Характеристики удерживания
1. Расстояние удерживания , мм – расстояние от момента ввода пробы на хроматограмме до максимума соответствующего пика. – расстояние удерживания несорбирующегося компонента, мм, определяется от момента ввода пробы до максимума пика несорбирующегося компонента; 2. Исправленное (приведенное) расстояние удерживания, – расстояние от вершины пика несорбирующегося компонента до максимума соответствующего пика, мм; (2.1) 3. Время удерживания ,мин – время, прошедшее от момента ввода пробы в колонку до момента записи максимума соответствующего пика. Время удерживания можно рассчитать, зная линейную скорость движения диаграммной ленты в потенциометре Uл, мм/мин: (2.2) (часто время удерживания измеряется непосредственно с помощью секундомера).
Рис. 2.1. Хроматограмма, иллюстрирующая расстояние удерживания
4. Исправленное время удерживания , мин – время, прошедшее с момента появления максимума пика несорбирующегося компонента до появления максимума пика соответствующего соединения, (2.3), где – время удерживания несорбирующегося компонента. Время удерживания есть функция длины колонки, скорости потока газа-носителя, сорбируемости, температуры. Величиной, не зависящей от скорости потока газа-носителя, является объем удерживания. 5. Объем удерживания (удерживаемый объем), , мл – объем газа- носителя при температуре колонки, прошедшего через колонку за время от момента ввода пробы до момента регистрации максимума соответствующего пика хроматограммы. (2.4), где –исправленная объемная скорость газа носителя, мл/мин. Объемная скорость газа-носителя измеряется на выходе из колонки жидкостным расходомером. Для расчета истинного (исправленного)значения, , следует учитывать давление насыщенного пара рабочей жидкости расходомера (обычно воды), , при температуре расходомера , тогда, (2.5) где - измеренная объемная скорость расхода газа-носителя на выходе из колонки, мл/мин.; - давление газа на выходе из колонки, обычно 1 атм; – температура колонки, К. 6. Приведенный (исправленный) объем удерживания , мл – объем удерживания с поправкой на объем удерживания несорбирующегося компонента (). Рассчитывается по формуле: (2.6) 7. Эффективный (истинный) объем удерживания ,мл – приведенный объем удерживания, исправленный с учетом перепада давления в колонке: (2.7), где j – поправочный коэффициент, учитывающий сжимаемость газа носителя в колонке: (2.8) где – давление газа-носителя на входе в колонку, атм; – давление газа-носителя на выходе из колонки, равное 1 атм. Таким образом, истинный удерживаемый объем равен: (2.9) 6. Удельный объем удерживания при температуре колонки, – истинный объем удерживания, отнесенный к единице массы неподвижной жидкой фазыв колонке. Рассчитывается по формуле:
(2.10),
где q – масса неподвижной жидкой фазы в колонке, г. 9. Удельный объем удерживания – удельный объем удерживания при температуре колонки, приведенный к 273 К, рассчитывается по формуле: (2.11) В газожидкостной хроматографии удельный удерживаемый объем представляет собой физико-химическую константу. Значение ее зависит только от природы жидкой фазы и не зависит от условий хроматографического разделения. Величина может быть использована для идентификации компонентов в качественном анализе и для физико- химических исследований. Выполнение работы. На газовом хроматографе снимают хроматограммы полученной контрольной смеси. Условия хроматографирования определяются природой анализируемой смеси. На полученных хроматограммах измеряют расстояния удерживания пиков отдельных компонентов смеси и индивидуальных веществ. Рассчитывают их объемы удерживания. Сравнивая компонентов смеси с индивидуальных веществ, идентифицируют пики контрольной смеси. Для идентифицированных компонентов смеси рассчитывают удельные удерживаемые объемы. Результаты расчета сводят в таблицу. Таблица 2.1 Расчет характеристик удерживания
Работа 2. Определение количественного состава многокомпонентной смеси Цель работы: Определить содержание отдельных компонентов контрольной смеси методом внутренней нормализации без учета калибровочных коэффициентов (методом простой нормировки). Сущность работы: Для определения количественного состава анализируемой смеси используют зависимость между содержанием данного компонента в смеси и размерами соответствующего ему пика на хроматограмме. Чаще всего количественную оценку хроматограмм производят по площади пиков S. Упрощенный метод измерения площади пика состоит в умножении высоты пика на его ширину, измеренную на расстоянии, равном половине высоты. Метод простой нормировки основан на предположении, что вещества, независимо от их строения, взятые в одинаковом количестве, дают одну и ту же площадь пика. Это приближено выполняется, если вещества химически сходны, а в качестве газа – носителя применяется газ, теплопроводность которого приблизительно на порядок отличается от теплопроводности анализируемых веществ (детектор – катарометр). Такими обычно являются водород и гелий. Площадь каждого пика рассчитывают путем умножения высоты пика на его ширину, измеренную на полувысоте пика: 2.12) Расчет содержания данного компонента в анализируемой смеси проводят по формуле: (2.13), где ωi – массовая доля -го компонента, %; – площадь пика -го компонента, мм2; – сумма площадей пиков всех компонентов, мм2. Метод простой нормировки не дает точных результатов в случае различной чувствительности детектора по отношению к разделяемым компонентам смеси. Выполнение работы: На газовом хроматографе снимают 2–3 воспроизводимых хроматограммы контрольной смеси. Рассчитывают площади пиков отдельных компонентов и определяют содержание компонентов в смеси. Результаты оформляют в виде таблицы.
