Н. И. Царев, В. И. Царев, И. Б. Катраковпрактическаягазоваяхроматография
 Скачать 1.41 Mb.
|
|
Вещество t R , с t' R , с l' R , мм V' R , мл lgV' R Порядок выхода компонентов 1. 2. 3. Х 1 Х 2 Искусственная смесь Х 3 На основании полученных данных для смесей известного состава построить график зависимости логарифмов приведенных объемов удер- живания на фазе карбовакс-6000 (полярная) от логарифмов приведенных объемов удерживания. Возможно использование и других НЖФ. С по- мощью построенного графика провести идентификацию анализируемых неизвестных соединений. Отразите в выводе результаты полученного исследования. Практическая работа № 5 Количественный анализ смеси различными методами ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Определить количественный состав анализируемой смеси двумя методами (по указанию преподавателя). Аппаратура, условия и объекты хроматографирования (параметры хроматографирования 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 132 100% x S n i W ⋅ = Температура термостата ДИП – 130 ° С Скорость газа-носителя – 10 мл/мин Шкала чувствительности детектора (подбирается экспериментально) – 128х109 Объем инжектирования – 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%) Объект анализа: Смесь, использованная в предыдущей работе или новая, выданная преподавателем. Объект хроматографирования: 1% или 3% или 5% растворы этилового спирта, в качестве внутреннего стандарта используется 4% н- пропиловый спирт. По указанию преподавателя исследуемые растворы могут быть заменены. Ход работы: Записываются три хроматограммы анализируемой смеси. Вычис- ляют значения площадей пиков по формуле (55). Необходимые дополни- тельные построения выполняют тонко отточенным карандашом. При из- мерении ширины пиков пользуются измерительной лупой и при этом учитывают ширину линии, записываемой пером регистратора. Данные для трех хроматограмм заносят в таблицу. Таблица 1 − Количественный анализ Соединение h, мм b 0,5 , мм S, мм 2 n S W На основании полученных данных рассчитывают воспроизводи- мость измерения высот и площадей пиков. Коэффициент вариации вычисляется по формуле: где S w – средняя квадратичная погрешность определения параметра пика, S w = W ⋅ K w где W – разность между наибольшим и наименьшим значениями ряда измерений; К w – статистический фактор, зависящий от числа измерений (см. табл. 2). 133 Таблица 2. Значения фактора К w для расчета приближенного стандартного отклонения Число параллель- ных определений 2 3 4 5 6 7 8 9 10 K w 0,89 0,59 0,49 0,43 0,40 0,37 0,35 0,34 0,33 Концентрацию веществ в смеси определите одним из предлагае- мых ниже методов. Анализ контрольной смеси методом внутренней нормализации Вводится в хроматограф проба анализируемой смеси, содержащей известное число компонентов (n), измеряют площади всех пиков. С помощью массовых коэффициентов отклика рассчитываются скорректированные площади пиков отдельных компонентов f i ⋅ S i Массовую долю компонента (i) рассчитываем по формуле: ∑ = ⋅ ⋅ = n 1 i i i i f f W i i S S В случае углеводородов и детектора ДИП для f i справедливо ра- венство: ∑ = i i i C M f , где M i – молекулярная масса компонента i, ∑ i C – число углерода в молекуле этого компонента. Пример: Дана пропан-бутановая смесь. Рассчитайте массовую до- лю пропана, исходя из следующих данных: в анализируемом газе были идентифицированы этан, пропан, изобутан, бутан, изопентан и пентан. Площади пиков на хроматограмме соответственно раны (в мм 2 ): 24, 1520, 336, 1280, 125 и 18. Решение: 4631 , 0 18 5 15 , 72 125 5 15 , 72 1280 4 12 , 58 336 4 12 , 58 1520 3 10 , 44 24 2 07 , 30 1520 3 44,10 W пропан = ⋅ + ⋅ + ⋅ + ⋅ + ⋅ + ⋅ ⋅ = 134 Анализ контрольной смеси методом внутреннего стандарта В пробу вводят раствор стандарта известной концентрации, смесь вводится в хроматограф и сравниваются площади пиков вещества (i) и стандарта (s). Аналитическое определение проводят следующим образом: Сме- шивают определенный объем анализируемой пробы (V i ) с определенным объемом (V s ) раствора стандарта (s) известной концентрации C m,s Определенный объем смеси вводится в хроматограф, измеряются площади пиков вещества (i) и вещества стандарта (s) по хроматограммам S i и S s Концентрацию C m,i вещества i рассчитывают по формуле: s m, s s i i i s i m, C S f V S f V C ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = Величину f i /f s определяют как отношение площадей модельной смеси с известными концентрациями C m,i = C m,s Пример:Данным методом с ДИП с использованием внутреннего стандарта в крови был определен этанол, рассчитать его массовую кон- центрацию. В качестве внутреннего стандарта применялся метилэтилкетон. Величину f i /f s