Газова хроматографія 2014
.pdf4. ЛАБОРАТОРНІ РОБОТИ
Вмикають хроматограф і встановлюють заданий викладачем режим роботи. Після досягнення заданого режиму записують параметри за формою таблиці 1:
Таблиця 1
Параметри режиму роботи хроматографа
Газ-носій |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Витрата газу-носія |
|
|
|
мл/хв |
|
|
|
|
|
|
|
Довжина колонки |
|
|
|
м |
|
|
|
|
|
|
|
Діаметр колонки |
|
|
|
мм |
|
|
|
|
|
|
|
Тип сорбенту в колонці |
|
|
|
|
|
рідка фаза |
|
|
|
|
|
зерна носія |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Температура колонки |
|
|
|
оС |
|
Пристрій введення проби |
|
|
|
||
|
|
|
|||
Температура пристрою введення |
|
оС |
|||
проби |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Детектор (тип детектора) |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
Струм детектора |
|
|
|
мА |
|
|
|
|
|
|
|
Температура детектора |
|
|
|
оС |
|
Масштаб реєстрації |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Реєстратор |
(самописець |
чи |
|
|
|
комп’ютер) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Швидкість |
руху |
діаграмної |
|
мм/год |
|
стрічки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4.1. Лабораторна робота № 1 Якісний аналіз за індексами утримування Ковача для ідентифікації
хроматографічного піка
1.Після досягнення заданого режиму роботи хроматографа записують параметри за формою таблиці 1.
2.Фіксують момент введення проби вмиканням секундоміра або на стрічці
самописця, хроматографуючи досліджувану газову суміш, яка містить повітря як інертний компонент, пропан (індекс Ковача I C3H8 300 ), н- бутан (індекс Ковача I C4 H10 400 ) та невідомий компонент, який треба ідентифікувати. На хроматограмі пік невідомого компоненту знаходиться між піками пропану та н-бутану.
3.Для вимірювання часу утримування визначають проміжок часу від моменту введення проби до появи максимуму кожного піку.
11
4. Результати записують у таблицю 2.
Таблиця 2 Параметри утримування компонентів досліджуваної газової проби
Номе |
|
Експериментальні |
Виправлений час |
Індекс |
|
Назва речовини |
часи утримування |
Ковач |
|||
р піка |
утримування (τ'r), с |
||||
|
(τr), с |
а |
|||
|
|
|
|||
1. |
Повітря |
τ0 = |
– |
– |
|
2. |
Пропан (z=3) |
τr (C3H8) = |
τ'r (C3H8) = |
300 |
|
3. |
Невідомий |
τr (X) = |
τ'r (X) = |
|
|
|
компонент |
|
|
|
|
4. |
н-Бутан (z+1=4) |
τr (C4H10) = |
τ'r (C4H10) = |
400 |
5.За формулою (4) розраховують індекс Ковача невідомого компонента досліджуваної газової суміші і записують отримане значення в таблицю 2.
6.Використовуючи довідникову таблицю 3, ідентифікують за індексом Ковача пік, який належить невідомому компоненту.
|
|
|
|
|
Таблиця 3 |
Табличні значення індексів Ковача деяких вуглеводнів |
|
||||
|
|
|
|
|
|
Речовина |
Індекс |
Формула |
М, г/моль |
|
Нерухома |
Ковача |
речовини |
|
фаза |
||
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
Пропан |
300 |
CH3-СН2-СН3 |
44,1 |
|
DB-5 |
Пропін |
324 |
CH3-С≡СН |
40,06 |
|
CP-Sil-5CB |
1,2-Пропаді-ен |
326 |
CH2=С=СН2 |
40,06 |
|
DB-1 |
Циклопропан |
349 |
(СН2)2> СН2 |
42,08 |
|
CP-Sil-5CB |
2-Метил-пропан (ізо- |
365 |
CH3-СН(СН3)- |
58,12 |
|
SE-30 |
бутан) |
|
СН3 |
|
|
|
2-Метил-пропен-1 |
386 |
СН2=С(СН3)- |
56,11 |
|
DB-1 |
|
|
СН3 |
|
|
|
1-Бутен |
390 |
СН2=СН-СН2- |
56,11 |
|
SE-30 |
|
|
СН3 |
|
|
|
н-Бутан |
400 |
СН3-СН2-СН2- |
58,12 |
|
SE-30 |
|
|
СН3 |
|
|
|
12
4.2. Лабораторна робота № 2 Визначення кількісного складу суміші газів методом абсолютного
калібрування
1.Після досягнення заданого режиму роботи хроматографа записують параметри за формою таблиці 1.
