Параметры газовой хроматограммы
В результате разделения исходной смеси соединение на хроматографической колонке и поступление разделенных компонентов в детектор, система регистрации регистрирует ряд электрических импульсов в виде хроматографических пиков, набор которых и представляет собой газовую хроматограмму.
Количество пиков на газовой хроматограмме в идеальном случае соответствует количеству веществ в исходной смеси.
Для того чтобы убедиться в том, что разделение прошло хорошо и количество веществ смеси соответствует количеству пиков, анализ повторяют на хроматографической колонке с другой неподвижной жидкой фазой.
Каждый хроматографический пик на газовой хроматограмме характеризуется двумя параметрами:
1. время удерживания – это время, прошедшее от момента ввода анализируемой смеси в испаритель до момента выхода вершины пика;
2. площадь пика – величина, которая пропорциональна концентрации данного компонента в смеси.
Вследствие того, что чувствительность детектора к различным веществам различна, значение коэффициента k для различных веществ тоже различно. Поэтому для точного определения относительных концентраций веществ в смеси нельзя использовать отношение площадей их пиков.
Величина времени удерживания определяется целым рядом параметров:
1. она зависит от природы вещества и от выбранной неподвижной жидкой фазы.
Особенностью использования колонок с неподвижными жидкими фазами является то, что вещества находящиеся в смеси выходят из таких колонок в порядке возрастания их температур кипения .
2. время удерживания зависит от скорости потока газоносителя. С увеличением скорости время удерживания уменьшается.
3. время удерживания зависит от длины хроматографической колонки. С увеличением длины время удерживания также возрастает. Для того чтобы исключить влияние этого фактора используют исправленное время удерживания.
4.
время удерживания 
также как исправленное время 
существенно зависит от температуры
хроматографической колонки.
С увеличением температуры, как правило, времена удерживания уменьшаются. Таким образом, из сказанного следует, что такой хроматографический параметр как время удерживание зависит от большого количества экспериментальных факторов и условий, и не может служить для однозначной характеристики вещества с целью его идентификаций.
Поэтому для идентификационных веществ методом газовой хроматограммы используется величина, которая не зависит не от каких экспериментальных параметров получившее название индекс Ковача.
– исправленное время удерживания одного
из компонентов смеси;
n – количество атомов углерода в углеводороде;
– исправленное время удерживания
углеводорода с n
атомов углерода;
– исправленное время удерживания
углеводорода с количеством атомов
углерода n+1.
Для экспериментального определения индекса Ковача в хроматографическую колонку вводят смесь, которая содержит чистый компонент анализируемой смеси и 2 углеводорода алканового ряда, стоящие по соседству в ряду. Эту пару углеводородов выбирают таким образом, чтобы хроматографический пик одного из них на хроматограмме находился до пика анализируемого вещества, а пик второго углеводорода после пика анализируемого вещества.
Полученная величина не зависит от экспериментальных параметров и может быть использована для идентификации компонентов смеси, путем сравнения экспериментально полученной величины с имеющейся в базе данных.
Таким образом, эта характеристика может быть использована для идентификации, однако её определить достаточно трудоемко. Поэтому очень часто для идентификации компонентов смеси используют метод Мечикова. В этом случае получают хроматограмму анализируемой смеси, а потом в тех же экспериментальных условиях получают хроматограмму чистых веществ (мечиков, наличие которых предполагается в анализируемой смеси). Совпадение времени удерживания пиков на этих хроматограммах указывает на наличие мечика в смеси.
Недостатком этого метода является необходимое наличие чистых мечиков. Таким образом, газовая хроматограмма может быть использована для качественного анализа смеси. Для количественного определения содержания компонентов смеси необходимо произвести калибровку детектора. Для этого готовят ряд калибровочных растворов, содержащих вещество, концентрация которых определяется в смеси. Концентрацию этого вещества калибровочных растворов точно известна. В одинаковых экспериментальных условиях калибровочные растворы хроматографируют и строят калибровочную зависимость, площади хроматографического пика от концентрации вещества.
