Главная Случайная страница


Категории:

ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника






Количественный анализ смеси методом нормирования площадей

Цель работы: Провести разделение смеси неизвестного состава при различных температурных режимах колонки и оценить степень разделения компонентов.

Оборудование и реактивы: исследуемая смесь, гексан, фильтровальная бумага, шприцы.

Условия проведения хроматографического анализа: кварцевая капиллярная колонка: длина – 60 м, диаметр – 0,25 мм, нанесенная фаза – 100%-ый диметилсилоксан. ПИД детектор, газ-носитель – азот, объем вводимой пробы – 0,2 мкл. Изотермический режим при 70°С в течении 20 минут, затем программированный подъем температуры со скоростью 2°С/мин до 150°С с выдержкой при конечной температуре 40 мин. Темпе-ратура испарителя 250°С.

Количественная интерпретация хроматограмм является одним из наиболее ответственных заключительных этапов хроматографического анализа.

Задачами количественной интерпретации хроматограмм в зависимости от целей и задач конкретного применения этого метода могут выступать:

1) количественное определение одного компонента или небольшого числа компонентов сложного многокомпонентного анализируемого продукта;

определение содержания одного или нескольких компонентов анализируемого многокомпонентного продукта и общего содержания остальных веществ;

определение полного количественного состава многокомпонентного вещества.

Использование хроматографии для контроля качества продукции в большинстве случаев представляет собой варианты решения аналитических задач I и II типа. В этих случаях, как правило, на подготовительной стадии определяемые компоненты анализируемого продукта выделяются из него каким-либо подходящим методом, чаще всего, методами экстракционного извлечения соответствующим экстрагентом, затем полученный экстракт подвергается очистке от мешающих разделению компонентов, ряду других операций, например, выделению из экстракта и растворению в подходящем растворителе, а затем хроматографической качественной идентификации, в основе которой лежит использование характеристик удерживания, и количественному определению, основанному на измерении площадей или высот соответствующих хроматографических пиков.

При проведении такого рода количественного анализа необходимо учитывать важность подбора оптимальных условий предварительной подготовки хроматографируемой пробы. Очень важно подобрать такой экстрагент, использование которого обеспечивало бы максимальную степень извлечения искомого(ых) компонента(ов) из многокомпонентного продукта, его высокую селективность по отношению к нему (ним), легкость удаления экстрагента и др.

Задачи количественного хроматографического анализа, относящиеся к III типу, решаются обычно при проведении комплексных научных исследований.

Точность результатов количественного хроматографического анализа может колебаться от десятых долей до нескольких десятков процентов и определяется поставленной задачей, выбором аппаратуры и условий проведения анализа, выбором определяющего параметра хроматограммы и точностью его измерения, выбором метода расчета хроматограммы и точностью использованных калибровочных коэффициентов. Важное значение имеет также качество самой хроматограммы, которое зависит от многих факторов, в частности:

- от количества вводимой пробы и правильности ее введения. Для получения качественной хроматограммы проба перед началом элюирования должна находиться в колонке в виде узкой полосы, что обеспечивается, во-первых, оптимальным объемом вводимой пробы, который для предотвращения перегрузки колонки не должен превышать определенного значения, пропорционального корню квадратному из ее длины, и, во-вторых, надежностью дозирующего устройства;

Рис. 1.10. Количественные характеристики хроматографического пика
- правильности выбора колонки и режима ее работы. Должна быть подобрана такая колонка, которая обеспечивает не только полное разделение всех определяемых компонентов, но и достижение требуемой точности количественных результатов. Особое значение имеет стабильный температурный режим колонки;

- чувствительности детектора;

- оптимальности работы системы регистрации хроматограммы, которая должна обеспечивать равномерность движения диаграммной ленты в самописце. При этом если обсчет хроматограмм ведут по высоте пиков, скорость диаграммной ленты существенного значения не имеет, но когда обсчет ведется по площади пика, необходимо подобрать оптимальную скорость.

