2.4 Обработка хроматограмм
Программа по расчету концентрации из пиков хроматограмм работает с файлами хроматограмм, представляющих из себя набор значений. На экране компьютера хроматограмма выглядит как непрерывная ломаная кривая:
1. Пики легколетучих компонентов инфильтрат
2. Пик уксусной кислоты
3. Пик пропионовой кислоты
4. Пик изо-маслянной кислоты
5. Пик масляной кислоты
6. Пик изовалерианой кислоты
7. Пик стандартного вещества
8. Пик валериановой кислоты
9. Пик изокапроновой кислоты
10. Пик капроновой кислоты
11. Время выхода пика уксусной кислоты
12 Время выхода пропионовой кислоты
13. Время выхода капроновой кислоты
14. Ширина пика стандартного вещества
15. Высота пика изкапроной кислоты
Рисунок 4 – Пример хроматограммы образца с набором ЛЖК С2 – С6
Программа анализирует последовательность и определяет границы пиков и их высоты. Площади пиков определяются как площади треугольников с основанием в ширину пика и высотой равной высоте пика. Исходя из площади пика с известной концентрацией (массой стандартного вещества прилитой к известной массе пробы) и коэффициентов горения, получаемых экспериментально для каждой кислоты, компьютер считает концентрацию каждой ЛЖК по формуле:
Ci=
,
(15)
где Ci, Cст. — концентрации стандарта и ЛЖК
Si, Sст. — площади пиков
Ki — переводной коэффициент
Данные по концентрациям кислот заносятся в базу данных. Расчетная база данных дает возможность расчета также общего, суммарного уровня кислот, анаэробного индекса — отношение суммы всех кислот, кроме уксусной, к концентрации уксусной. Также рассчитываются концентрации кислот относительно общего уровня кислот. Все полученные данные можно сравнить со значениями норм.
Подобный анализ ЛЖК в различных биотопах человека позволяет произвести экспертизу вещественных доказательств, а также выяснить употреблял ли человек наркотики, спиртные напитки на неопределённый период времени. Возможно выявление причин заболеваний и смерти при отравлениях алкоголем, наркотическими и лекарственными средствами. Проведение диагностики врождённых заболеваний.
3 Область применения
Хроматограф - прибор, который применяется для анализа состава, структуры и качественных параметров жидких и газовых проб в органических и неорганических соединениях. На современном уровне достижений в различных отраслях хозяйствования область применения хроматографа весьма многогранна.
На сегодняшниий день метод газовой хроматографии является одним из самых востребованных методов многокомпонентного анализа, применяемых в хроматографах, поскольку его отличает экспрессность, высокая точность, чувствительность, автоматизация. Метод применяется для решения многих аналитических проблем. Самостоятельным аналитическим методом, используемым при работе с хроматографом, можно считать количественный газохроматографический анализ. Он более эффективен при разделении веществ, относящихся к одному и тому же классу (углеводороды, органические кислоты, спирты и т.д.). Данный метод нашел широкое применение в нефтехимии (бензины содержат сотни соединений, а керосины и масла — тысячи), он незаменим при определении пестицидов, удобрений, лекарственных препаратов, витаминов, наркотиков и др. Метод капиллярной хроматографии с успехом используется при анализе сложных многокомпонентных смесей. Более широкие возможности открываются при использовании в хроматографах реакционной газовой хроматографии по причине того, что многие нелетучие, термонеустойчивые или агрессивные вещества непосредственно перед введением в хроматографическую колонку могут быть переведены с помощью химических реакций в другие - более летучие и устойчивые. Чаще всего химические превращения осуществляют на входе в колонку хроматографа, реже – в самой колонке или на выходе из нее перед детектором. Более удобно проводить превращения вне хроматографа. К недостаткам метода реакционной газовой хроматографии следует отнести возрастание времени анализа и появление новых источников ошибок. Метод реакционной хроматографии часто применяют в хроматографах для определения содержания микроколичеств воды. Вода реагирует с гидридами металлов, с карбидом кальция или металлическим натрием и др., продукты реакции (водород, ацетилен) детектируются с высокой чувствительностью пламенно-ионизационным детектором. К парам воды этот детектор малочувствителен. Широко применяют химические превращения в анализе термически неустойчивых биологических смесей. Обычно анализируют производные аминокислот, жирных кислот С10—C20, сахаров, стероидов. Для изучения высокомолекулярных соединений (олигомеры, полимеры, каучуки. смолы и т.д.) по продуктам их разложения используют пиролизную хроматографию. В этом методе испарение пробы заменяют пиролизом. Карбонаты металлов можно проанализировать по выделяющемуся диоксиду углерода при обработке их кислотами. Методом газовой хроматографии можно определять металлы, переводя их в летучие хелаты. Особенно пригодны для хроматографирования хелаты 2-, 3- и 4-валентных металлов с дикетонами. Лучшие хроматографические свойства проявляют дикетонаты Be(II), Al(III), Sc(III), V(III), Cr(III). Газовая хроматография хелатов может конкурировать с другими инструментальными методами анализа. Газовую хроматографию используют также в препаративных целях для очистки химических препаратов, выделения индивидуальных веществ из смесей. Метод широко применяют в физико-химических исследованиях: для определения свойств адсорбентов, термодинамических характеристик адсорбции и теплот адсорбции, величин поверхности твердых тел, а также констант равновесия, коэффициентов активности и др. При помощи газового хроматографа, установленного на космической станции "Венера-12", был определен состав атмосферы Венеры. Газовые хроматографы устанавливают в жилых отсеках космических кораблей: организм человека выделяет много вредных веществ, и их накопление может привести к большим неприятностям. При превышении допустимых норм вредных веществ автоматическая система хроматографа дает команду прибору, который очищает воздух.
