Сделай Сам Свою Работу на 5

Хроматографические методы химического анализа





Хроматография – это метод, позволяющий определить молекулярный компонентный состав органического вещества, или анионный состав неорганического вещества, или элементный состав неорганического или органического многокомпонентного вещества из одной навески.

Разделение компонентов многокомпонентного вещества основано на их распределении между двумя несмешивающимися фазами – неподвижной и подвижной за счет процессов сорбции. Пробу в объеме 2 – 5 см3 (газовая), 1 – 10 мм3 (жидкая) с помощью шприца-дозатора вводят в подвижную фазу, которой может быть газ, жидкость или сверхкритический флюид. Подвижная фаза движется через неподвижную фазу, которая находится в колонке или в плоском тонком слое. Неподвижная фаза представляет собой твердое пористое вещество (сорбент) или пленку жидкости, нанесенную на твердое вещество (твердый носитель).

В газовой хроматографии поток инертного газа, а в жидкостной хроматографии поток инертного жидкого растворителя или раствора с постоянной скоростью пропускается через хроматографическую колонку, заполненную сорбентом.

Разделение пробы на составляющие ее компоненты А, Б, В и др. происходит вследствие различий в скорости перемещения компонентов вдоль хроматографической колонки. Это различие связано с различием в силе физического взаимодействия компонентов пробы с веществом неподвижной фазы (явление адсорбции или абсорбции). Многократное повторение элементарных актов сорбции и десорбции приводят к тому, что при достаточно большом времени движения (большая длина колонки) компоненты анализируемого вещества разделяются.



При передвижении подвижной фазы вдоль колонки с сорбентом одни компоненты останутся в верхнем слое сорбента, другие, из-за меньшей степени взаимодействия с сорбентом, окажутся в нижней части колонки, некоторые из них покинут колонку вместе с подвижной фазой. То есть через колонку движется быстрее тот компонент, адсорбируемость которого меньше. Скорость перемещения растёт с возрастанием летучести или с уменьшением температуры кипения компонентов. Сильно адсорбирующиеся полярные молекулы определить в пробе анализируемого вещества практически невозможно, так как они не будут передвигаться вдоль колонки с подвижным носителем и не попадут в детектор. Аналогично через колонку быстрее движется тот компонент, растворимость которого в неподвижной жидкой фазе меньше, а летучесть при данной температуре больше.



Подбирая экспериментально химическую природу сорбента, размер его гранул, размеры колонки, температуру колонки, химическую природу подвижного носителя и скорость его движения можно разделить довольно сложные многокомпонентные вещества, например такие как нефть, и идентифицировать его компоненты.

Идентифицировать и определить содержание компонентов многокомпонентного вещества позволяет блок хроматографа, который называется детектором. Детектор присоединяется к хроматографической колонке. Детекторы различаются по измеряемому физическому свойству компонентов. Разработано более 50-ти разновидностей детекторов, например, по теплопроводности (катарометр), пламенно – ионизационный, электронного захвата, термохимический, термоионный, пламенно – фотометрический, спектрофотометрический, флуоресцентный, кондуктометрический, полярографический, масс-спектрометрический, атомно-эмиссионный и др. На практике используют хроматографы с различными детекторами.

На рисунке 5 представлена схема хроматографа с масс-спектрометрическим детектором, на рисунке 6 – схема устройства масс-анализатора.

 

Рис. 5. Блок-схема и принципиальное устройство газового хромато–масс-спектрометра. [Другов Ю. С. Экологическая аналитическая химия: учебное пособие – СПб.: Анатолия, 2002. – 464 с. Рис.V.1, С.395.]:



1 – газовый хроматограф; 2 – сепаратор; 3 – система ввода: обеспечивает работу с газовым хроматографом или баллоном напуска с сепаратором или без него; 4 – прямой ввод пробы в источник ионов с ионизацией электронным ударом или химической ионизацией; 5 – давление в области ионизации, измеряется отдельным, диафрагменным манометром химической ионизации; 6 – обогреваемый баллон напуска; 7 – источник ионов; 8 – масс-анализатор; 9 – детектор; 10 – давление в области источника ионов, измеряется отдельным ионизационным манометром (около 102 Па/мм рт.ст.) для химической ионизации; 11 – давление в области анализатора: измеряется отдельным ионизационным манометром (около Ю-4 Па/10-6 мм рт.ст.) для химической ионизации и ионизации электронным ударом; 12 – газы-реагенты; 13 – вакуумная система источника ионов; 14 – насос; 15 – вакуумная система масс-анализатора

 

В оптимальных условиях произойдет разделение компонентов многокомпонентного вещества, далее каждый компонент поступит в детектор в потоке подвижного носителя отдельно от других компонентов и в определенной последовательности. Регистрирующее устройство запишет сигналы компонентов на бланке в координатах «интенсивность выходного сигнала – время». Отсчет времени ведется от времени вводы пробы в хроматограф. Сигнал каждого компонента имеет форму пика. Совокупность пиков всех компонентов пробы, представляющих собой непрерывную кривую, называют хроматограммой.

Время, соответствующее максимальному значению интенсивности сигнала компонента, называют временем удерживания компонента. Параметр «время удерживания» используют для идентификации химической природы компонента. Оказывается, если проводить измерения в одних и тех же условиях, то всегда можно зафиксировать аналитический сигнал одного и того же компонента через одно и тоже время после ввода пробы в хроматограф.

На рисунке 6 представлена схема устройства масс-спектрометрического детектора.

 

Рис. 6. Схема устройства масс-анализатора [Отто М. Современные методы аналитической химии: учебник. – в 2-х томах – М. : Техносфера, 2006. – Т.1. – 544 с. – рис. 3.111, С.309]

 

 

Идентификация компонентов анализируемого вещества по масс-спектрам осуществляется сравнением полного масс-спектра анализируемого вещества или отдельных линий с масс-спектрами, имеющимися в электронной библиотеке NIST (176460 спектров). В случае маловероятных совпадений можно получить хоть какую-нибудь информацию о веществе – о предположительной молекулярной массе компонентов, о структурных фрагментах или функциональных группах.

Газовый хроматограф – масс-спектрометр ТRACE DSQ (ГХ/МС), имеющийся в НАЦ ТПУ, предназначен для исследования молекулярного состава сложных органических и неорганических соединений, имеющих температуру кипения ниже 500°С. Отличительной особенностью прибора является низкий предел обнаружения, позволяющий определять компоненты с содержанием от 1 пг/мкл в сложном многокомпонентном веществе.

Масс-спектрометр представляет собой двустадийный квадрупольный масс-фильтр с источником ионизации электронным ударом. Детектором масс является конверсионный динод с послеускорительным напряжением +/-10 кВ.

ГХ/МС позволяет решать следующие задачи: идентификация компонентов нефти; определение летучих органических и неорганических соединений в различных объектах окружающей среды (воздух, почвы, водоемы, пищевые продукты); определение полициклических ароматических углеводородов в природных водах; определение пестицидов в природных и пищевых продуктах; анализ витаминов и лекарственных препаратов; идентификация наркотических веществ; анaлиз взрывчатых веществ.

В хроматографии значения высоты h или площади SΔ хроматографического пика пропорциональны концентрации компонента Сi в пробе анализируемого вещества. Поэтому концентрацию компонента определяют по градуировочному графику, который строят в координатах hСi или SΔСi по стандартным градуировочным смесям – газовым смесям или растворам.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.