Файл: хроматографический анализ.docx

9. Каковы области применения, достоинства и недостатки методов адсорбционной хроматографии?

В газоадсорбционной хроматографии (ГАХ) разделение анализируемых компонентов основано на различном сродстве их к твёрдому адсорбенту. При хроматографировании многократно повторяется процесс адсорбции разделяемых компонентов зёрнами адсорбента и их десорбции в подвижную газообразную фазу.

Этот метод широко используется как один из основных методов контроля чистоты окружающей среды.

Положительным для газа-адсорбционного варианта является:

только в этом случае проявляется высокая разделительная способность при анализе смесей газов и паров низкокипящих веществ;

термическая стабильность адсорбента в широком интервале изменения температуры хроматографической колонки; более высокая скорость массообмена, чем в варианте газо-жидкостной хроматографии, что приводит к быстрому разделению смесей веществ;

возможность модифицирования поверхности адсорбента; достаточная механическая прочность адсорбентов; доступность адсорбентов.

К недостаткам метода следует отнести:

• недостаточную геометрическую однородность поверхности адсорбентов;

• недостаточное постоянство химического состава поверхности адсорбентов из-за наличия примесей;

• повышенную адсорбционную активность адсорбентов; повышенную каталитическую активность адсорбентов; нелинейность изотермы адсорбции; недостаточно широкий выбор адсорбентов.

10. Какие требования предъявляются к адсорбентам и растворителям? Наиболее распространенные растворители и адсорбенты в жидкостной хроматографии.

Требования, предъявляемые к адсорбентам:

1) большая удельная поверхность (достигается за счет измельчения, активирования поверхности, нанесения тонкого слоя адсорбента на пористую поверхность (керамику, кирпич));

2) механическая прочность, термическая и химическая устойчивость;

3) низкая себестоимость;

4) возможность регенерации.

К растворителям предъявляются следующие требования:

• растворители подвижной и неподвижной фаз не должны смешиваться;

• состав растворителя в процессе хроматографирования не должен изменяться;

• растворители должны легко удаляться с бумаги; быть доступными и нетоксичными для человека.

Главное требование, предъявляемое к адсорбенту для хроматографии, - отсутствие химического взаимодействия между адсорбентом и анализируемыми веществами. Адсорбент не должен также оказывать каталитического действия как на растворитель, так и на вещества разделяемой смеси. Один из наиболее часто применяемых адсорбентов - окись алюминия, на которой удаётся хроматографировать весьма широкий круг смесей веществ как в полярных, так и в неполярных растворителях благодаря её амфотерному характеру. Широко применяются в хроматографии силикагели различных марок для хроматографического разделения смесей нефтепродуктов, высших жирных кислот и их сложных эфиров, нитро- и нитрозопроизводных, ароматических аминов и других органический соединений. 

11. Какие способы применяют для определения эффективности хроматографических разделений?

По хроматограмме можно оценить эффективность хроматографической колонки. Количественно она выражается числом теоретических тарелок (N) или высотой, эквивалентной теоретической тарелке (Н). Число теоретических тарелок и ВЭТТ («высота, эквивалентная теоретической тарелке» ) связаны соотношением: H=L/N, где L – длина колонки, N – число теоретических тарелок..

Из экспериментальных данных рассчитывают N по формуле: N=16(tR/ω)2 (9)

Значения времени удерживания (tR) и ширины пика (ω) должны быть выражены в одних единицах: либо времени, либо длины.

ВЭТТ является суммарной характеристикой разделения веществ. Однако разделить компоненты смеси важно, но недостаточно. Необходимо идентифицировать каждый компонент и определить его количество в пробе. Обычно это осуществляют с помощью обработки хроматограмм – зависимости интенсивности сигнала, пропорционального концентрации вещества, от времени разделения.

12. Какие требования предъявляются к жидкой фазе в газожидкостной хроматографии? Какие вещества используют в качестве жидкой фазы, в качестве твердого носителя?

К жидкой фазе предъявляется ряд жестких требований:

1) способность хорошо растворять компоненты смеси (если раство-римость мала, компоненты выходят из колонки очень быстро);

2) инертность по отношению к компонентам смеси и твердому носителю;

3) малая летучесть (чтобы не испарялась при рабочей температуре колонки);

4) термическая устойчивость;

5) достаточно высокая селективность, т.е. способность разделять смесь компонентов;

6) небольшая вязкость (иначе замедляется процесс диффузии);

7)способность образовывать при нанесении на носитель равномерную пленку, прочно с ним связанную.

