Примерный список вопросов к коллоквиуму

1. Дать определение хроматографии. Классификация хроматографических методов.

Хроматография – это физико-химический метод разделения и определения веществ, основанный на многократном повторении актов распределения компонентов между двумя фазами – подвижной и неподвижной.

НФ – твердое вещество (сорбент) или пленка жидкости, нанесенная на инертный твердый носитель

ПФ – жидкость или газ, протекающий через НФ

Преимущества:

+ одновременное разделение и анализ веществ

+ высокая эффективность разделения за счет многократности процессов

+ экономия

+ можно проводить анализ препаративно – позволяет выделить конкретное вещество для его дальнейшего использования

По агрегатному состоянию фаз хроматографию разделяют на газовую и жидкостную.

По механизму взаимодействия сорбента и сорбата:

• адсорбционная основана на различии в адсорбируемости веществ твердым сорбентом;

• распределительная основана на различной растворимости разделяемых веществ в неподвижной фазе (газожидкостная хроматография) или на подвижной и неподвижной фазах (жидкостная хроматография);

• ионообменная хроматография – на разной способности веществ к ионному обмену

• активная – на поверхности сорбента присутсвуют селективные сорбенты

• гель-проникающая – основана на различной сорбции веществ разного размера внутрь пор сорбента

По технике выполнения выделяют: колоночную хроматографию и плоскостную хроматографию

По способу относительного перемещения фаз подразделяет хроматографию на три вида:

1) фронтальный

Через колонку непрерывно пропускается анализируемая смесь

2) проявительный

Через колонку непрерывно пропускается АС, далее добавляется компонент - проявитель

3) вытеснительный

Вводится АС компонентов, а затем колонка промывается более сорбирующим компонентом – вытеснителем, т.е. происходит последовательное вытеснение компонентов смеси

2. Пояснить сущность хроматографического анализа?

Метод позволяет разделять многокомпонентную смесь, идентифицировать компоненты и определять ее количественный состав.

3. Для решения каких задач может быть использована жидкостная хроматография в исследовании нефтепродуктов?

• качественный анализ состава сложных многокомпонентных смесей

• количественный анализ состава сложных многокомпонентных смесей

• разделение смесей нефтяных фракций на компоненты или индивидуальные вещества

• определение группового углеводородного состава нефтепродуктов с количественной оценкой содержания основных классов веществ и групп полярных соединений;

• препаративное разделение нефтепродуктов на классы или узкие фракции с последующим детальным изучением выделенных групп.

4. Что лежит в основе адсорбционного разделения?

Адсорбционная хроматография основана на различии в адсорбционных свойствах компонентов разделяемой смеси. Взаимодействие разделяемых компонентов с сорбентом должно быть относительно слабым для обеспечения обратимости сорбции и более высокой скорости продвижения компонентов по слою адсорбента.

Влияние адсорбента на эффективность разделения определяется поверхностными свойствами, пористой структурной и размером частиц.

5. На какие виды подразделяют хроматографию в зависимости от агрегатного состояния фаз?

По агрегатному состоянию фаз хроматографию разделяют на газовую и жидкостную.

6. Как классифицируют методы хроматографии по способу перемещения фаз, поясните сущность каждого способа?

По способу относительного перемещения фаз подразделяет хроматографию на три вида:

1) Фронтальный

Ч ерез колонку непрерывно пропускается анализируемая смесь. Через некоторое время наименее сорбируемый компонент выходит из колонки раньше всех. В порядке сорбируемости последовательно располагаются зоны смесей компонентов.

Не позволяет получить чистые вещества, т.к. не дает полного разделения.

Проста в выполнении.

2) Проявительный

Колонку промывают растворителем (элюентом), который имеет минимальную сорбируемость, чем у любого соединения в смеси. Затем в колонку вводят АС и продолжают пропускать элюент.

Разделяемые вещества перемещаются вдоль колонки с разными скоростями в соответствии с их сорбируемостью.

Н а выходе из колонки появляются дискретные зоны отдельных компонентов в смеси с растворителем, разделенные зонами чистого растворителя. выходная кривая получается в виде рядов пиков, число которых соответствует числу разделяемых компонентов.

+ Достигается практически полное разделение.

- необходимо разбавление

3) Вытеснительный

после введения пробы исследуемой смеси колонку промывают растворителем или газом-носителем, к которым добавляют раствор вещества (вытеснитель), обладающее большей сорбируемостью. чем любое из компонентов смеси.

По мере продвижения по колонке элюент вытесняет вещество С, которое в свою очередь вытесняет вещество В и т.д – разделяемые вещества на колонке и в элюате располагаются последовательно друг за другом

Каждый из компонентов выделяется в чистом виде, но не количественно, тк зоны компонентов не разделены чистым сорбентом.

+ компоненты не разбавляются – концентрация их мало меняется

- образуются смешанные зоны

7. Принцип действия смешанных растворителей в жидкостной хроматографии механизм разделения при градиентном элюировании.

