Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Практикум. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 45 / 105 6 7 8 9 10 > Следующая >>>

лярной массой, летучие комплексные соединения, летучие производные некоторых соединений, получаемые, например, при их силилировании, метелировании и т. п. ГХ неприменима для анализа солей, крупных органических молекул (жиры, белки и т. п.).

Необходимо также подчеркнуть, что для анализа низкомолекулярных газов (H

, N2, CO2, O2, CO, NH3, летучие углеводороды, например,

метан, этан, пропан, бутан и т. п.) ГХ выступает основным, а иногда и единственным возможным способом определения.

В качестве сорбентов в ГХ применяется материалы, характеризующиеся высокой величиной удельной поверхности, например:

неорганические сорбенты, такие как оксид алюминия Al



полимерные смолы;



молекулярные сита (цеолиты, микропористые углеродные мате-



2O3

;

риалы).

Для проведения газового хроматографирования можно использовать набивные и капиллярные колонки. Главным их отличием является число теоретических тарелок. Если для набивных колонок число теоретических тарелок составляет порядка 1000 на 1 метр длины, то капиллярные колонки характеризуются порядком количества теоретических тарелок от нескольких сотен тысяч

до миллиона.

Капиллярные колонки позволяют анализировать малые объемы проб при очень высоких величинах хроматографического разрешения.

Методы газовой хроматографии – одни из самых современных методов многокомпонентного анализа, отличающиеся такими особенностями, как экспрессность, высокая точность, чувствительность, автоматизация.

ГХ используют для анализа нефтяных и рудничных газов, воздуха, продукции основной химической промышленности,

основного и тонкого органического синтеза, в том числе нефти и продуктов ее переработки, металлоорганических соединений и т. д. Газовая хроматография используется в биологии, медицине, в технологии переработки древесины, в лесохимии и пищевой промышленности. Для проведения газохроматографических анализов применяются специальные приборы –

газовые хроматографы (рис. 5).

Газ-носитель в ГХ подается под давлением из баллонов, содержащих газы хроматографической чистоты. Газовые линии, несущие газ, подсоединяются к термостату, в который помещается колонка. Термостат является важной частью ГХ и ВЭЖХ. Так как газовые колонки большой длины, их принято скручивать для помещения в термостаты

небольших размеров. Газовый хроматограф укомплектовывается устройством ввода пробы (инжектором), помещаемым перед колонкой по ходу газа-носителя. При анализе жидких, но легко испаряемых проб инжектор укомплектовывается испарителем. Проба, разделенная на хроматографической колонке, попадает на детектор, данные с которого передаются на компьютер или самописец. Хроматографы могут укомплектовываться несколькими детекторами. Газовые хроматографы мо гут отличаться друг от друга по степени сложности конструкции, однако принципиальная схема прибора соблюдается. Так, большинство газовых хроматографов укомплектовывается системами подготовки газаносителя, включающими в себя устройства его очистки, дозации и т. п. ГХ также может комплектоваться с масс-спектрометром. Такой метод анализа называется газовой хроматографией с масс-

детектированием

и обозначается в литературе аббревиатурой ГХ-МС.

Рис. 5. Принципиальная схема газового хроматографа

К наиболее распространенным детекторам ГХ относятся: детектор по теплопроводности, или катарометр, пламенно-ионизационный, термоионный, фотоионизационный, пламенно-фотометрический и электронного захвата.

Принцип работы катарометра основан на измерении сопротивления нагретой вольфрамовой нити, которое зависит от теплопроводности омывающего газа. Количество теплоты, отводимое от нагретой нити

при постоянных условиях, зависит от состава газа. Чем больше теплопроводность газа-носителя, тем большей чувствительностью будет обладать катарометр. Наиболее подходящий газ-носитель – это H

, тепло-

проводность которого значительно выше, чем у большинства других газов. Однако в целях безопасности чаще применяется гелий, теплопроводность которого также достаточно велика. У катарометра есть как достоинсва: универсальность, простота, достаточная точность, надежность в работе, так и недостатоки: невысокая чувствительность (не применяется для определения микропримесей).

Детекторы

ионизационного типа нашли более широкое применение. Принцип их работы основан на изменении ионного тока, вызванного введением в детектор анализируемого вещества. Ионный ток возникает под действием источника ионизации и электрического поля между электродами детектора.

Пламенно-ионизационный детектор (ПИД) широко применяется для анализа углеводородов. Отклик ПИД пропорционален числу атомов углерода в молекуле

и слабо изменяется при переходе от одного класса органических соединений к другому. Принцип действия ПИД основан на измерении электропроводности воздушно-водородного пламени, которая резко возрастает при попадании в него малых количеств органических веществ. При этом в пламени пиролиз вещества обеспечивает наличие радикалов СН

•

, которые обеспечивают протекание тока по

схеме:

•

+ О→ СНО+ + ē .

