63. Как в реальной хроматографии концентрация компонента влияет на время удерживания и форму пика? Влияние типа изотермы адсорбции (распределения) на вид хроматографического пика и объем удерживания?

До сих пор мы исходили из теории «идеальных растворов», когда коэффициент распределения не зависит от концентрации. При этом, как видно из рисунка Х.7. (первый столбец) изотерма распределения имеет линейный характер, пик остается симметричным, а время удерживания постоянным. Если изотерма распределения имеет выпуклый характер, то с увеличением концентрации время удерживания уменьшается, а у пика появляется «хвост». Если изотерма распределения имеет вогнутую форму, то с увеличением концентрации время удерживания увеличивается, а у пика появляется «нос». При этом происходит дополнительное размывание полосы (увеличение ширины пика).

Тип изотермы

Линейная Выпуклая Вогнутая

S

Форма пика вещества, элюирующего из колонки

Концентрация вещества C_A

Рис. Связь изотермы распределения, формы хроматографического пика и объема удерживания.

C_A, C_B - концентрация анализируемого вещества в неподвижной и подвижной фазе соответственно; V_R – объем удерживания; S – сигнал детектора.

Изотерма распределения имеет вогнутую форму при элюировании высококипящих веществ в газовой хроматографии. Выпуклая форма обычно определяется адорбцией на твердой (или жидкой поверхностях).

64. Как влияет выбор твердого носителя на тип изотермы адсорбции?

Поверхность твердого носителя представляет собой набор узких и широких пор, заполненных жидкостью и участков поверхности, где жидкая фаза вовсе отсутствуетТвердый носитель, на который наносится НФ, должен быть инертным, сохраняя при этом большую удельную поверхность. К сожалению, диатомитовые твердые носители содержат ряд примесей, которые приводят к образованию «хвостов» и сдвигу времен удерживания, характерному для выпуклой изотермы адсорбции. Для уменьшения этого фактора диатомитовые твердые носители промывают кислотой и обрабатывают гексаметилдисиланом.

Рис. Влияние обработки диатомитовых носителей на качество разделения.

а – необработанный; б – промытый кислотой; в – промытый кислотой и обработанный диметилдихлорсиланом. 1 – этанол; 2 – метилэтилкетон; 3 – бензол; 4 – циклогексан.

65. Какой вид имеет хроматограмма в газовой (жидкостной) хроматографии? (?)

Рис. Аналитическая хроматограмма. Пик на хроматограмме с временем удерживания t_о соответствует соединению, которое не сорбируется неподвижной фазой и имеет коэффициента распределения K = 0. Второй пик с временем удерживания t_R1 соответствует соединению с K = 0,5.Третий пик с t_R2 соответствует соединению с K = 2,0.

66.Как проводится идентификация пиков на хроматограмме? Как определить содержание компонента в смеси?

Каждому пику на хроматограмме соответствует индивидуальное вещество. Идентификация каждого из пиков обычно проводится по времени удерживания.

Метод внешнего стандарта (абсолютной калибровки) заключается в построении графической зависимости площади (высоты) пиков от количества (концентрации) вещества в смеси. При анализе смеси из i компонентов, строят число графиков, равное их числу. Метод является наиболее точным, надежным при анализе малых концентраций. При его использовании необходимо точно вводить пробу и строго соблюдать условия хроматографирования при градуировке и определении анализируемого вещества.

Рис. Зависимость сигнала (площади пика) S от cодержания компонента % (метод внешнего стандарта) для соединений 1, 2 и 3.

Метод внутреннего стандарта (относительной калибровки).

По хроматограммам специально приготовленных смесей с известным соотношением анализируемого и стандартного веществ находят площади пиков и рассчитывают их отношение. Строят график зависимости этого отношения от величины массового соотношения компонента и стандартного вещества в смеси. При анализе смеси неизвестного состава к ней добавляют точное количество стандартного вещества и хроматографируют. Измеряют площади. Находят отношение площадей пиков и рассчитывают массу определяемого вещества. Этот метод позволяет получить правильные и воспроизводимые результаты. Он применим, если на хроматограмме отсутствует значительная часть пиков компонентов анализируемой смеси.

67. Какие Вы знаете детекторы, используемые в газовой хроматографии? По каким параметрам оцениваются различные детекторы? В чем достоинства универсальных и селективных детекторов? Что такое калибровочный коэффициент?