Адсорбционная способность соединений нефтепродуктов на полярных адсорбентах различается на несколько порядков, поэтому невозможно подобрать один растворитель.

Механизм разделения при градиентном элюировании заключается в создании градиента концентрации сильного компонента в элюенте во время хроматографического разделения. 

Процесс происходит так: в начале разделения используют слабый элюент. Затем концентрацию в элюенте компонента с большой элюирующей силой начинают плавно повышать. К концу разделения она достигает максимального значения, достаточного, чтобы быстро вымыть из колонки наиболее прочно удерживаемые вещества. 

В результате: каждый из компонентов смеси хроматографируется при наиболее оптимальном составе элюента, и достигается их полное и качественное разделение за меньшее время.

Кроме того, при использовании градиента увеличивается максимальное количество пиков, способных разместиться на хроматограмме, что важно при разделении сложных многокомпонентных смесей. 

8. Пояснить различия между фронтальной, проявительной и вытеснительной хроматографией.

Различия между фронтальной, проявительной и вытеснительной хроматографией заключаются в способе перемещения разделяемой смеси вдоль слоя сорбента. 

Фронтальная хроматография заключается в том, что анализируемую смесь веществ непрерывно пропускают через слой сорбента. По мере заполнения колонки веществами они начинают выходить в порядке увеличения их сорбционной способности. В чистом виде можно выделить лишь часть наименее сорбирующегося компонента, который движется вдоль слоя сорбента впереди остальных.

Проявительная (элюентная) хроматография отличается тем, что позволяет полностью разделить многокомпонентную смесь. Через слой сорбента непрерывно проходит поток элюента и периодически в слой сорбента вводится разделяемая смесь веществ. Через определённое время происходит деление исходной смеси на чистые вещества, располагающиеся отдельными зонами на сорбенте, между которыми находятся зоны элюента.

Вытеснительная хроматография заключается в том, что в поток подвижной фазы вводят смесь веществ, а затем начинают непрерывно пропускать поток вещества-вытеснителя, которое сорбируется сильнее всех остальных веществ. По мере того, как вытеснитель продвигается по колонке, он постепенно вытесняет из неё (десорбирует) сорбированные компоненты смеси в порядке увеличения их сорбционной способности. Каждый из компонентов выделяется в чистом виде, но не количественно, так как зоны компонентов не разделены промежутками чистого сорбента.

9. Как называется процесс поглощения газов, паров или жидкостей поглотителями (сорбентами)?

Абсорбция или адсорбция — так называется процесс поглощения газов, паров или жидкостей поглотителями (сорбентами).

Абсорбция — поглощение газов или паров из газовых или парогазовых смесей жидкими поглотителями (абсорбентами). 

Адсорбция — поглощение газов (паров) или жидкостей поверхностью твёрдых тел (адсорбентами). 

Компоненты АС перемещаются по колонке с потоком ПФ.

По мере движения молекулы компонентов испытывают многократные акты сорбции-десорбции на неподвижной фазе колонки. Время акта «сорбции-десорбции» зависит от энергии взаимодействия между молекулами компонента и неподвижной фазой.

Чем больше актов сорбции-десорбции совершит молекула, тем больший путь она пройдет за одно и то же время.

Компоненты смеси, различающиеся по энергии взаимодействия с НП имеют различные времена τ

10. Дать определение понятиям адсорбент и абсорбент, в чем их отличие?

Адсорбент — это вещество, которое обладает способностью адсорбировать, то есть поглощать, всасывать другое вещество из раствора или из газа только своей поверхностью. Обычно адсорбенты — твёрдые вещества (гранулы, таблетки, пеллеты или крошка). 

Абсорбенты реагируют и впитывают другие соединения с помощью использования всей своей массы.

11. Адсорбенты в жидкостной хроматографии, конкурентная адсорбция.

Требования к твердой НФ:

1. иметь различную адсорбционную активность к анализируемым веществам

2. обладать химической и каталитической инертностью

3. обладать высокой механической прочностью

4. иметь изотерму адсорбции, близкую к линейной в широком интервале концентраций для всех анализируемых веществ

Полярные адсорбенты: силикагель, оксид алюминия

Неполярные адсорбенты: активированные угли, графитированные сажи.

Цеолиты: молекулярные сита

Пористые стекла и полимеры

Влияние адсорбента на эффективность разделения определяется поверхностными свойствами, размером частиц, пористой структурой.

«Конкурентная адсорбция», также известна как соадсорбция — адсорбция на адсорбенте двух или более компонентов, каждый из которых влияет на адсорбируемость другого.

12. Что такое подвижная и неподвижная фазы в жидкостной хроматографии?

Подвижная фаза представляет собой поток жидкости или газа, проходящий через неподвижную фазу и переносящий вещество.

Неподвижная фаза - как твердое вещество или несмешивающаяся с ПФ жидкость, на которых происходит удерживание и разделение компонентов АС

13. Как называется процесс перемещения образца с элюентом?

Элюированием.

