Н. И. Царев, В. И. Царев, И. Б. Катраковпрактическаягазоваяхроматография
 Скачать 1.41 Mb.
|
|
Вариант Б: Приготовление сорбента в «кипящем слое» Необходимое количество твердого носителя помещают на фильт- ровальную бумагу в воронке Бюхнера. Стебель воронки соединяют рези- новым шлангом (через склянку с концентрированной серной кислотой) с редуктором баллона со сжатым газом или с электронасосом. Выливают на твердый носитель приготовленный раствор НЖФ (объем раствора должен на 20 − 25% превышать взятый объем твердого носителя) и регулируют расход газа, стремясь обеспечить умеренное «кипение» частиц твердого носителя в растворе НЖФ (осторожно!). После испарения растворителя сорбент досушивают в сушильном шкафу (см. вариант А). Заполнение колонки Предварительно промытую органическим растворителем и тща- тельно высушенную колонку (U- или W-образную металлическую или стеклянную) заполняют приготовленным сорбентом. При этом насыпают небольшими порциями через воронку, постукивая по трубке вакуумным шлангом. Можно применить специальный вибратор. Он обеспечивает быстрое и равномерное наполнение колонки сорбентом и повышает ее эффективность. Колонка считается заполненной, если в течение 5 мин «постукивания» уровень засыпанного сорбента не изменяется. При заполнении спиральных колонок заполнение ведется с ис- пользованием вакуума (на выходе из колонки) или с использованием из- быточного давления (на входе в колонку). Один из концов колонки за- крывают тампоном из ваты, стекловолокна или тонкой металлической сеткой и подключают к водоструйному или электронасосу. К открытому концу колонки прикрепляют стеклянную воронку для засыпания сорбен- та. Создав разрежение, начинают осторожно присыпать насадку, посту- кивая по колонке деревянной палочкой для достижения равномерного заполнения. В случае стеклянных колонок степень заполненности колон- ки ведут визуально, для металлических судят по прекращению убыли насадки в воронке. Сорбент перед заполнением взвешивают, оставшийся после запол- нения колонки также взвешивают. По разности определяют точное коли- чество сорбента, засыпанное в колонку. Количество сорбента в колонке можно рассчитать и как разность весов колонки с сорбентом и колонки пустой (перед заполнением). Открытые концы колонок закрывают стек- ловатой или пробками из металлической сетки. 123 Практическая работа № 2 Приготовление капиллярных колонок для ГЖХ ЦЕЛЬ РАБОТЫ: приготовление капиллярных коронок, определение качества приготовления, селективности НЖФ, оценка пригодно- сти колонки для анализа конкретного объекта. Учебной целью работы является овладение техникой приготовле- ния необходимых растворов, подготовки поверхности капилляра к нане- сению жидкой фазы, ознакомление с необходимым лабораторным обору- дованием и методами оценки качества капиллярных колонок, использо- вание теоретических знаний, полученных при изучении физической и органической химии и дисциплин специальности для обоснования выбо- ра фаз и объяснения полученных результатов. Ход работы: Сущность метода заключается в смачивании внутренней поверх- ности капилляра при пропускании через него определенного объема рас- твора жидкой фазы под действием повышенного давления инертного га- за. Приготовление капиллярных трубок для нанесения НЖФ на их внутреннюю поверхность При подготовке поверхности капиллярной колонки первым этапом является ее очистка от масел и загрязнений, обусловленных условиями технического изготовления. Очистка капиллярной трубки осуществляет- ся пропусканием определенного количества органических растворителей. Для продавливания растворителей служит специальное устройство. Ка- пиллярная колонка устанавливается с помощью накидной гайки через резиновое уплотнение в патрон для импрегнирования капиллярных коло- нок таким образом, чтобы капилляр на 2 − 3 мм не доставал до дна сосуда с растворителем. Откручивая стакан, в сосуд с растворителем заливается необходимый растворитель и стакан устанавливается на место. Патрон с помощью гайки соединяется с редуктором, все резьбовые соединения герметизируются, в патрон подается гелий под давлением 0,5 ⋅ 10 5 Па. Промывание капилляра растворителями осуществляется в опреде- ленной последовательности: − очитка поверхности от масел проводится промывкой спирто- бензольной