определяли при анализе водного раствора этанола (i) и ме- тилэтилкетона (s) одинаковых концентраций C m,i = C i,s = 2 мг/мл получи- ли значения: S i = 401 мм 2 и S s = 859 мм 2 . Тогда из вышеприведенного уравнения следует, что f i /f s = 2,142 (отношение V s ⋅ C m,s /V i ⋅ C m,i = 1). Соб- ственно анализом крови были получены следующие данные: объем крови V i = 1 мл, объем водного раствора стандарта с концентрацией C m,s = 1,014 мг/мл, V s = 1 мл, S i = 425 мм 2 и S s = 615мм 2 Решение: мг/мл 1,501 1,014 615 1 425 2,142 1 C = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = (этанол) m Возможно определение концентрации (С) данным методом ис- пользуя калибровочные коэффициенты (К), данный метод описан в главе V. Можно построить калибровочный график зависимости: отношения площади исследуемого вещества к площади пика стандарта от концен- трации определяемого вещества. Полученные данные оформляются в таблице 3. 135 Таблица 3 − Результаты эксперимента Исследуемое вещество Стандарт С 0,5 m, % h, мм b 0,5 , мм S, мм 2 m, % h, мм b 0,5 , мм S, мм 2 ст ва в S S − К 1 2 3 Х К = m i ⋅ S ст / m ст ⋅ S i m n = K ст ⋅ S ст / C ст C x = K ст ⋅ S ст / m S = C 0,5 ⋅ h ⋅ b 0,5 Анализ контрольной смеси методом стандартной добавки К исследуемой пробе добавляют определенное количество анали- зируемого вещества (i). Проводится два ввода пробы: в первый раз вво- дится определенное количество исходной пробы, а во второй раз оп- ределенное количество смеси, в которую введена стандартная добавка. Последовательность операций: 1. В хроматограф вводится определенный объем (V i ) анализируе- мой пробы, измеряется площадь S i площадь пика вещества (i) на хро- матограмме. 2. Определенный объем анализируемой пробы (V 0 i ) смешаем с определенным объемом (V 0 s ) раствора определяемого вещества (i = s) известной концентрации (C s ). 3. В хроматограф вводится определенный объем (V' i ) смеси, по- лученной по п. 2, измеряется площадь (S' i ) площадь пика вещества (i) на хроматограмме. 4. Концентрацию (C m,i ) вещества (i) в исходной пробе рассчиты- вают по формуле: 1 0 i 0 s i i i i 0 i s m, 0 s m,i 1 V V 1 V' S V S' V C V C − − + ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = Пример:Методом стандартной добавки идентифицирован бензол в нитроразбавителе. Рассчитать его концентрацию C m,i на основании сле- дующих данных: объем введенной пробы — V i = 1 мкл, S i = 865 мм 2 , V 0 i = 10 мл, V 0 s = 5 мкл, стандарт добавлен в виде чистого (неразбавлен- ного) бензола, поэтому C m,s тождественна его плотности, т.е. C m,s = ρ = 0,879 г/мл. После ввода новой пробы получаем: V' i = 1 мкл, S' i = 1040 мм 2 136 г/мл 10 2,17 1 1 1 867 1040 10 0,879 10 5 C 3 1 3 m − − − ⋅ = − ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = (бензол) Решение: В нашем случае V 0 s /V 0 i << 1, поэтому этим соотношени- ем можно пренебречь. Тогда получим: Анализ контрольной смеси методом абсолютной калибровки Существует два варианта: прямое сравнение и метод калибровоч- ной кривой. В случае прямого сравнения поступают следующим образом: 1. Вводится в хроматограф определенный объем (V i ) анализируе- мой пробы, измеряется площадь пика вещества (i) т.е. S i , концентрацию которого необходимо определить. 2. В абсолютно тех же условиях хроматографирования вводим определенный объем (V s ) калибровочного раствора с известной концен- трацией стандарта (C m,s ), измеряют S s , т.е. площадь пика вещества (s). 3. Для расчета концентрации вещества (i) в анализируемой пробе используют уравнение: s m, i s s s i i m,i C V S f V S f C ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = В случае, если калибровать стандартным раствором анализируемо- го вещества (i). Тогда i = s, исключается необходимость определения со- отношения f i / f s и уравнение упрощается: Методом калибровочной кривой пользуются очень часто при се- рийных анализах. s m, i s s i m,i C V S V S C ⋅ ⋅ ⋅ = С этой целью готовят растворы анализируемого вещества различ- ной концентрации с учетом того, чтобы она не выходила за линейный динамический диапазон детектора. Вводят в хроматограф определенное количество пробы, измеряют площади полученных пиков и строят калибровочную прямую зависимо- сти концентрации вещества (C i ) от площади (S i ). После чего от преподавателя получают вещество неизвестной кон- центрации, хроматографируют его в тех же условиях и определяют его концентрацию. Отразите результаты полученного исследования в выводах. 137 Практическая работа № 6 Газохроматографический анализ моносахаридов [10] ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Определить качественный и количественный состав гидролизатов или изолированных моносахаридов. В гидролизатах происходит мутаротация моносахаридов, т.