Элюент – ПФ в жидкостной хроматографии

14. Как называется растворенное вещество, покидающее жидкую фазу?

Элюат.

15. Дать определение высокоэффективной жидкостной хроматографии.

Высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ) — это метод аналитической химии, используемый для разделения, идентификации и количественного определения каждого компонента в смеси.

Она основана на пропускании жидкого растворителя под высоким давлением, содержащего смесь образцов, через колонку, заполненную твердым адсорбирующим материалом.

Каждый компонент в образце немного по-разному взаимодействует с адсорбентом, что приводит к разной скорости потока для различных компонентов и к разделению компонентов по мере их выхода из колонки.

+ Современные колонки имеют десятки тысяч теоретических тарелок, что позволяет разделять сложнейшие смеси

+ скорость анализа

+ высокая чувствительность и точность за счет детекторов (УФ, масс-спектрометрические, флурометрические)

+ автоматизация

+ проба не разрушается

- стоимость

- чувствительность к загрязнениям

- утилизация растворителей

16. Что вносит вклад в элюирующую силу элюента?

Элюирующая сила – способность элюента (ПФ) ускорять движение компонентов по колонке, т.е. уменьшать их удерживание на НФ. чем выше ЭС, тем быстрее вещества вымываются из колонки.

Основной вклад в ЭС растворителя вносят:

• Когда преобладают взаимодействия ПФ и образца в растворе, ЭС увеличивается с увеличением растворимости образца;

• Если преобладает взаимодействие ПФ и образца в адсорбированной фазе, сила ПФ с увеличением растворимости уменьшается.

• поскольку молекулы ПФ образца конкурируют за место на поверхности адсорбента, то чем сильнее адсорбируется ПФ, тем больше его ЭС.

17. Как классифицируют жидкостно-адсорбционную хроматографию по способу оформления процесса?

• Жидкостная колоночная хроматография (КЖХ): процесс разделения происходит в стеклянной колонке, заполненной сорбентом при введении анализируемой пробы и пропускания ПФ (элюента).

• Планарная хроматография (тонкослойная хроматография): процесс разделения происходит в слое тонкодисперсного сорбента, нанесённого на стеклянную или металлическую пластинку.

18. Параметры удерживания в жидкостной хроматографии

• Коэффициент распределения – отношение количества вещества в ПФ к количеству вещества в НФ;

• Время удерживания – время с момента ввода пробы до появления пика АС

Зависит от:

1. Тип колонки, длина, внутренний диаметр

2. Состав НФ

3. Скорость ПФ

4. Температура термостатирования колонок

5. Величина перепада давления в колонке

• Исправленное время удерживания – время с момента пика несорбирующегося вещества до появления пика АС

• Фактор удерживания (коэффициент емкости) – отношение времени удерживания к мертвому времени (время появления пика несорб вещества)

• Удерживаемый объём – объем ПФ, которую нужно пропустить через колонку, чтобы элюировать вещество.

19. Пояснить суть теории теоретических тарелок

Теоретическая тарелка (ТТ) – гипотетическая зона, высота которой соответствует достижению равновесного состояния между двумя фазами.

Хроматографируемое вещество проходит через слой сорбента порциями, распределяясь между подвижной и неподвижной фазами на отдельных элементарных участках слоя - так называемых «тарелках». Через каждую такую тарелку вещество проходит периодическими толчками.

Чем большее число раз устанавливается равновесия, тем эффективнее колонка.

20. Пояснить сущность диффузионной теории в хроматографии

Согласно этой теории, причина размывания хроматографических полос обусловлена диффузией в газе и порах сорбента, а также массообменом между газом и неподвижной фазой.

А – учитывает вклад вихревой диффузии, т.е. неоднородность потока ПФ

В – учитывает вклад молекулярной диффузии: Связана с тепловым движением молекул и неравенством путей движения индивидуальных молекул через колонку.

С – учитывает вклад массообмена: Связано с трудностями перехода молекул сорбата из газа в неподвижную фазу, с различными временами пребывания отдельных молекул в неподвижной фазе.

Согласно этой теории, увеличение диффузии ведёт к увеличению высоты эквивалентной теоретической тарелки, а скорость газоносителя, наоборот, является фактором противодействующим размыванию.

21. Понятие эффективности и селективности в хроматографии

Под селективностью понимают

- избирательность, способность к специфическим взаимодействиям ПФ и НФ с молекулами сорбата

- способность взаимодействия фаз с сорбентом, приводящие к разной скорости перемещения концентрационных зон компонентов

Зависит от: + природы АС, ПФ, НФ + температуры и давления

Не зависит от: - скорость потока

С ростом Т возрастает доля веществ в ГФ, а время их удерживания в НФ уменьшается --- более низкие Т – селективность лучше, время анализа больше, может измениться порядок выхода компонентов.

Чем выше давление насыщенного пара компонента, тем большая его часть находится в ГФ

Эффективность – это способность системы минимизировать размывание зон разделяемых веществ.