смесью (1:1) до тех пор, пока на фильтре, куда соби- рают капли растворителя после колонки, не перестанут оставаться масляные пятна; 124 − высушивание капилляра пропусканием сухого гелия в течение 1 ч; − двух- трехкратная промывка порциями по 10 мл бензола; − высушивание; − однократная промывка раствором хромовой смеси лимонного цвета; − трехкратная промывка дистиллированной водой; − трехкратная промывка этиловым спиртом; − высушивание сухим гелием в течение 12 ч; − однократная промывка ацетоном, этилацетатом, хлороформом, бензолом, гексаном, растворителем, который будет использоваться для нанесения НЖФ. После каждой промывки капилляр сушится в токе сухого чистого гелия в течение 1 ч. Все промывные растворы и растворители берутся порциями по 10 мл, скорость пропускания через капилляр устанавливает- ся такой, чтобы одна порция проходила через колонку за 2,5 − 3 ч. По окончании промывки капилляр тщательно высушивается пропусканием сухого инертного газа в течение 2 − 3 ч. Нанесение НЖФ на внутреннюю поверхность капилляра Нанесение НЖФ производится динамическим способом. Сущность метода описывалась нами в главе 2.3.4. Нанесение сквалана Тщательно отфильтрованный 10%-ный раствор сквалана в диэти- ловом эфире наливают в сосуд для импрегнирования, устанавливают давление газа 0,2 ⋅ 10 5 Па. Как только появится первая капля раствора на выходе капилляра, давление газа сбрасывают до 0,1 ⋅ 10 5 Па. После про- пускания пробки раствора капилляр продувают гелием в течение суток. Меняют концы капиллярной колонки и при давлении 0,1 ⋅ 10 5 Па проду- вают еще двое суток, непрерывно. Нанесение апиезона Нанесение апиезона проводится в термостате хроматографа при температуре 60 ° С. Отфильтрованный 5%-ный раствор апиезона в бензо- ле наливают в сосуд устройства для продавливания раствора через ка- пилляр, помещают в стакан и нагревают термостат до 60 ° С, затем уста- навливают давление газа на входе колонки 0,4 ⋅ 10 5 Па. Как только появит- ся первая капля раствора на выходе капилляра, давление газа сбрасывают до 0,2 ⋅ 10 5 Па. После пропускания пробки раствора капилляр продувают 125 газом в течение 12 ч, меняют концы колонки местами и продувают еще двое суток непрерывно. Кондиционирование капиллярных колонок По окончании смачивания капиллярную колонку сначала в тече- ние нескольких часов промывают гелием с такой объемной скоростью, с которой проводилось смачивание. Расход газа постепенно увеличивают от 0,01 − 0,05 до 1 − 1,5 мл/мин и продувают еще в течение суток. Затем колонку помещают в термостат хроматографа, продувая по- стоянным потоком газа-носителя, нагревают со скоростью 1 − 2 ° С/мин до температуры 130 ° С и выдерживают в течение 24 ч. По окончании нагревания колонку медленно охлаждают, не пре- кращая продувать ее газом-носителем, и она готова к работе. Установка капиллярных колонок в хроматограф Капиллярная колонка устанавливается в термостат хроматографа таким образом, чтобы один конец в испарителе был на уровне сброса, а другой доходил до упора в форсунку или входил в ее отверстие пламен- но-ионозационного детектора. После этого подают газ-носитель и уста- навливают заданный расход газа через колонку. Для проверки правильности установки колонки в нее вводят не- сорбирующееся соединение, например, метан. По форме пика метана можно судить о правильности установки колонки и функционирования хроматографа. Если пик узкий и симметричный, колонка закреплена пра- вильно, Если задний фронт пика растянут, это значит, что один или два конца капиллярной колонки недостаточно глубоко входят в поток газа- носителя, в результате чего введенный метан поступает в колонку (или выходит из колонки) только в результате диффузии. Практическая работа № 3 Оценка качества набивных колонок ЦЕЛЬ РАБОТЫ: познакомиться с приемами работ по оценке качества набивной колонки, сорбент для которой был приготовлен при проведении предыдущей практической работы. Данная лабораторная работа является продолжением практической работы «Приготовление набивных колонок». 