Хроматографические методы анализа
Общая Хроматография-это физико-химичесобнаружения характеристика кий метод разделения, веществ, оснои определения смесей ванный на распределении компометода нентов между двумя несмешивающимися фазами - неподвижной и подвижной (ПФ). Хроматография это динамический метод, обеспечивающий многократность актов сорбции-десорбции компонентов, разделяемых в потоке подвижной фазы. Этим обусловлена большая эффективность этого метода по сравнению с методами сорбции и экстракции в статических условиях. Достоинства метода: универсальность, экспрессность и высокая чувстви тельность. (М. С. Цвет показал, что экстракт хлорофилла содержит две разновидности хлорофилла ( , ), четыре ксантофилла и каротин).
Классификация хроматографических методов анализа • 1. По цели хроматографирования выделяют: а)аналитическую хроматографию (качественный и количественный анализ простых и очень сложных смесей); • б) препаративную - для получения веществ в чистом виде, для концентрирования и выделения микропримесей; для очистки лекарственных препаратов; • в) промышленную (производственную) - для контроля и регулирования различных технологических процессов. • 2. По технике выполнения выделяют колоночную и плоскостную хроматографию.
Классификация хроматографических методов анализа • 3. По механизму взаимодействия разделяемых веществ с неподвижной фазой (НФ) выделяют: • распределительная – основана на различии в растворимости разделяемых веществ в пленке неподвижной жидкой фазы; • адсорбционная – основана на различии в адсорбируемости веществ твердым сорбентом; • ионообменная – основана на разной способности разделяемых веществ к ионному обмену между подвижной фазой и твердым ионообменником; • эксклюзионная (молекулярно-ситовая) – основана на различии в размерах и формах молекул разделяемых веществ
Классификация хроматографических методов анализа • 4. По агрегатному состоянию подвижной фазы(ПФ) хроматографию разделяют на газовую и жидкостную. При необходимости конкретизировать агрегатное состояние неподвижной фазы, хроматографические методы называют: газо-жидкостная (ГЖХ), газотвердофазная (или газо-адсорбционная, ГАХ), жидкостно-жидкостная (ЖЖХ), жидкостнотвердофазная (или жидкостно-адсорбционная, ЖАХ). • 5. По способу перемещения подвижной фазы (ПФ) различают фронтальный, элюентный (проявительный), и вытеснительный методы анализа. В аналитической химии почти всегда используется элюентный анализ.
Варианты хроматографии в зависимости от агрегатного состояния фаз Подвижная фаза Газ Жидкость Вещество в сверхкритич. состоянии Неподвижная фаза Твердое вещество (адсорбент) Жидкость Хроматография Газотвердофазовая (газоадсорбционная) Газожидкостная Твердое вещество (адсорбент) Жидкость Жидкостно-твердофазовая (жидкостно-адсорбционная) Жидкостно-жидкостная Твердое вещество (адсорбент) Жидкость Флюидно-твердофазовая (флюидно- адсорбционная) Флюидно-жидкостная
Фронтальный метод • Через колонку с адсорбентом непрерывно пропускают анализируемую смесь А и В в растворителе S. В растворе, вытекающем из колонки, определяют концентрацию каждого компонента и строят хроматограмму. Вследствие сорбции веществ А и В снасначала из колонки будет вытекать рас • Тво творитель S, затем растворитель и менее сорбирующийся компонент А, а затем - и компонент В. • Фронтальный метод применяется для очистки раствора от примесей, если они сорбируются существенно лучше, • чем основной компонент, или для выделе ления из смеси наиболее слабо сорбиру рующегося вещества.
Проявительный (элюентный) метод • В колонку вводят порцию анализируемой смеси , содержащей компоненты А и В в растворителе S, и колонку непрерывно промывают газом-носителем или растворителем S. При этом компоненты анализируемой смеси разделяются на зоны: хорошо сорбирующееся вещество В занимает верхнюю часть, а менее сорбирующийся компонент А- нижнюю • часть колонки. В растворе, вытекающем из ко лонки, сначала появляется компонент А, далее-чистый растворитель, а затем - компонент В. Чем больше концентрация компонента, тем • тем выше пик и больше его площадь. • . Проявительный метод дает возможность разделять сложные смеси. Недостатком метода является уменьшение концентрации растворов на выходе за счет разбавления растворителем.
