Основные параметры хроматографического пика. Параметры удерживания и разделения. Узлы хроматографических приборов. Качественный и колич

α = (τ₂ -  τ₀)/ (τ₁ -  τ₀) = К₂/К₁,

где τ₂ и τ₁ – соответственно время удерживания компонентов 2 и 1; τ₀ – время выхода несорбируемого компонента: К₂ и К₁ - коэффициенты распределения компонентов 2 и 1 соответственно.

Коэффициент разделения характеризует селективность неподвижной фазы по отношению к двум данным компонентам и относительное расположение разделяемых пиков на хроматограмме.

Число теоретических  тарелок n. При хроматографическом разделении двух компонентов смеси осуществляется перенос вещества через границу раздела двух фаз – подвижной и неподвижной. Чем больше число таких переходов, тем более полно разделяются компоненты смеси. Количество подобных переходов характеризует эффективность хроматографической колонки.

Участок зоны внутри колонки, на котором устанавливается равновесное  распределение данного вещества между подвижной фазой и неподвижной  фазой называют теоретической тарелкой. Разделяемое вещество как бы рапределяется по этим тарелкам. Число этих тарелок рассчитывается по формуле:

n = 5.545 (τ/a_1/2)²,

Где τ – время (или расстояние) удерживания данного компонента смеси, a_1/2 - полуширина пика, выраженная в тех же единицах, что и τ.

Отношение длины хроматографической колонки L к числу теоретических тарелок n называют Высотой, эквивалентной теоретической тарелке Н:

H = L/n.с

Чем меньше эта величина, тем менее размыта она отделяемого  компонента при его выходе из колонки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Узлы хроматографических  приборов

 

3.1. Колонки. 

Основным структурным элементом хроматографов являются колонки - трубки, заполненные неподвижной фазой, по которым во время выполнения анализа движется подвижная фаза и исследуемый образец. Именно в колонке происходит разделение компонентов исследуемой смеси.

Колонка характеризуется  несколькими параметрами: эффективностью, селективностью и ёмкостью.

Эффективность является мерой расширения пика вещества при  его движении вдоль колонки и  тесно связана с числом теоретических  тарелок — воображаемых участков по длине колонки, в каждом из которых как бы достигается термодинамическое равновесие фаз. Кроме того, на неё влияют такие факторы, как вихревая диффузия, продольная молекулярная диффузия и сопротивление массопереносу. Как правило, число теоретических тарелок в современных капиллярных колонках очень велико — несколько десятков тысяч. Это позволяет, при правильном подборе селективности неподвижной фазы, в подавляющем большинстве случаев разделить все индивидуальные компоненты любой, даже самой сложной, смеси.

Селективность определяется как разница в степени удерживания веществ разной природы на неподвижной фазе. Обычно её выражают через относительное удерживание пары критически важных компонентов пробы (отношение их приведённых времён удерживания). Если это отношение больше 1, то пики могут быть разделены. Селективность колонки зависит от характера взаимодействия определяемого вещества и неподвижной фазы. Эти взаимодействия могут быть как неполярными дисперсионными (силы Ван-дер-Ваальса), так и полярными специфическими (обычно диполи и водородные связи).

Ёмкость колонки связана  с её физическими размерами и  определяет максимальный объём пробы, который можно ввести в колонку  без её «перегрузки», то есть без  отклонения пиков от гауссовой формы. Соответственно, ёмкость набивных колонок значительно больше, чем капиллярных.

3.1.1. Набивные колонки

Набивными колонками  в газовой хроматографии традиционно  называют колонки большого диаметра (обычно 2 мм), которые можно изготовить самостоятельно, заполняя их заранее  приготовленным адсорбентом (например, трепелом зикеевского карьера или толчёным кирпичом с нанесённым на них вазелиновым маслом).

3.1.2. Капиллярные колонки

Также полые капиллярные  колонки или открытые капиллярные колонки. Эти колонки изготавливаются из капилляров, то есть трубок очень малого диаметра (в газовой хроматографии распространены размеры 0,53 мм, 0,32 мм, 0,25 мм и 0,1 мм). Чем меньше диаметр колонки, тем меньше размытие пиков в результате диффузии и, соответственно, тем выше эффективность. Это позволяет снизить время анализа и улучшить разделение компонентов.

 

3.2. Детекторы. 

Вторым важнейшим элементом  хроматографа является детектор, то есть устройство, способное реагировать  на изменение концентрации определяемого  вещества. Детекторы условно делятся  на универсальные и селективные.

3.2.1. Детектор по теплопроводности (ДТП)

К универсальным относится  детектор по теплопроводности. Принцип  его действия заключается в изменении  температуры нагретой нити при обдувании  её газом (пробой) с разной теплопроводностью.