При количественном определении содержания какого-то компонента хроматографическим методом на хроматограмме анализируемой пробы по времени удерживания или удерживаемому объему методами, описанными в предыдущем разделе, идентифицируют пик определяемого компонента. Основными параметрами хроматографического пика, используемыми при определении количества этого вещества, являются (рис. 1.10):

- высота пика h' от точки пересечения касательных к фронту и тылу до базовой линии;

- высота пика h от точки максимума до базовой линии;

- ширина пика w у основания;

- ширина пика w0,5 на половине высоты.

Точность получаемых результатов очень сильно зависит от правильности выбора и точности измерения так называемого определяющего параметра хроматограммы, т.е. параметра, принятого при проведении обсчета хроматограммы основным.

В качестве определяющих параметров пика используют высоту пика или площадь пика.

Высоту пика в качестве определяющего параметра следует выбирать при условии, что воспроизводимость величины вводимой пробы высокая, колонка не перегружена, температура и расход подвижной фазы стабильны, если используется детектор концентрационного типа, а измерения проводятся в линейной области детектора и системы измерения и регистрации, при этом инерционность детектора и системы регистрации низкая.

Площадь пика в качестве определяющего параметра можно использовать при тех же условиях, но при этом допускается применять и поточные детекторы, а инерционность детектора и системы регистрации может быть несколько большей, чем при расчете по высоте пика. Таким образом, требования к рабочим условиям хроматографирования при обсчете хроматограмм по площади пика менее жесткие, но при этом имеется несколько дополнительных источников ошибок, связанных с определением площади пика.

Измерение площади пика может быть проведено несколькими методами:

1) методом треугольника, состоящим в умножении высоты пика h' на его ширину w в основании и делении произведения на два (обозначения см. на рис. 1.10). Точность определения площади при этом зависит от формы пиков и правильности проведения касательных;

2) упрощенным методом Кремера, суть которого состоит в умножении высоты пика h на ширину w0,5, измеренную на половине высоты. Этот метод очень удобен и широко применяется;

3) площадь пика на хроматограмме переносят на плотную бумагу, вырезают и взвешивают на аналитических весах. Из массы вырезанного пика и массы 1 см2 бумаги вычисляют площадь пика;

4) площадь пика измеряют планиметром.

Расчет площади пиков методом Кремера следует применять только тогда, когда величины обоих множителей не искажаются влиянием соседнего пика. Если искажение наблюдается, то вместо полуширины можно использовать ширину, измеренную на той высоте, на которой влияние соседнего пика не сказывается. Тогда площади пиков вычисляют с учетом поправочных множителей. Например, если неискаженной наложением соседнего пика оказывается ширина обсчитываемого пика на высоте, равной 0,75 h, то площадь обсчитываемого пика определяется по формуле

. (1.18)

Если ширина обсчитываемого пика не искажена на высоте 0,9 h, его площадь рассчитывается по следующей формуле:

. (1.19)

Необходимо отметить, что при использовании современных хроматографов, оснащенных управляющими компьютерами, проводить измерение параметров хроматографических пиков и расчет их площадей вручную хроматографисту не приходится. Однако в компьютерных программах учтены практически все описанные выше принципы обсчета и их выбора.

Точность количественного хроматографического анализа в значительной степени определяется выбором наиболее рационального метода расчета концентрации веществ. Основными методами получения количественных результатов являются метод абсолютной калибровки, метод внутреннего стандарта, метод простой нормировки и метод внутренней нормировки.

Метод абсолютной калибровкиоснован на том, что для, количественного определения содержания компонентов в анализируемой пробе, необходимо для каждого определяемого в пробе индивидуального вещества построить калибровочную кривую зависимости площади или высоты хроматографического пика от содержания этого вещества в анализируемой пробе. Необходимость такой трудоемкой работы обусловлена тем, что чувствительность детектора хроматографа к различным веществам даже близкой химической структуры, как правило, неодинакова.