22. Дать определение ВЭТТ, какие факторы влияют на ВЭТТ в жидкостной хроматографии?

ВЭТТ – высота, эквивалентная теоретической тарелке – высота доля сорбента, при прохождении которой акт сорбции-десорбции совершается один раз.

На неё влияют природа сорбента, качество сорбента, способ заполнения колонки и условия хроматографирования.

23. На каком сорбенте более четко разделяются ароматические УВ по степени цикличности?

На оксиде алюминия или на двойном сорбенте (силикагель+оксид аллюминия).

На двойном сорбенте происходит двойной отбор: на одном сорбенте разделяются вещества по одному признаку, а на другом – по-другому.

24. Как влияет размер частиц неподвижной фазы на эффективность разделения в жидкостно-адсорбционной хроматографии?

Чем меньше размер частиц, тем выше эффективность разделения.

25. Какие сорбенты используют в жидкостно-адсорбционной хроматографии нефтепродуктов, типы взаимодействий?

Для нефтепродуктов используют полярные адсорбенты - силикагель и оксид алюминия.

Силикагель:

Наличие на поверхности силикагеля групп –Si-OH, способных к образованию водородных связей с молекулами сорбатов (преимущественно сорбируются ненасыщенные ув).

Силикагель проявляет высокую селективность к полярным соединениям. Олефиновые и ароматические УВ локализуются на реактивных гидроксильных группах.

Водородная связь возникает между молекулами, одна из которых содержит атом водорода, присоединенный к электроотрицательному атому, а другая имеет атом с не поделённой парой электронов.

Оксид алюминия:

Способен образовывать водородные связи; протонноакцепторные свойства у него выражены сильнее. Безводный оксид алюминия селективно удерживает непредельные и ароматические углеводороды.

26. Способы подготовки и активации силикагеля и оксида алюминия?

Силикагель прокаливание при 180 с 6 часов

Оксид алюминия прокаливание при 150-200 до постоянной массы (3-4 часа) Для повышения линейной емкости осуществляют подавление сильных адсорбционных центров путем дезактивации адсорбента, например, водой в строго определенном количестве

27. Как изменяется активность силикагеля и оксида алюминия при увеличении температуры?

Силикагель:

1. при нагревании от 150-200 адсорбент становится активным за счет центров Si-OH

2. при нагревании от 200-400 адсорбент теряет свою активность: отщепляется вода и образовываются связи Si-O-Si

3. при нагревании свыше 400 адсорбент дезактивируется – адсорбционная площадь необратимо уменьшается

Оксид алюминия:

1. при нагревании происходит удаление воды, образовываются активные связи Al-O-Al

2. но при нагревании свыше 1000 градусов адсорбент переходит в неактивную форму

28. Поясните понятие линейной емкости.

Линейная емкость – максимальное количество пробы, которое может быть разделено на 1 г адсорбента при сохранении параметров удерживания (коэффициент распределения, коэффициент емкости, удерживаемый объем) в пределах 90 % от их значений для очень малых размеров проб, соответствующих линейной изотерме адсорбции.

29. Что такое элюатропный ряд?

Элюотропный ряд – это экспериментально установленная последовательность растворителей, расположенных в соответствии с увеличивающейся элюирующей силой. Такие ряды получают для одного и того же адсорбента и материала пробы, определяя зависимость времени удерживания от растворителя.

30. Как меняется элюирующая сила растворителя с увеличением его адсорбируемости в неподвижной фазе

Увеличивается.

31. За счет чего уменьшается время удерживания при использовании более полярного элюента?

За счет увеличения адсорбции подвижной фазы на поверхности адсорбента

32. Какие растворители используют для элюирования парафино-нафтеновых углеводородов?

Насыщенные углеводороды	Парафиновые и нафтеновые Элюент – легкокипящий парафиновый УВ (н-пентан, н-гексан, изооктан. легкие фракции прямогонного бензина) Адсорбент – силикагель или оксид алюминия Асфальтены и нерастворимые соединения в легких парафиновых УВ Элюент – циклогексан Нормальные и изопарафины, нафтены с разным числом циклов Карбамидная депарафинизация
Олефиновые УВ	Получение моноолефинов Вытеснительная хроматография на силикагеле, если Ас имеет температуру кипения ниже 315 Если выше – ВЭЖХ ИЛИ сначала выделяют фракцию с олефинами и насыщенными, п потом определяют комплесообразованием с йодом или повторное разделение на колонке с силикагелем, пропитанным нитратом серебра
Ароматические	Адсорбент – оксид алюминия (или двойной сорбент) Градиентное элюирование
Сернистые	Меркаптаны – повторное разделение на адсорбенте, пропитанном солями ртути

33. Каков порядок десорбции УВ с полярных адсорбентов?

