1.2.1 Качественный анализ. Идентификация компонентов анализируемой смеси

Качественной характеристикой каждого компонента в газо-жидкостной хроматографии является время удерживания (t) или удерживаемый объём (объём газа-носителя, необходимый для вымывания компонента пробы), которые не зависят ни от количества введённой пробы, ни от чувствительности детектора. Качественный анализ основан на сравнении времён удерживания известных чистых веществ с временами удерживания компонентов пробы. Типичная хроматограмма трёхкомпонентной смеси представлена на рисунке 1.1. На хроматограмме времена удерживания пропорциональны отрезкам от точки начального отброса самописца (момент ввода пробы) “а” до t₁, t₂, t₃.

1.2.2 Количественный анализ

Количественный анализ в газо-жидкостной хроматографии может быть проведён различными методами (приёмами):

Метод нормализации площадей

Метод нормализации площадей может быть использован только в том случае, если все компоненты смеси дают хорошо записанные хроматографические пики и имеют различные времена удерживания.

Аналитическим сигналом в газо-жидкостной хроматографии является площадь под хроматографическим пиком. Однако площадь

Рисунок 1.1 – Типичная хроматограмма трехкомпонентной смеси:

а – начальный отброс пера самописца; t₁, t₂, t₃ – отрезки, пропорциональные

временам удерживания компонентов смеси

под пиком компонента пробы зависит не только от его содержания в пробе, но и от объёма введённой пробы, а также от чувствительности детектора к компонентам пробы. Для этого необходимо ввести в расчёт соответствующие поправки.

Влияние объёма введённой пробы можно исключить, применяя приём расчёта, основанный на измерении относительных площадей под пиками. Опытным путём установлено, что даже при широком варьировании объёма пробы отношения площадей под пиками для любой пары компонентов остаются неизменными. Поэтому при расчёте определяют относительные площади как отношение площади данного пика к сумме площадей всех пиков пробы .

Определение площади хроматографического пика

Площадь хроматографического пика S определяют как площадь треугольника по формуле: S = h d, где h – высота пика (рисунок 1.2) от базовой линии до вершины, мм; d – отрезок прямой, параллельной базовой (нулевой) линии на высоте h, замеренный от внешней стороны одной боковой линии пика до внутренней стороны другой, мм. Измерения проводят с помощью специальной измерительной лупы.

Рисунок 1.2 – Параметры хроматографического пика:

h – высота пика от базовой линии до вершины; d – ширина пика

Определение калибровочных коэффициентов

Наиболее распространённый способ определения калибровочных коэффициентов заключается в последовательном хроматографировании серии бинарных смесей, составленных из определяемого компонента (i) и стандарта (ст), калибровочные коэффициенты рассчитываются по формуле

, (1.2)

где и– концентрация определяемого компонента и стандарта соответственно.

Калибровочный коэффициент для стандартного вещества приравнивается к единице.

Калибровочные коэффициенты определяются следующим образом: из веществ, которые могут входить в состав анализируемой смеси, готовят калибровочную смесь с равным содержанием каждого из компонентов смеси. Например, смешивают толуол, ксилол, этилацетат, изопропилбензол и ацетофенон в соотношении 1:1:1:1:1 по массе или по объёму. Смесь готовят в колбочке с притёртой пробкой, отбирая, например, по 5 см³ каждого компонента смеси с помощью пипетки (шприца) или, что более точно, взвешивая на аналитических весах точные навески анализируемых компонентов. Смесь хроматографируется, определяется площадь под хроматографическим пиком каждого компонента. Площади хроматографических пиков калибровочной смеси, имеющей одинаковые концентрации компонентов, отличаются друг от друга только вследствие различной чувствительности детектора к компонентам смеси.

Приняв калибровочный коэффициент одного из компонентов за единицу , можно выразить калибровочные коэффициенты других компонентов как отношения

, (1.3)

где – площадь под пиком, принятая за единицу;

–площадь под пиком i-го компонента.

С помощью калибровочных коэффициентов уравниваются произведения для смесей с одинаковым содержанием компонентов.

Концентрация компонентов в анализируемой смеси (пробе), %, рассчитывается по формуле

(1.4)

где – калибровочный коэффициентi-го компонента;

–площадь под пиком i-го компонента.

Метод внутренней стандартизации (внутреннего стандарта)

Если анализируется сложная смесь, и не все компоненты смеси прописываются на хроматограмме, а также в том случае, когда исследователя интересует количественное содержание не всех, а одного или нескольких компонентов смеси (другие компоненты могут быть даже не идентифицированы), для анализа используют метод внутреннего стандарта.

Для этого в анализируемую смесь вводят известное количество определённого вещества (которого не было в анализируемой пробе), называемого внутренним стандартом. Хроматографический пик стандарта должен быть свободен от наложения пиков компонентов пробы, располагаться на хроматограмме в непосредственной близости от пиков определяемых соединений. Стандарт должен быть инертен по отношению к компонентам анализируемой смеси, полностью смешиваться с ними и по возможности относиться к тому же гомологическому ряду, что и анализируемые компоненты.

Количественный анализ заключается в сопоставлении площадей под пиками компонентов и стандарта.

Количество внутреннего стандарта подбирается таким образом, чтобы отношение параметров пиков стандарта и определяемого вещества было близким к единице.

Данный метод не требует строгого дозирования заданных количеств пробы и соблюдения постоянства всех параметров режима хроматографирования.

Методика анализа. В колбочку с пришлифованной пробкой вносят стеклянными пипетками вместимостью около 2 см³ (или чистым медицинским шприцем) пробу контрольной смеси (800 мг) и рекомендованного преподавателем (лаборантом) подходящего внутреннего стандарта – вещества, отсутствующего в анализируемой контрольной смеси (200 мг). Массы взятых навесок определяют на аналитических весах. Колбочку герметизируют и аккуратно перемешивают содержимое и снимают хроматограмму и обсчитывают её.

Содержание i-го компонента в пробе, %, рассчитывают по формуле

(1.5)

где – калибровочный коэффициент и площадь под пиком внутреннего стандарта;

–калибровочный коэффициент и площадь под пиком анализируемого компонента;

r – отношение массы внутреннего стандарта к массе анализируемой пробы.