Построение калибровочных кривых производят по результатам хроматографирования в одинаковых условиях известных количеств определяемого вещества. Зависимость площади Si или высоты хроматографического пика от содержания qi вещества в анализируемой пробе при достаточно строгом воспроизведении условий хроматографирования является линейной и угловой коэффициент (тангенс угла наклона) калибровочной прямой i-го компонента называется калибровочным коэффициентом Ki, г/см2:

(1.20)

Процентное содержание i-го компонента Xi в пробе составит

(1.21)

где Q - масса анализируемой пробы, г.

Метод абсолютной калибровки достаточно прост, но точность его в значительной мере зависит от постоянства режима и тщательности приготовления и анализа эталонов или их смесей.

Недостаток метода состоит в том, что приходится строить калибровочные графики для каждого индивидуального вещества, на что тратится много времени и расходуются эталонные вещества. Поэтому его применяют, главным образом, при определении одного или нескольких компонентов смеси, например, микропримесей.

Метод внутреннего стандарта (метод метки) основан на сравнении высот или площадей пиков известного вещества-метки и определяемых компонентов. В качестве внутреннего стандарта (метки) стараются подобрать такое вещество, которое бы не реагировало с компонентами смеси, не очень сильно сорбировалось и появлялось на хроматограмме отдельно от других компонентов. Кроме того, его не должно быть в составе исследуемой смеси.

К анализируемой пробе добавляют точно известное количество вещества-метки. Количество метки подбирают такое, чтобы площадь его пика была соизмерима с площадью пиков компонентов смеси, подлежащей количественному определению. Для калибровки следует провести хроматографический анализ ряда смесей вещества-метки с каждым из отдельных определяемых компонентов при различных соотношениях обоих веществ в смеси. По оси абсцисс откладывают значения отношения массы метки qm к массе анализируемого вещества qi (qm /qi) в искусственных смесях, а по оси ординат - соответствующее им соотношение площадей пиков Sm/Si.

В узкой области соотношений qm /qi график прямолинеен. Угловой коэффициент такого графика Кi представляет собой калибровочную константу для данного определяемого компонента. Он вычисляется из уравнения

. (1.22)

Отсюда .

Калибровочная константа практически не зависит от количества добавляемой в колонку искусственной смеси и мало изменяется при изменении скорости потока подвижной фазы и температуры колонки. Относительное содержание вещества-метки Im в смеси рассчитывается по следующей формуле:

. (1.23)

Относительное содержание определяемого компонента Ii

, (1.24)

где qm - масса вещества-метки в пробе; - масса определяемого вещества в пробе; Q - весовое количество пробы смеси, введенное в колонку.

Разделив Im на Ii получаем

, (1.25)

откуда .

Процентное содержание определяемого вещества вычисляется из уравнения

, (1.26)

а так как , то . (1.27)

Таким образом, чтобы провести анализ и количественный расчет методом метки, нужно:

1) составить ряд искусственных смесей определяемого вещества с веществом-меткой, снять ряд хроматограмм при режиме анализа смеси и измерить соотношение площадей соответствующих пиков; на основании полученных данных построить графики в координатах ; рассчитать калибровочную константу Ki;

2) определить приблизительное весовое количество анализируемой смеси, которое нужно вводить в колонку, чтобы получить достаточно хорошо выраженный пик определяемого компонента; подобрать такое количество вещества-метки, при котором на хроматограмме появился бы пик метки, соизмеримый с пиком определяемого компонента; приготовить стандартную смесь метки и компонентов; вычислить Im по следующей формуле:

. (1.28)

3) в хроматографическую колонку ввести пробу анализируемой смеси с известным содержанием метки и снять хроматограмму; измерить площадь пика определяемого компонента Si и пика вещества метки Sm; зная калибровочную константу Ki, рассчитать процентное содержание компонентов по формуле

(1.29)

Если необходимо определить несколько компонентов, то для каждого из них находят калибровочную константу описанным способом.