3.2.2. Пламенно-ионизационный детектор (ПИД)

Этот детектор селективно определяет углеводороды. Принцип его  действия заключается в изменении  силы тока в плазме водородно-кислородного пламени при попадании в неё  горючих соединений углерода.

3.2.3. Пламенно-фотометрический детектор (ПФД)

Данный детектор определяет излучение молекул или атомов вещества при их попадании в плазму водородно-кислородного пламени. Теоретически ПФД может определять очень широкий  спектр веществ, однако на практике он чаще всего используется при анализе соединений серы, азота и фосфора, а также иногда ртути.

Разновидность ПФД - пульсирующий пламенно-фотометрический детектор (ППФД), отличающийся тем, что в нём горение пламени происходит не постоянно, а импульсами, то есть вспышками, обычно с частотой 2-4 Гц. Периодический характер пламени позволяет проводить временно́е разделение фронтов свечения разных веществ, например, серы на фоне углерода, то есть селективность ППФД значительно выше, чем у ПФД.

3.2.4. Термоионный детектор (ТИД)

В этом детекторе используется небольшой керамический шарик с таблеткой из соли щелочного металла (сульфат рубидия или бромид цезия), нагреваемый до высокой температуры. Этот детектор используется для селективного определения азота и фосфора.

3.2.5. Электронозахватный детектор (ЭЗД)

В данном виде детектора  используется источник бета-частиц (электронов), как правило, 63Ni, или альфа-частиц (269Pu). Если в газе, проходящем мимо такого радиоактивного источника, оказываются  молекулы, склонные к ионизации, возникает  пропорциональный их концентрации ток, который можно измерить.

3.2.6. Хемилюминесцентный детектор (ХЛД)

Данный детектор является одним из самых сложных, однако обладает непревзойдённо высокой чувствительностью  для определённых групп компонентов (в частности, серосодержащих — до 0,1 ppb). Перед ХЛД устанавливается ПИД, а в самом ХЛД используется озонатор.

 

 

3.3. Устройство ввода  пробы

Ввод пробы в хроматографическую систему является первым этапом хроматографического  разделения и от того насколько качественно  будет выполнен данный  технологический процесс во многом зависит и результат хроматографии.

В хроматографии ввод пробы осуществляется или вручную, или автоматически при помощи специального прибора, автосемплера.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Качественный и количественный анализ хроматограмм

 

Заключительной стадией хроматографического анализа смеси веществ является качественный и количественный анализы полученной хроматограммы. Хроматограмма, полученная на адсорбенте белого цвета, представляет собой серию цветных зон, расположенных

в определенном порядке. Визуальное исследование такой хроматограммы  дает ориентировочное представление о составе исследуемой смеси. Если разделяемые вещества флюоресцируют в ультрафиолетовом свете, расположение зон в колонке можно определить при помощи облучения ее УФ- лучами.

       Выявление  зон бесцветных веществ осуществляются  методом проявления хроматограмм. Для этого через хроматографическую  колонку пропускают раствор, который  дает окрашивание зон, или перед  началом хроматографии адсорбент обрабатывается соответствующим индикатором, который изменяет свою окраску в зависимости от среды образовавшейся

зоны.

       Количественный  анализ хроматограммы целесообразно  проводить лишь в том случае, когда осуществлено полное разделение смеси и хроматограмма состоит из серии отдельных непрерывающихся зон.

       Количественный  анализ результатов разделения  сводится к определению количества вещества, содержащегося в каждой обнаруженной зоне. Ориентировочные данные можно получить, измеряя ширину полосы при стандартном сорбенте, откалиброванном по данному веществу при постоянных условиях. Для этой цели может быть использовано измерение диэлектрической постоянной по длине колонки или применение метода счета импульсов при

работе с радиоактивными изотопами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Список использованной  литературы

 

1. Бражников В. Детекторы   для хроматографии. —В.М.: Машиностроение. 1992.

2. Васильев В.П. Аналитическая химия. книга 2. Физико-химические методы анализа. — М.: Дрофа, 2004

3. Винарский В.А. Хроматография. Курс лекций в двух частях. Часть 1. Газовая хроматография. Минск: Научно-методический центр «Электронная книга БГУ», 2003

4. Стоянова О.Ф. Хроматографические  методы в анализе лекарственных  и токсичных веществ./ О.Ф.Стоянова, И.В. Шкутина, Н.Я. Мокшина, В.Ю. Хохлов. – Воронеж, 2004

5. Харитонов Ю.Я . Аналитическая химия (аналитика): В 2-х кн./ Ю .Я. Харитонов .- М .: Высш .шк., 2003.

6. Цыренова С.Б. Балдынова Ф.П. Методические указания к самостоятельной работе и лабораторному практикуму «хроматографические методы анализа». Улан-Удэ, 2001.

7. Юинг Г. Инструментальные методы химического анализа. — М.: Мир, 1989.