Лабораторная работа №3 Оценка эффективности хроматографической колонки

Цель работы: Ознакомиться с принципом работы газо-жидкостного хроматографа, провести разделение смеси неизвестного состава, определить основные харатеристики удерживания компонентов и оценить эффективность хроматографической колонки

Результатом хроматографического разделения исследуемой пробы является хроматограмма.

Идеализированная внешняя хроматограмма представлена на рис. 1.4.

Н а внешней хроматограмме по оси абсцисс отложено время хроматографирования (можно отложить объем элюата), по оси ординат – аналитический сигнал детектора хроматографа, зависящий от содержания вещества в элюате и чувствительности детектора к компонентам анализируемого вещества.

На дифференциальной хроматограмме различают следующие составные части: 1 –точка ввода пробы; 2 – нулевая линия, участок хроматограммы, полученной при регистрации сигнала дифференциального детектора во время выхода из колонки чистой подвижной фазы; 5 – пик несорбирующегося компонента. Пик - участок хроматограммы, полученной при регистрации сигнала детектора во время регистрации одного из компонентов (или смеси нескольких неразделенных компонентов) ограничивается фронтом (3), соответствующим возрастанию концентрации компонента до максимальной, и тылом (4), отвечающим убыванию концентрации компонента в подвижной фазе.

Расширение полосы компонента по мере хроматографического разделения, ведущее к получению широкого хроматографического пика, называют размытием пика. Размытие может быть симметричным и асимметричным. В последнем случае образуется пик либо с размытым фронтом, либо с размытым тылом.

К числу первичных параметров удерживания относятся: время удерживания, объем удерживания и соответствующий им отрезок на хроматограмме расстояние удерживания.

Время от момента ввода анализируемой пробы до регистрации, максимума пика называют временем удерживания (элюирования) t_R данного компонента. Время удерживания каждого компонента складывается из двух составляющих – времени пребывания в подвижной фазе t_m и неподвижной фазе t_R':

_’ (1.2)

Значение t_m фактически равно времени прохождения через колонку несорбируемого компонента (газа-носителя в газовой хроматографии, элюата в жидкостной.)

Время удерживания t_R не зависит от количества пробы, но зависит от природы вещества и сорбента, упаковки сорбента, скорости подачи подвижной фазы и может меняться от колонки к колонке. Поэтому истинную способность данного вещества удерживаться в хроматографической колонке характеризуют исправленным временем удерживания t_R':

. (1.3)

Для характеристики удерживания часто применяется понятие удерживаемого объема V_R – объем подвижной фазы, который нужно пропустить через колонку с определенной скоростью, чтобы элюировать вещество:

, (1.4)

где F – объемная скорость потока подвижной фазы, см³/с.

Объем для вымывания несорбируемого компонента выражается через t_m:

(1.5)

Соответственно исправленный удерживаемый объем равен:

(1.6)

При постоянных условиях хроматографирования (скорость потока элюента, давление газа носителя, температура, состав фаз) значения t_R и V_R строго воспроизводимы и используются для идентификации веществ.

Если длину слоя сорбента в колонке (длину колонки) L, на которой осуществляется разделение смеси веществ и расположено некоторое число n теоретических тарелок, необходимое для разделения анализируемой смеси веществ, разделить на это число n, то получается величина Н, называемая высотой, эквивалентной одной теоретической тарелке (ВЭТТ):

(1.7)

Высота эквивалентной теоретической тарелки представляет собой толщину слоя сорбента, необходимую для установления равновесного распределения вещества между подвижной и неподвижной фазами. Таким образом, число теоретических тарелок n и высота эквивалентной теоретической тарелки Н являются величинами, характеризующими эффективность хроматографической колонки. Высота эквивалентной теоретической тарелки выражают в единицах длины, как правило в миллиметрах.

Так как  = 4 мм, экспериментально Н можно определить как дисперсию, приходящуюся на единицу длины колонки L, мм, непосредственно из хроматограммы, используя полученное на хроматограмме значение ширины пика  у его основания для нахождения величины :

(1.8)

Так как , то . Приняв время удерживания t_R эквивалентом длины колонки, можно установить, что число теоретических тарелок n равно:

(1.9)

Если ширина пика измерена на середине его высоты, то _1/2 = 2,35  и

(1.10)

Хроматографическая колонка считается высокоэффективной, когда размывание полос небольшое, пики узкие, высота Н составляет 0,31 мм. В идеальном случае величина Н приближается к диаметру d_p зерна сорбента. При уменьшении значения Н максимумы на хроматограмме становятся более острыми.

Теория теоретических тарелок позволяет сравнить эффективность различных колонок, оценить качество сорбента и заполнения колонки. Но эта теория не позволяет выявить зависимость эффективности работы хроматографической колонки от скорости подачи подвижной фазы, природы и дисперсности сорбента, не может дать практических рекомендаций, позволяющих минимизировать размывание хроматографических пиков.

Материалы, посуда, оборудование:

Хроматограф «Цвет-800», газ носитель –азот 200 мл/мин, кварцевая капиллярная колонка l=60 м, d=0,25 мм, неподвижная фаза – метилполисилоксан, детектор – пламенно-ионизационный, T_{испарителя}=250 ⁰C, T_{колонки}=80 ⁰C.

Ход работы: В соответствии с инструкцией включают хроматограф и выводят его на рабочий режим. С использованием микрошприца вводят в испаритель 0,5 мкл анализируемой смеси. На основании полученной хроматограммы рассчитывают параметры удерживания анализируемых компонентов. Определяют ширину пиков и рассчитывают характеристики эффективности работы колонки, полученные результаты заносят в Таблицу 1.1.

Таблица 1.1.

Основные характеристики хроматографических пиков и колонки

№ пика	tm	tR	tR'	ω	σ	H	Hср	n	nср