Таблица 2.2 Расчет состава смеси
Работа 3. Определение критериев разделения Цель работы: 1. Определить степень разделения 2-х компонентов и селективность жидкой фазы на 2-х колонках. 2. Определить эффективность хроматографических колонок (число теоретических тарелок и ВЭТТ) с различными жидкими фазами. 3. Определить критерии разделения и сравнить две хроматографические колонки по эффективности и селективности. Сущность работы. Для оценки хроматографического разделения компонентов пользуются тремя группами критериев. 1. Первая группа критериев зависит от природы сорбента и сорбата (разделяемых компонентов), от температуры и характеризует качество разделения в зависимости от различия абсорбируемости или растворимости разделяемых веществ. К критериям этой группы относятся степень разделения и критерий селективности жидкой фазы КС, которые определяется соотношениями: 2.14),
(2.15),
где , , –объем, время, расстояние удерживания разделяемых компонентов смеси, соответственно; , , – объем, время, расстояние удерживания несорбирующегося компонента смеси. Если = 1, то вещества не разделяются. Для неразделяемых веществ КС = 0, при полном разделении значение КС → 1. Селективность жидкой фазы не зависит от размеров колонки, природы газа-носителя, от количества введенной в колонку пробы. 2. Вторая группа критериев обусловлена кинетическими и диффузионными факторами, которые вызывают размывание хроматографических полос. К этим факторам относятся: размеры колонки, природа газа-носителя, скорость потока, температура колонки, количество вводимой в колонку пробы и др. Совокупность параметров хроматографического опыта, входящих во вторую группу, от которых так же, как от селективности, зависит качество разделения, можно назвать общим термином – эффективность. Эффективность хроматографической колонки выражается числом теоретических тарелок N или высотой, эквивалентной теоретической тарелке, (ВЭТТ), H. Процесс разделения смеси веществ в хроматографической колонке подобен разделению на тарельчатых ректификационных колонках. По аналогии с теорией дистилляционных колонн хроматографическая колонка мысленно разбивается на ряд последовательных теоретических ступеней – тарелок, через которые периодически проходят порции газа. Предполагается, что за время нахождения порции газа на тарелке успевает установиться равновесие между подвижной и неподвижной фазами для всех компонентов. Таким образом, хроматографический процесс многоступенчатый и состоит из большого числа актов сорбции и десорбции или растворения и испарения, а сама колонка рассматривается как система, состоящая из совокупности многих ступеней – тарелок. Длина элементарного участка колонки, на котором достигается состояние равновесия между концентрацией вещества в подвижной и неподвижной фазах, называется условно высотой, эквивалентной теоретической тарелке (ВЭТТ). Существует простая зависимость: (2.16), где L –длина хроматографической колонки, см; N –число теоретических тарелок Число теоретических тарелок связано с параметрами хроматографического пика соотношениями: (2.17),
где , , – приведенные (исправленнные) расстояние, мм, время, мин, объем удерживания, мл, соответственно; – ширина хроматографического полупика (ширина пика, измеренная на ½ его высоты), мм. Число теоретических тарелок зависит от длины колонки и свойств сорбента. ВЭТТ зависит только от типа сорбента и характера его упаковки в колонке. Чем больше N и меньше ВЭТТ для колонки, тем эффективнее происходит разделение на колонке. Выполнение работы: На газовом хроматографе в идентичных условиях, но с разными хроматографическими колонками поочередно снимают хроматограммы полученной контрольной смеси. Условия хроматографирования определяются природой анализируемой смеси. На полученных хроматограммах измеряют расстояния удерживания пиков отдельных компонентов смеси и индивидуальных веществ. Рассчитывают их объемы удерживания (времена удерживания). Затем рассчитывают число теоретических тарелок N, высоту, эквивалентную теоретической тарелке Н, критерии разделения и КС и оценивают эффективность колонок. Результаты оформляют в виде таблицы. ИОНООБМЕННАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ Работа 1. Определение содержания в растворе нейтральных солей Цель работы: определить содержание в растворе нейтральных солей с применением катионита. Сущность работы. Определение основано на том, что при пропускании раствора нейтральной соли (например, KCl, NaNO3, K2SO4 и др.) через колонку с сильнокислотным катионитом в H +- форме катионы соли обмениваются на ионы водорода, при этом выделяется сильная кислота в количестве, эквивалентном содержанию соли в растворе: Количество выделившейся кислоты в элюате (элюат – раствор, вытекающий из колонки) определяют титрованием щелочью: В качестве сильнокислотного катионита можно использовать в этом случае катионит марки КУ-2 в H+-форме.
|