Хромотография. Хромотография 2. Хроматография
Скачать 2.94 Mb.
|
ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА Хроматография –Хроматография – физико – химический метод разделения и анализа смеси веществ, основанный на раз-личном распределении компо-нентов между двумя несме-шивающимися фазами. Создатель метода –Создатель метода – Михаил Семенович Цвет Основные понятияСорбция – поглощение газов, паров и растворенных веществ твердыми или жидкими поглотителями (сорбентами); Сорбтив – вещество, молекулы которого способны сорбироваться; Сорбат – вещество в адсорбирован-ном состоянии; Элюирование – процесс перемещения веществ вместе с подвижной фазой через слой неподвижной фазы Элюент – растворитель или газ, проходящий через слой неподвижной фазы – подвижная фаза; Элюат – подвижная фаза, выходящая из колонки и содержащая разделенные компоненты элюентная (проявительная) фронтальная вытеснительная В зависимости от природы процесса:Адсорбционная – основана на различной адсорбции веществ твердой неподвижной фазой; Распределительная – основана на различной растворимости сорбатов в жидкой неподвижной фазе; Ионообменная - основана на различной способности к ионному обмену веществ с ионогенными группами неподвижной фазы; Осадочная – основана на различной растворимости осадков , получающихся после реакции взаимодействия с осадителем, содержащимся в неподвижной фазе; Эксклюзионная (молекулярно – ситовая или гелевая) – основана на различии в размерах и формах молекул разделяемых веществ; Аффинная – основана на специфических взаимодействиях биологических объектов (ферментов, и т.д.) с группами на поверхности твердой фазы. В зависимости от способа оформления процесса:Колоночная – процесс разделения проводят в колонках, заполненных неподвижной фазой; Плоскостная – процесс разделения проводят на хроматографической бумаге (бумажная) или тонком слое сорбента, нанесенном на подложку (тонкослойная). Теоретические основы хроматографииОснова процесса хроматографии – неравновесная адсорбция Изотерма адсорбции Ленгмюра В области низких давлений (кон-центраций): уравнение Генри Эффективность разделения компо-нентов определяется числом теоре-тических тарелок (N). ! Чем больше N и уже их высота (H), тем эффективнее колонка Высота, эквивалентная теоретичес-кой тарелке – ВЭТТ – (H) опре-деляется: A – вихревая диффузия: где – характеристика набивки колон-ки, dp – диаметр зерна сорбента B – продольная (осевая) диффузия – диффузия компонентов в подвижной фазе: где – эмпирический коэффициент, DM – коэффициент диффузии С – внутренняя диффузия – зависит от способности адсорбироваться на неподвижной фазе; u – линейная скорость потока L – длина колонки, tM – время удер-живания несорбируемого компонента. Зависимость ВЭТТ от линейной скорости потока: Газовая хроматографияГазовая хроматография - это метод разделения летучих соединений, основанный на распределении веществ между подвижной фазой (ПФ) - газом и неподвижной фазой (НФ) с сорбентом с большой площадью поверхности Подвижная фаза - инертный газ (азот, гелий, водород, аргон, углекислый газ), протекающий через НФ; ! ПФ выполняет только транспорт-ную функцию ! ПФ должна обеспечивать мак-симальную чувствительность детек-тора Неподвижная фазаНеподвижная фаза В газо-адсорбционной хроматогра-фии - твердый сорбент с развитой мелкопористой поверхностью; размер зерен 0.1-0.5 мм силикагель активный уголь В газо-жидкостной хроматографии - пленка жидкости, нанесенная на поверхность твердого носителя полимерные адсорбенты алюмосиликаты Типы жидкой НФ:Типы жидкой НФ: Неполярные (насыщенные углеводо-роды); Умеренно полярные (сложные эфиры, нитрилы); Полярные (многоатомные спирты, гликоли) ! Полярность НФ должна быть близка к полярности веществ анализируемой пробы Требования к жидкой НФ : хорошо растворять компоненты смеси; прочно удерживаться на твердом носителе; быть термически устойчивой; быть нелетучей при данной температуре; обладать высокой селективностью; быть химически инертной. Схема газового хроматографа Блок подготовки газов Узел ввода пробыиспаритель шприцы - дозаторы автосамплеры Хроматографические колонкиколонки насадочные колонки капиллярныеПламенно-ионизационный детектор (ПИД) - детектор, используемый, в основном, для обнаружения органи-ческих соединений. Принцип работы - ионизация молекул в водородном пламени Чувствительность тем выше, чем больше атомное соотношение Н/С Детекторы Катарометр, или детектор по теплопроводности (ДТП) - это универсальный малоселективный детектор. Принцип действия - измерение разности сопротивления материалов в зависимости от температуры Электронно-захватный детектор (ДЭЗ) применяется для определения галоген-, кислород- и азотсодер-жащих веществ Принцип действия – снижение фонового тока детектора при попадании в него веществ с атомами, способными присоединить (захватить) электрон Виды газовых хроматографовКачественный анализКачественный анализВремя удерживания (tr) - время от момента ввода пробы в колонку до момента регистрации максимума пика Удерживаемый объем (Vr) – произведение времени удерживания на объемную скорость подвижной фазы ! Для качественного анализа сравнивают времена удерживания неизвестного вещества и эталона Количественный анализS – площадь пикаS – площадь пика h – высота пика ! Обычно высоту пика измеряют для узких пиков, а для широких, размытых пиков, измеряют площадь. Для получения площади пика рассчитывают: h·μ1/2 ( произведение высоты пика на его ширину на половине высоты). h·tR ( произведение высоты пика на время удерживания). Методы расчета хроматограмм: Метод простой нормировки. ! Чувствительность детектора ко всем компонентам пробы должна быть одинакова. Метод внутренней нормировки. k - коэффициент чувствительности детектора к компонентам пробы Метод внутреннего стандарта К анализируемой пробе добавляют точно известное количество вещества, называемого «внутренним стандартом». где Si(х), Sст(х) - площадь пиков компонента и стандарта в пробе соответственно, r - отношение массы внутреннего стандарта к массе пробы, ki - поправочный коэффициент (рассчитывается предварительно): Метод абсолютной калибровки Жидкостная хроматографияПодвижная фаза в жидкостной хроматографии – чистый раствори-тель или смесь растворителей Жидкостная хроматография в которой используют колонки малого размера и высокое давление ПФ (до 0.5 – 70 МПа) называют высокоэффектив-ной жидкостной хроматографией (ВЭЖХ) Схема жидкостного хроматографа Хроматографические колонки Хроматограф Ионообменная хроматографияНеподвижная фазаИониты природного или синтетического происхождения: цеолиты, глинистые материалы (природные алюмосиликаты); сульфированые активные угли; синтетические ионообменные смолы Неподвижная фазаКатиониты – иониты, обменивающиеся с раствором катионами: Сильнокислотные - R-SO3H Среднекислотные - R-PO3H2 Слабокислотные - R-COOH R-OH Полимерная часть катионита Уравнение катионного обменаR-SO3H + Na+ R-SO3Na + H+ Н- форма Na- форма ! Форма катионита определяется его противоионом, т.е. катионом, способным к обмену Неподвижная фазаАниониты – иониты, обменивающиеся с раствором анионами: Сильноосновные - R-[N(CH3)3]+OH- Среднеосновные - R-[NH(CH3)2]+OH- Слабоосновные - R-[NH3] +OH- Полимерная часть анионита Уравнение анионного обменаR-[NH3]+OH− + Cl− R-[NH3]+Cl − + OH− OН- форма Cl- форма Амфолиты – иониты, содержащие как катионогенные, так и анионогенные группы Регенерация ионитов!Ионный обмен обратим Регенерация – восстановление свойств ионита Регенерация катионита: R-SO3Na + H+ R-SO3H + Na+ Регенерацияанионита: R-[NH3]+Cl − + OH− R-[NH3]+OH− + Cl− Емкость ионитовОбменная емкость ионитов – количество ионогенных групп в 1 грамме ионита Статическая обменная емкость (СОЕ) – емкость, измеренная при достижении равновесия Динамическая обменная емкость (ДОЕ) – емкость, измеренная при непрерывном пропускании раствора через слой ионита Емкость до проскока (ДОЕ)– емкость ионита до появления первой порции обмениваемого иона в элюате Полная динамическая емкость (ПДОЕ) – емкость, измеренная при полном насыщении ионита ! Емкость слабокислотных (слабо-основных) ионитов зависит от рН: катиониты работают в щелочной среде, аниониты – в кислой Плоскостная хроматографияНеподвижная фазаНеподвижная фаза – хроматографи-ческая бумага или пластинки, покрытые тонким слоем сорбента Подвижная фаза – смесь раствори-телей Качественный анализli - расстояние от точки старта до центра пятна, ls -расстояние от точки старта до границы растворителя Количественный анализ Измеряется площадь пятна или вещество извлекается из неподвиж-ной фазы и анализируется любым доступным методом |