Лабораторная работа № 2 Приготовление капиллярных колонок для гжх

Цель работы: приготовление капиллярных коронок, определение качества приготовления, селективности НЖФ, оценка пригодности колонки для анализа конкретного объекта.

Учебной целью работы является овладение техникой приготовления необходимых растворов, подготовки поверхности капилляра к нанесению жидкой фазы, ознакомление с необходимым лабораторным оборудованием и методами оценки качества капиллярных колонок, использование теоретических знаний, полученных при изучении физической и органической химии и дисциплин специальности для обоснования выбора фаз и объяснения полученных результатов.

Для капиллярных хроматографических колонок особенности закрепления во внутреннем объеме колонки неподвижной фазы обусловлены свойствами внутренней поверхности капилляра.

Если для металлических и полиамидных капилляров внутренняя поверхность, вследствие ее шероховатости, хорошо смачивается неподвижной жидкой фазой, то для стеклянных, имеющих идеально гладкую внутреннюю поверхность, необходимо придать ей требуемую шероховатость. С этой целью применяют травление внутренней поверхности капилляра различными жидкими и газообразными реагентами или их растворами, нанесение слоя хлорида натрия, карбоната бария, графитированной сажи или диоксида кремния и травление поверхности плазмой.

Далее следует операция дезактивации внутренней поверхности колонки. В случае металлических капилляров она заключается в простой промывке органическими растворителями. В случае стеклянных капилляров необходимо заблокировать адсорбционные центры с повышенной активностью, в качестве которых, с одной стороны, могут выступать содержащиеся в стекле примеси, а с другой, содержащиеся в поверхностном слое стекла оксиды металлов, добавляемые на стадии его получения. Оксиды металлов способны проявлять свойства льюисовых кислот и способствуют адсорбции молекул с неподеленной парой электронов, например аминов и кетонов. Молекулы, содержащие -электроны, например ароматические углеводороды и олефины, также взаимодействуют с льюисовскими кислотами. На этих активных центрах может также происходить и хемосорбия.

Дезактивацию внутренней поверхности стеклянных капилляров можно проводить с помощью поверхностно-активных веществ, образующих полимерные слои, вымыванием катионов металлов растворами минеральных кислот, а также силанизацией.

Ход работы: Сущность метода заключается в смачивании внутренней поверхности капилляра при пропускании через него определенного объема раствора жидкой фазы под действием повышенного давления инертного газа.

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 осуществляется пропусканием определенного количества органических растворителей. Для продавливания растворителей служит специальное устройство. Капиллярная колонка устанавливается с помощью накидной гайки через резиновое уплотнение в патрон для импрегнирования капиллярных колонок 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 0,5-10⁵ Па.

Промывание капилляра растворителями осуществляется в определенной последовательности:

– очитка поверхности от масел проводится промывкой спирто-бензольной смесью (1:1) до тех пор, пока на фильтре, куда собирают капли растворителя после колонки, не перестанут оставаться масляные пятна;

– 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 устанавливает­ся 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 неподвижной жидкой фазы на внутреннюю поверхность капилляра осуществляется или динамическим, или статическим способом при нормальном или повышенном давлении.

При использовании динамического способа от 2 до 15 витков капилляра заполняют прозрачным 220 %-ным раствором неподвижной жидкой фазы в подходящем растворителе и продавливают через колонку со скоростью 12 см/с. При этом на стенке капилляра расплывается пленка раствора, из которой при продувании инертного газа удаляется растворитель и на стенке капилляра остается тонкая пленка неподвижной фазы.

При использовании статического метода весь внутренний объем капилляра заполняется 0.21.0 %-ным раствором неподвижной жидкой фазы в подходящем растворителе. Затем один конец капилляра плотно закрывается, а открытый конец присоединяется к вакуум-насосу. Растворитель постепенно испаряется из раствора, а на стенке капилляра образуется пленка неподвижной жидкой фазы.

Пористый слой адсорбента или твердого носителя неподвижной жидкой фазы на внутренней поверхности капилляра можно создать путем смачивания этой поверхности суспензией адсорбента или носителя в подходящем растворителе с высокой плотностью и вязкостью.

При динамическом смачивании густую суспензию проталкивают по капилляру током инертного газа, при этом вследствие прилипания частиц к стенкам образуется пористый слой.

При статическом смачивании внутренний объем колонки заполняют суспензией, один конец герметизируют и испаряют растворитель.

Нанесение сквалана

Тщательно отфильтрованный 10%-ный раствор сквалана в диэти-ловом эфире наливают в сосуд для импрегнирования, устанавливают давление газа 0,2Т0⁵ Па. Как только появится первая капля раствора на выходе капилляра, давление газа сбрасывают до 0,1-10⁵ Па. После пропускания пробки раствора капилляр продувают гелием в течение суток. Меняют концы капиллярной колонки и при давлении 0,1 ТО⁵ Па продувают еще двое суток, непрерывно.

Нанесение апиезона

Нанесение апиезона проводится в термостате хроматографа при температуре 60°С. Отфильтрованный 5%-ный раствор апиезона в бензоле наливают в сосуд устройства для продавливания раствора через капилляр, помещают в стакан и нагревают термостат до 60°С, затем устанавливают давление газа на входе колонки 0,4-10⁵ Па. Как только появится первая капля раствора на выходе капилляра, давление газа сбрасывают до 0,2-10⁵ Па. После пропускания пробки раствора капилляр продувают 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 тече­ние 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 по­стоянным 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 пре­кращая 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 пламенно-ионозационного детектора. После этого подают газ-носитель и устанавливают заданный расход газа через колонку.

Для проверки правильности установки колонки в нее вводят несорбирующееся соединение, например, метан. По форме пика метана можно судить о правильности установки колонки и функционирования хроматографа. Если пик узкий и симметричный, колонка закреплена правильно, 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.