Насыщенные углеводороды< олефины <ароматические углеводороды~ органические галогениды <сульфиды <простые эфиры <сложные эфиры ~ альдегиды ~ кетоны <спирты <амины <сульфоны<сульфоксиды<амиды <карбоновые кислоты

34. Как влияет увеличение растворимости образца на элюирующую силу элюента и время удерживания компонента если преобладает взаимодействие компонентов пробы и элюента в жидкостной хроматографии?

Элюирующая сила увеличивается с увеличением растворимости образца, а время удерживания компонента уменьшается

35. Как влияет увеличение растворимости образца на элюирующую силу элюента и время удерживания компонента если преобладает взаимодействие растворителя и образца в адсорбированной фазе.

Сила растворителя с увеличением растворимости уменьшается, а время удерживания – увеличивается

36. Характеристика насадочных колонок, их влияние на степень разделения и размывания хроматографической зоны.

Насадочные колонки – стеклянные, металлические или фторпластовые трубки, которые заполняют адсорбентом или инертным твердым носителем, нанесенной на него нелетучей жидкостью

Особенности насадочных колонок:

1. обладает большим сопротивлением (не более 5 м)

2. важно равномерное заполнение носителем

3. Чем меньше размер зерна носителя, тем ниже вихревая диффузия (выше ВЭТТ), но повышается сопротивление

4. Возможен проскок ПФ, возрастает вихревая диффузия (понижается ВЭТТ, снижается эффективность)

Колонка 3-4 мм, размер зерен 0,15-0,3мм

Применение: анализ воздуха и легких газовых смесей (кислород, азот, СО2 и др)

37. Качественный анализ углеводородных смесей в хроматографии?

• Определение состава смеси веществ

• Определение химической природы разделяемых компонентов или компонента

• Определение соединения или группы соединений с интересующими признаками

• Определение компонента в смеси

а) Анализ смеси, компоненты которой известны

По величине исправленного времени или объема удерживания:

- хроматографирование эталонного вещества: сопоставляется время удерживания для стандартного вещества и АС – возможно идентифицировать вещество в пробе

- хроматографирование эталона, наличие которого в смеси предполагается

По относительному времени или объему удерживания: рассчитывается относительное время (объем) удерживания (отношение времени удерживания компонента и стандарта) и чем оно выше, тем лучше

По индексам удерживания: безразмерная величина, хар. положение пика вещества на хроматограмме относительно пиков выбранных стандартов

б) Анализ смеси известного происхождения и многокомпонентных проб: по исправленным или относительным величинам удерживания, индексам удерживания, по зависимостям (лог (отн. удерживание / индекс) – число С в молекулах гомологов / обратная абс. температура / индекс удерживания и температура опыта и др)

в) Анализ смеси неизвестного происхождения и сложного состава

* групповая идентификация:

1) селективная фаза: составление хроматограмм с различным соотношением ПФ и НФ дает возможность проследить путь каждого компонента от неполярной к полярной ПФ и идентифицировать соединения

2) селективные детекторы (ионизационные, детектор электронного захвата, термоионный детектор, масс-селективный, спектральный и др)

3) реакционная хроматография (качественные реакции / элементный состав / преврращение / удаление групп)

Во время качественного способа пробу идентифицируют на хроматографе, сравнивая значения с эталонными (которые сохраняются в библиотеке данных). В частности, используется идентификация по времени выхода пика или по логарифмической шкале удерживания.

38. Количественный анализ в жидкостной хроматографии.

• Определение содержания одного, нескольких или всех соединений, присутствующих в пробе

• Определение суммарного содержания группы из нескольких компонентов, объединяемых общим признаком, относительно остальных соединений, присутствующих в смеси (общее содержание ароматических или сернистых соединений).

• Определение содержания малых количеств веществ в смесях или индивидуальных химических соединениях

Зависит от:

• скорость дозирования, условия и объем пробы

• отсутствие ассиметричных зон

• стабильность температурного режима

При проведении количественного расчёта измеряют отклик анализируемого компонента и по имеющейся градировочной зависимости рассчитывают его концентрацию.

а) Метод процентной нормализации (вычисляют отношение отклика пика (площадь или высоту) к сумме откликов всех пиков = вычисляется концентрация. Требования: все компоненты выходят из колонки, детектор чувствителен одинаково ко всем компонентам смеси)

б) метод внутренней нормализации (рассчитываются коэффициенты чувствительности детектора к компонентам смеси и пересчитывают отклик компонента с учетом этих коэффициентов.)

в) метод внешнего стандарта

г) метод внутреннего стандарта

39. Какие факторы влияют на процесс разделения при реализации жидкостно-адсорбционной хроматографии?

• Взаимодействие вещества с адсорбентом

• Взаимодействие вещества с ПФ

• Фактор удерживания

• Фактор селективности

• Эффективность колонки

40. Что показывает фактор удерживания и каким образом определяется?

Определяется отношением приведенного времени удерживания к мертвому времени. Показывает:

• Во сколько раз вещество находится дольше в НФ, чем в ПФ

• Насколько оптимизировано разделение

41. Какое вещество называют неудерживаемым?

Вещество, которое выходит из колонки вместе с растворителем.

