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

Министерство образования и  науки РФ

 

Вогонежский государственный  университет

 

 

 

 

 

Реферат

 по дисциплине «Аналитическая химия»

на тему:

«Основные параметры хроматографического пика. Параметры удерживания и разделения. Узлы хроматографических приборов. Качественный и количественный анализ хроматограмм»

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

Полунина У.Н.

 

Проверил: Стоянова О.Ф.

 

 

 

 

 

г. Воронеж, 2012

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение…………………………………………………………….3

1. Основные параметры хроматографического пика………..4
2. Параметры удерживания и разделения……………………..6
1. Параметры удерживания………………………………..6
2. Параметры разделения…………………………………..9
3. Узлы хроматографических приборов……………………….11
1. Колонки……………………………………………………11
2. Детекторы…………………………………………………12
3. Устройства ввода пробы……………………………….13
4. Качественный и количественный анализ хроматограмм..14
5. Литература………………………………………………………15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

 

Хроматография – метод  физико-химического разделения, концентрирования о определения компонентов смесей, сложных смесей газов, жидкостей, паров  или растворенных веществ. Основан на использовании сорбционных процессов, протекающих в динамических условиях.

Газовая хроматография – процесс разделения компонентов смеси, основанный на различии в равновесном распределении компонентов между двумя фазами – газом – носителем (подвижная фаза) и либо твердой фазой, либо жидкостью, нанесенной в виде тонкой пленки на поверхность твердого носителя или стенки хроматографической колонки.

Для качественной и количественной обработки результатов газо-жидкостного хроматографического анализа, пары разделенных компонентов вместе с газом-носителем поступают в детектор хроматографа, генерирующий электрический сигнал – тем больший, чем выше концентрация компонента в парогазовой смеси. Электрический сигнал усиливается и фиксируется регистратором хроматографа в виде хроматограммы, записываемой на диаграммной ленте или на мониторе компьютера.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Основные параметры хроматографического пика

 

 

Хроматограмма – это зарегистрированная во времени последовательность показаний  регистратора. Каждому разделенному компоненту смеси соответствует свой пик на хроматограмме. По оси абсцисс откладывается время (или расстояние), по оси ординат – величина аналитического сигнала, которая тем больше, чем выше содержание данного компонента в разделяемой смеси. Хроматографический пик характеризуется шириной и площадью, отрезками на выходной кривой, соответствующими времени удерживания неадсорби-рующегося газа и удерживаемому объему компонента.

 

Выходной сигнал анализируемого соединения имеет форму треугольника или пика, обычно это участок нулевой линии, на котором возникает сигнал при выходе анализируемого соединения из хроматографической колонки. Нулевая или базовая линия соответствует участку нулевой концентрации анализируемого соединения. Запись пика исследуемого соединения вместе с участками нулевой линии до и после пика называется хроматограммой. Высота пика - это расстояние от максимума пика до его основания, измеренное параллельно оси отклика детектора. Ширина пика у основания - отрезок основания пика, отсекаемый двумя касательными, проведенными в точках перегибов восходящей и нисходящей ветвей хроматографического пика. Ширина пика на полувысоте - отсекаемый пиком отрезок линии, проведенной параллельно основанию пика на середине его высоты. Площадь пика - это площадь части хроматограммы, заключенной между пиком и его основанием.

 

Важным параметром пика является коэффициент асимметрии, который  применяется для сравнения различных  твердых носителей, адсорбентов  и всей газовой системы хроматографа в целом. В идеальных условиях пик по форме близок к кривой Гаусса, то есть симметричен. На практике пики по разным причинам в основном несимметричны.

 

Асимметрия пиков ухудшает разделение и затрудняет количественную обработку.

 

 

Рис.1 Оценка асимметричности  пиков

 

Асимметричные пики появляются при разделении на неоднородных сорбентах, когда концентрации анализируемых соединений соответствуют нелинейным участкам изотермы сорбции. Кроме того, это может быть вызвано в некоторых случаях кинетикой сорбции (замедленный процесс десорбции), наличием непродуваемых полостей. Асимметрию пиков оценивают относительно полуширин пиков на половине высоты (рис. 1) отношением отрезка БВ к АБ либо на 1/10 высоты пика от основания отношением отрезков ДЕ к ГД. Точнее пользоваться отношением площадей половин пика - отношением заштрихованной части пика к незаштрихованной части

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Параметры удерживания и разделения

 

Наиболее важными хроматографическими параметрами, позволяющими оценить эффективность и селективность колонки и степень разделения различных веществ, являются : время удерживания, удерживаемый объем, коэффициент емкости, коэффициент удерживания, число теоретических тарелок, высота, эквивалентная теоретической тарелке, коэффициент селективности и коэффициент разделения.

2.1. К параметрам удерживания относят:

 

2.1.1. Время удерживания и удерживаемый объем

 

Разделение в хроматографии  основано на различной сорбируемости  анализируемых соединений при движении их по слою сорбента в колонке. Если соединение не сорбируется, то оно не удерживается сорбентом в колонке  и будет выходить из колонки со скоростью потока газа-носителя. Если же вещества сорбируются, то они удержатся в колонке, это будет определяться их сорбционной способностью: чем сильнее сорбция соединения, тем дольше оно будет удерживаться в колонке.

 

 

 

Рис. 2. Параметры удерживания

 

Параметры удерживания, по существу, характеризуют сорбционную способность анализируемых соединений. Различие в сорбируемости в конечном итоге определяется различием межмолекулярных взаимодействий вещество - сорбент.

