III.3.3.2. Метод внутренней нормализации

Метод внутренней нормализации предусматривает отнесение измеренного количественного параметра хроматографического пика Р_i (площади, высоты или произведения высоты на время удерживания) к суммарному сигналу детектора на все компоненты пробы, присутствующие в анализируемом образце.

Традиционный вариант внутренней нормализации (при исполь­зовании стандартной схемы в термостате колонок) предусматри­вает измерение выбранных количественных параметров всех за­регистрированных пиков *, приведение их к единой шкале чув­ствительности детектирования (или регистрации * *) и сумми­рование полученных значений. Окончательно содержание компо­нентов в анализируемой смеси с_i (%) находят по формуле;

(III.39)

где Р_i - нормируемый параметр хроматографического пика (площадь, высота или произведение высоты пика на время его удерживания);— нормировочный (градуировочный) множитель.

Длительное время считалось, что значение множителя f_i , учитывающего главным образом неодинаковую чувствительность детектора к анализируемым веществам, зависит только от прин­ципа действия того или иного детектора и химической природы определяемых компонентов и (для линейно работающего детектора) не зависит от их относительной концентрации.

В соответствии с этим, например, при анализе изомерных соединений нет необходимости учитывать различия в относительной чувствительности детектора, поскольку физико-химические свойства изомеров весьма близки и, следовательно, равным коли­чествам компонентов в анализируемой смеси на хроматограмме отвечают пики равной площади

* Кроме пика растворителя, введенного в пробу на стадии подготовки образца к анализу. При расчетах количество растворителя (степень разбавления пробы) никак не учитывается.

** Если во время записи хроматограммы изменялась чувствительность ре­гистрации пиков отдельных компонентов, то перед нормированием необходимо привести значения измеренных параметров к единой шкале чувствительности регистрации. Необходимость в этой операции отпадает при измерении площадей пиков интегратором, подключенным непосредственно к блоку питания тепловых детекторов или к выходу усилителя сигнала ионизационных детекторов, а также при использовании для измерения сигналов детектора специализированных систем обработки результатов анализа (см. раздел 11.3).

8 Столяров б. в. и др.

.

При работе с детектором по теплопроводности и использова­нии в качестве газа-носителя водорода или гелия необходимость учета /,-отпадает, если анализируемая смесь состоит из соедине­ний с большой молекулярной массой (например, с числом атомов углерода более 10) или при анализе изомеров. При работе с ионизационно-пламенным детектором часто пренебрегают градуировочными множителями, анализируя смеси, состоящие только из углеводородов.

Нормирование неисправленных количественных параметров хроматографических пиков приводит к содержаниям, не являю­щимся, строго говоря, ни массовыми, ни объемными, ни моляр­ными. Степень приближения получаемых содержаний к названным определяется нормируемым параметром пика, природой анализи­руемых соединений и принципом детектирования. В настоящее время принято считать, что при работе с катарометром и ДИП нормирование неисправленных площадей пиков в большинстве случаев дает результаты, приближающиеся к массовым содержа­ниям. Однозначность единиц выражения концентрации дости­гается лишь при введении в расчетную формулу соответствую­щих нормировочных (градуировочных) множителей f_i.

Наиболее распространенный способ экспериментального опре­деления f_i. для какого-либо вещества относительно стандартного соединения заключается в хроматографировании искусственно составленных смесей необходимых компонентов с выбранным стандартным веществом и последующем расчете по формуле:

(III.40)

При этом принимается, что нормировочный (градуировочный) множитель для стандартного соединения f_ст = 1,0.

Содержание компонентов с_i и с_ст может быть выражено в % по массе, объему или молярности; соответственно в тех же еди­ницах будет определен и состав анализируемого образца.

Надежность получаемых при экспериментальном определе­нии f_i. данных зависит от погрешностей не только на стадии хроматографирования, но и на стадии приготовления искусственных смесей (вследствие возможных потерь из-за испарения при от­боре пробы для взвешивания и т. п. операции приготовления ис­кусственных смесей должны проводиться с максимальной тщатель­ностью и аккуратностью!).