Вытеснительный метод • Анализируемую смесь компонентов А, В, С в растворителе S вводят в колонку и промывают раствором вещества D (вытеснитель), которое сорбируется лучше, чем любой из компонентов анализиремой смеси. Концентрация раствора при хроматографировании не уменьшается в отличие от проявительного метода. • Существенным недостатком • вытенительного метода являет • ся частое наложение зоны одно • го вещества на зону другого, по • скольку зоны компонентов в • этом методе не разделены зо • ной растворителя.
Классификация хроматографических методов анализа
Разделение смеси в колонке и хроматограмма, полученная методом элюентной хроматографии (сорбируемость веществ увеличивается в ряду (А<В<С) Элюент проба (А+В+С) С сигнал С В В А А время
Подвижная и неподвижная фазы Подвижная фаза в газовой хроматографии представляет собой не просто газообразную пробу анализируемой смеси, а пробу, вводимую в непрерывный поток инертного газа (“носителя”). Аналогично - в жидкостной хроматографии. В качестве газаносителя обычно используются очищенный азот или гелий, реже - водород или аргон. Эти газы не должны удерживаться на колонке и давать сигнал детектора. В жидкостной хроматографии элюент может представлять собой как чистую жидкость, так и различные смеси. Требования к неподвижной фазе различаются в зависимости от метода хроматографии. В адсорбционной хроматографии твердая фаза представляет собой сорбент. В распределительной - твердый носитель используют для того, чтобы нанести на него тонкую пленку жидкости, в которой происходит процесс разделения компонентов при передвижении по колонке.
Подвижная и неподвижная фазы (продолжение) Требования к неподвижной фазе : она должна - обладать максимально возможной поглотительной способностью, различающейся для разных компонентов смеси; - быть устойчивой в среде, в которой используется; - быть дешевой и доступной. . На практике используются чаще всего активированный уголь, силикагель, алюмогель, цеолиты и синтетические материалы на их основе. В распределительной хроматографии в качестве носителя неподвижной жидкой фазы чаще других используются кизельгур (диатомит), стеклянные или тефлоновые микрошарики. Самой неподвижной жидкой фазой служат высокомолекулярные углеводороды (например, сквалан), кремнийорганические соединения, фталаты, вазелиновое и силиконовое масла. Неподвижная жидкая фаза. должна обладать селективностью к разделяемым компонентам, химической инертностью, термической устойчивостью, практически не удерживать элюент и быть в условиях проведения эксперимента нелетучей.
Хроматограмма смеси двух веществ h/ t. R (2) ан. сигнал t. R (1) W/ tm h t. R / W t • W-ширина пика • W -полуширина пика • h-высота пика • tm-”мертвое’’ время колонки • t. R -приведенное время удерживания • t. R-время удерживания 1 го компонента
Хроматографические параметры Для характеристики истинной удерживающей способности используют исправленное (приведенное) время удерживания t. R/: t. R/ = t. R - tm Исправленный удерживаемый объем VR/ соответственно: VR / = VR - Vm При постоянных условиях хроматографирования (скорость потока, давление, температура, состав фаз) значения t. R/ и VR/ строго воспроизводимы и могут быть использованы для идентификации. Каждый пик на хроматограмме характеризуется высотой, шириной и площадью. Ширина пика W равна основанию треугольника, образованного касательными к левой и правой ветвям пика. Расстояние между точками контура на половине его высоты W' называют полушириной пика. Высотой пика считают либо величину h, либо h/.
