О.Ф. Петрухина - Аналитическая химия (Физические и физико=химические методы анализа) (1110109), страница 81
Текст из файла (страница 81)
Как зависит форма выходных кривых в хроматографическом методе анализа от формы изотерм сорбции? 2. Как зависит скорость перемещения зоны хроматографируе мого вещества от коэффициента распределения? 3. Какие процессы влияют на размывание хроматографиче ской зоны вещества? 4.
Рассчитайте число теоретических тарелок Ф и высоту, эквивалентную теоретической тарелке, Н по следующим данным хро матографирования: гк = !00 мм, 1. = 150 см, р = 25 мм. 5.2. Газо-жидкостная хроматография (ГЖХ) Прежде всего отметим достоинства метода ГЖХ и газовой хроматографии в целом: 1) высокая разделительная способность и экспрессность процесса; 2) возможность идентификации и количественного определения индивидуальных соединений много- компонентных смесей; 3) универсальность и высокая чувствительность; 4) возможность изучения различных свойств веществ и физико-химических взаимодействий в газах, жидкостях и на поверхности твердых тел; 5) возможность выделения чистых веществ в препаративном и промышленном масштабе. Большие аналитические возможности газовой хроматографии позволяют применять ее в химической, нефтехимической, газовой, пищевой промышленности для контроля загазованности воздуха и примесей веществ в сточных водах, анализа пищевых продуктов и биологических жидкостей и т.
д. Развитие ГЖХ ппривело к созданию комплексных методов. К ним относятся реакционная хроматография, сочетающая химические реакции определяемых соединений и хроматографический процесс, и хромато-масс-спектрометрия, осуществляемая путем последовательного соединения хроматографической системы и масс-спектрометра (при этом получают полные или частичные масс-спектры для каждого из компонентов анализируемой смеси, по которым проводят их идентификацию и количественное определение).
5.2.1. Общая характеристика метода В ГЖХ подвижной фазой является газ или пар, а неподвижной фазой служит слой жидкости, нанесенный на твердый носитель. 362 Схема прибора. Прибор для проведения хроматографического процесса называют газовым хроматографом. Принципиальная схема газового хроматографа представлена на рис. 5.13. Подвижная фаза — газ-носитель непрерывно подается из баллона (1) через редуктор (2) в хроматографическую установку. Дозатор (3) предназначен для введения в поток газа-носителя непосредственно перед колонкой определенного объема анализируемой смеси веществ в газообразном состоянии. Если анализируемая проба — жидкость, то ее объем, отмеренный доза- тором, вводят в испаритель (4).
Далее анализируемая проба с потоком газа-носителя поступает в хроматографическую колонку (5), затем в детектор (б). Сигнал детектора записывается регистратором (7) в виде хроматограммы. Для обеспечения необходимых температурных режимов работы испарителя, колонки и детектора их помешают в термостаты (8, 9). Дозалюр. К дозатору, обеспечивающему введение в хроматографическую колонку определенного количества анализируемой смеси, предъявляются следующие требования: простота констРукции и удобство в обращении, отсутствие сорбционной и каталитической активности по отношению к компонентам пробы, воспроизводимость размера пробы и условий ее ввода. Для ввода газообразных и жидких проб чаще всего используют шприцы различного объема, краны-дозаторы. Существуют и другие методы ввода пробы. Храмалгографические колонки.
Различают три типа колонок: насадочные, микронасадочные (значительно меньший диаметр, чем 363 'абис. Д /4. Хроматотра 4зическая колонка: Π— насалочная; б инкронасалочная; а — капилллрная, ! — стенки ко. лонки, 2 — неполянленвя фаза, 3 — таерлый носитель насадочных колонок) и капиллярные (рис. 5.
14). Наибольшее распространение получили насадочные колонки благодаря простоте заполнения (твердый носитель, обработанный неподвижной фазой) и возможности применения детекторов средней чувствительности. Колонки той или иной формы обычно выбирают в соответствии с размерами термостата. Используют \3- и %-образные колонки, спиральные трубки, прямые колонки. Они могут быть изготовлены из нержавеющей стали, стекла, тефлона, меди. Диаметр насадочных колонок колеблется от 3 до 10 мм и от 0,8 до 1,0 мм у микронасадочных колонок; длина от 0,5 до 5 м. Капиллярные колонки представляют собой трубку диаметром 0,3 — 0,5 мм и длиной от 20 до 200 м.
Функцию твердого носителя в капиллярной колонке выполняют ее стенки. Детектор. Хроматографическнй детектор — датчик, фиксирующий изменение какого-либо свойства смеси, определяемого ее составом. Регистрация этого свойства осуществляется посредством преобразования его изменения в электрический сигнал. Детекторы делятся на интегральные и дифференциальные. Интегральный детектор регистрирует изменение во времени суммарного количества выходящих из колонки компонентов.