126 Аппаратура, условия и объекты хроматографирования (параметры хроматографирывания могут быть изменены): Хроматограф «Цвет-530» или другой с ДИП. Насадочная колонка (100х0,3) см. Газ-носитель – аргон Температура термостата колонок – 100 ° С Температура термостата испарителя – 130 ° С Температура термостата ДИП – 130 ° С Скорость газа-носителя – 10 мл/мин Шкала чувствительности детектора (подбирается экспериментально) – 128х109 Объем вводимой пробы – 0,4 мкл Скорость ленты самописца – 0,6 см/мин Сорбент – инертон AW-DMXC (0,16 – 0,12 мм) Неподвижная жидкая фаза – карбовакс-6000 (10%) Ход работы: Кондиционирование Свежезаполненые колонки нуждаются в тренировке. Колонка по- мещается в хроматограф и проводится кондиционирование (постепенный нагрев колонки со скоростью 1 ° C/мин, в слабом потоке газа-носителя до температуры на 20 ° C меньшей максимально-допустимой (для данной НЖФ), при которой колонка выдерживается не менее 2 ч). После этого температура снижается до рабочей; оценка качества колонки выполняет- ся при этой температуре. Оценка качества приготовления колонки Устанавливается оптимальная скорость газа-носителя (линейная скорость газа-носителя 8 − 10 мл/сек). Выведя прибор на режим, вводят по отдельности все соединения, предложенные преподавателем. Расчет Число теоретических тарелок рассчитывают по формуле (16): n = 16 ⋅ (l R / b 0 ) 2 = 5,54 ⋅ (l R / b 0,5 ) 2 , где l R − расстояние удерживания, мм; b 0 и b 0,5 − ширина пика у основания, и на половине его высоты соответственно, мм. Эффективность колонки вычисляют по уравнению (18): 127 2 R 0 к 2 R 0,5 к к l b 16 L l b 5,54 L n L (H) ВЭТТ ⋅ = ⋅ = = где L k – длина колонки, мм; n – число теоретических тарелок в колонке; b 0 и b 0.5 – ширина пика у основания и на половине его высоты соответственно (см. рис. 27); l R – расстояние удерживания стандартного соединения. По высоте эквивалентной теоретической тарелки оценивают каче- ство заполнения колонки. По асимметричности пика конкретного соеди- нения определяют наличие адсорбционных эффектов. Результаты заносятся в таблицу 1. Таблица 1 − Параметры оценки качества приготовления колонки Анализируемые соединения t R , с b 0,5 , мм n h, мм K as t М , с l' R , см Далее вводится смесь соединений, предложенная преподавателем. По результатам разделения определяются: коэффициенты емкости k, число теоретических тарелок n; селективность разделения α ; коэффици- енты разделения пар спиртов R S , и сравнивают с теоретически ожидае- мой величиной. ВЭТТ является суммарной характеристикой разделения, но ее ве- личина зависит от времени удерживания разделяемых веществ. Поэтому для сравнения эффективности разделения необходимо определить вели- чину разрешения R S (уравнение 33): 0(2) 0(1) R R S b b ) t (t 2 R 1 2 + − ⋅ = где t R1 и t R2 – неисправленное время удерживания (или соответственно расстоя- ние, объем) двух соединений; b 0(1) и b 0(2) – ширина пиков этих двух соедине- ний при основании. Так как у не полностью разрешенных пиков ширина при основа- нии определяется с большой погрешностью, то для практической работы удобнее применять величину разрешения К S (уравнение 34): 0,5(2) 0,5(1) R S b b l Δ K + = где ∆ l R – расстояние между вершинами двух соседних пиков, для которых рас- считывается К; b 0.5(1) и b 0.5(2) – ширина этих пиков на половине их высоты. 128 Связь между двумя критериями осуществляется соотношением (уравнение 35): К S = 0,848 ⋅ R S Зависимость R S от параметров колонки выражается уравнением: + ⋅ − ⋅ = 1 k k α 1 α 4 n R S где α – селективность жидкой фазы (всегда больше или равна 1) или коэффици- ент разделения; k – коэффициент емкости второго (в паре) хроматографируе- мого соединения; n – число теоретических тарелок в колонке. Обычно селективность неподвижной фазы выражают через отно- сительное удерживание критической пары компонентов (уравнение 32): α = t' R2 / t' R1 = l' R2 / l' R1 где: t' R2 и t' R1 – приведенное время удерживания; l' R2 и l' R1 – приведенное расстоя- ние удерживания. Отношение исправленного времени к "мертвому" — коэффициент емкости (извлечения) k, является характеристикой продолжительности нахождения молекул соединения в неподвижной фазе относительно вре- мени их пребывания в подвижной газовой фазе (уравнение 5): М ' R t t k = По окончании работы составляется таблица 2. Таблица 2 − Характеристики качества анализируемой колонки R S Компоненты смеси t R , с t' R , с ∆∆∆∆ l, см n k рассчетн. эксп. Опишите характеристики анализируемой колонки по следую- щему плану: 1) длина колонки и ее диаметр; 2) твердый носитель, размер его зерен; 3) неподвижная жидкая фаза и величина содержания ее на твердом носителе; 129 4) высота, эквивалентная теоретической тарелке для какого-либо со- единения, лучше для трех (неполярного, среднеполярного и выко- полярного; 5) коэффициент асимметричности пиков для отмеченных трех соеди- нений; 6) дата приготовления колонки. На основании полученных данных сделайте выводы: 1. О пригодности приготовленной колонки: − для проведения анализа смеси спиртов; − для проведения анализа среднеполярных соединений; − для проведения анализа смесей высокополярных соединений. 