Теория теоретических тарелок. Эта теория позволяет описать движение зоны компонента, экспериментально оценить ширину полосы и эффективность колонки. Теория основана на допущениях: 1) хроматографическая колонка состоит из определенного числа узких слоев сорбента (“теоретических тарелок”); 2) равновесие на каждой тарелке между неподвижной (НФ) и подвижной фазами (ПФ) устанавливается мгновенно. Число теоретических тарелок (N) может служить количественной мерой эффективности колонки. Для её оценки используют также высоту, эквивалентную теоретической тарелке (ВЭТТ, Н). Эта величина связана с длиной колонки (L) и числом теоретических тарелок (N): Н = ВЭТТ = L/N, Число теоретических тарелок можно рассчитать из параметров пика , например: N = 16 (t. R/ / W)2, где t. R/- приведенное время удерживания компонента в колонке; W- ширина пика.
Кинетическая теория хроматографии Согласно кинетической теории, размывание хроматографических пиков обусловлено, главным образом, тремя независимыми процессами: вихревой диффузией, молекулярной диффузией и сопротивлением массопереносу. К счастью, степень влияния этих процессов определяется в основном такими контролируемыми переменными, как скорость потока, размер частиц наполнителя колонки и толщина пленки неподвижной жидкой фазы. Из положений теории следует, что эффективность хроматографической колонки имеет сложную зависимость от скорости ПФ и выражается кривой, минимум которой соответствует оптимальному значению Н. Задача экспериментатора - найти оптимальную скорость потока. В целом, для повышения эффективности колонки необходимо уменьшать размер частиц, улучшать упаковку, подбирать оптимальную линейную скорость потока и маловязкие подвижные фазы (их толщина должна быть небольшой).
Газовая хроматография • • Газовая хроматография может быть применена для разделения и определения смесей веществ, которые могут быть легко переведены в газообразное состояние при сравнительно невысоких температурах (обычно – не выше 2500 C). Среди вариантов ГХ газо-жидкостный распространен несколько больше, чем газо-твердофазный. Основными узлами хроматографической установки являются дозатор (система для ввода пробы), хроматографическая колонка и детектор. Кроме того, в установке имеются устройства для подачи газа-носителя или растворителя, для преобразования импульса детектора в соответствующий сигнал. Дозатор предназначен для точного количественного отбора пробы и введения ее в хроматографическую колонку. Одним из основных требований к дозатору является воспроизводимость размера пробы и постоянство условий ее введения в колонку. Кроме того, введение пробы не должно вызывать резкого изменения условий работы колонки и других узлов хроматографической установки, а внутренняя поверхность дозатора не должна обладать каталитической или адсорбционной активностью по отношению к пробе. Газообразные и жидкие пробы обычно вводят с помощью специальных шприцев, Твердые пробы вводятся после перевода их в раствор или с помощью игольного ушка испарением пробы в нагретом дозаторе.
Газовая хроматография (продолжение) • Детекторы классифицируют по различным признакам. • 1) по способу регистрации вещества: • универсальные - регистрирующие многие вещества; селективные - чувствительные к химическим соединениям определённых классов; • специфические - обладающие очень высокой селективностью. • 2) по способу записи хроматограмм детекторы делятся на: • интегральные (такие детекторы регистрируют суммарное количество компонента, вышедшего из колонки за определенный промежуток времени); • дифференциальные (мгновенно регистрируют изменение какого-либо свойства, связанного с появлением вещества в подвижной фазе (ПФ).
Характеристики детектора • 1) чувствительность - отношение сигнала детектора к количеству обнаруженного им вещества: чем больше это отношение, тем выше чувствительность детектора; • 2) воспроизводимость результатов - количественной мерой служит стандартное отклонение серии сигналов при вводе в хроматограф одних и тех же проб; • 3) стабильность работы - низкая чувствительность к колебаниям температуры и скорости потока подвижной фазы (ПФ); • 4) предел обнаружения (детектирования) - минимальное определяемое количество вещества, которое вызывает сигнал (h), равный удвоенному (иногда утроенному) сигналу шума (N): Nh=2 N • 5) диапазон линейности сигнала - интервал линейной зависимости величины аналитического сигнала от концентрации вещества в пробе.
