Хроматографические характеристики, используемые для количественного определения веществ

Приёмы количественного определения в хроматографии

В качестве аналитического сигнала в хроматографии использу­ют высоту или площадь хроматографического пика, которые про­порциональны содержанию вещества в хроматографической зоне.

Приёмы количественного определения, используемые в хрома- тографических методах, приведены в табл. 22.3.

Табл. 22.3.

Метод	Принцип метода
нормировки	Используется для определения относительного со­держания компонентов в анализируемой смеси. Мо­жет быть применён лишь в том случае, когда на хро- матограмме присутствуют пики всех компонентов смеси. S v f V S V Л Л Л Ю; = или Ю v =, ^i XS ^v ZfiSi где f - поправочные коэффициенты, учитывающие неодинаковую чувствительность детектора к различ­ным компонентам смеси
внешнего стандарта	Аналитическим сигналом является высота (площадь) пика определяемого вещества
внутреннего стандарта	Аналитическим сигналом является отношение высот (площадей) пиков определяемого вещества и внут­реннего стандарта.

Внутренний стандарт представляет собой специально добавляе­мое к анализируемой пробе в точно измеренном количестве вещество, свойства которого близки к свойствам определяемого вещества. Ве­щество, взятое в качестве внутреннего стандарта:

• не должно химически взаимодействовать с компонентами анализируемой смеси, с неподвижной или подвижной фазой;

• должно отсутствовать в исходной анализируемой смеси;

• давать пик, находящийся на хроматограмме в непосредст­венной близости от пиков определяемых веществ, но не накла­дывающийся на них и на пики других соединений.

Концентрацию внутреннего стандарта выбирают таким образом, чтобы высота (площадь) пика внутреннего стандарта была соизмери­ма с высотой (площадью) пика определяемого вещества (рис. 22.3).

растворитель

В методе внешнего и внутреннего стандарта используются одни и те же приёмы расчёта содержания вещества (метод градуировочного графика и др.). Основное различие заключается в характере исполь­зуемого аналитического сигнала. Метод внутреннего стандарта обла­дает большей надёжностью и даёт более воспроизводимые результа­ты, особенно в случае сложной пробоподготовки.

22.4. Теории хроматографического разделения

Рис. 22.3. Хроматограмма, полученная при ГЖХ-определении аминазина в печени (внутренний стандарт - бромгексин)

При хроматографировании происходят два процесса: разделение веществ и размывание хроматографических зон разделяемых веществ. Хроматографический процесс заключается в многократном повторе­нии актов сорбции и десорбции. Поскольку скорость сорбции и де­
сорбции для молекул различных веществ различна, то после повторе­ния большого числа элементарных актов хроматографического разде­ления при прохождении смеси веществ через слой сорбента происхо­дит разделение её на отдельные компоненты. Положение и вид хрома- тографических зон разделяемых веществ зависят от формы изотермы сорбции, скорости установления равновесия, степени диффузии веще­ства в подвижной фазе.

Изотермой сорбции называется зависимость концентрации ве­щества, сорбированного неподвижной фазой, от его концентрации в подвижной фазе при постоянной температуре. Если изотерма сорбции линейна, установление равновесия происходит мгновенно и степень диффузии вещества в подвижной фазе пренебрежимо мала, идеальный хроматографический пик описывается кривой нормального распреде­ления.

Для объяснения причин размывания хроматографических зон используются две теории: теоретических тарелок и кинетическая тео­рия.

Теория теоретических тарелок предполагает, что:

• каждая хроматографическая колонка состоит из некоторого количества одинаковых по величине абстрактных узких слоёв, называемых теоретическими тарелками, на каждой тарелке происходит один элементарный акт сорбции-десорбции;

• на каждой тарелке происходит мгновенное установление равновесия между веществом, находящимся в подвижной и не­подвижной фазе;

• переход вещества с одной тарелки на другую происходит дис­кретно - при попадании на тарелку новой порции элюента рав­новесие нарушается, и часть вещества мгновенно переносится на следующую тарелку, где вновь мгновенно наступает равно­весие и т. д.;

• на любой тарелке в любой момент времени число сорбируе­мых частиц вещества значительно больше числа сорбируемых частиц растворителя, изотерма сорбции является линейной.

Количественной характеристикой хроматографической колонки являются: высота эквивалентная теоретической тарелке (H) и чис­ло теоретических тарелок (N).

н=L N

N=L H

Высота эквивалентная теоретической тарелке представляет со­бой дисперсию, приходящуюся на единицу длины колонки. Чем

меньше H и больше N, тем в меньшей степени происходит размыва­ние пика и тем эффективнее хроматографическое разделение (рис. 22.4).

Рис. 22.4. Хроматограммы вещества X, полученные на колонках с различ­ной эффективностью (размерность оси абсцисс одинакова)

	(t >		(t > ^tR
N =	= kx
1 ^а	I ^Wx J

где t_R - время удерживания, k_x - коэффициент, величина которого зависит от того, на каком уровне измеряется ширина пика w_x.

