Автореферат (1150368), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Гистограммараспределения изотермических индексов удерживания 1бутанола (47 значений длякапиллярных WCOT колонокна стандартных неполярныхфазах в базе данных NIST2014).10В разделе 4.2.1 рассмотрены проблемы интерпретации зависимостииндексов удерживания от дозируемых количеств аналитов.
Первоначально дляоценки перегрузки хроматографической колонки представлялось целесообразным проверить зависимость индексов удерживания для выбранных аналитов(которые в изотермических условиях пропорциональны логарифмам исправленных времен удерживания (RI ~ lgt’R)) от количества аналитов в хроматографических зонах (m). Однако во всех случаях для проверенных нами монотонныхзависимостей RI(m) не удалось зафиксировать какие-либо отчетливо выраженные аномалии, указывающие на граничные значения m, позволяющие выявитьграницу области перегрузки колонок. С другой стороны, этот же факт можнорассматривать как одно из важнейших преимуществ индексов удерживания:монотонный характер зависимостей RI(m) не нарушается, по крайней мере, наначальных стадиях перегрузки колонок и, следовательно, данные хроматографические инварианты применимы и в таких условиях.В разделе 4.2.2 рассмотрены модифицированные критерии перегрузки,основанные на непосредственно измеряемых параметрах хроматографическихпиков.
Один из них (критерий III) основан на оценке уширения пиков, а точнеена зависимости Н/ω0.5 = f(m), где H – высота пика, ω0.5 – его ширина наполувысоте, m - масса аналита в хроматографической зоне. Поскольку для«нормальных» (не перегруженных) пиков ω0.5 ≈ const, то для них зависимостьН/ω0.5 = f(m) близка к линейной. При достижении границ перегрузкихроматографической колонки наблюдаются отклонения от линейности вплотьдо Н/ω ≈ const.
Последнее условие не означает, что Н ≈ const, а соответствуеттому, что вариации высот пиков в области перегрузки «компенсируются»симбатными вариациями их ширины. Типичные графики зависимости Н/ω0.5 =f(m) для неполярного (толуол) и полярного (ДМФА) соединений приведены нарис. 6.
Поскольку характеристика границ перегрузки колонки не требует какихлибо сложных вычислений, результат может быть получен простосоотнесением аномалий зависимости Н/ω0.5 = f(m) со шкалой m на графике.Обращает на себя внимание неплохое совпадение оценок границ перегрузкиколонки по разным компонентам (∼19 и ∼21 мкг соответственно, см. рис.
6).Другой возможный способ оценки границ перегрузки – характеристикаискажений хроматографических пиков (критерий IV). Мерой таких искаженийявляются значения фактора асимметрии (А). Для исключения неопределенностей, связанных с выбором уровня, на котором проводят измерение отрезков L1 иL2 при традиционной оценке асимметрии (рис. 7 (а)), в настоящей работе использован иной способ характеристики асимметрии (А*) – отношение площадей S2/S1 двух частей пика, разделяемых перпендикуляром, опущенным из максимума пика (рис.
7 (б)). Вид зависимостей А*(m) (критерий IV) сильно различается в зависимости от полярности аналитов, что иллюстрирует рис. 8.11Рисунок 6. Зависимости отношений высот пиков к их ширине на половине высотыот массы аналита в колонке для толуола при 110°C (а) и ДМФА при 100°C (б). Стрелкойуказана точка границы перегрузки, начиная с которой при увеличении значений m начинаютпроявляться эффекты перегрузки.Рисунок 7. Определение фактора асимметрии хроматографических пиковтрадиционным (на уровне 10% высоты, хотя известны и другие уровни (5, 50%)) (а) имодифицированным (б) методами.Оценки границы перегрузки колонки по разным соединениям всоответствии с рассматриваемым III критерием неплохо согласуются междусобой и составляют 12–22 мкг, причем какой-либо отчетливо выраженнойтемпературной зависимости для них не обнаружено.
Аналогичные оценки длявсех аналитов разной полярности при трех температурах сопоставлены в табл.2. Прочерки в табл. 2 соответствуют невозможности выявления аномалийрассматриваемых зависимостей в тех случаях, когда разброс данных за счетвлияния других факторов маскирует исследуемые эффекты.Рисунок 8. Зависимости асимметрии пиков (А*) от массы аналита в колонке длябутанола-1 при 120°C (а) и ДМФА при 100°C (б).
Стрелкой указана точка границыперегрузки, начиная с которой при увеличении значений m начинают проявляться эффектыперегрузки.12Таблица 2 Оценки границ перегрузки WCOT колонки (m, мкг) на основаниикритериев III и IV для трех аналитов при разных температурахАналитТолуолБутанол-1ДМФАН/ω0.5 = f(m) (критерий III)120 °C110 °C100 °C2119-*1512132221A* = f(m) (критерий IV)120 °C110 °C100 °C<101213122418Оценки границ перегрузки по критерию IV хорошо согласуются соценками по критерию III (12–24 мкг в хроматографической зоне, среднеезначение 17 ± 4 мкг). Полученная оценка границы перегрузки lim(m) = 17 ± 4мкг характеризует использованную нами для выявления аномалий зависимостиRI(T) WCOT колонку длиной 10 м, внутренним диаметром 0.53 мм и толщинойпленки неподвижной фазы 2.65 мкм.Раздел 4.2.3 посвящен сопоставлению аномальной температурной зависимости индексов удерживания полярных соединений на неполярной фазе сграницей перегрузки используемой колонки.
Зависимость с минимумом RI(T)на рис. 4 (II) соответствует количеству ДМФА в хроматографической зоне ∼4.3мкг, что существенно меньше оцененной границы перегрузки хроматографической колонки (17 ± 4 мкг). Граничному значению lim(m), а также бóльшимколичествам ДМФА, соответствует убывающая зависимость RI(T), представленная на рис. 4 (III). Поэтому можно сделать вывод, что аномальная температурная зависимость индексов удерживания полярных соединений на неполярных фазах не связана с перегрузкой хроматографической колонки и требуетиной интерпретации.В разделе 4.2.4 рассмотрена возможная взаимосвязь аномальной температурной зависимости индексов удерживания полярных соединений на неполярной фазе с недостаточной инертностью газохроматографической системы.
Недостаточная инертность хроматографических систем, обусловленная, преждевсего, эффектами сорбции полярных аналитов, проявляется в основном в появлении асимметричных «хвостатых» пиков на хроматограмме, что собственнобыло также обнаружено и при аномалиях зависимости RI(T). Поэтому с цельюустановления возможной связи аномальных зависимостей RI(T) полярных соединений на неполярных фазах с их сорбцией, а значит и с недостаточной инертностью газохроматографической системы, были проведены специальные эксперименты по оценке инертности. Мы обнаружили, что недостаточная инертностьначинает проявляться при количестве полярного компонента < ~ 4 нг.
Поскольку аномалии зависимостей RI(T) соответствуют количеству ДМФА в хроматографической зоне ∼4.3 мкг (рис. 4(II)) и количеству 1-нитропропана ~ 15 мкг(рис. 3), что на несколько порядков выше границы инертности, то можно заключить, что эти эффекты никак не связаны между собой.13В разделе 4.3 рассмотрена физико-химическая модель, базирующаяся наосновных закономерностях хроматографического удерживания и объясняющаякак аномалии температурной зависимости индексов удерживания полярных соединений на неполярных фазах, так и трансформации возрастающих зависимостей в убывающие (и наоборот) при изменении температуры анализа и вариациях дозируемых количеств аналитов.
В основу этой модели положена концепциядинамической модификации неподвижной фазы аналитами, согласно которойпри определенном насыщении неподвижной фазы аналитом, он, изменяя состави свойства неподвижной фазы, начинает влиять как на свои собственные параметры удерживания, так и на удерживание других аналитов.Для отражения указанной особенности следует также учесть, что рассматриваемый эффект представляется значимым только для относительно большихколичеств аналитов при достаточно низких температурах газохроматографического анализа. При этом он не связан с хорошо известной «нормальной» линейной зависимостью индексов удерживания от температуры (см. уравнение 1). Сучетом всего вышеперечисленного, для моделирования аномалий температурной зависимости RI(T) было получено следующее уравнение:RI = RI(T0) + β(T-T0) + kmΔRI∙[Kp/(Kp + 1)](3)где Kp = exp(a/T + b) - коэффициент распределения аналита в неподвижной и подвижной фазах, m – масса компонента в хроматографической зоне; k – дополнительный постоянный коэффициент пропорциональности; RI – индекс удерживания характеризуемого полярного аналита на неполярной фазе колонке; ΔRI – увеличение индексаудерживания полярного аналита на фазе, представляющей собой этот же аналит.Относительно независимой переменной T соотношение (3) является линейно-экспоненциальным и, следовательно, не имеет аналитического решения,так что результаты численного моделирования зависимости RI(T) нагляднеевсего проиллюстрировать графически.
На рисунке 9 представлены графическиезависимости, построенные по результатам численного моделирования соотношения (3) для совокупности следующих значений параметров: a = 2100, b = -7,β = 0.1, ΔRI = 500, k = 0.05, m = 0.01 (I), 0.1 (II), 1 (III), 4 (IV), 9 (V), 18 (VI) условных единиц. Для минимальных количеств полярного аналита (m = 0.01 и0.1) зависимость RI(T) – возрастающая, при его увеличении его количества напорядок (до m = 1) наблюдается аномалия температурной зависимости, связанная с изменением ее знака при температуре ~ 100 °C, а для больших значений m(m = [4-18]) зависимость RI(T) становится убывающей.
Сходство рис. 4 (I-III,экспериментальные данные для ДМФА) и рис. 9 (II-IV, расчет по уравнению(3)) не может не обратить на себя внимание. Все три убывающие зависимостиRI(T) на рис. 9 (IV, V и VI), а также аномальная зависимость RI(T) с минимумом (III) могут быть вполне удовлетворительно аппроксимированы полиномами третьей степени (соответствуют сплошным линиям на рис.
9). Две линейновозрастающие зависимости RI(T) (I) и (II) на рис. 9 могут быть успешно аппроксимированы уравнением линейной регрессии. При этом коэффициенты корре14ляции r составляют 1.0000 (m = 0.01), 0.9998 (m = 0.1), 0.9993 (m = 1), 0.9994 (m= 4), 0.9996 (m = 9) и 0.9997 (m = 18).Рисунок 9. Графическое представление результатов численного моделированиязависимости RI(T) по соотношению (3). Сплошные линии соответствуют аппроксимациимоделируемых зависимостей уравнениями линейной регрессии (для графиков (I) и (II)) иполиномами третьей степени (для графиков (III)-(VI)).Уменьшение параметра ΔRI в формуле (3) приводит к исчезновениюминимумов зависимостей RI(T), что полностью соответствует особенностямобсуждаемых аномалий, которые не наблюдаются для неполярных соединенийна неполярных фазах.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