СН

Термоионный детектор (ТИД) является модификацией ПИД. Он селективен к азот- и фосфорсодержащим соединениям. Особенность этого детектора заключается в том, что вблизи водородного пламени горелки помещают соль щелочного металла (шарик, содержащий бромид рубидия). Нагретая соль атомизируется и образующиеся при этом атомы рубидия диссоциируют на ионы и электроны, которые

попадают в электрическое поле. В присутствии соединения, содержащего галоген, азот или фосфор, ионный ток возрастает

, т. е. происходит селективное повы-

шение эффективности ионизации соединений, содержащих атомы азота и фосфора.

Фотоионизационный детектор (ФИД). Его принцип работы основан на ионизации молекул, элюируемых с хроматографической колонки под действием вакуумного УФ-излучения, и измерении возникающего ионного тока. Изменяя энергию излучения, можно варьировать чувстви-

тельность детектирования соединений различных классов. К достоин-

(

ствам ФИД относят то, что он не разрушает детектируемых соединений и его можно использовать в комбинации с другими детекторами.

Пламенно-фотометрический детектор (ПФД) определяет излучение молекул или атомов вещества при их попадании в плазму водороднокислородного пламени. ПФД может определять очень широкий спектр веществ

, однако на практике чаще всего используется при анализе со-

единений серы, азота и фосфора, а также иногда ртути.

Сравнительные характеристики детекторов ГХ приведены в табл. 4.

Таблица 4

Сравнительные характеристики распространенных детекторов ГХ

Название детекто

полное

Термохимический – Селективный Детектор по плотно-

сти газов Детектор по теплопроводности

Пламенно-ионизационный

Пламенно-фотометрический

Термоионный ТИД Селективный

Фотоионизационный ФИД

Электронного захвата ЭЗП Селективный

Масс-спектрометр

катарометр)

сокра-

щенное

–

ПИД

ПФД

Селективность

Универсальный Универсальный

Универсальный

Определяемые

соединения

Горючие вещества

0.01 %

Любые органические соединения, наиболее чувствителен к углеводо-

одам

аще всего для серо-, азот- и фосфорсодержащих соединений Азот- и фосфорсодержащие соединени

0.2 пг Галогенсодержа-

щие

Чувстви-

тельность

0.1 %

–4

10 пг

1…10 пг

1 пг

0.2 пг

ВОПРОСЫ ПО ГАЗОВОЙ ХРОМАТОГРАФИИ

1.  Что такое газовая хроматография?

2.  Основные принципы действия и принципы разделения.

3.  На каком физико-химическом явлении основана газовая хромато-

графия?

4.  Дайте описание принципиальной схемы газового хроматографа.

5.  Дайте расшифровку аббревиатуры ГХ-МС.

6.  Пламенно-ионизационный детектор и его принцип действия.

7.  Термоионный детектор и его принцип действия.

8.  Фотоионизационный детектор и его

принцип действия.

9.  Достоинства катарометра и его принцип работы.

ВЫСОКОЭФФЕКТИВНАЯ ЖИДКОСТНАЯ

ХРОМАТОГРАФИЯ

Высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ) – это метод разделения и анализа сложных смесей веществ, в котором в качестве подвижной фазы выступает жидкость, называемая элюентом. Неподвижная фаза – твердый сорбент или твердый носитель с модифицированной поверхностью или с нанесенной на его поверхность жидкостью или гелем. Неподвижная фаза помещается в хроматографическую ко-

. К числу преимуществ жидкостной хроматографии можно отне-

лонку сти возможность разделения очень сложных многокомпонентных систем и возможность анализа веществ, неустойчивых при высоких температурах.

Основной элемент жидкостной хроматографии – хроматографическая колонка. По механизму взаимодействия разделяемых соединений с сорбентом колонки подразделяют на распределительные, ионообменные, эксклюзионные. В зависимости от относительной полярности бента и элюента колонки подразделяются на нормальнофазовые и обращенно-фазовые.

Жидкостную хроматографию проводят с помощью ВЭЖХ-хроматографов (рис. 6). ВЭЖХ-хроматограф включает в себя следующие части.

1. Емкость с элюентами.

2. Гидравлический насос, подающий элюент в хроматографическую

систему под большим давлением.

3. Устройство автоматического ввода пробы.

4. Термостат с хроматографической колонкой

‒ основной элемент

ВЭЖХ системы.

5. Детектор.

6. Компьютер.

Одна хроматографическая система может одновременно оснащаться несколькими однотипными блоками, т. е. может иметь несколько насосов, колонок, детекторов и т. п.

сор-

Рис. 6. Принципиальная схема жидкостного хроматографа

ВЭЖХ – весьма чувствительный метод анализа. Все растворители и стандарты, используемые при хроматографии, должны быть особой хроматографической чистоты. Кроме того, ВЭЖХ-хроматографы снабжены несколькими системами фильтров, расположенных между блоками перед колонкой, а также укомплектовываются специальными защитными предколонками. Задача фильтрационных систем – обеспечить максимальную защиту колонки и детектора от попадания примесей и загрязнителей.