Блок-схема газового хроматографа • 1–баллон с газомносителем ; • 2 – манометр; • 3–дозатор-испаритель; • 4 – колонка; • 5 – детектор; • 6 – термостат; • 7 -регистратор (самописец, компьютер)
Катарометр • • • Это универсальный детектор; ранее широко применялся в газовой хроматографии. В полость металлического блока помещается спираль из металла(Pt, W), обладающего высоким термическим сопротивлением. Через спираль проходит постоянный ток, и она нагревается. Если в катарометр поступает только газ-носитель, происходит теплообмен между ним и спиралью и, следовательно, её температура остается постоянной. При изменении состава газа меняется теплопроводность газа и соответственно температура спирали. Все это приводит к изменению сопротивления нити, которое измеряют с помощью моста Уитстона. В схеме – две идентичные камеры, в одну из которых поступает газовая смесь из колонки, а в другую–чистый газ-носитель из баллона. Когда через обе камеры проходит газ-носитель, детектор настраивают на нуль. При появлении в рабочей камере компонентов смеси наступает разбалансировка моста, и фиксирующее устройство регистрирует выходную кривую. Чувствительность катарометра зависит от того, насколько теплопроводность веществ отличается от теплопроводности газа-носителя. Наиболее выгоден как газ-носитель гелий.
Схема катарометра Газ-носитель Из колонки R 2 R 1 R 3 R 4
Детектор электронного захвата (ЭЗ). • Принцип действия этого детектора основан на том, что многие молекулы могут реагировать с электронами с образованием стабильных анионов. Этот детектор может быть использован для обнаружения соединений, содержащих галогены, фосфор, серу, нитраты, свинец, кислород, но на большинство углеводородов он не реагирует. Он представляет собой ионизационную камеру, куда из хроматографической колонки поступает газ-носитель (N 2, He). В камере находятся два электрода и источник излучения (63 Ni, 3 H, 226 Ra, чаще - титановая фольга с адсорбированным тритием). Под действием радиоактивного излучения в камере происходит ионизация молекул газа-носителя, например, N 2+ = N 2 ++ e¯ и образуются медленные электроны. Эти электроны перемещаются к аноду, вследствие чего возникает ток. При попадании в детектор молекул анализируемых веществ медленные электроны захватываются ими, при этом ток детектора уменьшается.
Схема детектора электронного захвата 3 4 5 2 1 • 1 - ввод газа; • 2 - источник излучения; • 3 - вывод в атмосферу; • 4, 5 - электроды
Пламенно-ионизационный детектор • В нем газ, выходящий из колонки, смешивается с водородом и поступает в форсунку горелки, где образуются ионизированные частицы. Последние заполняют межэлектродное пространство детектора, вследствие чего электросопротивление пламени уменьшается, а ток резко усиливается. С помощью ПИД можно определять только соединения, которые ионизируются в пламени, т. е. углеродсодержащие соединения с С – С и С – Н – связями. Стабильность и чувствительность ПИД зависит от подходящего выбора скорости потока всех используемых газов, а поскольку он имеет широкую область линейного отклика, то пригоден для определения следовых количеств веществ.
Атомно-эмиссионный детектор • • • Этот детектор пока еще встречается довольно редко: попытки подключения атомно-эмиссионного спектрометра к газовому хроматографу долгое время не давали результатов. Принцип работы детектора состоит в том, что после распыления образца атомы в нем возбуждаются до более высокого энергетического уровня, а затем, возвращаясь в исходное состояние, излучают свет с характеристичными длинами волн. Для возбуждения атомов используется плазма, индуцированная микроволновым излучением. В состав спектральной схемы детектора входит дифракционная решетка. Регистрация аналитического сигнала происходит на компьютере. Атомно-эмиссионным детектором НР 5921 А может быть обнаружено более 40 элементов, в том числе различные изотопы углерода, водорода, кислорода и азота. Детектор селективен: при настройке его на определенную длину волны определению не мешают 1000 – 10000 кратные избытки других элементов. Практические трудности состоят в том, что для создания плазмы должен использоваться очень чистый гелий (он же – и газ-носитель): степень его чистоты не ниже 99, 9999 %.