Твердые носители.

Возможности газо-жидкостной хроматографии могут быть реализованы лишь при наличии подходящего твердого носителя. Идеальный носитель — это носитель химически неактивный, обладающий однородными макропорами, на поверхности которых равномерно распределена пленка неподвижной жидкой фазы. Он, как правило, должен обладать высокой термической стабильностью, механической прочностью и хорошей смачиваемостью.

Чаще всего в качестве твердых носителей используют материалы на основе природных диатомитов. Реже применяются синтетические кремнеземные носители — макропористые силикагели, макропористые стекла, аэросилогели. Наиболее широкое применение нашли носители на основе политетрафторэтилена, обладающие высокой химической стойкостью и инертностью поверхности.

13. В чем сущность методов количественного анализа: а) внешнего стандарта; б) метода нормировки; в) внутреннего стандарта?

Сущность метода внешнего стандарта заключается в том, что в хроматографическую колонку вводят известные количества стандартного вещества и определяют площади пиков. По полученным данным строят калибровочный график. Затем хроматографируют анализируемую смесь и по графику определяют содержание данного компонента

Метод простой нормировки чаще всего используют на практике. Для его использования необходимо, чтобы на хроматограмме были зарегистрированы все компоненты, входящие в состав анализируемой смеси; сумму площадей всех пиков принимают за 100 %. Тогда отношение площади одного пика к сумме площадей, умноженное на 100, будет характеризовать массовую долю (%) компонента в смеси.

Сущность метода внутреннего стандарта заключается в том, что в анализируемую смесь вводят определённое количество стандартного вещества (вещества сравнения). Внутренний стандарт выбирается из числа соединений, близких по структуре и физико-химическим свойствам к компонентам анализируемой смеси. Относительные поправочные коэффициенты компонентов смеси определяются по отношению к внутреннему стандарту. Метод применяется как при условии регистрации на хроматограмме всех компонентов анализируемой смеси, так и в случае не полностью идентифицированных смесей. Основная трудность заключается в выборе и точной дозировке стандартного вещества.

14. На чем основан качественный анализ методом распределительной хроматографии на бумаге? Дайте определение Rf.

Распределительная хроматография основана на свойстве разделяемых компонентов различно распределяться между двумя несмешивающимися или слабосмешивающимися жидкими фазами. Одна из жидких фаз является неподвижной фазой, она прочно удерживается на поверхности твердого вещества - «носитетеля» - в виде мономолекулярного слоя жидкости. В другой фазе - подвижной - растворяют исследуемую смесь, нанесенную на носитель.

Метод хроматографии на бумаге относится к плоскостной хроматографии, он основан на распределении анализируемых веществ между двумя несмешивающимися жидкостями.

Носителем при бумажной хроматографии служит воздушносухая фильтровальная бумага, а содержащаяся в ней гигроскопическая вода является неподвижной фазой. В качестве подвижной фазы применяют несмешивающиеся или частично смешивающиеся с водой органические растворители. Хроматограммы получают в герметических камерах в атмосфере, насыщенной парами органического растворителя и воды. Полученные хроматограммы высушивают и для проявления разделенных веществ опрыскивают (проявляют) реактивом, который образует окрашенные соединения с выделенными веществами, что позволяет определить расположение их на полосе бумаги. В определенных условиях опыта распределение отдельных веществ в обеих жидких фазах характеризуется постоянным коэффициентом Rf.

Коэффициент распределения Rf определяется отношением расстояния (в см), пройденного испытуемым раствором, к расстоянию (в см), пройденному растворителем. Воспроизводимость значений Rf зависит от условий проводимых исследований (качества бумаги, степени чистоты растворителей, температуры, состава газовой атмосферы и т.д.).

Различают несколько вариантов бумажной хроматографии: восходящая - растворитель движется снизу вверх, нисходящая - растворитель движется сверху вниз и радиальная (круговая) - растворитель движется от центра к окружности. Кроме того, применяют одномерную и двухмерную хроматографию; при одномерной хроматографии разделение веществ проводят в одном направлении, при двухмерной - в двух взаимно перпендикулярных направлениях.