е. обра- зование равновесной смеси таутомерных форм: α -, β -пиранозных, α -, β - фуранозных и открытой (альдегидной). Для глюкозы это иллюстрирует следующая схема: Существование таутомерных форм затрудняет определение соста- ва моносахаридов в гидролизате. Моносахариды нелетучи и непосредственное разделение их смесей методом газожидкостной хроматографии невозможно. Сахара могут быть хроматографически разделены в виде летучих производных — простых и сложных эфиров. Широко распространен метод анализа в виде триметил- силильных (ТМС) производных моносахаридов. Последние являются летучими гликозидами простых О-триметилсилиловых эфиров углево- дов, образующихся в результате полного замещения гидроксильных групп моносахаридов при их силировании. В качестве силирующего реагента моносахаридов используют смесь триметилхлорсилана и гексаметилдисилазана в среде пиридина. В качестве примера приводится схема реакции силирования для β -D- глюкозы: O CH 2 OSi(CH 3 ) 3 OSi(CH 3 ) 3 (CH 3 ) 3 SiO OSi(CH 3 ) 3 O (CH 3 ) 3 Si пиридин (CH 3 ) 3 SiCl [(CH 3 ) 3 Si] 2 NH O CH 2 OH OH OH HO OH C O H C C C C CH 2 OH OH H H HO OH H OH H O CH 2 OH OH OH OH HO O CH 2 OH OH OH HO OH O OH OH OH HOCH CH 2 OH O OH OH HOCH CH 2 OH OH 138 Подобным образом синтезируются ТМС-производные других мо- носахаридов. При этом устанавливается новая равновесная смесь, в кото- рой преобладают пиранозные формы. Соотношение таутомеров в зави- симости от условий колеблется. Состав ТМС-производных таутомерных форм индивидуальных моносахаридов приведен ниже. Таутомерные формы моносахаридов Массовая доля, % L - A р а б и н о з а 100 α -Арабинопираноза 51,6 β -Арабинопираноза 40,1 Арабинофураноза 8,3 D - К с и л о з а 100 α -Ксилопираноза 40,2 β -Ксилопираноза 56,2 Ксилофураноза 3,6 D - М а н н о з а 100 α -Маннопираноза 72,8 β -Маннопираноза 27,2 D - Г а л а к т о з а 100 α -Галактопираноза 29,9 β -Галактопираноза 45,8 Галактофураноза 24,3 D - Г л ю к о з а 100 α -Глюкопираноза 47,3 β -Глюкопираноза 49,5 Глюкофураноза 3,2 Для уменьшения числа пиков на хроматограмме и упрощения ее обработки моносахариды восстанавливают до соответствующих много- атомных спиртов (полиолов) с последующим их превращением в ацета- ты. Каждый полиол даст на хроматограмме один пик, поскольку тауто- мерия у полиолов невозможна. При анализе ТМС-производных методом газожидкостной хрома- тографии используют в качестве газа-носителя азот или гелий. В каче- стве жидкой фазы используют различные силиконовые масла и полиэфи- ры. Наиболее селективными фазами из вырабатываемых отечественной промышленностью являются неполярное метилхлорсиликоновое масло и полярный политриэтиленгликольсебацинат. В качестве твердого носите- ля применяют адсорбенты порохром-3 или хромат N (за рубежом широко применяют хромосорб-W). 139 Для хроматографического разделения смеси летучих производных моносахаридов используют ДИП. В соответствии с t R на хроматограмме в определенном порядке появляются пики индивидуальных соединений. Порядок выхода при хроматографическом разделении ТМС-производных зависит от жидкой фазы. Его устанавливают предварительно для данной фазы с использованием модельных ТМС-производных чистых моносаха- ридов по их времени удерживания. В качестве примера на рисунке 35 приведена хроматограмма модельной смеси, разделенной на колонке с метилхлорфенилсиликоновым маслом в качестве жидкой фазы. Характеристики удерживания ТМС-производных сахаров при хроматографии в следующих условиях: колонка из стали; длина − 3 м; диаметр − 3 мм; твердый носитель − хромосорб (120/140 меш); НЖФ − полиметилфенилсиликоновая жидкость (НМФМ-6); температура колонки − 170 ° С; изотермический режим; газ-носитель − гелий; расход газа − 60 мл/мин; температура испарения − 250 ° С приведены в таблице 13. Таблица 13 − Время удерживания ТМС-производных t R Компонент t R Компонент t R β -L-Арабиноза 7 ′ 48 ″ γ -D-Галактоза 20 ′ 54 ″ α -D-Ксилоза 8 ′ 48 ″ α -D-Галактоза 23 ′ 00 ″ α -L-Арабиноза 9 ′ 24 ″ β -D-Манноза 25 ′ 42 ″ γ -D-Арабиноза 10 ′ 42 ″ α -D-Глюкоза 27 ′ 24 ″ γ -D-Ксилоза 12 ′ 30 ″ β -D-Галактоза 28 ′ 12 ″ β -D-Ксилоза 15 ′ 30 ″ Сорбит 33 ′ 30 ″ α -D-Манноза 17 ′ 30 ″ β -D-Глюкоза 40 ′ 30 ″ Существует несколько методов количественного определения со- става смеси по полученным хроматограммам. По первому методу опре- Рисунок 35 − Хроматограмма модельной смеси ТМС произ- водных моносахаридов: 1 − β -L-арабиноза; 2 − γ -D- ксилоза; 3 − α -L-арабиноза; 4 − γ -L- арабиноза; 5 − α -D-ксилоза; 6 − β -D- ксилоза; 7 − α -D-манноза; 8 − γ -D- галактоза; 9 − α -D-галактоза; 10 − β - D-манноза; 11 − α -D-глюкоза + β -D- галактоза; 