42. Какие способы хроматографирования широко используются при разделении нефтяных фракций?

Проявительный (элюентный) способ жидкостной колоночной хроматографии

43. Назовите наиболее распространенные адсорбенты, применяемые в жидкостно-адсорбционной хроматографии нефтепродуктов?

Силикагель и оксид алюминия

44. В чем преимущество выбора силикагеля в качестве адсорбента при разделении нефтяных фракций?

• силикагель проявляет высокую селективность к полярным соединениям;

• наблюдается преимущественная адсорбция ненасыщенных соединений;

• высока селективность разделения насыщенных и ароматических соединений в нефтепродуктах.

45. Какие факторы влияют на разделение в ходе жидкостно-адсорбционной хроматографии?

• тип адсорбента;

• габариты хроматографической колонки;

• состав элюента;

• скорость подачи элюента;

• температура хроматографической колонки.

46. Отличия жидкостной хроматографии от высокоэффективной жидкостной хроматографии.

Колонки для ВЭЖХ характеризуются высоким гидравлическим давлением на входе в колонку (хроматография высокого давления).

47. Способы подбора элюента в жидкостной хроматографии?

• ключевым моментом при подборе растворителя является полярность растворителей: подбор начинают с наименее полярных растворителей (циклогексан, н-пентан, н-гексан). если часть смеси осталась на старте в ТСХ, то следует продолжить подбор (повысить полярность);

• чем прочнее элюент адсорбируется на неподвижной фазе, тем больше его элюирующая сила;

• в ВЭЖХ на силикагеле элюенты формируются на основе неполярных растворителей. Увеличение элюирующей силы достигается за счет увеличения концентрации полярной добавки в элюенте.

48. Каков порядок десорбции в ряду моноолефины и диолефины на силикагеле?

Сначала моноолефины вместе с насыщенными УВ, потом диолефины вместе с моноароматическими УВ.

49. Что такое гибридные структуры нефтяных фракций?

Структуры объединяющие в одной молекуле ароматические, нафтеновые и гетероатомные фрагменты, деление ароматических углеводородов на группы чисто условно, и каждая группа, естественно, содержит смесь соединений различного строения, состав которой изменяется в зависимости от адсорбента и растворителей, используемых для разделения.

50. Какие методы могут быть использованы в комплексе с ЖАХ для более глубокого исследования нефтяных фракций?

• метод градиентного элюирования

• метод двойного адсорбента: происходит двойной отбор: на одном сорбенте разделяются вещества по одному признаку, а на другом – по-другому.

51. Какие методы могут быть использованы для контроля четкости разделения при исследовании нефтяных фракций, поясните их сущность?

• Масс-спектрометрия, основанный на ионизации молекул веществ, разделении образующихся ионов и их регистрации. Если при сканировании масс-спектра в разных точках пика получаются идентичные спектры, это доказывает чистоту фракции. Если спектры различаются — пик содержит несколько неразделенных соединений.

• УФ спектроскопия (детектор): Основан на измерении поглощения ультрафиолетового излучения молекулами, выходящими из хроматографической колонки. Нефтяные фракции, особенно ароматические углеводороды, хорошо поглощают в УФ-области. Резкие, симметричные, узкие пики на хроматограмме указывают на хорошее разделение.

• ИК: Метод, основанный на поглощении инфракрасного излучения и колебаниях химических связей в молекуле. Дает "отпечаток пальца" функциональных групп. Сравнение ИК-спектров пробы, взятой в начале, в максимуме и в конце хроматографического пика (фракции). Если спектры идентичны — фракция чистая. Различия указывают на изменение состава, т.е. на нечеткое разделение.

• показатель преломления: Измеряется изменение показателя преломления элюента по мере выхода из колонки различных компонентов. Когда из колонки начинает выходить разделенное вещество, появляется пик

• Цветные реакции (например, фромалитовая реакция): Могут использоваться для быстрого качественного определения типов соединений (например, ароматических) в пробе, но для точного контроля четкости разделения в современной практике практически не применяются из-за низкой селективности и точности.

• ТСХ: Раствор исследуемой фракции наносят на стартовую линию пластины, покрытой сорбентом (например, силикагелем). Пластину помещают в камеру с элюентом (подвижной фазой). За счет капиллярных сил компоненты движутся с разной скоростью. После развития хроматограммы визуализируют пятна (под УФ-лампой или в парах йода). Если фракция чистая (четко разделена), на пластине наблюдается одно компактное пятно. Наличие нескольких пятен или "хвоста" у пятна указывает на примеси и недостаточное разделение исходным методом.

• метод двойного стандарта получает четко разделить ароматические углеводороды по степени цикличности

52. Как влияет увеличение длины колонки на показатели хроматографирования (эффективность, селективность, удерживание, загрузку колонки)?

• возрастает время удерживания компонентов

• возрастает загрузка колонки

• эффективность

• селективность

53. Пояснить влияние состава подвижной фазы на результаты жидкостной хроматографии.