2.Вводять приготовану калібрувальну суміш в хроматограф за допомогою газового крана-дозатора і записують хроматограму. Цю операцію повторюють три рази.
3.Готують другу калібрувальну суміш шляхом розбавлення початкової, обчислюють її концентрацію (див. п. 4.3.2) і також хроматографують її три рази. Операції розбавлення сумішей і їх хроматографування повторюють 2-3 рази за вказівкою викладача.
4.Результати вимірювань висот піків кожного компоненту калібрувальних сумішей записують у таблицю 4.
|
|
|
|
|
|
Таблиця 4 |
|
Хроматографування калібрувальних сумішей |
|
|
|||
Компонент |
С, % об. |
h1 |
h2 |
h3 |
hсер |
k = C/ |
hсер
Калібрувальна суміш №1
Калібрувальна суміш №2
Калібрувальна суміш №3
За даними таблиці 2 будують калібрувальний графік залежності (hсер) від (С). Для кожного компонента суміші розраховують калібрувальний коефіцієнт за формулою (8) і розраховують похибку у визначенні (k). Результати розрахунків похибок для кожного компонента записують в таблицю 5.
|
|
|
|
Таблиця 5 |
|
Розрахунків похибок калібрувальних коефіцієнтів |
|
||
Компонент |
№ |
ki |
di = kсер – ki |
di2 |
|
вимірювання |
|
|
|
… |
|
|
|
|
… |
|
|
|
|
– |
– |
kсер = … |
– |
Σdi2 = … |
Спочатку розраховують стандартне відхилення (S) за формулою:
13
S |
|
d 2 |
|
|
|
i |
. |
(17) |
|||
|
|||||
|
|
n 1 |
|
||
Інтервал надійності калібрувальних коефіцієнтів знаходять за формулою:
|
|
S |
|
t |
(n 1) , |
(18) |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
де t (n-1) – критерій Стьюдента, який |
|
знаходять за таблицями |
для вибраних |
||||
значень α і (n-1); α – достовірність, для якої визначається інтервал надійності. Звичайно її приймають 0,95; (n-1) – число ступенів свободи експерименту (число паралельних вимірювань мінус одиниця). При n = 3 і α = 0,95 критерій Стьюдента має табличне значення t (n-1) = 4,303.
Відносну похибку визначають за формулою:
|
|
100% . |
(19) |
|
|||
kсер |
|||
Записують значення калібрувального коефіцієнту за формулою: |
|
||
k kсер |
. |
(20) |
|
5. Після хроматографування калібрувальної суміші у хроматограф вводять аналізовану суміш і записують її хроматограми, повторюючи цю процедуру тричі. Вимірюють висоти піків (hi) визначуваних компонентів і результати записують в таблицю 6:
|
|
|
|
|
|
|
Таблиця 6 |
|
|
Хроматографування досліджуваної суміші |
|
|
|
||||
Компонент |
h1 |
h2 |
h3 |
hсер |
|
kсер |
С, % об. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6. Концентрації компонентів суміші розраховують за формулою (9), використовуючи середні значення калібрувальних коефіцієнтів. Якщо залежність між концентрацією (С) і висотами піків (h) нелінійна, то концентрації компонентів визначають за допомогою калібрувального графіка.
4.3.Приготування газових калібрувальних сумішей
4.3.1. Приготування калібрувальної суміші з чистих компонентів
Суміш готують у скляній ємності з мановакуумметром. Попередньо ємність вакуумують до вакууму 600-650 мм.рт.ст. і заповнюють повітрям. Операцію вакуумування і заповнення повітрям повторюють кілька разів. Після останнього вакуумування записують показ манометра (Р1), приєднують до крана балон з чистим газом і, повільно відкриваючи кран, впускають газ в ємність. Після цього записують показ манометра (Р2). Аналогічно вводять наступний компонент, кожен раз фіксуючи покази манометра. Далі в ємність вводять азот або повітря
14
для створення надлишкового тиску (Рнадл) і розраховують концентрації газів за формулою:
|
C = |
Pc |
C % (об.), |
|
(21) |
|
|
|
|||
|
|
Pa |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
де P P - P |
– парціальний тиск досліджуваного газу; |
P = P + P |
– абсолютний |
||
c 2 1 |
|
|
a 0 надл |
||
тиск в ємності після приготування суміші; С0 – концентрація основної речовини в газі, який використовують для приготування суміші, об. %; Р0 – атмосферний тиск (вимірюється за допомогою барометра).