Пламенно-фотометрический детектор • Измеряет интенсивность излучения веществ в водородном пламени (т. е. работает по принципу пламенно-эмиссионного фотометра). При сгорании веществ образующиеся атомы возбуждаются, а при возвращении в исходное состояние испускают характеристичное излучение. Оптические фильтры, используемые в детекторе (обычно–интерференционные) выделяют спектральные линии, характерные для определенных соединений. • Детектор наиболее чувствителен к фосфорсодержащим и серосодержащим веществам (длины волн соответственно 526 и 394 нм). Излучение принимается и усиливается фотоумножителем. Измерительная схема детектора позволяет поддерживать линейность отклика в диапазоне 103 для соединений серы и 104 – для фосфора при пределах обнаружения 20 и 0, 9 пкг, соответственно. Не мешают 10000 -кратные избытки других соединений. • Наиболее важными параметрами, влияющими на стабильность работы детектора и его чувствительность, являются соотношение водорода с воздухом (или кислородом) и температура головки детектора.
Масс-селективный детектор • Масс-селективный детектор для ГЖХимеет ряд преимуществ по сравнению с другими видами детекторов. Он позволяет не только идентифицировать исследуемое соединение по времени удерживания на хроматографической колонке, но и сравнивать его масс-спектр с масс-спектром эталонного образца. Кроме того, при отсутствии стандарта данный метод позволяет идентифицировать соединение путем сравнения спектров исследуемого соединения со спектрами, имеющимися в библиотеке данных, так как параметры масс-спектра в меньшей степени зависят от вторичных факторов, чем время удерживания (последний параметр может зависеть даже от времени эксплуатации колонки, поэтому стандарт в данном случае необходим). Следует отметить, что при помощи ГЖХ с масс-селективным детектором можно работать и с ранее неизвестными соеди-нениями. В этом случае по данным хромато-масс-спектрометрии можно анализировать сложные реакционные смеси, где находятся продукты неизвестной этиологии. Кроме того, при исследовании образцов, где трудно представить примерный состав анализируемой пробы, данный метод будет незаменимым.
Особенности детекторов Детектор Предел обнаружения По теплопроводности газа 4· 10 -8 г·см-3 Пламенно-ионизационный 5· 10 -12 г·с-1 Электронно- захватный 5· 10 -14 г·с-1 Пламенно-термоионный 4· 10 -13 г·с-1 Пламеннофотометрический Атомно-эмиссионный 3· 10 -13 -2· 10 -11 г·с-1 1· 10 -13 -2· 10 -11 г·с-1 Масс- спектрометрический 10 -11 - 10 -9 г·с-1 Анализируемые соединения Вещества, отличающиеся по тепло-проводности от газаносителя Вещества, ионизирующие в водородном пламени Вещества, способные к захвату электронов(не дает отклик для алифатических углеводородов и нафтенов) Гетеросоединения, содержащие атомы азота и фосфора Соединения, содержащие атомы серы и фосфора Соединения, содержащие атомы N, H, P, S, C, Si, Br, Cl, D, F, O Органические соединения
Современная автоматизированная газохроматографическая система.
