Автор работы: Пользователь скрыл имя, 19 Марта 2014 в 13:49, курсовая работа
Целью работы является изучение применения метода жидкостной хроматографии.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- изучить теоретические основы Жидкостного хроматографического анализа;
- рассмотреть устройство и схему работы хроматографа;
- изучить особенности отдельных методов анализа и методику измерения, и расчетные формулы;
- провести анализ с использованием хроматографа.
Введение
Жидкостная хроматография - это целая группа методов разделения, в которых происходит распределение соединений между подвижной жидкой фазой и стационарной фазой с большой удельной поверхностью, над которой перемещается жидкая фаза. Жидкостная хроматография может быть осуществлена в виде хроматографии на бумаге, тонкослойной хроматографии, колоночной хроматографии или высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ).
Тема данной работы является актуальной, так как метод жидкостной хроматографии является одним из наиболее совершенных среди методов количественного анализа пищевой продукции. Метод осуществляется с помощью приборов, называемых хроматографами, в большинстве из которых реализуется проявительный вариант хроматографии. Хроматографы используют для анализа и для препаративного разделения смесей веществ.
Объект исследования – метод жидкостной хроматографии, применяемый в отраслях пищевой промышленности.
Целью работы является изучение применения метода жидкостной хроматографии.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- изучить теоретические основы Ж
- рассмотреть устройство и
- изучить особенности отдельных методов анализа и методику измерения, и расчетные формулы;
- провести анализ с
Для выполнения работы использовалась информация, опубликованная в периодической печати, специальной литературе, информационные материалы отдельных сайтов системы Интернет.
Глава 1 Теоретические основы спектрального анализа
Жидкостная хроматография широко применяется в лабораториях и в промышленности для качественного и количественного анализа, контроля производства, особенно в связи с автоматизацией многих процессов, а также для препаративного выделения индивидуальных веществ (например, благородных металлов), разделения редких и рассеянных элементов. Жидкостная хроматография может быть осуществляется в виде хроматографии на бумаге, тонкослойной хроматографии, колоночной хроматографии или высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ).
В некоторых случаях для идентификации веществ используется жидкостная хроматография в сочетании с другими физико-химическими и физическими методами, например с масс-спектрометрией, ИК-, УФ-спектроскопией и др. Для расшифровки хроматограмм и выбора условий опыта применяют ЭВМ.
Жидкостная хроматография используется для анализа, разделения и очистки синтетических полимеров, лекарственных препаратов, детергентов, белков, гормонов и других биологически важных соединений. Использование высокочувствительных детекторов позволяет работать с очень малыми количествами веществ от 10-11 до -10-9 г, что исключительно важно в биологических исследованиях. Химики, экологи, медики, криминалисты в настоящее время не могут обойтись без применения в своей работе хроматографических методов, используемых для ранней диагностики заболеваний, изучения метаболизма лекарств и пищевых продуктов. Анализ компонентов запахов, органических загрязнителей в атмосфере городов, допинговый контроль на спортивных олимпиадах, поиск психотропных веществ в организме человека - все это под силу хроматографии.
Основные достоинства жидкостного хроматографического анализа:
Возможности использования инфракрасной спектроскопии для качественного обнаружения и определения структуры
Жидкостная хроматография является важнейшим физико-химическим методом исследования в химии, биологии, биохимии, медицине, биотехнологии; применяется как в аналитических, так и препаративных целях. Ее используют для анализа, разделения, очистки и выделения аминокислот, пептидов, белков, ферментов, вирусов, нуклеотидов, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов, гормонов и других химических соединений., для изучения процессов метаболизма в живых организмах лекарственных препаратов, для диагностики в медицине, анализа продуктов химического синтеза, полупродуктов, красителей, топлив, смазок, сточных вод, кинетики и селективности химических процессов. В химии высокомолекулярных соединений и в производстве полимеров с помощью жидкостной хроматографии анализируют качество мономеров, изучают молекулярно-массовое распределение и распределение по типам функциональности олигомеров и полимеров, что необходимо для контроля продукции. Жидкостную хроматографию используют также в парфюмерии, в пищевой промышленности, для анализа загрязнений окружающей среды, в криминалистике.