Здравоохранение:
1) Содержание алкоголя в крови, моче пациентов
2) Содержания лекарственных препаратов в организме пациента и его метаболитов
3) Диагностика болезней по выдыхаемому воздуху и др. продуктам жизнедеятельности
4) Диагностика наркотических и лекарственных препаратов
Криминалистика, судебная экспертиза:
1) Экспертиза вещественных доказательств, в т. ч. наркотики, фальсифицированные спиртные напитки, причины пожаров, почерковедческая экспертиза и др.
2) Судебно-химическая экспертиза для выяснения причин заболеваний и смерти при отравлениях, алкогольном и наркотическом опьянении
Металлургия:
1) Продукты доменного производства, качества газов, используемых в металлургии
Наука:
1) Составление методик хроматографического анализа для исследования состава синтезируемых и природных веществ
Нефтехимия, химия:
1) Состав и качество природного, попутного, сжиженного газов, газового конденсата
2) «Сухой» газ
3) Вода в попутном нефтяном газе, в продуктах риформинга, рас творителях
4) Этилен и пропилен, пентаны
5) Детальный и групповой состав нефтепродуктов с расчетом октанового числа для бензина
6) Летучие хлорорганические соединения, сероводород и меркаптаны, а также газовые фракции (С1-С6) в нефти и газе
7) Кислородсодержащие соединения, а также бензол и другие ароматические соединения в бензине
8) Контроль исходного сырья, в т. ч. удобрений, полимеров, растворителей, красок, синтетического каучука
9) Продукция лесохимической промышленности
Парфюмерия:
1) Анализ содержания токсичных примесей в парфюмерной продукции и исходном сырье
2) Анализ состава эфирных масел и душистых веществ
3) Анализ содержания этанола и других спиртов
Пищевая промышленность:
1) Качество пищевых продуктов и их безопасность (содержание токсикантов), в т. ч. хлебопродукты, сахар, растительное и животное масло, рыбопродукты, консервы и др.
2) Содержания токсичных примесей в спиртных напитках, содержание этанола и органических кислот в вине и виноматериалах
3) Качество растительного масла и животных жиров
4) Микропримеси пестицидов в пищевых продуктах
5) Органические кислоты в пищевых продуктах
Сельское хазяйство:
1) Анализ состава и свойств пестицидов и др. средств защиты растений
2) Анализ содержания пестицидов, гербицидов и др. токсикантов в почве, продуктах растениеводства и животноводства
3) Анализ заболеваний и отравлений животных
Табачная промышленность:
1) Качество табачной продукции
2) Остаточное количество пестицидов
Угольная промышленность:
1) Рудничный воздух на содержание постоянных газов, оксидов углерода, метана, углеводородов
Фармацевтика:
1) Анализ качества и состава лекарственных препаратов и исходного сырья, содержания токсичных примесей, растворителей
Экология:
1) Микропримеси пестицидов, углеводородов, хлорорганических соединений и др. в питьевой и сточных водах согласно СанПиН 2.1.4.559—96
2) Вредные экотоксиканты в почве
3) Хладоны в воздухе
4) Диоксины, фенолы в объектах окружающей среды
Энергетика:
1) Диагностика состояния электрооборудования
2) Анализ теплотворной способности природного газа по ГОСТ 22667
3) Анализ газовых сред реактора
К достоинствам газовой хроматографии можно отнести:
1) Возможность идентификации и количественного определения индивидуальных компонентов сложных смесей
2) Возможность изучения различных свойств веществ и физико-
химических взаимодействий в газах, жидкостях и на поверхности твердых тел
3)Высокую четкость разделения и быстроту процесса, обусловленную низкой вязкостью подвижной фазы
4) Возможность использования микропроб и автоматической записи получаемых результатов, обусловленную наличием высокочувствительных и малоинерционных приборов для определения свойств элюата
5) Возможность анализа широкого круга объектов — от легких газов до высокомолекулярных органических соединений и некоторых металлов
6) Возможность выделения чистых веществ в препаративном и
промышленном масштабе
7) Возможность сохранения в энергонезависимой памяти информации о результатах измерений за последние 35 суток, а также результаты последней калибровки совместно с хроматограммой
8) Наличие взрывобезопасного уровня взрывозащиты, обеспечиваемого видом – «взрывонепроницаемая оболочка»;
9) Осуществление связи между хроматографом, ПК и другими внешними устройствами ведется по искробезопасным: оптическим или искрозащищенным кабельным цепям длиной до 1000 м
10) Наличие «Пульта контроля», обеспечивающего оперативный контроль и установку режимов работы непосредственно по месту монтажа
11) Обработку измерительной и служебной информации, настройка и диагностика работы хроматографа осуществляется ПК с программным обеспечением
12) Автоматическую калибровку хроматографа
Недостатки газового хроматографа:
1) По сравнению жидкостными хроматографами газовый имеет меньший круг применения, так как большинство веществ не обладает летучестью, многие не выдерживают высоких температур и разлагаются при переходе в газовое состояние, так же есть вероятность хемосинтеза анализируемых веществ.