12 − сорбит; 13 − β -D- глюкоза 140 деляют площади пиков всех таутомеров каждого моносахарида расчетом площади треугольной аппроксимацией пика — умножением основания пика на половину высоты. При частичном наложении пиков друг на дру- га и невозможности прямого измерения основания площадь пика опреде- ляют умножением его высоты на ширину, измеренную на половине вы- соты. Возможно также определять долю каждого пика его переносом на бумагу и взвешиванием вырезанного из нее пика на аналитических весах, относя найденную массу к массе всех анализируемых пиков. Результат выражают в процентах, используя метод нормировки площадей. По второму методу количественное определение массовой доли конкретного моносахарида в смеси производят по площади пика одного из его таутомеров, исходя из условия, что при синтезе ТМС-производных в строго постоянных условиях соотношение таутомеров сохраняется по- стоянным. Это позволяет для расчета выбрать наиболее разрешенный пик, называемый характеристическим. В качестве таких пиков обычно используют пики ТМС-производных β -L-арабинопиранозы, β -D-кси- лопиранозы, α -D-маннопиранозы, α -D-галактопиранозы и β -D- глюкопиранозы. Площади пиков остальных таутомеров непосредственно не измеряют, а находят расчетом. С учетом доли характеристического пика вычисляют общую площадь пиков всех таутомеров данного моно- сахарида. Количественное соотношение таутомерных форм необходимо устанавливать для данных условий хроматографирования и при их изме- нении определение следуют проводить вновь. Долю конкретного моноса- харида находят отнесением площади всех пиков данного моносахарида к общей площади всех пиков. Количественное определение массы индивидуальных моносахари- дов производят с использованием внутреннего стандарта (сорбита). Мас- са сорбита, добавляемая в анализируемую смесь, должна обеспечить его концентрацию в растворе, примерно соответствующую концентрации индивидуальных моносахаридов. Расчет ведут по градуировочному гра- фику. График получают, по данным хроматографирования эталонных растворов, содержащих индивидуальный моносахарид и сорбит. Градуи- ровочный график строят в координатах: по оси абсцисс — масса чистого моносахарида в эталонном растворе, по оси ординат — отношение пло- щади характеристического пика этого же моносахарида к площади пика внутреннего стандарта. График имеет линейную форму. Прямую линию проводят с использованием метода наименьших квадратов. Относительная ошибка определений сахаров в гидролизате зави- сит от их массовой доли в анализируемой смеси и составляет 1 − 5%. Об- щее время анализа при серийном проведении определений около 2 ч, не считая времени на получение градуировочных графиков. 141 Ход работы: Анализ гидролизатов методом газожидкостной хроматографии включает подготовку гидролизатов к анализу, синтез ТМС-производных моносахаридов, хроматографическое разделение этих производных и обработку хроматограмм. Подготовка гидролизатов к анализу Гидролизаты, полученные при обработке древесины концентриро- ванной серной кислотой, нейтрализуют карбонатом бария до рН 5 (по универсальной индикаторной бумаге). Раствор отфильтровывают через конусообразную стеклянную воронку с бумажным фильтром от осадка сульфата бария. Гидролизаты, полученные при обработке древесины со- ляной кислотой, нейтрализуют карбонатом, натрия до рН 5. В получен- ных гидролизатах определяют массовую долю редуцирующих веществ (РВ) [10]. При необходимости гидролизат упаривают в вакуум- сушильном шкафу при температуре 40°С. Синтез ТМС-производных моносахаридов В круглодонную колбу вместимостью 50 см 3 вносят пипеткой про- бу нейтрализованного и упаренного гидролизата, содержащего около 20 мг РВ. В случае изолированных сахаров используют пробу (нейтрализат), содержащую 0,02 г углеводов, и выпаривают досуха. Работу выполняют в двух вариантах — с внутренним стандартом (сорбитом) или без него. Раствор сорбита вносят в колбу пипеткой в объеме, соответст- вующем его массе, равной 2 − 5 мг. Колбу присоединяют к ротационному вакуумному испарителю и выпаривают раствор при температуре 40 − 42°С и остаточном давлении 0,5 − 1 кПа. Выпаривание производят досуха (в течение 5 − 10 мин). Для удаления следов воды к упаренной пробе добав- ляют 2 − 3 раза по 1 см 3 спиртотолуольной смеси (4:1), которую также удаляют упариванием. Затем сухой остаток в этой же колбе растворяют в 2 см 3 свежеперегнанного сухого пиридина, добавляют 0,6 см 3 гексаме- тилдисилазана и 0,3 см 3 триметилхлорсилана. Колбу закрывают пробкой, энергично встряхивают 30 с и при комнатной температуре выдерживают реакционную смесь в течение 10 мин. Если анализируемая проба плохо растворяется, колбу