Хотя жидкостная хроматография была открыта раньше газовой, она лишь во второй половине 20 века вступила в период исключительно интенсивного развития. В настоящее время по степени разработки теории хроматографического процесса и техники инструментального оформления, по эффективности и скорости разделения она вряд ли уступает методу газохроматографического разделения. Однако каждый из этих двух основных видов хроматографии имеет свою преимущественную область применения. Если газовая хроматография пригодна главным образом для анализа, разделения и исследования химических веществ с молекулярной массой 500 – 600, то жидкостная хроматография может быть использована для веществ с молекулярной массой от нескольких сот до нескольких миллионов, включая предельно сложные макромолекулы полимеров, белков и нуклеиновых кислот. Вместе с тем противопоставление различных хроматографических методов по своей сути лишено здравого смысла, так как хроматографические методы удачно дополняют друг друга, и к самой задаче конкретного исследования надо подходить по-иному, а именно, какой хроматографический метод позволяет решить ее с большей скоростью, информативностью и с меньшими затратами.
Как и в газовой хроматографии, в современной жидкостной хроматографии применяют детекторы, позволяющие непрерывно фиксировать концентрацию определяемого вещества в потоке жидкости, вытекающей из колонки.
Единого универсального детектора для жидкостной хроматографии не существует. Поэтому в каждом конкретном случае следует подбирать наиболее подходящий детектор. Наибольшее распространение получили ультрафиолетовый, рефрактометрический, микроадсорбционный и транспортный пламенно-ионизационный детекторы.
Спектрометрические детекторы. Детекторы этого типа являются высокочувствительными селективными приборами, позволяющими определять в потоке жидкой фазы весьма малые концентрации веществ. Их показания мало зависят от колебаний температуры и других случайных изменений среды. Одна из важных особенностей спектрометрических детекторов заключается в прозрачности большинства применяющихся в жидкостно-адсорбционной хроматографии растворителей в рабочей области длин волн.
Чаще всего применяют поглощение в УФ, реже в ИК области. В УФ области применяют приборы, работающие в широком диапазоне – от 200 нм до видимой части спектра, либо на определенных длинах волн, чаще всего на 280 и 254 нм. В качестве источников излучения применяются ртутные лампы низкого давления - 254 нм, среднего давления - 280 нм и соответствующие фильтры.
Микроадсорбционные детекторы. В основе действия микроадсорбционных детекторов лежит выделение теплоты при адсорбции вещества на адсорбенте, которым заполнена ячейка детектора. Измеряется, однако, не теплота, а температура адсорбента, до которой он нагревается в результате адсорбции.
Микроадсорбционный детектор – достаточно высокочувствительный инструмент. Его чувствительность зависит прежде всего от теплоты адсорбции.
Микроадсорбционные детекторы являются универсальными, пригодными для детектирования как органических, так и неорганических веществ. Однако на них трудно получить достаточно четкие хроматограммы, особенно при неполном разделении компонентов смеси.
Хроматограф - прибор для разделения смеси веществ методом хроматографии.
Обычно хроматографы делят на две большие группы — газовые и жидкостные, по типу используемого элюента. В газовых хроматографах элюентом выступает газ, как правило, инертный, в основном используются водород, гелий, азот и аргон. В жидкостной хроматографии носителем является жидкость, как правило, органические растворители, вода и водные растворы используются в особых видах хроматографии, например, в гель-фильтрующей).
Основными частями хроматографов являются: система для ввода исследуемой смеси веществ (пробы); хроматографическая колонка; детектирующее устройство (детектор); системы регистрации и термостатирования; для препаративных (в т. ч. производственных) хроматографов, кроме того, отборные приспособления и приёмники для разделённых компонентов.
