Диссертация (1150369), страница 12
Текст из файла (страница 12)
раздел 4.3).Таким образом, установлено, что известная из литературы [54-57, 62]нелинейнаязависимостьRI(T)полярныхсоединенийнанеполярныхнеподвижных фазах представляет собой лишь частный случай более общихвариацийтемпературнойзависимостиRI,определяемыхварьированиемдозируемых количеств аналитов. Еще раз подчеркнем, что для малых количествдозируемых полярных аналитов зависимость RI(T) возрастает, в то время как приих значительных количествах, близких к границе перегрузки хроматографическойколонки, она является уже убывающей. Следовательно, при определенномколичестве аналита, находящегося примерно посередине этого ограничивающегоинтервала дозируемыхколичеств, можноожидать появлениеминимумазависимости RI(T) (т.е., формально, наложения возрастающей и убывающейзависимости с появлением минимума на графике, причем в том же температурномдиапазоне, в котором проводилось измерение индексов удерживания при«граничных» дозируемых количествах аналита).
Следовательно, выбор единых84общих уравнений [(4.1), (4.2) или (4.3)] для описания зависимостей RI(T)полярных соединений на неполярных фазах в значительной степени лишенсмысла, так как аппроксимация конкретного набора данных может потребоватьприменения иных соотношений.4.2 Критерии перегрузки хроматографической колонкиТермин «перегрузка», широко используют в хроматографии (особенно впрепаративной), однако, как ни удивительно, до настоящего времени он не имеетоднозначного определения и нередко воспринимается на сугубо интуитивномуровне. Проявление перегрузки обычно связывают с уширением и искажениемформы пиков, а также с аномально выраженной зависимостью временудерживания аналитов от их дозируемых количеств [100] (связь перегрузки саномальновыраженнойэкспериментахнезависимостьюподтвердилась,см.временудерживаниядалее).Понижениевнашихтемпературыгазохроматографического анализа полярных аналитов на неполярной фазе такжеприводит к искажению их пиков и к существенному возрастанию их асимметрии(при проявлении минимума зависимости RI(T) A* уменьшается от 1.11 до 0.27, см.табл.
4.2 (II)). Поэтому для того чтобы проверить не связано ли проявлениенаблюдаемых аномалий зависимости RI(T) с перегрузкой хроматографическойколонки,нампотребовалосьпровестиоценкуперегрузкииспользуемойхроматографической колонки с применением существующих и специальноразработанных нами критериев.Эффективность хроматографического разделения резко снижается при такназываемой «перегрузке» колонок, которая согласно тарелочной теориихроматографии проявляется тогда, когда начальная ширина хроматографическихзонаналитовзначительнопревышаетВЭТТ.Причинойобусловленныхперегрузкой эффектов является увеличение длины участков колонок, занимаемыххроматографическими зонами в момент дозирования, что приводит к искажению85формы пиков [100]. Это может происходить в результате как объемной, так имассовой перегрузки [101].
За счет несоизмеримо большого объема дозируемойпробы относительно потока газа-носителя объемная перегрузка приводит куширению пиков, но они при этом могут оставаться симметричными, так каквысоты пиков меньше зависят от объема проб, чем положения их максимумов,которые смещаются в сторону больших значений времен удерживания [102]. Чтокасается массовой перегрузки, то она соответствует такому насыщениюнеподвижной фазы или слоя сорбента компонентами проб, которое приводит кнелинейности изотерм адсорбции и, следовательно, к искажению формыхроматографических пиков.
В зависимости от вида изотерм возможно какувеличение (типично для газожидкостного варианта разделения), так иуменьшение(вгазоадсорбционнойхроматографии)временудерживания.Максимальное дозируемое количество индивидуального вещества, не приводящеек появлению перегрузки колонки, в первом приближении пропорциональноплощади поперечного сечения колонки. Для более точной оценки максимальныхколичеств аналитов lim (m), дозирование которых еще не приводит к перегрузкеколонок, рекомендовано использовать следующее соотношение [103, С. 73]:lim(m) ~ k∙φ∙d5/2∙L1/2 = k∙d1∙d3/2∙L1/2,(4.6)где d – диаметр колонки, d1 – толщина пленки неподвижной фазы, φ = d1/d, L –длина колонки, k – размерный коэффициент пропорциональности, зависящий отхимической природы аналита и неподвижной фазы.Из-за сложностей оценок значений коэффициента k соотношение (4.6) болееприменимо не для абсолютных вычислений, а для сравнения границ перегрузкиразличных колонок.Иная интерпретация эффектов массовой перегрузки заключается вследующем: если неподвижная фаза предельно насыщена определяемымкомпонентом, то он начинает выполнять функции неподвижной фазы, влияя какна свои собственные параметры удерживания [104], так и на удерживание другиханалитов [105].86В обычной аналитической практике появление на хроматограммах сильноуширенных или искаженных по сравнению с остальными интенсивных пиковчаще всего визуально интерпретируют как результат значительной перегрузкиколонки по этим компонентам.
В общем случае это положение некорректно,поскольку некоторые соединения дают асимметричные пики на хроматограммахпри любом их содержании в пробах (например, простейшие полярныеалканкарбоновые кислоты RCO2H при использовании колонок с неполярнымифазами).Поэтомудляболееточнойоценкиграницыперегрузкихроматографической колонки необходимо использовать специиальные критериидля их выявления.Один из таких критериев, известный из литературных источников, основанна зависимости отношений высот пиков (H) и их площадей (S) при увеличенииконцентрации (с) аналитов в образцах (критерий I) [106].