Общая характеристика методов жидкостной хроматографии В жидкостной хроматографии (ЖХ) подвижной фазой служит жидкость. Этот метод применим для разделения более широкого круга веществ, чем газовая хроматография. В "классическом" варианте ЖХ в колонку, заполненную сорбентом, вводят анализируемую смесь и пропускают элюент. Плоскостная (планарная) хроматография К плоскостным видам хроматографии относятся бумажная (БХ) и тонкослойная (ТСХ). Хроматографическое разделение в них, как и в колонке, основано на переносе разделяемых компонентов подвижной фазой вдоль слоя неподвижной фазы (НФ). В БХ носителем неподвижной фазы является хроматографическая или очищенная от примесей фильтровальная бумага, а в ТСХ - различные сорбенты (оксид алюминия, силикагель и др. ), нанесенные на стеклянную или металлизированную подложку. Размер частиц адсорбента очень мал, обычно 15 мкм. Оба вида просты по технике выполнения эксперимента и экспрессны, но ТСХ используется чаще. т. к. в этом случае разделение происходит быстрее, получаемые зоны компактнее, чувствительность и воспроизводимость определений выше, слой сорбента устойчивее к агрессивным средам. Хроматографирование проводят восходящим, нисходящим или круговым способами. В ТСХ конец пластинки погружают в кювету с подвижной фазой на небольшую глубину. Пробу в виде небольшого пятна предварительно наносят на пластинку так, чтобы она находилась около края, погруженного в жидкость. Хроматографирование заканчивают, когда передний край ПФ ("фронт растворителя") почти достигнет верхнего края пластинки. Компоненты смеси при разделении образуют на НФ отдельные зоны, положение которых характеризуется величиной Rf (относительная скорость перемещения).
Общая характеристика методов жидкостной хроматографии В жидкостной хроматографии (ЖХ) подвижной фазой служит жидкость. Плоскостная (планарная) хроматография К плоскостным видам хроматографии относятся бумажная (БХ) и тонкослойная (ТСХ). Хроматографическое разделение в них, как и в колонке, основано на переносе разделяемых компонентов подвижной фазой вдоль слоя неподвижной фазы (НФ).
Параметры плоскостной хроматограммы Линия фронта L Y X Линия старта Величину Rf определяют экспериментально: Rf = Х/ L Х- расстояние, пройденное веществом; L - расстояние, пройденное растворителем до линии фронта. Величина Rf зависит от природы НФ, ПФ, техники эксперимента (способ нанесения веществ, детектирования), температуры и других факторов.
Основные элементы установок ТСХ. Достоинства метода • Подложки для сорбента (пластинки) обычно изготавливают из стекла, алюминиевой фольги или полиэфирной пленки. Пленка позволяет проводить прямое фотометрирование веществ в слое. Сорбент наносится на подложку в виде пасты (закрепленный слой), тонкого порошка (незакрепленный слой) или путем обжига силикагеля на стекле. Выбор растворителя зависит от природы сорбента и свойств анализируемой смеси. (При определении аминокислот используется смесь n-бута-нола с уксусной кислотой и водой; при анализе неорганических ионов-буферные растворы). В восходящей хроматографии растворитель поднимается снизу вверх под действием капиллярных сил, в нисходящей – растворитель передвигается по слою вниз под действием и капиллярных, и гравитационных сил. Горизон-тальная хроматография выполняется в виде круговой. По окончании хроматографирования непроточным методом зоны на хроматограмме проявляют химическим или физическим способом. (Напр. , непредельные соединения проявляют парами иода). В физических способах используется способность некоторых веществ флуоресцировать под действием УФ излучения; радиоактивные вещества обнаруживаются с помощью различных фотоматериалов. При сочетании ТСХ с газовой хроматографией выходящий из колонки газ направляется на стартовую линию пластинки и затем хроматографируется по методике ТСХ выбранным растворителем. Количественные определения в ТСХ выполняются на пластинке по площади пятна или спектрофотометрически.
ТОНКОСЛОЙНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ • 1 - подвижная фаза; • 2 - место нанесения образца; • 3 - неподвижная фаза; • 4 - фронт растворителя в конце разделения.
Применение бумажной и тонкослойной хроматографии • Качественный анализ проводят путем сопоставления величины Rf для стандартов и компонентов анализируемой смеси. • Количественный анализ осуществляется двумя способами: • непосредственно на хроматограмме по размеру пятна (полуколичественный анализ); • анализируемое вещество после вырезания зоны вымывается из слоя сорбента и анализируется при помощи какого-либо другого метода (фотометрическим, полярографическим и т. д. ). • Таким образом, БХ и ТСХ пригодны для анализа несложных смесей и широко применяются там, где обычные аналитические методы малопригодны, например, для разделения близких по свойствам соединений. ТСХ рекомендуется для обнаружения и полуколичественного определения хлорорганических, фосфорорганических и других пестицидов и т. д. При сочетании ТСХ с газовой хроматографией пластинка становится детектором. При исследовании сложных смесей необходимо применение метода ВЭЖХ).
Высокоэффективная жидкостная хроматография • • • ВЭЖХ представляет собой хроматографирование на колонке под высоким давлением. Интерес к этому методу обусловлен следующими достоинствами: универсальность, возможность автоматизации разделения и анализа сложных смесей, экспрессность, высокие эффективность и чувствительность. Большая глубина пор сорбентов в классической ЖХ является основной причиной ее низкой эффективности. В ВЭЖХ широко применяются поверхностно-пористые сорбенты. Это твердые непористые сферические зерна, на поверхность которых нанесен тонкий (около 1 мкм) слой адсорбента с высокой пористостью. Это силикагель, оксид алюминия или некоторые полимеры, нанесенные на поверхность стеклянных микрошариков. Отсутствие глубоких пор приводит к уменьшению ВЭТТ и значительному увеличению эффективности колонки. Существуют и объемно-пористые сорбенты, размер их частиц (5 -10 мкм) также намного меньше, чем размер частиц обычных сорбентов. В настоящее время интенсивно развиваются различные варианты ВЭЖХ.
Хроматограммы смеси двух веществ а) высокая селективность, но плохая ан. с. эффективность, б) высокая эффективность, но плохая селективность, в) высокие селективность и эффективность а а б в
Критерий и степень разделения • Полнота разделения двух компонентов количественно может быть выражена критерием разделения К : • K= Δl / ( 0, 5(А) + 0, 5(В) )= Δ Vr / ( 0, 5(А) + 0, 5(В) ) • где Δl или Δ Vr - расстояние между максимумами пиков разделяемых элементов; 0, 5 –полуширина хроматографического пика первого (1) и второго (2) компонентов на половине высоты. При К=1 разделение бывает достаточно полным • При взаимном перекрывании пиков определение ширины зоны каждого пика становится невозможным. В таких случаях рассматривают степень разделения : • =(h 2 - hmin ) / h 2 , • где h 2 - высота пика вещества, имеющего меньшую концентрацию; hmin –высота минимума.
Варианты высокоэффективной жидкостной хроматографии • • Адсорбционная хроматография. В адсорбционном варианте жидкостной хроматографии в зависимости от полярности ПФ и НФ различают нормальнофазовую (НФХ) и обращеннофазовую (ОФХ) хроматографию. В НФХ используют полярные НФ и неполярные ПФ, а в ОФХ - наоборот. Распределительная хроматография. В этом варианте происходит распределение вещества между двумя несмешивающимися жидкостями в соответствии с растворимостями в них. В настоящее время используют, как правило, неподвижные фазы, химически привитые к поверхности неподвижного носителя. Ионообменная, ион - парная хроматография. В основе этих методов лежит динамический процесс замещения ионов, связанных с НФ, ионами элюента, поступающими в колонку. Преследуемая цель - разделение органических и неорганических ионов с зарядом одного знака на ионообменниках. Эксклюзионная хроматография - разделение компонентов основано на распределении молекул между растворителем, находящимся в порах сорбента и растворителем, протекающим через колонку, в соответствии с их размером. В процессе разделения небольшие молекулы удерживаются сеткой полимера, а большие вымываются из колонки подвижной фазой. Вначале элюируются самые большие молекулы, затем средние, а потом - маленькие.