В периодической печати опубликованы обширные сводки экс­периментально найденных значений f_i - для многочисленных пред­ставителей различных классов химических соединений относи­тельно различных стандартов для катарометра, ДИП и других детекторов *. Эти данные частично включены в некоторые учеб­ники. Известны также приближенные расчетные и графические способы оценки относительной чувствительности детекторов [69, 70].

Однако, как показали предпринятые в последние годы специаль­ные критические исследования, полезность опубликованных экс­периментально найденных и расчетных данных по относительной чувствительности катарометра, ионизационно-пламенного и дру­гих детекторов к определяемым веществам носит довольно огра­ниченный характер, и использовать эти данные в практической работе следует с большой осторожностью.

Градуировочные множители f_i значительно изменяются в за­висимости от конструктивных особенностей и режима эксплуата­ции детектора ** и хроматографа в целом, состава градуировочных смесей, степени разделения компонентов и выбранного для нор­мализации параметра хроматографического пика. Разброс данных при использовании хроматографов различных фирм (детектор — ионизационно-пламенный с установленным оптимальным отноше­нием газа-носителя, водорода и воздуха) в одинаковых условиях для одной и той же смеси бензола, метилциклогексана и октана, растворенных в ксилоле, достигает 20—40 % . Меньший, но все же значительный разброс экспериментально определяемых значе­ний Д наблюдается и при использовании катарометра, причем не только для хроматографов различных моделей (типов), но и для разных экземпляров однотипных приборов.

Таким образом, можно сформулировать, что достижению вы­сокой точности результатов количественных определений при расшифровке хроматограмм методом внутренней нормализации будет способствовать выполнение следующих двух условий:

использование не литературных или расчетных, а эксперимен­тально найденных значений градуировочных множителей f_i оп­ределяемых на том же приборе и в том же режиме хроматографирования, в котором будет проводиться анализ смеси неизвестного состава;

при определении значений f_i исходить из результатов хроматографирования смесей, имитирующих состав анализируемого об­разца или приближающихся к нему.

Преимущества метода внутренней нормализации в сравнении с методом абсолютной градуировки заключаются в устранении необходимости точной дозировки образца и соблюдении тожде­ственности условий анализа при повторных определениях.

* В некоторых оригинальных статьях и монографиях наряду со значе­ниями f_i использованы значения относительной (молярной или массовой) чув­ствительности детектора R_i, равной 1/ f_i.

** Например, на полезный сигнал ДИП оказывает значительное влияние даже такой редко контролируемый экспериментальный фактор, как атмосферное давление, причем колебание его в пределах ±27 Па (около 2.0 мм рт.ст.) вызывает отклонение ионизационной эффективности в пределах 10 %.

В то же время метод имеет ряд существенных ограничений и недостатков. Использование внутренней нормализации для оп­ределения содержания i-го компонента в смеси с j-м числом дру­гих веществ правомерно лишь при условии, что природа всех интересующих соединений в смеси известна (иначе невозможно определение f_i ) и что все они проявляются на хроматограмме. Поэтому, приступая к анализу незнакомой смеси, следует прежде всего путем изменения в широких пределах условий хроматографирования (природы неподвижной фазы, колонки, температуры и скорости газа-носителя) убедиться в однозначном определении числа компонентов, составляющих анализируемую смесь.

Если требуется определить содержание каждого компонента в смеси, то условия анализа должны обеспечивать линейное де­тектирование и по возможности полное отделение всех ее состав­ляющих друг от друга, поскольку погрешность в измерении пло­щади или другого количественного параметра хроматографического пика хотя бы одного компонента (или приписание ошибоч­ного значения f_i хотя бы одному компоненту) приведет к непра­вильной оценке содержания в образце всех составляющих.

Если ставится задача определить содержание в смеси лишь одного или нескольких компонентов, то достаточным условием применимости метода является отделение от остальных только интересующих компонентов, регистрируемых на хроматограмме индивидуально. Остальные или даже все составляющие в предель­ном случае могут быть зафиксированы в виде суммарного нераз­деленного пика.

Такие хроматограммы, содержащие наряду с пиками разделен­ных компонентов общий «суммарный» сигнал детектора на всю введенную в хроматограф дозу или на ее известную часть, могут быть получены при использовании модифицированных газовых схем, обсуждавшихся в предыдущем издании книги (с. 197, 202).