При перегрузке колонкивместо постоянных отношений H/S наблюдается их зависимость от концентрации,H/S = f(с), а для аналогичной зависимости H/с регистрируются отклонения отлинейности.Другой известный способ (критерий II) основан на оценке эффективностихроматографической системы (N, число теоретических тарелок, т.т.); перегрузкуоценивают по «точке», в которой значение N уменьшается на 10% по сравнению снормальным значением. Однако если учесть определение величины N [см.соотношение (4.7)], то можно показать, что оба критерия не противоречат другдругу, но второй из них должен быть более чувствительным к перегрузке, так какв соответствующую формулу входит отношение (S/H) в квадрате.
Кроме того,второй критерий учитывает вариации ширины пиков ω, измеряемой либо наполовине высоты, либо в основании пика:N ~ k(tR/ω)2, но S ~ HtR и тогда N ~ k[S/(Hω)]2(4.7)Нами был получен большой массив данных для целевых аналитов,содержащийзначениявременудерживания,площадей,высотпиковхарактеризуемых аналитов, а также другие параметры, представленные в87таблицах 3.18-3.20. Проверка известных из литературы критериев на примерахразличных соединений показала, что их применение осложняется недостаточнойчувствительностью к граничным эффектам перегрузки.При построениизависимости H/S = f(m) мы не обнаружили на графике каких-либо отчетливовыраженных аномалий, указывающих на граничные значения m, начиная скоторой наблюдались бы эффекты перегрузки хроматографической колонки (сцелью сокращения объема текста типичные монотонные зависимости H/S = f(m)для различных аналитов здесь не приведены и не обсуждаются).
В связи с этимнам представлялось целесообразным модифицировать литературные критерииперегрузки хроматографической колонки и протестировать их на различныхсоединениях. Способы приготовления образцов с использованием заранеевыбранных тест-соединений, а также алгоритм проведенных нами экспериментовпо оценке границ перегрузки хроматографической колонки указаны в разделе3.2.6. Условия газохроматографического анализадля оценки перегрузкихроматографической колонки приведены в разделе 3.3.2.4.2.1 Интерпретация зависимости индексов удерживания от дозируемыхколичеств аналитовОдним из известных критериев перегрузки хроматографических колонокявляется аномально выраженная зависимость времен удерживания аналитов (tR)от их дозируемых количеств (m). Следовательно, отсутствие такой зависимостиможет быть интерпретировано как отсутствие перегрузки. Для выбранныханалитовразнойполярностипредставлялосьцелесообразнымпроверитьзависимость их индексов удерживания, которые в изотермических условияхпропорциональны логарифмам исправленных времен удерживания (RI ~ lgt’R) отмассы аналитов в хроматографических зонах (m).
Гипотетически «идеальный»процессхроматографическогоразделениядолженхарактеризоватьсяпостоянством значений RI при вариациях m, т.е. dRI/dm = 0. Фактически же такие88зависимости (как возрастающие, так и убывающие) проявляются при любыхзначениях m [15-17]. Эти зависимости не имеют каких-либо интерпретируемыханомалий в области ожидаемых границ перегрузки колонки, что иллюстрируетрис. 4.12 на примере экспериментально полученных нами зависимостей RI(m) длябутанола-1 по данным таблицы 3.19 (при 120 °С, рис. 4.12 а) и ДМФА (при 100°С,рис.
4.12 б), и, следовательно, могут быть аппроксимированы уравнениямилинейнойрегрессии.Отсутствиезаметныхотклоненийотлинейностиподтверждается высокими абсолютными значениями коэффициентов корреляции(r).Рассмотрение закономерностей температурных вариаций коэффициентовdRI/dm зависимостей RI(m) приводит к любопытным выводам. Можно принять,как отмечено выше, что условие dRI/dm = 0 по определению соответствуетотсутствию перегрузки колонки. Если область начала перегрузки колонки недискретна, а соответствует некоторому интервалу зависимости RI(m), то можнодопустить, что при выполнении неравенства (dRI/dm)1 > (dRI/dm)2 режим 1соответствует большей перегрузке колонки, чем режим 2. Следовательно,сравнение значений этих коэффициентов может дать некоторую информацию оботносительных уровнях перегрузки хроматографических систем.Рисунок 4.12.
Зависимости индексов удерживания от массы аналита вколонке для бутанола-1 при 120°C (а) и ДМФА при 100°C (б).89Параметры регрессионных уравнений RI = RI0 + (dRI/dm)m приведены втабл. 4.3.Таблица 4.3 Параметры зависимости RI = RI0 + (dRI/dm)m для трех выбранныханалитов при разных температурахАналитТолуолБутанол-1ДМФАT, °CdRI/dmRI0rS0120-0.44 ± 0.03770.8 ± 0.2-0.9730.4110-0.14 ± 0.01769.1 ± 0.1-0.9940.1100-0.01 ± 0.00765.5 ± 0.0-0.7450.0120-0.67 ± 0.04650.1 ± 0.7-0.9820.7110-0.40 ± 0.02647.6 ± 0.3-0.9880.3100-0.12 ± 0.01646.2 ± 0.2-0.9350.21200.22 ± 0.02755.7 ± 0.40.9790.41100.46 ± 0.02752.4 ± 0.40.9950.41000.52 ± 0.01751.9 ± 0.30.9970.3При сравнении значений коэффициентов dRI/dm обращает на себя вниманиеих отчетливо выраженная температурная зависимость.
Для неполярного толуола ислабо полярного бутанола-1 понижение температуры приводит к уменьшениюабсолютных величин их температурных коэффициентов, а для полярного ДМФА,наоборот, к их увеличению. Если для толуола зависимость RI(m) при 120 °Сотчетливо выражена (dRI/dm = –0.44 ± 0.03), то при 100 °С она практическиисчезает (dRI/dm = –0.01 ± 0.00), так что это соединение вполне можноохарактеризовать среднеарифметическим значением RI = 765.4 ± 0.1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