Эффективность хроматографической колонки – величина, которая характеризуется способностью хроматографической колонки разделять анализируемые вещества. Чем выше эффективность, тем лучше вещества разделяются. Эффективность колонки выражается числом теоретических тарелок. Число теоретических тарелок N определяется по формуле:
t – время удерживания какого-либо пика;
W – ширина этого пика на половине высоты.
Рассмотренные нами выше хроматографические колонки называются набивными, как правило, для них величина N составляет от 6000-10000 теоретических тарелок.
Дальнейшее увеличение набивных колонок невозможно, поэтому для трудно разделяемых смесей используют капиллярные колонки, представляющие собой металлические, стеклянные или кварцевые капилляры с внутренним диаметром 0,25 мл и длиной до 100 м.
Метод газовой хроматографии позволяет с повышенной эффективностью разделять сложные смеси органических веществ, а также производить качественный и количественный анализ. Аппаратурное оформление этого метода является относительно недорогим. Основными ограничениями ГХ является необходимость испарения анализируемых веществ. Таким образом нелетучие вещества этим методом проанализированы быть не могут.
Принципиальная схема жидкостного хроматографа
Растворители используют в качестве подвижной жидкой фазы залитой в резервуар 1. Далее они поступают в вакуумный объем 2, в котором с помощью насоса 3 создается вакуум для удаления из растворителей газа. Очищенные от газа растворители поступают в насос высокого давления 4, который под давлением подает неподвижную жидкую фазу на предколонку 5, которая представляет собой металлическую трубку, заполненную сорбентом (силикагелем или Al2O3). Она предназначена для дополнительной очистки растворителя. Очищенный таким образом растворитель поступает на делитель потока, где происходит деление потока на 2 части. Одна часть растворителя поступает на детектор 7, а другая часть через инжектор 8 на хроматоргафическую колонку 9 и затем на детектор. В качестве детектора чаще всего используют спектрофотометр, измеряющий оптическую плотность двух потоков растворов при определенной длине волны.
Хроматографическая колонка является сердцем прибора. Она представляет собой стальную трубку (d = 1-10 м), заполненную высокодисперсным сорбентом. Как правило поверхность сорбента удерживает на себе слой жидкости, которая представляет из себя неподвижную жидкую фазу. Эта жидкость не смешивается с подвижной жидкой фазой. Таким образом в хроматографической колонке возникают две несмешанные между собой жидкие фазы. С помощью шприца через инжектор 8 вводится анализируемая смесь, которая подхватывается подвижной жидкой фазой и вносится в колонку. Вследствие различной растворимости веществ в подвижной и неподвижной жидких фазах происходит их разделение и на выходе из колонки появляются отдельные фракции чистых компонентов смеси. Они по очереди поступают в детектор.
В качестве сорбента чаще используют силикагель или оксид алюминия, представляющие собой полярные соединения. Таким образом в качестве неподвижной жидкой фазы чаще использую полярную жидкость, которая хорошо сорбируется на полярном сорбенте. А значит в качестве подвижной жидкой фазы используются неполярные жидкости.
Однако, иногда для цели анализа в качестве подвижной жидкой фазы приходится использовать полярный растворитель. В таких случаях в качестве неподвижной жидкой фазы используют неполярные жидкости. Для ее сорбции на частичках сорбента поверхность сорбента подвергают химической модификации с целью ликвидации полярных групп. Такой вид ВЖХ называется хроматографией на обращенных фазах.
1)
2)
3)
Возьмем смесь из трех веществ, обладающих различной структурой. Что мы получим при введении этих веществ в жидкостной хроматограф. Наиболее полярным является 1 вещество, оно хорошо удерживается на неподвижной жидкой фазе (на полярной жидкости), оно будет выходить последним, а вещество 3 является неполярным, оно выйдет самым первым.
К жидкостной хроматографии применимы те же подходы анализа, что и в случае газовой жидкостной хроматографии. Таким образом ВЖХ позволяет анализировать вещества, обладающие низкой летучестью или разлагающиеся даже при незначительном нагревании. Этот вид хроматографии получил широкое применение, его ограничениями является необходимость использования относительно дорогих высокочистых растворителей.