4.3.2. Розбавлення сумішей
Здійснюється введенням у ємність з калібрувальною сумішшю додаткової кількості газу або повітря, який не містить досліджуваних компонентів. Вимірювання значень абсолютного тиску газу у газометрі до розбавлення (Р΄надл) і після розбавлення (Р΄΄надл) дозволяє розрахувати концентрації компонентів в розбавленій суміші за формулою:
C = C |
P0 |
+ Pнадл´ |
, |
(22) |
|
´´ |
|||
0 |
P |
|
|
|
|
+ P |
|
|
|
|
0 |
надл |
|
|
де С0 – концентрація компоненту у початковій суміші, з якої готують дану калібрувальну суміш, % (об.).
Лабораторна робота № 3 Визначення кількісного складу суміші газів методом одного стандарту
1.Після досягнення заданого режиму роботи хроматографа записують параметри за формою таблиці 1.
2.Вводять калібрувальну суміш в хроматограф за допомогою газового крана-дозатора і записують хроматограму. Цю операцію повторюють три рази.
3.Результати вимірювань висот піків кожного компоненту калібрувальної суміші записують у таблицю 7.
|
|
|
|
|
|
Таблиця 7 |
|
Хроматографування калібрувальних сумішей |
|
||||
Компонент |
Сст, % |
hст1 |
hcт2 |
hcт3 |
hст(сер) |
k = Cст/ |
|
об. |
|
|
|
|
hст(сер) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4. Для кожного компонента суміші розраховують калібрувальний коефіцієнт за формулою (8).
15
5. Далі у хроматограф вводять аналізовану суміш і записують її хроматограму, повторюючи цю процедуру тричі. Вимірюють висоти піків (hi) визначуваних компонентів і результати записують в таблицю 8
|
|
|
|
|
Таблиця 8 |
|
|
Хроматографування досліджуваної суміші |
|
|
|||
Компонент |
hx1 |
hx2 |
hx3 |
hх(сер) |
Сх, % об. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6. Концентрації компонентів суміші розраховують за формулою (9) або (23):
С |
|
|
Сст hx |
. |
( 23) |
х |
|
||||
|
|
hст |
|
||
|
|
|
|
||
4.4.Лабораторна робота № 4
Встановлення якісного складу суміші рідин та визначення концентрації компонентів методом внутрішньої нормалізації
4.5.1. Якісний аналіз
1.Вмикають хроматограф і встановлюють заданий викладачем режим роботи. Після досягнення заданого режиму записують параметри за формою таблиці 1.
2.В хроматограф вводять три рази по 1-3 мкл аналізованої проби, фіксуючи момент введення вмиканням секундоміра. Для вимірювання часу утримування визначають проміжок часу від моменту введення проби до появи максимуму кожного піку. Результати записують у таблицю 9.
Таблиця 9
Параметри утримування компонентів аналізованої проби
Номер |
|
Час утримування, с |
|
Назва речовини |
||
піка |
Проба 1 |
|
Проба 2 |
|
Проба 3 |
|
|
|
|
||||
1. |
|
|
|
|
|
|
2. |
|
|
|
|
|
|
3. |
|
|
|
|
|
|
3. В хроматограф вводять по 0,1-0,5 мкл індивідуальних розчинників, присутність яких передбачають в аналізованій пробі. Фіксують часи утримування і результати записують в таблицю 10.
16
Таблиця 10
Параметри утримування індивідуальних речовин
№ |
Назва речовини |
Час утримування, с |
п/п |
|
|
|
|
|
1. |
|
|
|
|
|
2. |
|
|
|
|
|
3. |
|
|
|
|
|
4. |
|
|
|
|
|
5. |
|
|
|
|
|
6. |
|
|
|
|
|
4. Порівнюючи часи утримування піків аналізованої проби та часи утримування індивідуальних речовин, встановлюють якісний склад суміші, який записують у таблицю 9.
