9.1.2. Газожидкостная хроматография (метод гжх)
В газожидкостной хроматографии неподвижной фазой служит нелетучая жидкость, нанесенная в виде пленки на твердый сорбент. В этом случае вместо адсорбции газа на твердом адсорбенте в колонке происходит процесс растворения газа в тонкой жидкой пленке. Различие в растворимости газов более существенно, чем различие их адсорбционных свойствах, поэтому газожидкостная хроматография открывает более широкие возможности в разделении и анализе многокомпонентных смесей. Эффективность разделения в газожидкостной хроматографии зависит главным образом от правильности выбора жидкой фазы. Основными требованиями к жидкому сорбенту являются:
достаточно высокая селективность, т.е. способность разделять смеси компонентов;
хорошая растворимость определяемых компонентов;
химическая инертность по отношению к компонентам смеси и к твердому носителю;
термическая устойчивость;
отсутствие растворимости газа-носителя;
малая вязкость и летучесть.
Такими свойствами обладают многие высокомолекулярные органические вещества, например, силиконовые масла. Строение поверхностного слоя сорбента в методе ГЖХ показано на рисунке 9.8.
Метод ГЖХ используют для анализа газообразных, жидких и твердых веществ с молекулярной массой меньше 400, удовлетворяющих определенным требованиям, главные из которых – высокая летучесть, термостабильность, инертность по отношению к сорбенту и носителю. Количественный анализ можно провести только в том случае, если вещество полностью испаряется в дозаторе и элюируется без разложения. Кроме того, вещество не должно реагировать с материалами, из которых изготовлены детали хроматографа. Этим требованиям в большей мере удовлетворяют различные органические соединения, для которых ГЖХ широко используют как метод анализа состава.
Рисунок 9.8 Строение поверхностного слоя сорбента в методе ГЖХ.
1 – подвижная фаза (газ); 2 – неподвижная жидкая фаза (сорбент);
3 – твердый носитель; 4 – поверхность раздела: газ – неподвижная жидкая
фаза; 5 – поверхность раздела: неподвижная жидкая фаза – твердый
носитель.
9.1.3. Хроматограмма и методика ее обработка
В газовой хроматографии чаще всего используют методику проявительного (элюэнтного) анализа, при которой газ или раствор, выходящий из колонки, анализируется непрерывно каким-либо способом. Типичная выходная кривая (хроматограмма) проявительного анализа приведена на рисунке 9.2, а ее фрагмент – хроматографический пик на рисунке 9.9. Рассмотрим подробнее характеристики хроматографического пика.
Точка
А′ соответствует
вводу анализируемой пробы; А
– появлению на выходе какого-то
несорбирующегося компонента; В
– выходу анализируемого вещества.
Кривая BDF
– хроматографический
пик, который характеризуется
высотой,
шириной
и площадью.
Линия (
АВ)
и ее продолжение BF
называют нулевой
линией.
Высотой
пика
считают либо величину h,
либо
.
Величина
равна расстоянию от нулевой линии до
точки пересечения касательных к кривой
в точках перегиба.
Рисунок 9.9. Кривая проявительного анализа (хроматографический пик).
Шириной
пика
называют расстояние между точками
контура на половине его высоты (СЕ
=
)
или между точками пересечения нулевой
линии с касательными к кривой в точках
перегиба (B′F′
=
).
Соотношение между этими величинами
составляет:
(9.4)
Площадь пика S на хроматограмме обычно вычисляют методом триангуляции (приближения к площади треугольника) по формуле:
S=
(9.5)
Количественный газохроматографический анализ основан на допущении, что площади пиков или их высоты, соответствующие индивидуальным соединениям на хроматограмме, пропорциональны количеству или концентрации веществ в смеси.
Различают 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.
Метод
внутренней нормализации
предусматривает отнесение измеренной
величины площади
(или высоты
)
к величине суммарного сигнала детектора
на все компоненты, присутствующие в
анализируемом образце. При этом объемную
концентрацию компонентов в анализируемой
смеси
(%) находят по формуле:
=
,
(9.6)
где
– калибровочный множитель, учитывающий
неодинаковую чувствительность детектора
к анализируемым веществам.
Метод внутреннего стандарта предусматривает прибавление к известному количеству анализируемого вещества известного количества не содержащегося в нем эталонного соединения – «внутреннего стандарта» и последующего хроматографирования полученной смеси.
Процентную объемную концентрацию компонентов в анализируемом образце находят по формуле:
=
,
(9.7)
где
и
– площади
хроматографических пиков определяемого
и стандартного веществ;
– калибровочный множитель для
определяемого соединения относительно
стандартного вещества;
и
– массы внутреннего стандарта и
анализируемой смеси.
Другой
важной хроматографической характеристикой
системы является время
удержания
или пропорциональный ему удерживаемый
объем. На
рисунке 9.8 приведенному
удерживаемому объему
соответствует отрезок AG,
а общий
удерживаемый объем
характеризуется отрезком
.
Если длину отрезка
обозначить l,
то время удерживания
будет равно:
(9.8)
где U – скорость движения ленты самописца.
Удерживаемый
объем
пропорционален
времени удерживания
:
,
(9.9)
где w – объемная скорость газа-носителя.
Приведенный
удерживаемый объем
,
соответствующий отрезку AG,
определяется соотношением:
,
(9.10)
где
пропорционален отрезку
,
длина которого
.
Величина
характеризует удерживаемый объем
несорбирующегося газа, или мертвый
объем колонки,
которому соответствует приведенное
время
удержания
:
(9.11)
где
,
характеризует время удерживания
несорбирующегося газа, которое
пропорционально величине
.
Время удержания и пропорциональный ему удерживаемый объем лежат в основе качественной идентификации веществ в смеси. Значения относительных удерживаемых объемов для ряда веществ дается в справочных таблицах, а идентификацию выполняют путем сравнения полученных экспериментально данных с табличными. Обязательным условием получения достоверных результатов является стандартизация условий измерения анализируемого вещества по указаниям в справочнике: выбор адсорбента, условия проведения опыта и стандартный образец.
Важным параметром в количественном анализе является критерий разделения R, который для двухкомпонентной смеси рассчитывается по формуле:
R
=
=
,
(9.12)
где
или
–
расстояние между максимумами пиков
разделяемых элементов;
– полуширина хроматографического пика
первого (1) и второго (2) компонентов на
половине высоты соответственно, а нижний
индекс "об" указывает на объемные
единицы измерения.
При R = 1 разделение достаточно полное и площади пиков легко рассчитываются. При сильном взаимном перекрывании пиков (рисунок 9.10) определение ширины каждого из них становится невозможным.
Рисунок 9.10. Определение степени разделения Ψ
В
таких случаях рассматривают степень
разделения
,
которую рассчитывают как:
,
(9.13)
где
– высота пика вещества, имеющего меньшую
концентрацию;
– высота в минимуме диаграммы (рисунок
9.10). В качественном анализе основное
внимание уделяется определению
характеристик удерживания и устранению
искажений этих величин за счет второго
компонента. В количественном анализе
более важно, чтобы четкость разделения
обеспечивала достаточную точность
определения площади или высоты
хроматографического пика.