В современной жидкостной хроматографии используют приборы самой различной степени сложности — от наиболее простых систем, собранных из минимально необходимого количества блоков, до комплектных хроматографов, снабженных мини-компьютерами, которые контролируют заданные рабочие параметры, формируют градиент подвижной фазы, управляют различными дополнительными устройствами (автоматический ввод 1-пробы, коллектор фракций и др.) и проводят обработку получаемых данных. Комплектные приборы с высокой степенью автоматизации обычно обеспечивают высокую производительность и точность результатов, что особенно важно в производственных условиях для контроля качества продукции. Однако самостоятельная сборка хроматографа из отдельных блоков дает возможность легко модифицировать прибор в зависимости от поставленной задачи и более эффективно использовать имеющееся оборудование.
Самыми распространенными жидкостными хроматографическими системами являются системы, имеющие модульный принцип сборки. Насосы, дегазирующие устройства, детекторы, дозаторы (автосамплеры), термостаты для колонок, коллекторы фракций, блоки управления хроматографической системой и регистрирующие устройства выпускаются в виде отдельных модулей.
Широкий выбор модулей позволяет гибко решать различные аналитические задачи, быстро менять при необходимости конфигурацию системы с минимальными расходами. Вместе с тем выпускаются и мономодульные (интегрированные), главным преимуществом которых является миниатюризация отдельных блоков, компактность прибора.
В зависимости от способа элюирования жидкостные хроматографы делятся на изократические и градиентные.
Рисунок 1 - Схема изократического хроматографа
1 - резервуар; 2 - прецизионный насос; 3 – автосамплер; 4 – разделительные элементы; 5 – детектор; 6 - аналоговый регистратор; 7 - сливная емкость; 8 – in-line фильтр; 9 - входной фильтр
Подвижная фаза из емкости через входной фильтр подается прецизионным насосом высокого давления в систему ввода образца - ручной инжектор или автосамплер, туда же вводится проба. Далее, через in-line фильтр, образец с током подвижной фазы поступает в элемент (элементы) разделения - через предколонку в разделительную колонку. Затем, элюат поступает в детектор и удаляется в сливную емкость. При протекании элюата через измерительный контур детектора происходит регистрация хроматограммы и передача данных на аналоговый регистратор (самописец) или иную систему сбора и обработки хроматографических данных (интегратор или компьютер). В зависимости от конструкции функциональных модулей управление системой может осуществляться с клавиатуры управляющего модуля (как правило насоса или системного контролера), с клавиатур каждого из модулей системы или производиться управляющей программой с персонального компьютера.
В случае градиентного элюирования используются два принципиально различных типа жидкостных хроматографов. Они отличаются точкой формирования градиента состава подвижной фазы.
1 - резервуары; 2 - прецизионный насос высокого давления; 3 – ручной инжектор; 4 - разделительные элементы; 5 – детектор; 6 - аналоговый регистратор; 7 - сливная емкость; 8 – in-line фильтр; 9 - входной фильтр; 10 - программатор градиента
Подвижная фаза из емкостей через входные фильтры и программатор градиента подается прецизионным насосом высокого давления в систему ввода образца - ручной инжектор или автосамплер, туда же вводится проба. Работой клапанов программатора градиента управляет либо управляющий модуль системы (насос или контроллер), либо управляющая программа ПК. Системы такого типа формируют бинарный, трехмерный и четырехмерный градиент. Форма функции отработки градиента зависит от конкретного управляющего модуля или программы управления, а также функциональных возможностей управляемых и управляющих модулей. Далее, через in-line фильтр , образец с током подвижной фазы поступает в элемент (элементы) разделения - через предколонку в разделительную колонку. Затем, элюат поступает в детектор и удаляется в сливную емкость. При протекании элюата через измерительный контур детектора происходит регистрация хроматограммы и передача данных на аналоговый регистратор (самописец) или иную систему сбора и обработки хроматографических данных -интегратор или компьютер. В зависимости от конструкции функциональных модулей управление системой может осуществляться с клавиатуры управляющего модуля (как правило, насоса или системного контролера), или производиться управляющей программой с персонального компьютера. В случае управления управляющим модулем возможно независимое управление детектором с его собственной клавиатуры.