Качественный и количественный анализ хроматограмм - Определение теплоты и энтропии адсорбции или растворения на основе хроматографических данных

С помощью регистрирующих приборов - самописцев, которые измеряют и автоматически записывают последовательность сигналов детектора, получают кривую вымывания компонентов разделяемой смеси, называемую хроматограммой. Иногда вместо детектора или наряду с ним используют приборы, позволяющие определить не только концентрацию компонентов, но и их природу. К таким приборам относятся инфракрасный и ультрафиолетовый спектрографы.

В целях качественного и количественного анализа сложных газовых смесей необходимо идентифицировать отдельные пики на хроматограмме, т. е. определить качественный состав смесей. Разработано большое число методов идентификации, которые могут быть разделены на следующие группы:

    1) Определение времен выхода, называемых временами удерживания, известных веществ для данной колонки при определенных условиях работы колонки. На основании предварительно построенной калибровочной кривой индентифицируют компоненты анализируемой смеси по времени их выхода из колонки. 2) Измерение каких-либо физических характеристик компонента пика. 3) Использование химического анализа или специальных химических реакций для качественного определения компонента пика. 4) Добавление к смеси известного вещества с последующим хроматографическим анализом.

Идентификация на основе табличных данных. В исследуемую смесь вводят небольшое количество вещества, служащего стандартом, и проводят хроматографирование в условиях, указанных в соответствующей

Таблице.

На основе полученной хроматограммы рассчитывают относительные удерживаемые объемы

,

Где R, ст, 0 - соответственно время удерживания компонента, стандартного вещества и несорбирующегося вещества (газа-носителя); l, l0, lст - соответствующие отрезки на хроматограмме.

Полученные данные сравнивают с табличными данными и, таким образом, определяют состав смеси.

В табл. 1 приведены удерживаемые объемы некоторых углеводородов относительно нормального пентана при определенных условиях.

Как видно из табл. 1, удерживаемые объемы увеличиваются с ростом молекулярного веса углеводорода, для непредельных соединений удерживаемые объемы меньше, чем для предельных.

Таблица 1 Удерживаемые объемы некоторых углеводородов относительно нормального пентана

Углеводород

Tкип, С

Сорбент

Минеральное масло сквалан при 25С

Минеральное масло апиезол при 40-50С

Трикрезилфосфат при 250С

Этан

-88,63

0,03

0,05

0,03

Этилен

-103,7

0,02

0,03

0,03

Пропан

-47,8

0,09

0,12

0,1

Пропилен

-83,6

0,08

0,11

0,13

Циклопропан

-32,8

0,15

0,3

0,3

Н-Бутан

-0,5

0,31

0,37

0,32

Бутадиен-1,3(дивинил)

-4,47

0,26

0,34

0,7

Бутан-1

-6,25

0,25

0,31

0,41

Транс-Бутан-2

-0,88

0,35

0,4

0,56

Цис-Бутан-2

3,72

0,38

0,45

0,63

Пентан-1

30,0

0,81

0,84

1,2

При идентификации компонентов сложных смесей анализ проводят на параллельных или последовательно соединенных колонках с сорбентами различной полярности. При идентификации веществ иногда сочетают методы газовой хроматографии с другими методами исследования, которые используют после разделения смеси на компоненты (химический анализ, инфракрасная спектроскопия и т. д.).

Кроме качественного анализа, хроматограммы позволяют производить и количественный анализ. Элюционные кривые представляют собой количественные данные процесса разделения.

При интегральном детектировании фиксируется общее количество компонента, поэтому расшифровка хроматограмм не представляет трудностей. Например, содержание кислот в смеси определяют прямым титрованием, а при использовании в качестве газа-носителя двуокиси углерода объемы фракций суммируются в азотометре (газ-носитель поглощается раствором щелочи). Более чувствительным является дифференциальное детектирование, нашедшее большее распространение, при этом фиксируется лишь изменение некоторого свойства газа-носителя и поэтому не представляется возможным непосредственно судить об объеме фракций в сложной смеси. Поэтому для количественных определений в этом случае необходимо знать зависимость величины отклонений показаний самописца или прибора-индикатора от концентрации компонента в смеси.

Результаты хроматографирования смеси используются для количественного определения компонентов. При этом имеют значение параметры хроматографического пика: высота h и h', ширина пика µ0,5, площадь пика S (площадь, ограниченная контуром пика и нулевой линией), отрезки l0 и l1 соответствующие времени-удерживания неадсорбирующегося газа и удерживаемому объему компонента.

На рис.7 показан хроматографический пик и его параметры. Величина площади пика S может быть определена как произведение h на µ0,5.

Для целей количественного анализа проводится предварительная калибровка, заключающаяся в определении зависимости между известным количеством введенного в колонку вещества и площадью или высотой пика на хроматограмме (обычно линейная зависимость). Для построения калибровочной кривой используют чистые индивидуальные вещества.

В аналитической практике получили наибольшее распространение три способа количественной оценки хроматограмм:

    1) метод абсолютной калибровки; 2) метод внутреннего стандарта; 3) метод нормализации с учетом поправочных коэффициентов и без них.

По методу абсолютной калибровки - количество компонента в пробе определяют по калибровочному графику зависимости площади пика или высоты пика от дозируемого количества вещества. Для такой калибровки необходимо использовать чистые вещества. Применение микрометрических шприцев для введения в колонку точного количества исследуемой смеси, а также жесткое соблюдение режима работы колонки при калибровке и измерениях являются обязательными условиями данного метода.

Методом абсолютной калибровки чаще всего пользуются в том случае, когда определяют не все компоненты анализируемой смеси, а требуется определить только один или два составляющих компонента. Этот метод используют и при определениях микропримесей. Он позволяет рассчитать хроматограмму сложной смеси даже при неполном разделении пиков.

Если на записанной хроматограмме пики острые, малое время удерживания, небольшое число компонентов, то используют метод калибровки по высотам пиков. Количество вещества i в процентах весовых или объемных в анализируемой смеси определяют по формуле

,

Где q - величина пробы, мг или мл; hi - - высота пика компонента i; Ki - калибровочный коэффициент для компонента i.

Если анализируется смесь с небольшим количеством компонентов и пики отчетливой ширины, используют метод калибровки по площадям пиков. Количество i-того вещества в процентах (весовых или объемных) определяют по формуле

,

Где Si - площадь пика вещества i.

Метод внутреннего стандарта основан на добавление известного количества определенного вещества, называемого "внутренним стандартом". Стандарт не должен реагировать с компонентами пробы. При анализе смеси гомологов стандарт должен быть членом этого гомологического ряда. Время удерживания стандарта должно быть равно среднему времени удерживания компонентов смеси. Для количественного определения содержания компонентов в смеси строят калибровочные графики.

Построение калибровочных кривых на основе внутреннего стандарта. Предварительно готовят жидкие смеси с точным содержанием отдельных компонентов и вещества, принятого за стандарт. Определенную часть смеси вводят в газовую пипетку, испаряют, отбирают пробу паров микрошприцем, вводят ее в колонку.

При построении калибровочного графика по оси ординат откладывают отношения площадей (или высот) пиков определяемого вещества и внутреннего стандарта, а по оси абсцисс - отношения весовых количеств (или процентных содержаний) обоих веществ. Такой график строится на основании хроматограмм ряда смесей, содержащих различные количества калибруемого компонента. Если затем в процессе анализа определенное количество "внутреннего стандарта" добавляется к неизвестной пробе, содержащей компоненты, для которых были построены калибровочные графики, то из полученной хроматограммы, определив соотношение площадей или высот искомого компонента и внутреннего стандарта, по калибровочному графику можно определить концентрацию искомого компонента.

Расчет определяемых веществ ведут по формуле

,

Где Si и Sct - площади соответствующих пиков; R - отношение массы внутреннего стандарта к массе анализируемой смеси; Кi и Kст - поправочные коэффициенты к площадям пиков компонента и внутреннего стандарта, зависящие от чувствительности детектора. Пробу можно дозировать неточно, тогда количество отдельных компонентов определяют по формуле

,

Где q - количество введенного стандарта, мг.

При расчетах можно пользоваться и высотами пиков, построив соответствующие калибровочные графики.

Метод внутреннего стандарта получил большое распространение в практике газовой хроматографии. При использовании этого метода калибровки нет необходимости определять точно величину анализируемой пробы, исключается также влияние изменения скорости таза-носителя и температуры колонок. Однако этот метод применяется только в том случае, когда необходимо определить не все компоненты смеси. Метод нормализации основан на том, что сумма площадей всех пиков на хроматограмме с учетом соответствующих поправочных коэффициентов принимается за 100%, а площадь каждого пика составляет определенную часть от суммы площадей всех пиков. Предварительно определяют поправочные коэффициенты, нужные для пересчета показаний детектора на концентрацию разделенных веществ. Метод не требует точного знания количества вводимой в колонку хроматографа пробы, дает возможность определить процентное содержание всех компонентов смеси. При расчетах пользуются формулой

,

Где Кi - коэффициент, определяемый чувствительностью детектора к данному компоненту.

В каждом отдельном случае, прежде чем остановиться на каком-либо варианте проведения эксперимента, следует ясно представить себе цель и задачи опыта и требуемую точность анализа.

Похожие статьи




Качественный и количественный анализ хроматограмм - Определение теплоты и энтропии адсорбции или растворения на основе хроматографических данных

Предыдущая | Следующая