5.2.Методы расчета концентраций.

Результат работы - зафиксированная в виде серии пиков хроматограмма. Обработка результатов относится к определению количественных характеристик хроматографического анализа, а именно к расчету реальных значений концентраций исследуемых веществ.

Существует четыре основных метода расчета концентраций: нормализация, внутренняя нормализация, внутренний стандарт и абсолютная градуировка.

Нормализация – метод наиболее простой из всех существующих, основанный на двух допущениях: все компоненты пробы элюируют из колонки и чувствительность детектора ко всем компонентам одинакова.

Концентрация веществ (С_j, % вес) в этом случае прямо пропорциональна площади (S_j) соответствующих хроматографических пиков (рис. 11):

(1)

Внутренняя нормализация – метод предполагающий, что все компоненты смеси элюируют из колонки. Однако, в этом случае при расчете концентраций учитывается чувствительность детектора к каждому из веществ, т. е. предполагается, что все компоненты идентифицированы и определены значения их поправочных коэффициентов. В этом случае концентрация рассчитывается следующим образом:

(2)

где K_j – поправочный коэффициент для j-ой компоненты.

Внутренний стандарт –данный метод подразумевает добавление к анализируемой пробе известного количества вещества сравнения (стандартного вещества), используемого в качестве опорного при вычислении концентрации других веществ. В этом случае значение концентрации определяется по следующей формуле:

(3)

где М_пр. – масса исходной пробы,

М_ст. – масса стандартной пробы.

Абсолютная градуировка – этот метод применяется в основном при определении одного или нескольких компонентов смеси, при этом не все вещества в пробе могут элюировать в процессе разделения.

Концентрацию исследуемого вещества рассчитывают по формуле:

(4)

Параметры, характеризующие количество вещества - высота пика и площадь пика.

Высота пика – это максимальное отклонение сигнала детектора от нулевой линии во время элюирования соответствующего вещества. Для этого требуется идентификация, присущая данному веществу. Определение высоты пика возможно, если отсутствует значительный дрейф нулевой линии, который зависит от давления воздуха и газа-носителя.

Площадь пика – площадь под кривой записи сигнала, которая прямо пропорциональна концентрации вещества при условии, что оно не разлагается, не реагирует с другими веществами и не обладает необратимой адсорбцией.

Площадь пика является интегралом сигнала детектора по времени, тогда как масса вещества является суммой его концентрации по всему объему газа-носителя. Поэтому необходима стабилизация скорости потока и давления подвижной фазы в детекторе

Экспериментальная часть работы

Приборы и реактивы:

Газовый хроматограф «CHROM-5»

Микрошприц на 0,1 мкл

Бензол, х.ч.

Н-пентан, х.ч.

Н-гептан, х.ч.

Проведение анализа:

Приготовить два раствора: 50% раствор н- пентана в бензоле и 50% раствор н-гептана в бензоле.

Для проведения анализа необходимы следующие условия:

• кварцевая капиллярная колонка длиной 30 м с внутренним диаметром 0,20 мм;

• неподвижная жидкая фаза OV-101;

• детектор пламенно-ионизационный, температура детектора 180С, температура испарителя - 90 С;

• газ-носитель – гелий марки В;

• давление на вход в колонку 0,8 атм;

• расход газ-носителя на сбросе 30 мл/мин;

• количество вводимой пробы 0,4 мкл.

Записать хроматограмму бензола, н-пентана и н-гептана.

Записать хроматограмму приготовленных растворов и сравнить ее с хроматограммами, приведенными на рисунках 13,14.

Расчетно-графическая часть работы

В соответствии с полученными данными концентраций рассчитать поправочный коэффициент бензола по отношению к н-пентану (К₁) и

н-гептану (К₂) по формуле:

(5)

Вычислить поправочный коэффициент бензола по отношению к предельным углеводородам по формуле:

(6)

Результаты исследования занести в таблицу:

№анализа	С эталона	S пика	S пика в пробе	ПДК анализируемого вещества

Рис.12. Хроматограмма н-пентана

Рис.13. Хроматограмма 50% р-ра пентана в бензоле

Рис.14. Хроматограмма 50% р-ра гептана в бензоле

Анализ результатов лабораторной работы

• Идентифицировать углеводородный состав раствора.

• Определить поправочный коэффициент бензола по отношению к пентану и гептану.

• Сделайте вывод о составе углеводородной смеси.

Контрольные вопросы:

1. Как газовая хроматография позволяет дать оценку состоянию окружающей среды?

1. Перечислите основные конструктивные узлы (блоки) газовых хроматографов.

2. Охарактеризуйте типы газохроматографических колонок.

3. Какие факторы оказывают влияние на эффективность разделения веществ в газохроматографической колонке?

4. Что такое детектор, каков принцип его работы?

5. Какие меры безопасности необходимо соблюдать при работе на газовом хроматографе?