Дифференциальный детектор измеряет мгновенную концентрацию вещества в потоке подвижной фазы. Применительно к газовой хроматографии создано большое количество универсальных и селективных детекторов: по теплопроводности, ионизации пламени, электронного захвата, термоионный, масс-спектрометрический и т. д. Основными характеристиками хроматографических детекторов являются чувствительность или предел обнаружения, линейный динамический диапазон и инерционность. Зб4 Рис. 5.!5.
Схема измерительного моста детектора по тсплопроводности 365 Чувствительность детектора связывает его сигнал с измеряемой концентрацией вещества, создаваемой в детекторе, она определяет аналитические возможности хроматографа в целом. П редел ь- иая чувствительность (предел обнаружения) детектора — это минимальная концентрация анализируемого вещества в потоке подвижной фазы, создаваемая в детекторе, которая вызывает сигнал детектора, равный удвоенному сигналу шумов. За величину шумов принимают расстояние между крайними положениями нулевой линии на хроматограмме, обусловленными влиянием посторонних факторов. Причины, вызывающие шумы, разнообразны и специфичны для каждого конкретного детектора, однако общий источник шумов — это изменение рабочих условий колонки и детектора при хроматографировании анализируемых веществ.
Предел обнаружения выражают в различных единицах: мг/мл, мл/мл, % об. и др. Следует подчеркнуть, что предел обнаружения определяется концентрацией вещества в потоке подвижной фазы, создаваемой в детекторе, а не концентрацией вещества до введения его в слой сорбента. Ввиду размывания пробы по длине слоя сорбента практически измеряемая детектором минимальная концентрация вещества в пробе в 5 — 1О раз выше предела обнаРужения детектора. В практике газовой хроматографии широко используют детектор, работа которого основана на измерении теплопроводности газа (ДТП) и пламенно-ионизационный детектор (ДИП).
Принцип работы детектора по теплопроводности основан на изменении электрического сопротивления проводника в зависимости от теплопроводности окружающей среды. На рис. 5.15 показана схема измерительного моста детектора по теплопроводности. 'Плечи моста, представляю- А щие собой металлические нити К из материала, электрическое сопротивление которого значительно зависит от температу- о ры в сравнительной и рабочей Ь ячейках, нагреваются постоянным электрическим током от ф батареи. От нитей происходит интенсивная теплоотдача газу.
т, Температура нитей, а следовательно, и сопротивление зависят от природы газа. Если чеРез обе ячейки проходит газ одинакового состава, то выходной сигнал моста равен нулю. При изменении состава Рис. 5./6. Схема пламенно-ионизанион ного детектора. 1 — горелка; 2, 3 — электрики 366 потока, протекающего через одну из ячеек, меняются характер теплоотдачи и температура соответствующего плеча, а сле- тратору довательно, и сопротивление.
Нарушается электрическое равновесие, между точками а и Ь возникает разность потенциалов, не компенсируюшаяся дополнительным сопротивлением К. Эта разность регистрируется в виде сигнала, который усиливается и записывается в виде пика. Схема пламенно-ионизационного детектора приведена на рис. 5.16. Газ-носитель смешивают с водородом и подают к соплу горелки. К горелке поступает также очищенный воздух или кислород.
Процесс горения осуществляется между двумя электродами. Под воздействием пламени в газе образуются радикалы и свободные электроны. При поступлении в пламя анализируемого вещества скорость образования ионов сильно увеличивается, появляется ток сигнала детектора, который усиливается и подается к регистратору. Для работы обычно применяют хроматографы следующих марок: ЛХМ-ЗМД, Цвет-500, "Агат", хроматограф 3700, "Кристалл", Нц1!ег-Рас)гагд, Рау, 1)п)сащ, Яшпаг)ху, "Хром" и т. д. Основные принципы выбора условий хроматографирования.
Одним из преимуществ хроматографического метода является возможность широкого выбора условий анализа в зависимости от конкретной аналитической задачи. В общем можно выделить две основных группы аналитических задач. Одна группа объединяет задачи, когда необходимо получить полное разделение за заданное время — экспрессная хроматография. Сокращение времени разделения связано чаще всего с повышением скорости потока газ»- носителя. Зачастую экспрессность достигается за счет ухудшения качества разделения.
Зкспрессная хроматография применяетсЯ для аналитического контроля в промышленности. В аналитических задачах второй группы время хроматографирования не ограничивается, а требуется достижение наилучшего разделения хроматографируемых веществ. Полное разделение необходимо для получения точных количественных результатов — прецизионная хроматография. Одним из путей улучшения разделения вещества является увеличение длины слоя сорбента (колонки). Рациональный выбор условий хроматографирования можно осуществить на основе критериев разделения. Газ-носитель. Природа газа-носителя и его параметры влияют на качество разделения веществ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