2. О качестве заполнения колонки. 3. О влиянии адсорбционных эффектов на форму пика. Практическая работа № 4 Качественный анализ по параметрам удерживания ЦЕЛЬ РАБОТЫ: 1) Провести идентификацию соединений с использо- ванием эталонных образцов методом «сравнения» и методом «до- бавки»; 2) Познакомиться с возможностью групповой идентифи- кации исследуемых веществ на основе графических зависимостей между характеристиками удерживания веществ, их строением, свойствами и условиями опыта. Аппаратура, условия и объекты хроматографирования (параметры хроматографирывания могут быть изменены): Хроматограф «Цвет-530» или другой с ДИП. Насадочная колонка (100х0,3) см. Газ-носитель – аргон Температура термостата колонок – 100 ° С Температура термостата испарителя – 130 ° С Температура термостата ДИП – 130 ° С Скорость газа-носителя – 10 мл/мин Шкала чувствительности детектора (подбирается экспериментально) – 128х109 Объем вводимой в ипаритель пробы – 0,4 мкл Скорость ленты самописца – 0,6 см/мин Сорбент – инертон AW-DMXC (0,16 – 0,12 мм) Неподвижная жидкая фаза – карбовакс-6000 (10%) 130 Искусственные смеси: Возможны следующие гомологические ряды (по выбору препода- вателя): 1. н-Гексан, н-октан, н-нонан; 2. Бензол, толуол, этилбензол; 3. Этанол, пропанолы, бутанолы, пентанолы; 4. Ацетон, метилэтилкетон, диэтилкетон. Ход работы: Выведите хроматограф на рабочий режим. Определите время выхода несорбирующегося компонента. Сде- лайте 2 − 4 параллельных определения до получения воспроизводимых результатов. Проанализируйте эталонные смеси, отмечая времена удерживания выходящих компонентов по секундомеру или с помощью интегратора. Необходимо добиться воспроизводимости времени удерживания, для чего сделать 2 − 3 параллельных ввода. Размер дозы и чувствительность шкалы регистратора необходимо подобрать так, чтобы пики на диа- граммной ленте занимали 2/3 ее ширины. Закончив хроматографирование искусственной смеси, приступайте к анализу (в тех же условиях) соединений, которые предстоит идентифи- цировать в этой смеси. Возьмите один из эталонных образцов и определите его параметры удерживания на обеих колонках (делать по 2 − 3 параллельных определе- ния). Сравните полученное время удерживания эталонного образца с временами удерживания, соединений входящих в состав смеси (сравни- вают данные, полученные на одной и той же колонке). Идентифицируйте это соединение на хроматограмме исходной смеси. Возьмите эталонный образец (тот же), добавить его в исходную смесь и проанализируйте аналогично, описанному выше (на обеих ко- лонках, проводя по 2 − 3 параллельных определения). Определите относи- тельное время удерживания, отметить на хроматограмме сигнал, площадь которого увеличилась. Предположительно этот сигнал соответствует на- именованию эталонного образца. Точную идентификацию проведите с учетом соображений, высказанных выше. Повторите описанный ход работы, взяв для анализа следующий эталонный образец. В результате проделанного анализа сделайте иденти- фикацию определяемого образца на хроматограмме исходной смеси. На одной из хроматограмм смеси и эталонного образца (любого) измерьте расстояние удерживания. Сравните данные для смеси и для эта- лона, пересчитать мм в с и сравнить с данными секундомера, получен- 131 ными при анализе. Таким образом, необходимо научиться переводить параметр «расстояние удерживания» в параметр «время удерживания». По указанию преподавателя представьте некоторые данные в виде параметра − «объем удерживания». Заполните таблицу. Напишите на хроматограмме исходной и ана- лизируемой смеси наименования компонентов. Хроматограммы прило- жите к отчету: Таблица − Параметры качественного анализа |