Метод метки удобен тем, что на результаты анализа колебания параметров хроматографического опыта сказываются слабо. Но если дозировка объемов анализируемых образцов проводится достаточно точно, этот метод никаких преимуществ перед методом абсолютной калибровки не имеет. Кроме того, использование метода метки ограничивается преимущественно определением лишь небольшого числа компонентов, содержание которых в не очень сложных по составу смесях не превышает примерно 10%.

Метод простой нормировкиможно использовать при количественном обсчете хроматограмм в том случае, когда есть уверенность в том, что все вещества анализируемой пробы, взятые в равном количестве, дают на хроматограмме пики, имеющие равные площади, т. е. что чувствительность детектора хроматографа ко всем компонентам анализируемой пробы одинакова. Это условие достаточно строго выполняется, если вещества сходны по химическому строению. Площади пиков рассчитывают, умножая высоту пика на ширину, измеренную на его полувысоте. Процентное содержание данного компонента в анализируемой смеси находят по формуле:

(1.30)

где Xi - процентное содержание i-ого компонента; Si - площадь пика определяемого компонента; åSi - сумма площадей пиков всех компонентов.

Метод простой нормировки не дает точных результатов в случае различной чувствительности детектора по отношению к различным компонентам смеси. В этом случае следует применятьметод внутренней нормировки с калибровочными коэффициентами.

Этот метод учитывает различия чувствительности детектора по отношению к компонентам анализируемой смеси. Он более точен и надежен, чем метод простой нормировки. Количественный обсчет хроматограмм ведут по формуле

, (1.31)

где Кi - калибровочный коэффициент, мг/см2.

Если отдельные компоненты разделяются не полностью, то пользуются следующей формулой:

, (1.32)

где hi - высота пика i-ого компонента; li - расстояние удерживания этого компонента (по диаграммной ленте).

Физический смысл калибровочного коэффициента Ki - количество вещества, соответствующее единице площади пика.

Практически калибровочный коэффициент рассчитывают следующим образом. Приготовив искусственную смесь определенного состава, снимают хроматограмму. Разделив массу каждого компонента в пробе этой смеси на площадь соответствующего пика компонента, получают калибровочный коэффициент Ki (мг/см2).

Для определения Ki часто используют так называемые поправочные коэффициенты Ki, т.е. калибровочные коэффициенты Ki хроматографируемых веществ, к калибровочному коэффициенту Kст. вещества, выбранного в качестве стандарта:

. (1.33)

K’ст является безразмерной величиной.

Применение метода внутренней нормировки при использовании большинства детекторов часто не требует специальной калибровки, так как калибровочные коэффициенты для многих веществ даны в литературе. Для быстрого определения приведенной площади пика КiSi можно воспользоваться имеющимися в литературе номограммами.

Достоинство метода внутренней нормировки состоит в том, что искажения, имеющиеся в одинаковой степени у всех пиков, в конечном счете не влияют на точность результатов. Ошибки этого метода могут быть связаны с постепенным изменением режима в процессе анализа.

Ход работы

1. Запись хроматограммы исследуемой смеси.

Включить хроматограф. Задать параметры анализа исследуемой смеси. После выхода прибора на режим провести хроматографирование.

2. Количественный анализ.

Методом Кремера рассчитать площади пиков индивидуальных компонентов. Методом внутренней нормализации определить содержание отдельных компонентов многокомпонентной смеси. Данные занести в табл. 1.3.

Таблица 1.3.

Количественный анализ многокомпонентной смеси

№ пика уд h S С, масс %
         
         

 


 

 

Лабораторная работа №7

Последнее изменение этой страницы: 2016-07-23

lectmania.ru. Все права принадлежат авторам данных материалов. В случае нарушения авторского права напишите нам сюда...