6. Расскажите об устройстве и принципе работы генератора водорода.

7. Какие физико-химические процессы лежат в основе получения водорода, необходимого для проведения газохроматографического анализа?

8. Какие меры безопасности следует соблюдать?

9. Как проводится подготовка пробы к анализу?

10. Какие существуют методы расчета концентрации определяемого вещества?

Литература

1. Агапов, В. И. Основы газовой хроматографии в почвоведении [Текст] / В. И. Агапов ; – М. : Изд-во МГУ, 1990. – 68 с.

2. Ермошкина, А. Е. Количественная газовая хроматография для лабораторных анализов и промышленного контроля [Текст] / А.Е. Ермошкина; под ред. О.Г. Ларионова. – М. : Мир, 1991. – Ч. 1. – 580 с.

3. Ермошкина, А. Е. Количественная газовая хроматография для лабораторных анализов и промышленного контроля [Текст] / А.Е. Ермошкина; под ред. О.Г. Ларионова. – М. : Мир, 1991. – Ч. 2. – 375 с.

4. Березкина, В. Г. Хроматографический анализ окружающей среды [Текст] / В. Г. Березкина. – М. : Химия, 1979. - 608 с. : ил.

5. Сопроводительная техническая документация «Газовый хроматограф «Хром – 5» , 1992, - 30 с.

6. Краткая инструкция по эксплуатации генератора водорода

(система газоснабжения типа СГС-2), 1992. – 35 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1.

Таблица для пересчета в и наоборот

Плотность или		Поправка, которую нужно вычесть при пересчете на прибавить при пересчете на	Плотность или		Поправка, которую нужно вычесть при пересчете на прибавить при пересчете на
0,700	- 0,710	0,0051	0,830	- 0,840	0,0044
0,710	- 0,720	0,0050	0,840	- 0,850	0,0043
0,720	- 0,730	0,0050	0,850	- 0,860	0,0042
0,730	- 0,740	0,0049	0,860	- 0,870	0,0042
0,740	- 0,750	0,0049	0,870	- 0,880	0,0041
0,750	- 0,760	0,0048	0,880	- 0,890	0,0041
0,760	- 0,770	0,0048	0,890	- 0,900	0,0040
0,770	- 0,780	0,0047	0,900	- 0,910	0,0040
0,780	- 0,790	0,0046	0,910	- 0,920	0,0039
0,790	- 0,800	0,0046	0,920	- 0,930	0,0038
0,800	- 0,810	0,0045	0,930	- 0,940	0,0038
0,810	- 0,820	0,0045	0,940	- 0,950	0,0037
0,820	- 0,830	0,0044

ПРИЛОЖЕНИЕ 2.

Средняя температурная поправка (а) для подсчета плотности

жидких нефтепродуктов к формуле Д.И.Менделеева

	а		а
0,7000-0,7099	0,000897	0,8500-0,8599	0,000699
0,7100-0,7199	0,000884	0,8600-0,8699	0,000686
0,7200-0,7299	0,000870	0,8700-0,8799	0,000673
0,7300-0,7399	0,000857	0,8800-0,8899	0,000660
0,7400-0,7499	0,000844	0,8900-0,8999	0,000647
0,7500-0,7599	0,000831	0,9000-0,9099	0,000633
0,7600-0,7699	0,000818	0,9100-0,9199	0,000620
0,7700-0,7799	0,000805	0,9200-0,9299	0,000607
0,7800-0,7899	0,000792	0,9300-0,9399	0,000594
0,7900-0,7999	0,000778	0,9400-0,9499	0,000581
0,8000-0,8099	0,000765	0,9500-0,9599	0,000567
0,8100-0,8199	0,000752	0,9600-0,9699	0,000554
0,8200-0,8299	0,000738	0,9700-0,9799	0,000541
0,8300-0,8399	0,000725	0,9800-0,9899	0,000522
0,8400-0,8499	0,000712	0,9900-1,0000	0,000515

ПРИЛОЖЕНИЕ 3.

Номограмма Г.В. Виноградова для приведения плотности испытуемого нефтепро­дукта к нормальной температуре

Методика работы с номограммой:

Определить по известной

• отыскать на шкале точку, соответствующую плотности при температуре 20 ⁰С;

• на шкале температур – точку, соответствующую температуре, при которой необходимо определить относительную плотность;

• соединить эти точки прямой линией;

• точка пересечения проведенной прямой со шкалой - значение относительной плотности нефтепродукта при температуре t.

Определить по известной

• отыскать на шкале точку, соответствующую плотности при температуре t;

• на шкале температур – точку, соответствующую температуре (t), при которой известна плотность;

• соединить эти точки прямой;

• Продлить построенную прямую до пересечения её с осью

• точка пересечения - значение относительной плотности нефтепродукта при температуре 20⁰С.

ПРИЛОЖЕНИЕ 4.

Номограмма для определения зависимости плотности нефтепродуктов от температуры