 

Время от момента ввода  пробы в колонку до выхода максимума  пика называется временем удерживания t_R (рис. 2). Оно складывается из двух составляющих: времени нахождения молекул соединения в газовой фазе  и времени нахождения молекул соединения в сорбируемом состоянии : t_R= t_m + t’_R

 

Время нахождения молекул  исследуемого соединения в газовой  фазе зависит от доли пустот в насадочной или капиллярной колонке. В разных насадочных колонках плотность набивки может изменяться, будет также изменяться и величина t_м, поэтому для характеристики истинной удерживающей способности необходимо определять величину t'_R - так называемое приведенное время удерживания.

 

Величину t_м определяют по времени выхода несорбируемого соединения (иногда называемого мертвым временем). В газовой хроматографии эту величину определяют по времени выхода гелия или водорода в случае применения детектора по теплопроводности и метана при использовании пламенно-ионизационного детектора.

 

Приведенное время удерживания  зависит от скорости газа-носителя: чем больше скорость газа-носителя, тем меньше время удерживания, поэтому  на практике удобнее использовать удерживаемый объем V_R - произведение времени удерживания на объемную скорость газа-носителя F_r:

V_R= t_R* F_r

 

Удерживаемый объем - это объем газа-носителя, который  необходимо пропустить через хроматографическую колонку, чтобы элюировать данное анализируемое соединение.

 

Приведенный удерживаемый объем (V’_R) соответственно равен:

V’_R = (t_R-t_M) F_r = t_RF_r- t_MF_r = V_R-V_d,

 

где Vd - объем пустот в  колонке (мертвый объем).

 

В хроматографе Vd реально  складывается из объемов всех пустот в газовом тракте (дозатора, переходных соединений, колонок, детектора).

 

Объемную скорость газа-носителя чаще всего измеряют на выходе из колонки. Из-за сжимаемости газа-носителя при  повышении давления объемная скорость неодинакова по длине колонки. В  начале колонки она меньше, чем на выходе, поэтому для определения средней скорости в колонке вводится специальная поправка j, учитывающая перепад давления:

                 ,

где p1 - входное давление, p0 - давление на выходе колонки.

 

Приведенный удерживаемый объем с  поправкой на среднее давление называется чистым удерживаемым объемом:

V_N = V’_R*j

Чистый удерживаемый объем можно считать физико-химической константой, так как он не зависит от скорости газа-носителя при постоянной температуре и доли пустот в колонке.

 

Чистый удерживаемый объем зависит  от количества сорбента в колонке, поэтому  для точных физико-химических измерений используют понятие удельного удерживаемого объема V_g^T. Величина V_g^T - это чистый удерживаемый объем, отнесенный к массе сорбента g в колонке или к площади поверхности адсорбента S_К при усредненном давлении в хроматографической колонке и температуре T колонки:

 

Для особо точных физико-химических измерений вводят поправку на давление пара воды вследствие того, что измерения обычно проводят мыльно-пенным измерителем, а также на разность температур на выходе из колонки и в колонке.

 

2.1.2. Относительные параметры удерживания

 

Все рассматриваемые  выше параметры удерживания зависят от случайных небольших колебаний параметров опыта, в частности расхода газа-носителя и температуры термостата колонки.

 

Для исключения этих влияний используют относительные параметры удерживания.

 

При расчете относительного параметра  удерживания (времени или объема) берут отношение чистого объема удерживания исследуемого вещества к чистому объему удерживания стандартного соединения:

 

В качестве стандартных соединений используют н-алканы, с параметрами  удерживания, близкими к параметрам удерживания исследуемого вещества. В этом случае при случайных колебаниях расхода или температуры абсолютные параметры удерживания будут изменяться, а их отношения - практически нет.

 

В качестве относительного параметра  широко используют индекс Ковача:

 

 

где tn, tn+1 - приведенные  времена удерживания н-алканов, с  числом атомов углерода в молекуле n и n+1,  - приведенное время удерживания  исследуемого соединения.

 

Индекс Ковача - безразмерная величина и может быть подсчитана с большой точностью, например в капиллярных колонках - до сотых долей процента. Индексы Ковача в первую очередь применяют для идентификации неизвестных веществ (проведение качественного анализа).

 

Изменения индексов Ковача для соединений, отличающихся природой функциональной группы, используют для  оценки межмолекулярных взаимодействий. Индексами удерживания определенного  набора стандартных веществ характеризуют  полярность неподвижных жидких фаз и адсорбентов.

 

2.2. Параметры разделения. Эффективность колонки.

 

К параметрам разделения двух веществ относятся степень  и коэффициент разделения. Эффективность  хроматографической колонки характеризуется  числом теоретических тарелок и  величиной, эквивалентной теоретической тарелке.

2.2.1 Степень разделения R_S (разрешение пиков) количественно характеризует разделение двух пиков на хроматограмме и рассчитывается по формуле:

R_s = 2Δτ / а(1)+а(2) = Δτ / а(1)_1/2 + а(2)_1/2,

 

где Δτ = τ₂ -  τ₁ разность времен удерживания разделяемых компонентов 1 и 2, а(1) и а(2) – ширина пиков, (1)_1/2 и а(2)_1/2 – полуширина пиков.

Если R_S<1, то разделение двух веществ неполное. при R_S>1 наблюдается полное разделение двух компонентов смеси.

Разделение пиков Δτ прямо пропорционально длине L хроматографической колонки, тогда как сумма полуширин пиков прямо пропорциональна корню квадратному из длины L колонки:

[а(1)_1/2 + а(2)_1/2] ~ L^(1/2),

Поэтому с ростом длины  колонки L степень разделения R_S увеличивается, однако одновременно возрастает и продолжительность анализа.

Степень разделения в  газо-жидкостной хроматографии зависит  от Коэффициента разделения α и числа  теоретических тарелок n.

Коэффициент разделения α рассчитывается по формуле: