Качественный анализ в хроматографии. Основные цели и задачи,методы

Задача: установить принадлежность полученных на хромато­грамме пиков конкретным химическим соединениям. Функция хро­матографической колонки в хроматографии сводится лишь к разде­лению анализируемого вещества на индивидуальные компоненты. Определение их качественного состава проводится за пределами ко­лонки и может быть осуществлено или по характеристикам удержи­вания каждого из компонентов в данной колонке при конкретных ус­ловиях разделения, или с использованием других аналитических приемов. В первом случае на выходе из хроматографической колонки компоненты анализируемой пробы проходят через детектор и фикси­руются в виде хроматограммы. Во втором случае компоненты анали­зируемой пробы на выходе из колонки направляются в какой-либо анализатор, где и определяются одним из химических или физиче­ских методов, их сочетанием, или сочетанием хроматографических, химических и физических методов.

Часто применяют многосту­пенчатые схемы анализа, которые позволяют не только идентифици­ровать компоненты пробы, но и ускорить и удешевить анализ.

В зависимости от состава анализируемой смеси, а также имею­щейся аппаратуры и эталонных веществ можно использовать различ­ные методы идентификации.

I. Методы идентификации на одной колонке.

1.1. Применение индивидуальных эталонных веществ или их смесей. Один из вариантов этого метода состоит в последовательном разделении в одинаковых условиях анализируемой и эталонной сме­сей.

Второй вариант этого метода заключается в том, что в анализи­руемую пробу вводят эталонный компонент, наличие которого в этой смеси предполагается. Увеличение высоты соответствующего пика без его существенного расширения (размытия) по сравнению с высо­той этого пика на хроматограмме, полученной до введения эталона, может служить указанием на присутствие искомого соединения в анализируемой смеси.

Недос­татки: -необходимо иметь эталонные вещества;

-все пики, полученные при разделении на используемой колон­ке, должны гарантированно соответствовать индивидуальным веще­ствам.

1.2. Использование табличных данных о характеристиках удер­живания.

Таблицы относительных удерживаемых объемов, а также компьютерные базы данных можно применять для идентификации компонентов анализируемых проб при отсутст­вии необходимых эталонных веществ. Анализируемую пробу разде­ляют на колонке при условиях, указанных в соответствующей табли­це, предварительно введя в пробу небольшое количество вещества, служащего стандартом.

Для идентификации выделенных компонентов анализируемой про­бы сравнивают полученные значения относительных удерживаемых объемов У_ти с табличными даннымиЕсли в анализируемой пробе содержатся соединения различных классов, то для их идентификации нужно построить несколько анало­гичных калибровочных графиков как для полярной, так и для непо­лярной неподвижных жидких фаз. Дальнейшая идентификация осу­ществляется путем повторного выделения идентифицируемого веще­ства и исследования его различными физико-химическими методами.

Недостатки: - необходимость при анализе пробы точно соблюдать условия разделения, использованные при получении опубликованных данных; - наличие дефицитных стандартов для веществ различных гомо­логических рядов.

Метод Ковача. Суть заключается в использовании линейной зави­симости между логарифмами объемов удерживания и числом угле­родных атомов нормальных парафинов, выраженным индексами удерживания I. По справочным таблицам по величине индекса удержива­ния определяют, какому веществу принадлежит это значение.

1.3. Использование графических или аналитических зависимо­стей между относительными удерживаемыми объемами и другими физико-химическими свойствами веществ.

Если между логарифмами относительных удерживаемых объе­мов веществ одного гомологического ряда и другими физико­химическими характеристиками этих веществ, например температу­рами кипения, молекулярной рефракцией, молярным коэффициентом экстинкции и др., существует линейная зависимость, то для иденти­фикации компонентов анализируемых веществ могут быть использо­ваны соответствующие графические зависимости.

Для идентификации хроматографических пиков можно восполь­зоваться уже опубликованными графиками или построить необходи­мые кривые на основании результатов разделения калибровочных смесей.