нагревают на водяной бане при температуре 75 − 85°С в течение 2 − 3 мин. Затем про- водят упаривание пиридина из реакционной смеси на ротационном испа- рителе при температуре 40°С и остаточном давлении 0,5 − 1 кПа в течение 10 мин. Остаток растворяют в этой же колбе в 2 см 3 н-гексана. В хорошо 142 закрытых колбах ТМС-производные устойчивы в течение нескольких недель. Хроматографическое разделение ТМС-производных Разделение производят с использованием хроматографов. Подго- товка и работа на приборе выполняется в соответствии с инструкцией, прилагаемой к прибору. Температура изотермического режима работы колонки составляет 150°С, расход газа-носителя (азота) — 60 см 3 /мин, продолжительность хроматографического разделения 30 − 40 мин. В качестве жидкой фазы можно использовать метилхлорсили- коновое масло ХС-2-1 (3% массы твердого носителя) или полиэтиленгли- кольсебацинат (10%). Пригодны также и другие жидкие фазы. Обработка данных Записанная на диаграммной ленте хроматограмма включает пики всех содержащихся в пробе гидролизата таутомеров моносахаридов. Проводят идентификацию пиков, пользуясь ранее установленными для данных условий хроматографирования значениями времени удерживания t R таутомерных форм моносахаридов (см. ниже). При первом варианте анализа (с внутренним стандартом) вычис- ляют площади пика стандарта и характеристического пика для каждого моносахарида умножением высоты пика на его ширину, измеренную на половине высоты. Рассчитывают отношение площадей каждого характеристического пика моносахарида к площади пика внутреннего стандарта (S i / S ст ). По этим соотношениям с помощью градуировочного графика находят массу каждого моносахарида в пробе гидролизата. Массовую долю каждого моносахарида в гидролизате, %, рассчи- тывают по формуле: 100 1000 V m c i i ⋅ ⋅ = где m i − масса моносахарида в пробе гидролизата, мг; V − объем пробы гидроли- зата, см 3 По полученным значениям с, для гидролизатов легко- и трудно- гидролизуемых полисахаридов рассчитывают массовые доли соответст- вующих полисахаридов в процентах по отношению к абсолютно сухой древесине [10]. По второму варианту рассчитывают долю каждого моносахарида в процентах от их общей массы по методу нормировки площадей. Вычис- 143 ляют сумму площадей всех пиков S и площади пиков каждого моносаха- рида S M (как сумму площадей пиков его таутомеров). Массовую долю каждого моносахарида, % к их общей массе, рас- считывают по формуле: 100 S S X M M ⋅ = Определение времени удерживания моносахаридов и построение градуировочных графиков По первому варианту анализа (с внутренним стандартом) готовят эталонные растворы определенной концентрации чистых моносахаридов и внутреннего стандарта — сорбита. Для каждого моносахарида готовят пять эталонных растворов концентрацией от 2 до 10 мг/см 3 . Концентра- ция раствора сорбита постоянна — 4 мг/см 3 . Из каждого раствора отби- рают три пробы, синтезируют ТМС-произродные и хроматографируют, как указано выше. На каждой из трех хроматограмм для каждого пика фиксируют значение t R , вычисляют площадь характеристического пика таутомера моносахарида S i и площадь пика сорбита S i . Таким образом, находят S i / S ст для всех пяти эталонных растворов. По средним значени- ям результатов трех параллельных анализов для каждого из пяти эталон- ных растворов строят графики зависимости отношений S i / S ст от массы моносахаридов, пользуясь методом наименьших квадратов. Время удерживания для каждого моносахарида находят по шкале времени хроматограмм. По второму варианту анализа для каждого моносахарида готовят по одному эталонному раствору чистых моносахаридов концентрацией 4 − 6 мг/см 3 , синтезируют ТМС-производные и хроматографируют пробы (три параллельных определения) в условиях, соответствующих методике анализа, и определяют t R Примечания: 1. При подготовке гидролизатов вместо нейтрализации для удале- ния кислоты можно применять аниониты. 2. Объем пробы гидролизата можно уменьшить так, чтобы масса РВ в ней составляла около 10 мг, и анализ проводить в пенициллиновой баночке. 3. Для получения более точных результатов рекомендуется раствор пробы упаренного гидролизата в пиридине выдерживать в течение суток для установления устойчивого равновесия между таутомерными форма- ми моносахаридов. Время выдерживания можно сократить до 2 ч добав- лением к пиридину 0,2% перхлората лития LiClO 4 ⋅ 3Н 2 О. 144 ЛИТЕРАТУРА 1. Баффингтон Р., Уилсон М. Детекторы для газовой хроматографии: Пер с англ./ Под ред. В.Г. Березкина. − М.: Мир, 1993. − 80 с. 2. Высокоэффективная газовая хроматография: Пер. с англ./ Под ред. К. Хайве- ра. − М: Мир, 1993. − 288 с. 3. Высокоэффективная жидкостная хроматография в биохимии / Под ред. И.