48. Использование методов хроматографии в экологическом мониторинге. Способы расчета концентрации загрязняющих веществ.

Хроматография (от греч. chroma, chromatos - цвет, краска), физико-химический метод разделения и анализа смесей, основанный на распределении их компонентов между двумя фазами - неподвижной и подвижной (элюент), протекающей через неподвижную.

Хроматографический анализ является критерием однородности вещества: если каким-либо хроматографическим способом анализируемое вещество не разделилось, то его считают однородным (без примесей).

Принципиальным отличием хроматографических методов от других физико-химических методов анализа является возможность разделения близких по свойствам веществ. После разделения компоненты анализируемой смеси можно идентифицировать (установить природу) и количественно определять (массу, концентрацию) любыми химическими, физическими и физико-химическими методами.

Терминология. Детектор — устройство для регистрации концентрации компонентов смеси на выходе из колонки; Хроматограф — прибор для проведения хроматографии.

Хроматография широко применяется в лабораториях и в промышленности для качественного и количественного анализа многокомпонентных систем, контроля производства, особенно в связи с автоматизацией многих процессов, а также для препаративного (в т. ч. промышленного) выделения индивидуальных веществ (например, благородных металлов), разделения редких и рассеянных элементов.

Основные достоинства хроматографического анализа: экспрессность; высокая эффективность; возможность автоматизации и получение объективной информации; сочетание с другими физико-химическими методами; широкий интервал концентраций соединений; возможность изучения физико-химических свойств соединений; осуществление проведения качественного и количественного анализа; применение для контроля и автоматического регулирования технологических процессов.

Классификация методов хроматографического анализа:

По агрегатному состоянию фаз: Газовая хроматография (газо-жидкостная, газо-твёрдофазная хроматография); Жидкостная хроматография (жидкостно-жидкостная, жидкостно-твёрдофазная, жидкостно-гелевая, сверхкритическая флюидная хроматография)

По механизму взаимодействия: Распределительная; Ионообменная; Адсорбционная; Эксклюзионная; Осадочная; Адсорбционно-комплексообразовательная хроматография; гель -хроматография

По цели проведения: Аналитическая; Препаративная; Промышленная хроматография

По способу ввода пробы: Элюентная, Фронтальная, Вытеснительная хроматография.

Анализ хроматограммы. Заключит. стадией хроматограф. анализа смеси в-в явл-ся качеств. и количеств. анализы полученной хроматограммы (результатата регистрирования завис-ти конц-ции компонентов на выходе из колонки от времени.). Хроматограмма, полученная на адсорбенте белого цвета, пр. собой серию цветн. зон, располож-х в определ. порядке. Визуальное исслед-е такой хроматограммы дает ориентировочное представл-е о составе исследуем. смеси. Если разделяем. в-ва флюоресцируют в ультрафиолетовом свете, располож-е зон в колонке м. определить при помощи облучения ее УФ- лучами.

Выявление зон б/цв в-в осущ-ются методом проявл-я хроматограмм. Д/этого ч/ хроматографич. колонку (содержащую хроматографич. сорбент и выполняющую функцию раздел-я смеси на индивид. компоненты) пропускают р-р, кот дает окраш-е зон, или перед началом хромат-фии адсорбент обраб-ется соответствующ. индикатором, кот изменяет свою окраску в завис-ти от среды образовавшейся зоны.

Колич. анализ хроматограммы целесообразно проводить лишь в том случае, когда осуществлено полное разделение смеси и хроматограмма состоит из серии отдельных непрерывающихся зон.

Колич. анализ рез-тов раздел-я сводится к опред-ю кол-ва в-ва, содержащ-ся в кажд обнаружен. зоне. Ориентир. данные м. получить, измеряя ширину полосы при стандартн. сорбенте, откалибр. по данному

в-ву при постоян. усл-ях. Для этой цели м.б использ-но измер-е диэлектрич. постоянной по длине колонки или примен-е метода счета импульсов при работе с радиоактивными изотопами.

Наиб. распростр-е -метод фронтальн. анализа. При рацион. подборе вытесн-ля обеспеч-тся последов-сть появл-я отд. комп-тов смеси в фильтрате. В прост.случае произв-тся колич. и качеств. анализ отд.порций фильтрата. Метод отбора проб позвол. не только констатировать раздел-е, но и колич-но выделять вымываемые из колонны в-ва.

Качеств. анализ бумажн. хроматограмм произв-тся в основном такими же методами, что и анализ колоночн. хроматограмм. Простой и убедительный способ - способ свидетелей (на одной и той же полосе бумаги хроматографируют исследуем. смесь в-в и отдельно набор в-в, присутствие котор в исследуем. смеси предполагается. Р-ры наносят на бумагу в один раз. После оконч-я хроматографирования и проявления зон производится визуальн. сопоставление полож-я пятен известн. в-в с полож-ем пятен неизвестн. в-в. Для бумажн. хроматографии используют специальные сорта фильтровальной бумаги. В этом случ., неподвижн. фаза- вода, адсорбированная бумагой, или орган. жидкость, которой бумага пропитана. Иногда бумагу модифицируют, например, обраб-ют уксусным ангидридом. При этом гидроксильн. группы целлюлозы превращаются в сложноэфирные, что приводит к изменению сорбцион. свойств бумаги.

Поток элюента м.перемещ-ся вверх по полоске бумаги, благодаря капиллярн. силам (восходящ. хромат-фия) или вниз самотеком (нисходящ.).

Зоны отд.х компонентов проявляются в виде пятен. При работе с неокраш. в-вами приходится “проявлять” хроматограмму обраб-кой соответствующ. реактивом, дающ. цв. реакцию с компонентом смеси. В случае люминесцирующих в-в, зоны м. наблюдать, освещая хроматограмму ультрафиолетом. Полож-е пятна кажд. компонента характ-ется фактором замедления R_f, величина которого зависит от методики разделения, элюента и природы вещества. Фактор замедления рассчитывается по формуле:

R_f = а/b, где

а- расст-е от линии нанес-я в-в (линия старта) до центра пятна, обнаруж-го на хроматограмме; b- расст-е от линии старта до линии фронта элюента.

Качеств. анализ состоит в сравнении периодов времени удерживания данного вещества на хроматограмме от момента ввода пробы в испаритель до момента, соответствующего максимальному значению сигнала для данного компонента.

Количеств. анализ основан на прямо пропорциональной зависимости содержания вещества в пробе от площади пика данного компонента на хроматограмме. Расчет ведется в основном тремя методами.

1. Метод абсолютной калибровки заключается в построении графиков завис-ти высоты или площади пика Х от содерж-я компонентов в смеси.

Расчет ведется по следующим формулам:

X= 1000 a/V, X = cV/V20, где

a - содержание вещества, определенное по графику; мг

V - объем пробы воздуха, вводимого в испаритель хроматографа, мл

с - концентрация вещества, рассчитанная по графику, мг/мл

V20 - объем пробы воздуха, произведенный в стандартных условиях.

2. Метод внутреннего стандарта основан на введении в анализируемую смесь известного количества вещества, принимаемого за стандарт. По своим свойствам оно должно быть достаточно близко к анализируемым соединениям, но полностью отличаться от них по хроматограмме.

3.Метод норматизации площадей пиков. При этом сумму площадей всех пиков с учетом поправочных коэффициентов принимают за 100%.Для вычисления концентрации вещества (в объемных процентах) необходимо его площадь умножить на 100 и разделить на сумму всех площадей. Метод прост, но может быть использован лишь тогда, когда все компоненты известны и полностью разделены.