Роль подвижной фазы (растворителя) в жидкостной хроматографии весьма многообразна. Наряду с чисто транспортной функцией растворитель активно участвует в самом процессе разделения и оказывает существенное влияние на возможности детектирования. Часто незначительное изменение состава подвижной фазы дает возможность оптимизировать процесс, улучшить форму пиков, разрешение отдельных компонентов и даже изменить механизм разделения.

54. Какую информацию можно получить из ИК-спектров в исследовании нефтяных фракций?

ИК спектроскпия, позволяет определить функциональные группы и возможную структуру веществ.

• типы углеводородов (ароматика, алканы, олефины): Каждая химическая связь поглощает ИК-излучение на своей характерной частоте. По положению полос поглощения (волновому числу, см⁻¹) определяют, какие группы присутствуют

• индекс ароматичности, степень разветвленности

• относительное содержание метильных и метиленовых групп

• однородность фракции: сравнение ИК-спектров, снятых с начала, максимума и "хвоста" хроматографического пика. Если спектры идентичны — фракция чистая. 

55. Быть способным пояснить ход и задачи по каждой лабораторной работе.

Блок ГАЗОВАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ

1. Определение состава имитатора природного газа методом газовой хроматографии

Цель: освоить метод газовой хроматографии для разделения имитатора природного газа

Задачи:

1. Изучить ГОСТ 31371.7— 2020

2. Определить состав имитатора природного газа методом газовой хроматографии

3. Сделать вывод о соответствии состава газа составу паспорта

Ход работы:

1. Запуск компьютера, программы «Хроматэк Аналитик», подключение баллонов с газом-носителем

2. Подключить баллон с имитатором природного газа, по состоянию газовой ловушки убедиться, что баллон открыт, настроить низкую скорость потока. Продуть в течение 15 мин для выхода на режим

3. Открыть баллоны с газом-носителем (аргон и гелий)

4. Включить сеть на фильтрах, хроматографе, компрессоре и генераторе водорода

5. Вывести хроматограф на режим

6. Параметры измерения (детекторов, колонок, расход газов, температура термостат, испарителя и др.) установлены

7. провести измерение

Оборудование

• Газовый хроматограф «Хроматэк – Кристалл 5000.2».

• Персональный компьютер с ПО «Хроматэк Аналитик»

• Баллон с имитатором природного газа (ИПГ-14)

• Баллоны с газами-носителями: аргон (Ar) и гелий (He) высокой чистоты.

• Хроматографические колонки (насадочные с цеолитами для неуглеводородных компонентов и капиллярные для углеводородов).

• Детекторы: ДТП 2 шт., ПИД.

2. Стандартный метод определения интервалов температур кипения нефтяных фракций с помощью газовой хроматографии (ASTM D 2887-16A) Цель: Освоить метод определения фракционного состава нефтяных фракций, выкипающих в пределах 55–538 ℃ в соответствии с ASTM D 2887-16A. Ход работы:

   1. Подготовка пробы: приготовить р-р пробы в сероуглероде, заполнить виалу

   2. Подготовка хроматографа: включить компьютер, открыть болон с ПФ, включить хроматограф, открыть соединение «ASTM 2887», выбрать метод анализа, режим дозирующего устройства, выйти на режим

   3. Анализ

   4. Обработка по методу хромтаограммы

   5. выключение

Оборудование

• Хроматограф

• 2 капиллярные колонки (полиметилсилоксан 10м*0,53мм*2,65 мкм и 100м*0,25мм*0,5 мкм)

• ПИД 2 шт.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УГЛЕВОДОРОДНОГО СОСТАВА БЕНЗИНОВОЙ ФРАКЦИИ МЕТОДОМ ГАЗОВОЙ ХРОМАТОГРАФИИ

Цель: освоить метод газовой хроматографии для определения состава бензиновой фракции в соответствии с ГОСТ Р 52714–2007 с использованием аппаратно-программного комплекса «Хроматэк Кристалл»

Ход работы:

1. подготовка оборудования и материалов

2. проведение анализа

• захолаживание микрошприца и АС

• включить хроматографическую систему

• здание режима анализа

• подготовка и ввод пробы

• запись результатов

• ожидаем выход бутана

3. завершение анализа

4. обработка результатов

Оборудование:

• Хроматограф газовый

• ПИД

• капиллярная колонка 50*0.21*0.5 мкм неполярная

• ПФ - гелий

Блок ЖИДКОСТНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ

Цель

Задачи

Ход работы

Оборудование

56. Поясните выбор метода хроматографирования в зависимости от объекта исследования (газы, бензины, средние дистилляты, фракции выкипающие более 350 ºС)

• Для газов идеально подходит газовая хроматография. Для определения всех 8 показателей достаточно одного хроматографа:

  • Компонентный состав, Молярная доля кислорода, Молярная доля диоксида углерода, Массовая концентрация сероводорода , Массовая концентрация меркаптановой серы, Объемная теплота сгорания низшая, Число Воббе высшее, Определение плотности природного газа. 