Схема прибора для ВЭЖХ 8 5 6 3 2 1 7 9 9 9 10 10 4 11 1– сосуды для ПФ; 2 – смеситель; 3 – насос; 4 – манометр; 5 - фильтр; 6 – демпфер; 7 – термостат; 8 – инжектор; 9 – колонка; 10 – детектор; 11 – регистратор (самописец, компьютер)
Количественный анализ в хроматографии Количественный состав пробы рассчитывают, используя следующие методы: 1) нормировки (с использованием или без использования поправочных коэффициентов); 2) внешней стандартизации (абсолютной градуировки); 3) внутренней стандартизации. Метод нормировки. Это самый простой метод, используемый когда детектор откликается на все компоненты смеси. Метод нормировки без поправочных коэффициентов применим только в том случае, если детектор имеет одинаковую чувствительность к каждому из разделяемых веществ Массовая доля компонента (Рi) может быть рассчитана по формуле: Если чувствительность детектора различна по отношению к каждому компоненту пробы (что чаще всего и бывает), то в формуле появляются поправочные коэффициенты (Кi), учитывающие чувствительность детектора к данному компоненту:
Количественный анализ в хроматографии(продолжение) • Метод внешнего стандарта (абсолютной градуировки) предполагает раздельное хроматографирование стандартных растворов (для построения градуировочных графиков) и анализируемой смеси, поэтому условия хроматографирования должны быть предельно одинаковыми. Содержание вещества в пробе обычно определяют графически (напр. , зависимость площади пика от содержания определяемого вещества в стандартном растворе). • Метод внутреннего стандарта. используется, когда некоторые компоненты смеси по той или иной причине не дают сигнала детектора, а следовательно, метод нормировки даже для определения остальных компонентов использовать нельзя. В таком случае в анализируемую смесь вводят некоторое количество постороннего стандартного вещества, не присутствующего в анализируемой пробе. Для этого выбирают соединение, которое полностью отделяется от всех имеющихся в образце компонентов и может служить стандартом. Очевидно, что оно должно быть химически инертным по отношению к компонентам смеси, его параметры удерживания - близки для таковых, а пик симметричен. Добавку выбирают такую, чтобы концентрация внутреннего стандарта была близка к концентрациям определяемых компонентов.
Количественный анализ в хроматографии(продолжение) • Содержание каждого компонента рассчитывают по следующей формуле. • где r - отношение массы внутреннего стандарта, введенного в пробу, к массе самой пробы.
Ионообменная хроматография • В зависимости от знака заряда функциональных групп ионообменные смолы являются катионитами или анионитами. Катиониты содержат кислотные функциональные группы [-SO 3 -, -COO-, -PO 3 -, N(CH 2 CO 2 -)], Противоионы, в данном случае катионы, в отличие от функциональных групп каркаса обладают подвижностью и могут переходить в раствор в обмен на эквивалентное количество ионов из раствора. Функциональными группами каркаса анионитов являются четвертичные -NR 3+, третичные –NR 2 Н+ или первичные -NН 3+ аммониевые, пиридиновые и другие основания, а в качестве подвижных противоионов выступают анионы.
Применение ионообменной хроматографии • Простейшая методика ионообменного разделения состоит в поглощении компонентов смеси ионитом и последовательном элюировании каждого компонента подходящим растворителем. Катионы щелочных металлов легко элюируются разбавленным раствором соляной кислоты. Рис. показывает эффективность разделения ионов Na+ и K+. Перспективна методика разделения «химических близнецов» -ионов Zr 4+, Hf 4+. Для разделения эти катионы переводят в анионные сульфатные комплексы, которые поглощают анионитом. Применение ионообменной хроматографии к анализу смеси лантаноидов с использованием в качестве элюентов растворов лактата, цитрата, ЭДТА привело к разработке технологической схемы промышленной переработки руд лантаноидов. Этот метод используется даже для разделения изотопов. Большое практическое значение имеет основанный на ионном обмене процесс деминерализации воды.
Практическое применение ионообменной хроматографии Элюирование поглощённых на катионите ионов Na+ и К+ раствором 0, 1 М НСl. Электролиз раствора Na 2 SO 4 в ячейке с ионообменными мембранами
Разделение аминокислот, имеющих разный заряд
Настольная система для проведения хроматомасс-спектроскопических исследований
Скачать презентацию Хроматографические методы анализа Общая Хроматография-это физико-химичесобнаружения характеристика
През(дет).ppt