ВЭЖХ-хроматографы могут быть укомплектованы следующими основными детекторами: рефрактометром, спектрофотометрическим детектором, флуориметром, кондуктометром, амперометрическим детектором, масс-спектрометром. Универсальным детектором является рефрактометр, однако он имеет ряд недостатков, к которым следует отнести: длительное время выхода прибора в режим измерения, сильную чувствительность прибора к малейшим колебаниям

хроматографирования (температура окружающей среды, скорость потока элюента, температура элюента и т. п.). В табл. 5 приведены сравнительные характеристики некоторых детекторов ВЭЖХ-систем.

Сравнительные характеристики детекторов

Таблица 5

Название

Рефрактометр

Спектрофотометрический

Флуориметрический

Кодуктометр

Измеряемый

параметр

Коэффициент преломления

Оптическая плотность

Интенсивность флуоресценции

Электропроводность

Амперометрический Величина тока 10

Масс-спектрометр

Величина ионного тока

Предел

обнаружения

–6

Высокая

–10

Высокая

–11

Очень высокая

–9

Низкая

–11

Очень высокая

–10

Очень высокая

Селективность

ВОПРОСЫ ПО ВЭЖХ

1.  Определение жидкостной хроматографии.

2.  Какими основными детекторами могут быть укомплектованы

жидкостные хроматографы?

3.  Какой детектор является универсальным? Какие у него недо-

статки?

4.  Устройство жидкостного хроматографа.

5.  Основной элемент жидкостной хроматографии.

6.  Что такое элюент?

КАК ПОДГОТОВИТЬСЯ И УСПЕШНО СДАТЬ

ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАДАНИЯ

Настоящий раздел предназначен для студентов НГТУ, проходящих обучение с использованием электронных учебно-методических комплексов в системе DiSpace НГТУ. Для начала следует полностью ознакомиться с теоретическими материалами, представленными в данном практикуме, и ответить на вопросы после каждого раздела. Предварительно, перед каждым заданием, вам будет назначена его тема. Чтобы

следует подготовиться к нему и защитить его, нужно выполнить не-

как сколько простых шагов:

1)  изучить методическое указание по теме задания (прочтите задание, назначенное преподавателем, если что-то не понимаете, спросите преподавателя, он вам подскажет);

2)  ответьте на вопросы самоподготовки в конце задания (это позволит вам закрепить прочитанный материал);

3)  примерно крыт тест-допуск по теме задания;

4)  после того как вы получили допуск, подготовьте отчет по теме задания в соответствии с требованиями к оформлению, представленными преподавателем; обычно это – титульный лист, цель работы, теоретическая часть, расчетно-графическая часть, выводы по работе;

5)  заранее ответьте на контрольные вопросы и решите задачи в конце методического указания, так как после успешного выполнения работы будет проведена стадия защиты этой самой работы; если возникают трудности, то попросите помощи преподавателя.

Выполнение всех перечисленных выше пунктов позволит вам

успешно и на высокий балл сдать задание.

за неделю до занятия в системе DiSpace вам будет от-

ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАДАНИЯ

1. КАЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ. ИССЛЕДОВАНИЕ

ЗАГРЯЗНЕНИЯ СНЕЖНОГО ПОКРОВА

ИОНАМИ Cl

Снежный покров накапливает в своем составе практически все вещества, поступающие в атмосферу. В связи с этим он обладает рядом свойств, делающих его удобным индикатором загрязнения не только самих атмосферных осадков, но и атмосферного воздуха, а также последующего загрязнения почвы и воды. Вредные вещества, выбрасываемые предприятиями, котельными, автомобильные накапливаются в снегу и с талыми водами поступают в почву и открытые и подземные водоемы, загрязняя их. В зависимости от источника загрязнения изменяется состав снегового покрова. При образовании снежного покрова из-за процессов сухого и влажного выпадения примесей концентрация загрязняющих веществ в снегу оказывается на три порядка выше, чем в атмосферном воздухе.

В снеговом покрове могут накапливаться сера, свинец, тяжелые металлы. Загрязнение снежного покрова нитратами и сульфатами представляет особый интерес в связи с тем, что эти компоненты могут быть причиной «кислотных выпадений».

Для человека очень опасны отравления, вызванные органическим соединением свинца – тетраэтилсвинцом Pb(C бесцветная жидкость с резким запахом, еще более токсичная, чем сам свинец. Тетраэтилсвинец начали активно добавлять в бензин в количестве 0.1 % для повышения его октанового числа. Небольшая добавка тетраэтилсвинца повышает качество бензина, экономичность двигателей внутреннего сгорания, а присутствие специальных веществ обеспечивает связывание этого металла в легколетучие соединения их в атмосферу. С выхлопными газами это вещество оседает вдоль дорог, накапливается в почве, легко попадает в воду. Из почвы, воды

–

, SO

2–

, Pb2+, Cu2+

выхлопы, и другие,

. Это маслянистая

2H5)4

и удаление

два-

<<< < Предыдущая 1 2 3 45 / 105 6 7 8 9 10 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]