо вещества относительно стандартного соединения заключается в хроматографировании искусственно составленных смесей необходимых компонентов с выбранным стандартным веществом и последующем расчете по формуле:
fi =
Ci ⋅Sст , (18.5)Сст ⋅ Si
где Ci − концентрация ( масс.%) i -го компонента; Si − площадь хроматографического пика i -го компонента; Cст − концентрация ( масс.%) стандартного соединения; Sст − площадь хроматографического пика стандартного соединения.
Преимущества метода внутренней нормализации по сравнению с методом абсолютной калибровки заключаются в устранении необходимости точной дозировки образца и соблюдения тождественности условий анализа при повторных определениях. Существенным недостатком этого метода является то, что определение i -го компонента в сложной смеси правомерно лишь при условии, что природа всех интересующих соединений в смеси известна и все они проявляются на хроматограмме.
Метод внутреннего стандарта предусматривает прибавление к известному количеству анализируемого вещества также известного количества не содержащегося в нем эталонного соединения («внутреннего стандарта») с последующим хроматографированием смеси. Процентную (масс. или об.) концентрацию компонентов в анализируемом образце Сiнаходят по формуле:
Ci =
Si ⋅ fi ⋅ mст , (18.6)Sст ⋅ mсм
где Si и Sст − площади хроматографических пиков определяемого и стандартного веществ; fi − калибровочный множитель для определяемого соединения относительно стандартного вещества; mст и mсм − массы внутреннего стандарта и анализируемой смеси.
Достоинство метода состоит в том, что отпадает необходимость дозирования строго заданных количеств пробы и соблюдения постоянства всех параметров хроматографирования. Ограничения метода заключаются в трудности выбора внутреннего стандарта и в необходимости специальной подготовки пробы для анализа.
3 Приборы и реактивы
Хроматограф: Цвет-100 с детектором ионизационно-пламенным; хроматографическая колонка: стеклянная длиной L = 3 м, диаметром
d = 3 мм; твердый носитель: хроматон N-AW-DMCS зернения 0,125 − 0,160 мм; неподвижная жидкая фаза: полиэтиленгликоль− 400 (15% от массы
твердого носителя); микрошприц вместимостью 10 мкл ; анализируемый раствор – смесь жидких спиртов.
4 Указания по технике безопасности
1. При работе в химической лаборатории необходимо соблюдать правила безопасной работы, порядок и чистоту на рабочем месте. При любых выявленных нарушениях техники безопасной работы или ее необеспечения на рабочем месте немедленно поставить в известность преподавателя или лаборанта.
2. Верхняя одежда и личные вещи во время работы в аудитории должны находиться в специально отведенном для этих целей месте.
3. Запрещено выполнять работы в лаборатории, если в аудитории менее 3-х человек или в отсутствие преподавателя (лаборанта). При несчастном случае необходимо немедленно поставить в известность преподавателя и оказать первую помощь пострадавшему.