• Для бензина применяют газовую хроматограмму из-за высокой летучести компонентов

• Определение типов ароматических углеводородов в средних дистиллятах - ВЭЖХ

• Для фракций выкипающих более 350 ºС эффективен метод жидкостно-адсорбционной хроматографии с градиентным вытеснением для определения группового химического состава тяжелых нефтяных остатков с температурой кипения выше 350 °С.

57. Поясните принцип разделения тяжелых нефтяных фракций на установке «Градиент-М» и нефтепродуктов при использовании ВЭЖХ.

Расслоение многокомпонентного растворителя, сопровождается образованием фронтальных зон, каждая из которых способна вытеснять с адсорбента слабые адсорбированные компоненты состава тяжелых нефтепродуктов (фронтальная зона сильно адсорбирующегося растворителя (вытеснителя) выталкивает перед собой все слабее адсорбирующиеся вещества).

5- испаритель; 6- окислительная ячейка; 7- осушительный патрон; 8- катарометр.

58. Поясните принцип работы рефрактометра, ДТП и УФ-детектора.

Рефрактометр — оптический прибор, который измеряет показатель преломления жидкостей, чтобы определить их состав или качество. Принцип работы рефрактометра основан на преломлении света на границе призмы и жидкости. Свет отклоняется под углом, зависящим от концентрации вещества. Рефрактометр измеряет этот угол и преобразует его в показатель преломления, отражающий состав жидкости. 

1. Исследуемый раствор помещают между плоскостями двух призм – осветительной 3 и измерительной 4, изготовленных из стекла с большим показателем преломления, чем измеряемый материал (n = 1.9).

2. От источника 1 пучок света направляется конденсором 2 на входную грань осветительной призмы.

3. Пройдя осветительную призму 3, свет падает на матовую гипотенузную грань АВ данной призмы, граничащую с тонким слоем исследуемой жидкости. Матовая поверхность имеет неровности, размеры которых составляют несколько длин волн.

4. Свет рассеивается на этих неровностях по всей поверхности и, пройдя через тонкий слой раствора, падает на границу раздела “раствор-стекло” под всевозможными углами падения, т.е. угол падения изменяется в пределах от 0 до 90˚ .

Угол преломления зависит от концентрации вещества — чем она выше, тем сильнее отклоняется луч, что и фиксируется шкалой прибора

ДТП – детектор по теплопроводности (катарометр)

В основу работы положен процесс передачи тепла от нагретого чувствительного элемента к более холодному корпусу детектора за счет теплопроводности потока газа-носителя

1. в полость металлического блока ДТП помещена нить накаливания из металла с высоким температурным коэфф сопротивления. В результате прохождения тока она нагревается

2. когда нить омывается чистым газом-носителем, она теряет постоянное количество теплоты, и ее температура остается постоянной.

3. Содержащий примеси газ имеет другие показатели теплопроводности, следовательно, изменяется температура ними

4. Это приводит к изменению сопротивления нити, которое измеряют с помощью моста Винстона. Получают сигнал в виде разности потенциалов, величина которой пропорциональна концентрации анализируемого вещества в газе-носителе

ПИД – пламенно-ионизационный детектор (потоковый)

принцип работы основан на ионизации молекул анализируемых органических соединений в водородном пламени с последующим измерением фонового тока.

1. выходящий из колонки газ-носитель смешивается с водородом и поступает к соплу горелки, куда подается очищенный воздух

2. горение происходит между двумя электродами

3. На электроды подаётся напряжение 90–300 В, под действием которого движение ионов упорядочивается и возникает ионный ток.

4. При внесении из колонки анализируемых органических веществ с газом-носителем число ионов в пламени резко увеличивается, сопротивление пламени падает, и во внешней цепи детектора регистрируется возрастание ионного тока.

УФ-детектор

Принцип работы УФ-детектора (ультрафиолетового детектора) основан на измерении поглощения ультрафиолетового света компонентами смеси.

1. Выбор длины волны: Оптическая система поворачивает решётку или призму в пространстве так, что желаемая длина волны проходит через оптическую систему, затем проточную ячейку и достигает диода.

2. Сигнал после прохождения пучка излучения через кювету, заполненную растворителем, отображается как нулевая линия.

3. Как только через кювету начинает проходить подвижная фаза, где содержится аналит, поглощающий излучение, интенсивность излучения, прошедшего сквозь кювету, уменьшается.

4. Измеряемое при этом значение поглощения возрастает до тех пор, пока не будет достигнута наибольшая концентрация аналита.

5.  Значение поглощения уменьшается по мере выхода аналита из кюветы детектора, пока сигнал не возвращается к нулевой линии.

59. На какие виды подразделяют хроматографию в зависимости от агрегатного состояния фаз?

Газовая и жидкостная.

60. Как классифицируют методы хроматографии по способу перемещения фаз, поясните сущность каждого способа?

По способу относительного перемещения фаз подразделяет хроматографию на три вида: