4. Качественный и количественный анализ в хроматографии
Полученная хроматограмма анализируемой смеси позволяет определить ее качественный и количественный состав. Качественной характеристикой определяемых веществ являются их время удерживания (объемы удерживания) и значения коэффициентов емкости.
Сопоставление площадей или высот хроматографических пиков позволяет выполнять количественные определения. В хроматографии используют три основных метода количественного анализа.
Метод абсолютной калибровки обычно предполагает построение градуировочного графика по стандартным смесям, как и в других физических методах.
В
методе
внутренней нормализации
предполагается, что
пики всех возможных компонентов смеси
зафиксированы на хроматограмме,
и сумма их площадей (S)
равна
100%. Различия в
чувствительности детектора к разным
компонентам учитываются
введением поправочных коэффициентов
(ki).
Расчет
ведут по формуле
14:
где п — число компонентов смеси; S — площадь хроматографического пика; ki — поправочные коэффициенты для каждого i-компонента.
Метод
внутреннего стандарта
предусматривает введение в
анализируемый образец известного
количества эталонного соединения,
хроматографирование полученной смеси
и расчет по формуле
(15):
где Ci — концентрация определяемого вещества; свст — концентрация внутреннего стандарта, введенного в пробу; k — поправочный множитель, который рассчитывают по стандартной смеси эталонного соединения и определяемого вещества по формуле:
г
де
i
относится
к определяемому веществу.
5. Основные узлы приборов для хроматографического анализа
Независимо от сложности устройств современных хроматографов, основными узлами хроматографической установки являются:
1) дозатор – система ввода пробы, предназначенной для точного количественного отбора пробы и ее введение в хроматографическую колонку. Основные требования к дозатору – воспроизводимость размеров проб и обеспечение постоянства условия введения пробы в колонку. В качестве дозаторов газообразных и жидких проб используют специальные шприцы и вводят пробу в хроматограф, прокалывая им эластичные каучуковые мембраны.
2) Хроматографическая колонка, в которой происходит разделение компонентов. Они различаются по формам, размерам, конструкционным материалам. В современных хроматографических установках используют прямые или спиральные колонки длиной от 1-2 метра до нескольких десятков (сотен) метров (капиллярные хроматографические колонки). Внутренний диаметр колонки составляет несколько мм. В зависимости от свойств анализируемой смеси используют колонку из стали, латуни, меди, стекла. Хроматографические колонки заполняют адсорбентом: твердым или жидким. Адсорбент должен отвечать следующим требованиям:
А) Необходимая селективность;
Б) Достаточная механическая прочность;
В) Химическая инертность компонента к анализируемой смеси;
Г) Доступность.
В качестве твердых адсорбентов используются оксиды алюминия, силикагель, активированные угли, пористые полимеры на основе стирола, сшитые дивинилбензолом, а также синтетические цеолиты.
В газовой и в ГЖХ необходима летучесть анализируемых компонентов и колонка термостатируется (анализ проводится при повышенных – до 350°С температурах, чтобы обеспечить летучесть).
3) Детектор предназначен для обнаружения изменении в составе газовой смеси или раствора, прошедшего через хроматографическую колонку. Показания детектора обычно преобразуются в электрический сигнал и передаются записывающему устройству. Основными характеристиками детектора являются:
A) Чувствительность;
Б) Пределы детектирования;
B) Инерционность;
Г) Диапазон линейной зависимости между концентрациями анализируемого вещества и величиной сигнала.
Детекторы подразделяются на дифференциальные, которые отражают мгновенное изменение концентрации и интегральные суммирующие изменения концентрации за определенный период времени. В интегральных детекторах анализируемый газ на выходе из колонки поглощается соответствующим раствором и анализируется либо раствор, либо оставшийся непоглощенный остаток. К группе дифференциальных относятся детекторы по теплопроводности – катарометры, по плотности, электрической проводимости пламенно-ионизационный детектор, детектор электронного захвата.
Катарометр. Принцип их действия основан на измерении сопротивления нагретой платиновой (W2) проволоки, которое зависит от теплопроводности омывающего проволоку газа. Количество теплоты, отводимое от нагретой нити, зависит от состава газа. Чем больше теплопроводность определяемых компонентов смеси будет отличаться от теплопроводности газо-носителя, тем большей чувствительностью будет обладать детектор (или катарометр). Газ-носители – водород, гелий с высокой теплопроводностью.
Принцип действия пламенно-ионизационных детекторов (ПИД) основан на том, что ионный ток между электродами изм-ся при попадании в водородное пламя горелки анализируемых органических веществ и зависит от числа атомов С и природы вещества. Наибольшей чувствительностью обладают ионизационные детекторы, которые позволяют зафиксировать вещества с концентрацией 10-12 г.
Анализ ХОС производится с использованием детекторов электронного захвата (ДЭЗ), уменьшение электропроводимости происходит из-за захвата электронов, испускаемых радиоактивным источником (63Ni), определяемым веществом.
Детекторы выбирают в зависимости от свойств анализируемой системы, агрегатного состояния фаз и других характеристик.
В качестве детекторов в высокочувствительных хроматорграфах используются масс-спектрометры, ИК-спектрометры и другие спектрометры.