Царев Н.И., Царев В.И., Катраков И.Б. 2000 Практическая газовая хроматография. Царев Н.И., Царев В.И., Катраков И.Б. 2000 Практическая газовая. 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 |