В. Березина. − М.: Мир, 1988. − 688 с. 4. Гольберт К.А., Вигдергауз М.С. Введение в газовую хроматографию. -М: Химия, 1990. − 352 с. 5. Количественный анализ хроматографическими методами: Пер. с англ./ Под ред. Э. Кэц. − М: Мир, 1990. − 336 с. 6. Король А.Н. Неподвижные фазы в газожидкостной хроматографии. − М: Хи- мия, 1985. − 240 с. 7. Крейчи М., Паюрек Я., Комерс Р. и др. Вычисления и величины в сорбцион- ной колоночной хроматографии: Пер. с чешск. − М: Мир, 1993. − 208 с. 8. Логутов В.И. Детекторы для газовых хроматографов «Цвет-500М». − Дзер- жинск, 1990. − 27 с. 9. Митрука Б.М. Применение газовой хроматографии в микробиологии и меди- цине: Пер. с англ. − М.: Медицина, 1978. − 608 с. 10. Оболенская А.В., Ельницкая З.П., Леонович А.А. Лабораторные работы по химии древесины и целлюлозы. − М.: Экология, 1991. − 320 с. 11. Перри С., Амос Р., Брюер П. Практическое руководство по жидкостной хро- матографии: Пер. с англ. − М: Мир, 1974. − 260 с. 12. Пецев Н., Коцев Н. Справочник по газовой хроматографии: Пер. с болг. − М: Мир, 1987. − 260 с. 13. Приготовление капиллярных колонок для газожидкостной хроматографии: методические указания к выполнению лабораторных работ. − Томск: Изд-во ТПИ им. С.М. Кирова, 1988. − 12 с. 14. Руководство по газовой хроматографии: Пер с нем. / Под ред. А.А. Жуховиц- кого. − М.: Мир, 1989. – 503 с. 15. Столяров Б.В., Савинов И.М., Виттенберг А.Г. Руководство к практическим работам по газовой хроматографии. − Л: Химия, 1988. − 336 с. 16. Тесаржик К., Комарек К. Капиллярные колонки в газовой хроматографии / Пер. с чешск. − М.: Мир, 1987. − 222 с. 17. Холькин Ю.И. Хроматография в химии древесины. − М.: Лесная промышлен- ность, 1976. − 228 с. 18. Хроматографический анализ окружающей среды / Под ред. В.Г. Березкина. − М.: Химия, 1979. − 608 с. 145 ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ПРОГРАММА СПЕЦКУРСА «ГАЗОХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА» Всего − 98 ч Лекции − 22 ч Практические занятия − 24 ч (4 пр. р. по 6 ч) Цели и задачи дисциплины: Целью данного спецкурса является овладение методами газовой хроматографии, как универсальными методами, позволяющими исполь- зовать однотипную аппаратуру для анализа различных веществ и физико- химических исследований. Успешное выполнение практических работ предполагает усвоение теоретического материала по основами газовой хроматографии, ознаком- ление с аппаратурой, приобретение навыков по проведению типовых хроматографических анализов. 1. Введение Физико-химические основы хроматографического процесса. Ос- новные понятия и определения. Изотермы адсорбции. Абсорбция газа. Диффузия в газовой фазе. Сущность и классификация методов хроматографии. Элюаци- онная (проявительная), фронтальная, вытеснительная, электрохромато- графия; молекулярная, ионная, надмолекулярная; адсорбционная, рас- пределительная, ионообменная, осадочная, аффинная, эксклюзионная; газовая и жидкостная хроматографии; аналитическая, неаналитическая, препаративная и промышленная. Подбор оптимальных условий разделения пиков методом ГЖХ. Эффективность колонки. Скорость потока газа-носителя (уравне- ние Ван-Деемтера). Факторы, влияющие на селективность. Выбор темпе- ратуры. Понятие подвижной и неподвижной фаз. Газы (газ-носитель, вспомогательные газы). Неподвижная жидкость, ее природа. Классифи- кация неподвижных жидких фаз (различные подходы к классификации). Методы нанесения НЖФ. Твердые носители. Природа твердого носителя. Модифицирова- ние сорбентов. Размер зерен сорбентов и плотность набивки колонки. Адсорбент. Классификация; модифицированные адсорбенты, спо- собы их приготовления. 146 2. АППАРАТУРНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ Система подготовки газов. Дозирующие устройства. Дозирова- ние газообразных и жидких смесей, парофазное дозирование. Хроматографические колонки (насадочные, микронасадочные, капиллярные). Материал, формы колонки. Установка и соединение коло- нок. Детекторы (интегральный, дифференциальный; потоковый, кон- центрационный; универсальный, селективный, специфический). Крите- рии оценки детекторов (чувствительность, предел детектирования, ли- нейность, инерционность, селективность). Типы детекторов и их характеристики (ДЭЗ, ДИП, ДТИ, ДПФ, ДТП). Сравнительная характеристика газохроматографических детекто- ров. Система термостатирования. Программирование температуры колонок. Регистрация сигналов детекторов (интеграторы, самописцы, ЭВМ). Лабораторные хроматографы серии “Цвет-500”, “3700”, “Кристалл-2000”, “Хьюлетт Паккард-4390А”. Последовательность вклю- чения-выключения хроматографов. 3. ГАЗОХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ 3.1. Качественный анализ Параметры удерживания (первичные, исправленные, относи- тельные). Индекс удерживания Ковача. Подготовка пробы к анализу. Дериватизация. Задачи и основные экспериментальные приемы качественного анализа. Качественный анализ на основе величин удерживания (метод сравнения, метод "метки", по удерживанию идентифицируемых соедине- ний различными неподвижными фазами, с использованием корреляцион- ных зависимостей параметров удерживания со строением молекул и их физико-химическими свойствами). Реакционная газовая хроматография. Хроматоспектральный анализ (сочетание газовой хроматографии с масс- и ИК-спектроскопии). 3.2 Количественный анализ Хроматограмма как источник сведений о количественном составе анализируемой смеси. Выбор и измерение основных количественных параметров хроматографических пиков. Графические способы определе- ния площадей хроматографических пиков. Ручные методы (метод тре- угольника, методы приближенного определения площадей пиков). Опре- деление площадей не полностью разрешенных пиков. Определение пло- 147 щадей асимметричных пиков. Определение площадей узких и зашкален- ных пиков. Автоматические методы определения площадей пиков. Уско- ренные методы обсчета хроматограмм. Методы расчета концентраций анализируемых веществ. Метод абсолютной калибровки (прямое сравнение, метод калибровочной кри- вой, метод внутренней нормализации, метод внутреннего стандарта, ме- тод стандартной добавки. ТЕМЫ ЛЕКЦИЙ 1. Введение. Общая схема газового хроматографа. Основные понятия и определения. Сущность и классификация методов хроматографии. 2. Хроматограмма. Параметры удерживания. 3. Подбор оптимальных условий разделения хроматографических пиков. 4. Подвижные и неподвижные фазы. 5. Твердые носители. Адсорбент. 6. Хроматографические колонки. Система подготовки газов. 7. Дозирующие устройства. Общие сведения о детекторах. ДЭЗ. 8. Детекторы: ДИП, ДТИ, ДПФ. 9. Детектор по теплопроводности (катарометр). 10. Качественный анализ. 11. Количественный анализ. ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ 1. Приготовление набивных колонок (Нанесение неподвижной жид- кой фазы на твердый носитель). 2. Оценка качества набивных колонок. 3. Качественный анализ по параметрам удерживания. 4. Количественный анализ смеси различными методами. 148 ПРИЛОЖЕНИЕ 2 ОБРАЗЕЦ ОФОРМЛЕНИЯ ОТЧЕТА В РАБОЧЕМ ЖУРНАЛЕ __________________________________ (подпись преподавателя о допуске к работе) ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № _____ Тема: Цель работы: Работа начата: Окончена: План работы: 1. Материалы, посуда и оборудование. 2. Этапы проделываемой работы. 3. Рисунки и обозначения. 4. Результаты работы в виде графиков и расчетных таблиц. 5. Техника безопасности. 6. Выводы. Подпись преподавателя: ___________________ 149 ПРИЛОЖЕНИЕ 3 ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ С ГАЗОВЫМИ ПРИБОРАМИ 1. В помещении, где работают одновременно несколько газовых хрома- тографов, обязательно должна быть общеобменная вентиляция. Кроме того, над каждым хроматографом желательно наличие местного отса- сывающего устройства. 2. Баллоны со сжатыми газами (аргон, водород, азот и т.д.) должны располагаться снаружи здания, в железных контейнерах (отдельно каждый баллон), с защитой от солнечных лучей. 3. Газоподводящие линии должны быть изготовлены из трубок из не- ржавеющей стали или медных, диаметром 3 − 4 мм, сваренный в мес- тах соединений. Линии должны быть проверены на герметичность при давлении 10 атм, результаты отражены в виде актов. 4. Кабинеты и лаборатории газовой хроматографии не рекомендуется располагать выше первого- второго этажей. 5. Ни в коем случае нельзя допускать утечки газов из баллонов и линий. При падении давления по манометру следует «обмылить» места воз- можных утечек и немедленно ликвидировать обнаруженную негерме- тичность. 6. В помещениях, где проводятся работы на газовых хроматографах с водородным пламенем, курение и зажигание огня строго воспрещает- ся. Нельзя поджигать спичкой водородное пламя. 7. Работы на газовых хроматографах не производятся в одиночку, так как в случае разрыва газовой линии, особенно водородной, работаю- щему должна быть оказана немедленная помощь. 8. Все контакты, находящиеся под напряжением выше 127 В, должны находиться под надежным электроизолирующем прикрытием. 9. Стеклянные сосуды, в которых могут содержаться взрывоопасные газы и жидкости должны быть обмотаны изоляционной лентой или помещены в чехлы металлической сетки. 10. При приготовлении газообразных стандартных смесей, в состав ко- торых входят горючие вещества, необходимо учитывать возможность образования взрывоопасных смесей с воздухом. 150 11. Баллоны должны иметь соответствующие надписи и быть окрашены снаружи в следующие цвета: а) для кислорода — голубой, надпись черными буквами «КИСЛО- РОД». б) для ацетилена — белый, надпись красными буквами «АЦЕТИ- ЛЕН». в) для водорода — темно-зеленый, надпись красными буквами «ВОДОРОД». г) для азота — черный, надпись желтыми буквами «АЗОТ». д) для воздуха — черный, надпись белыми буквами «СЖАТЫЙ ВОЗДУХ». е) для гелия — темно-красный, надпись белыми буквами «ГЕ- ЛИЙ». ж) для аргона — серый, надпись зелеными буквами «АРГОН». 12. Баллоны должны иметь клеймо со следующими обозначениями: мар- ка завода изготовителя, испытания, год изготовления, дата следующе- го испытания, емкость баллона в литрах, вес баллона, рабочее давле- ние (Р) и пробное гидравлическое (П), клеймо технического инспек- тора, производившего последнее испытание. 13. При невозможности на месте потребления выпустить газ, из-за неис- правности вентилей, баллоны должны быть возвращены на испыта- тельную станцию. 14. Лаборатория должна быть оборудована медицинской аптечкой. 15. В лаборатории должны иметься средства пожаротушения (песок, асбестовой одеяло, огнетушитель и т.д.). 16. Работающие в газохроматографической лаборатории должны знать место нахождения центрального сетевого рубильника и уметь им вос- пользоваться в случае необходимости. 17. Прием пищи в лаборатории строго воспрещается. 151 ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ Адсорбент 46 Вольт-амперная характеристика 72 Время удерживания 12 - исправленное 13 - «мертвое» 13 - относительное 16 Вспомогательный газ 32 ВЭТТ 20 ВЭЭТТ 21 Газ-носитель 31 Детектор 62 - атомно-эмиссионный 92 - быстродействие (инерционность) 69 - гелий-ионизационный 93 - дифференциальный 63 - интегральный 62 - инфракрасный 91 - концентрационный 63 - линейный диапазон 68 - масс-селективный 91 - пламенно-ионизационный 79, 90 - пламенно-фотометрический 84, 91 - постоянной скорости рекомбинации 78 - потоковый 63 - по теплопроводности 86, 90 - редокс-хемилюминисцентный 93 - селективность 69 - термоионный 80, 90 - электронного захвата 73 Дозатор 59 Дроссель 57 Измеритель расхода газа - мыльно-пленочный 58 - реометр 59 - ротаметр 59 Индекс удерживания Ковача 17, 30 Инжектор (испаритель) 60 Качественный анализ - метод добавки 97 - метод сравнения 97 - по графикам удерживания 97 Количественный анализ - метод абсолютной калибровки 112 - Бартлета и Смита 110 - внутреннего стандарта 115 - внутренней нормализации 114 - опускания перпендикуляра 111 - стандартной добавки 116 - триангуляции 106 - расчет зашкаленных пиков 108 - не полностью разделенных пиков 109 - полной площади 108 Колонки - геометрический объем 120 - заполнение 122 - капиллярные 24, 36, 50 - кондиционирование 125 - микронасадочные 50 - насадочные (набивные) 24, 49 Коэффициент абсолютный поправочный 117 - емкости (извлечения) 14 - относительный массовый калибровоч- ный 118 - мольный поправочный 118 - равновесного распределения 26 Метод вытеснительный 8 - проявительный (элюационный) 7 - фронтальный 7 - электрохроматография 8 Метод нанесения НЖФ - в вакууме 41 - в «кипящем слое» (противоточный) 41 - «испарения из чашечки» 38 - на капиллярную колонку 42 - на пористые полимеры 42 - фильтрационный 40 - фронтальный 40 Неподвижная жидкая фаза 6, 33 - МДРТ 34 - полярность 35 - прививка 37 - сшивка 37 Нулевая линия 11 Образование хвоста ПВЭТТ 21 Подвижная фаза 6, Поток вещества 64 Предел обнаружения 67 Расстояние удерживания 12 Регулятор давления 57 - расхода газа (скорости потока) 57 - исправленное 14 Селективность 26 152 - фактор 27 Сигнал фоновый 66 - дрейф 67 - шум 67 Система детектирования 5 - дозирования 4 - инструментальной обработки данных 5 - подготовки газов 4 - обработки сигналов детектора 95 - регистрации 5 - термостатирования 5, 94 Степень разделения 27 Твердые носители 43 - из графитовой сажи 45 - модифицирование 47 - полимерные 45 - силикатные 44 - белый материал 44 - розовый материал 44 Температура удерживания 56 Техника безопасности 149 Ток ионный 71 Толщина пленки Удерживаемый объем 12 - исправленный 14 - приведенный 15 - удельный 15 - - абсолютный 16 - относительный 16 - эффективный (чистый) 15 Уравнение Ван-Деемтера 22 Хроматограмма 11 Хроматограф 4 Хроматографический пик 11 - высота 101 - площадь 101 - размытие 11 - тыл 11 - фронт 11, 104 - «хвост» 104 - ширина 102 Хроматография 3 - аналитическая 9 - аффинная 9 - газовая 3 - жидкостная 9 - ионообменная 9 - капиллярная - неаналитическая 10 - осадочная 9 - препаративная 10 - промышленная 10 - распределительная 8 Число разделения 30 Число теоретических тарелок 20 - эффективных 20 Чувствительность 64 Эффективность 20 |