Если пик представляет собой кривую нормального распределе­ния, то ширина пика у основания равна 4а, на половине высоты - 2,35а, на 60,7% высоты (между точками перегиба) - 2а (рис. 22.5) и

т.д. При измерении ширины пика у основания коэффициент k_x бу-

2 2 дет равен 16 (4), на половине высоты - 5,54 (2,35) и т.д.

h 0,607h 0,5h

Рис. 22.5. Свойства идеального хроматографического пика

Число теоретических тарелок является мерой эффективности колонки и обычно постоянно для всех пиков на хроматограмме. Так как N является постоянной величиной, то при увеличении времени удерживания ширина пика увеличивается.

Число теоретических тарелок можно рассчитать:

288

Согласно кинетической теории хроматографии размывание хроматографических пиков обусловлено одновременным действием трёх независимых друг от друга процессов:

продольная диффузия ]

B

РАЗМЫВАНИЕ ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОГО ПИКА

сопротивление массопереносу^ C

В насадочной колонке молекулы компонентов разделяемой пробы движутся между частицами сорбента по разным траекториям.

В процессе движения полосы вещества по колонке его молекулы непрерывно переносятся из подвижной фазы в неподвижную и обратно. Процесс переноса требует определённого времени.

Л

вихревая диффузия ] A

	влияние
/ / 1 * -——_	не зависит
	от скорости
/ / / / ч/	ПФ

Суммарное влияние вихревой диффузии, продольной диффузии и сопротивления массопереносу на величину высоты эквивалентной теоретической тарелке описывается уравнением Ван-Деемтера.

где U - линейная скорость подвижной фазы

H

CU

B/U

опт U Рис. 22.6. Зависимость H от линейной скорости газа-носителя

H

U

Зависимость H от U для газовой хроматографии (насадочная ко­лонка) показана на рис. 22.6. Оптимальную скорость газа-носителя, при которой величина Н минимальна, можно рассчитать по формуле:

	B
^U опт ^	C

В жидкостной хроматографии величина B практически не вносит вклад в размывание хроматографического пика (вязкость жидкости значительно боль­ше вязкости газа), поэтому зависимость Н от Uвыглядит по-другому (как?).

Для характеристики эффективности разделения компонен­тов смеси, используют коэффициент разделения (а) и разрешение (R_S).

Если a = 1, то разделение невозможно. Разрешение рассчитывается по следующей формуле:

Коэффициент разделения равен отношению исправленных времён удерживания (а также VR, k', D) веществ:

Разделение двух пиков считается полным, если R_S > 1,5 (при R_S = 1,5 расстояние между максимумами пиков составляет 6а, степень перекрывания пиков 0,13%) - рис. 22.6.

Rs=_L6l₌1,5 ^S 4а + 4а

Рис. 22.6. Перекрывание пиков при различной величине R_S

Число теоретических тарелок, необходимое для разделения с за­данным разрешением, равно:

N = 16R2	f k 2 +1 1		f a 1
I ^k 2 J		la-1J

ГЛАВА 23

ГАЗОВАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ

23.1. Общая характеристика

Газовая хроматография - группа хроматографических мето­дов, в которых подвижная фаза газообразна (находится в состоянии газа или пара).

газ ожидкостная

В зависимости от агрегатного состояния неподвижной фазы:

ГАЗОВАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ

ГЖХ

газотвёрдофазная (газоадсорбционная)

неподвижной фазой является дисперсное твёрдое тело (адсорбент) неподвижной фазой является слой жидкости, нанесённой на поверхность твёрдого носителя (зернистый мелкодисперсный материал или внутренние стенки колонки)

23.2. Устройство газового хроматографа

Газохроматографические определения проводятся с помощью прибора, называемого газовым хроматографом. Принципиальная схема такого прибора приведена на рис. 23.1.

ввод пробы

Рис. 23.1. Принципиальная схема газового хроматографа

В ГАХ и ГЖХ используется один и тот же прибор. Различие между дан­ными вариантами газовой хроматографии заключается лишь в содержимом хроматографической колонки.

Газожидкостного хроматографа не существует!

Подвижная фаза (газ-носитель)

В качестве подвижной фазы в газовой хроматографии применя­ют азот, гелий, водород, аргон и другие вещества. Газ-носитель дол­жен:

• быть инертен по отношению к определяемым веществам и

сорбенту;

• иметь как можно меньшую вязкость;

• обеспечивать высокую чувствительность детектора;

• быть доступным, взрывобезопасным, достаточно чистым и

т.д.

Газы-носители хранятся в стальных баллонах под давлением (до 150 атм). Газ отбирается из баллона с помощью редуктора (уст­ройства, позволяющего отбирать газ из баллона при давлении намного меньшем, чем давление в баллоне). Система подготовки газа необхо­дима для установки, стабилизации, очистки газовых потоков, а также измерения их скорости. Она включает в себя регулятор давления, ре­гулятор расхода газа, фильтры для очистки газа и т.д.

Дата добавления: 2015-09-07