II. Методы идентификации компонентов анализируемых веществ на нескольких колонках.

II.1. Анализ на параллельных колонках с сорбентами различной полярности.

Идентификация этим методом проводится следующим образом. Сначала устанавливают принадлежность компонента анализируемой смеси к тому или иному гомологическому ряду. Для этого сопостав­ляют логарифмы или сами удерживаемые объемы идентифицируемо­го компонента, измеренные на колонках с полярной и неполярной неподвижными фазами. Совпадение характеристик удерживания, ко­торые измерены по хроматограммам, полученным на обеих колонках, с точкой на той или иной прямой графика указывает на принадлеж­ность компонента гомологическому ряду, соответствующему этой прямой. Положение же точки на этой прямой дает ответ на вопрос, какое это вещество.

II.2. Анализ на последовательно соединенных колонках с сорбен­тами различной полярности.

При рассмотрении двух или трех хроматограмм одной смеси, по­лученных на колонках с сорбентами различной полярности, часто очень трудно или даже невозможно установить, какой пик одной хроматограммы соответствует определенному пику другой. Поэтому иногда смесь разделяют на последовательно соединенных колонках с полярными и неполярными сорбентами, а также на составных колон­ках, состоящих из секций различной длйны с указанными сорбента­ми. При такой схеме анализа можно точно определить характеристи­ки удерживания каждого компонента на неподвижных фазах различ­ной полярности и идентифицировать соответствующие соединения.

III. Сочетание хроматографии с другими методами исследования.

III. 1. Определение функциональных групп.

При проведении идентификации по удерживаемым объемам на одном сорбенте часто необходимо знать, к какому классу соединений относится идентифицируемый компонент. Это может быть установ­лено, если выделенный компонент после выхода из хроматографиче­ской колонки анализируется с использованием качественных реакций на соответствующие классы соединений или подходящих физико­химических методов. По наблюдаемому изменению окраски или выпадению осадка су­дят о функциональной природе идентифицируемого компонента ана­лизируемой пробы.

Ш.2. Методики удаления (вычитания).

Идентификацию соединений определенного класса можно осу­ществить путем использования реагентов, взаимодействующих с эти­ми соединениями с образованием осадка, и хроматографического анализа смеси до и после такой обработки. На первой хроматограмме при использовании оптимальных условий раз­деления будут содержаться пики всех компонентов, на второй- только пики непрореагировавших веществ.

III.3. Использование спектральных методов анализа

Эти методы могут применяться для идентификации компонентов анализируемых проб как после их выделения на хрома­тографической колонке, так и, что представляет наибольший интерес, при непосредственном соединении хроматографа с быстродейст­вующим Фурье-ИК-спектрометром или масс-спектрометром. В неко­торых случаях используют и более сложные комбинации, например сочетание газовой или жидкостной хроматографии с детектировани­ем выделенных компонентов ЯМР- и ИК-спектрометром.

Наиболее высокая чувствительность анализа может быть достиг­нута при использовании масс-спектрометрического детектирования компонентов анализируемой пробы, разделенных на хроматографи­ческой колонке. Такое сочетание хроматографии с масс- спектрометрией уже нашло широкое применение как в научных ис­следованиях, так и при контроле качества продукции, получив назва­ние хромато-масс-спектрометрия.

Ш.4. Использование повышенной чувствительности детекторов к некоторым классам соединений.

При одновременной работе нескольких детекторов и равенстве количеств вещества, попадающего в каждый детектор, на хромато­граммах регистрируются пики различной высоты (и площади) в за­висимости от природы анализируемого вещества и принципа дейст­вия детектора. Чувствительность различных детекторов к анализируемым веще­ствам является важным показателем при групповой идентификации компонентов сложных смесей неизвестного состава. Качественная идентификация веществ этим методом основана на определении не­посредственно из хроматограмм относительного отклика Я_п как от­ношения площадей или высот пиков, зарегистрированных разными детекторами для определяемого компонента, и использовании имеющихся экспериментальных данных по значениям К₀ для различ­ных анализируемых объектов и детекторов.