Детектор - это устройство, предназначенное для обнаружения в потоке газа-носителя анализируемых веществ по какому-либо физико-химическому свойству. Отклик осуществляется за счет преобразования свойств в электрический сигнал. Детекторы подразделяются на интегральные и дифференциальные. Интегральный детектор регистрирует изменение во времени суммарного количества выходящих из колонки компонентов. Хроматограмма представляет собой ряд ступеней. Из-за низкой чувствительности, большой инертности и недостаточной универсальности эти детекторы имеют ограниченное применение. Все серийно выпускаемые газохроматографические детекторы являются дифференциальными. Сигнал таких детекторов пропорционален мгновенному изменению значения какого-либо свойства газового потока, а его аналоговая запись имеет вид пика. Хроматограмма, полученная с таким детектором, представляет ряд пиков, причем количество каждого компонента пропорционально площади соответствующего пика.

В процессе детектирования химическая природа молекулы анализируемого вещества может изменяться или нет. Если природа молекулы изменяется (процесс разрушения молекулы), то она может быть зарегистрирована лишь однократно. Если же природа молекулы не изменяется, то такая молекула может быть зарегистрирована детектором многократно. Детекторы, в которых возможна многократная регистрация молекул, называются концентрационными, т.к. их сигнал пропорционален концентрации вещества в газе-носителе. Примером концентрационного детектора является детектор по теплопроводности (ДТП), в котором процесс отвода теплоты от чувствительных элементов не разрушает молекул анализируемых веществ. Детекторы, в которых возможна лишь однократная регистрация молекул, называются потоковыми, т.к. их сигнал пропорционален потоку вещества. В качестве типичного примера потокового детектора можно привести ионизационно-пламенный детектор (ДИП), в котором происходит сгорание органических веществ.

Исходя из цели анализа и условий его проведения, следует выбирать такой детектор, характеристики которого соответствуют им в наибольшей степени. Критерии оценки детекторов общеприняты для всех систем детектирования; к ним относятся: - чувствительность; - минимально детектируемая концентрация (предел обнаружения); - фоновый сигнал; - уровень шума; - скорость дрейфа нулевой линии; - диапазон линейности детектора; - эффективный объем и время отклика (быстродействие); - селективность.

По возможности обнаружения веществ детекторы подразделяются на универсальные и селективные.

Селективность - характеристика, определяющая сигнал детектора по отношению к различным соединениям. Селективные детекторы имеют повышенную чувствительность (как правило, не меньше, чем на порядок) к некоторым классам или группам соединений.

При хроматографировании исследуемых газовых смесей полученные хроматограммы расшифровывают с помощью этих калибровочных графиков, а зная количество пробы, введенной в колонку, рассчитывают и процентное содержание всех компонентов смеси.

Метод внутренней нормализации, или метод нормировки, с введением калибровочных коэффициентов заключается в том, что для расчета концентраций компонентов анализируемой смеси используют не просто высоты пиков, их площади или произведения высот на время удерживания (А, S или Mr), как в методе простой нормировки, а их значения, приведенные к величинам, пропорциональным концентрациям, т.е. произведения данного параметра пиков на калибровочный коэффициент. Использование калибровочных коэффициентов и дает возможность учесть чувствительность детектора ко всем компонентам смеси.

Калибровочные коэффициенты находят при хроматографировании искусственных смесей строго известного состава. Определение основано на пропорциональности концентраций компонентов в смеси С и параметров A, S или М_R соответствующих пиков. Очевидно, что при равной чувствительности детектора к компонентам смеси будет иметь место соотношение:

При неодинаковой чувствительности детектора это соотношение нарушается, но может быть вновь восстановлено введением соответствующих коэффициентов. Для этого калибровочный коэффициент для одного из компонентов смеси принимают за единицу. Тогда коэффициенты для любого, т.е. i-го, компонента находят по формулам:

где h_с, S_С, (ht_R)_C и С_C относятся к компоненту, коэффициент которого принят за единицу.

При анализе углеводородных газов чаще всего приравнивают к единице калибровочный коэффициент для нормального бутана.

Зная все калибровочные коэффициенты, концентрацию любого компонента С находят по приведенным параметрам всех пиков:

где n - число компонентов.

В этом методе необходимо точно определить выбранный параметр для всех пиков хроматограммы даже в тех случаях, когда интересуются только одним или несколькими компонентами или примесями. Однако метод удобен тем, что для многих веществ калибровочные коэффициенты известны и их можно принимать по литературным данным, а следовательно, не проводить предварительную калибровку прибора.