4.5.2. Кількісний аналіз
1. Після встановлення якісного складу досліджуваної суміші вимірюють висоти піків для хроматограм досліджуваної суміші і результати записують у таблицю 11.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблиця 11 |
||
|
|
|
Досліджувана суміш |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
№ |
Назва речовини |
h1 |
|
h2 |
h3 |
С1 |
С2 |
С3 |
|
Ссер |
|
п/п |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.Готують калібрувальну суміш з чистих індивідуальних речовин в кількості 0,3-0,5 г, послідовно зважуючи компоненти.
3.Розраховують процентний вміст компонентів калібрувальної суміші за формулою:
C = |
mi |
100% . |
(24) |
|
|||
i |
mсум |
|
|
|
|
|
4. Три рази вводять проби калібрувальної суміші об’ємом 2-3 мкл у хроматограф, вимірюють висоти піків компонентів і результати записують у таблицю 12.
17
Таблиця 12
Калібрувальна суміш
№ |
Назва речовини |
С, % |
h1 |
h2 |
h3 |
f1 |
f2 |
f3 |
fсер |
п/п |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5. Для розрахунку нормувальних множників (fі) один з компонентів суміші за вказівкою викладача приймають як стандартний (fст=1). Для всіх інших компонентів нормувальні множники розраховують за формулою (14).
6. Концентрації (Сі) компонентів у досліджуваній суміші розраховують за формулою (15) та обчислюють середні арифметичні значення концентрацій (Ссер), які записують у таблицю 11.
4.6. Лабораторна робота № 5 Визначення кількісного складу суміші методом внутрішнього стандарту
1.Вмикають хроматограф і встановлюють заданий викладачем режим роботи. Після досягнення заданого режиму записують параметри за формою, наведеною в роботі №1.
2.Тричі вводять в хроматограф по 2-3 мкл попередньо зваженої кількості досліджуваної суміші (mxсум) з наважкою речовини стандарту(mxст).
3.Вимірюють з хроматограми висоти піків досліджуваної речовини (hix) та речовини-стандарту (hxст).
4.Готують калібрувальну суміш з чистої визначуваної речовини (mі) і речовини – внутрішнього стандарту (mст), послідовно зважуючи їх. Обчислюють концентрації речовин за формулою (23).
5.Тричі вводять в хроматограф по 2-3 мкл калібрувальної суміші і визначають з хроматограми висоти піків досліджуваної речовини (hi) та
стандарту (hст).
6. Результати вимірювань записують у таблицю 13.
Таблиця 13
Калібрувальна суміш |
Досліджувана суміш |
||
|
|
|
|
Сст |
|
mxст |
|
Сі |
|
mxсум |
|
hi |
|
hix |
|
hст |
|
hxст |
|
fi = |
Cix = |
||
18
7.Розраховують fi – нормувальний множник за формулою (14).
8.Концентрації визначуваної речовини (Cix) у досліджуваній суміші розраховують за формулою (16).
19
5. РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА
1.Лисенко О.М. Набиванець Б.Й. Вступ до хроматографічного аналізу. Навчальний посібник. 2005. К.: Корвін Пресс. 187 с.
2.Хроматографічні методи аналізу: навч. посіб. / Федорченко С.В., Курта С.А. – Івано-Франківськ: Прикарп. нац. ун-т ім. В. Стефаника, 2012. – 146 с.
3.Гиошон Ж., Гийемен К. Количественная газовая хроматография для лабораторних анализов и промышленного контроля. М.: Мир, 1991.
4.Столяров Б.В., Савинов И.М., Витенберг А.Г. Руководство к практическим работам по газовой хроматографии: Учеб. пособие для вузов / Под ред. Б.В. Иоффе.- 3-е изд., перераб. - Л.: Химия, 1988.- 336 с.
5.Гольберт К.А., Вигдергауз М.С. Введение в газовую хроматографию.- 3-е изд.,перераб. и доп.-Москва: Химия.- 1990.- 352 с.
6.Король А.Н. Неподвижные фазы в газожидкостной хроматографии: Справочник.- Москва: «Химия», 1985. – 240 с.
7.Березкин В.Г. Высокоэффективная капиллярная газовая хроматография.
М.: Знание, 1987.
20