p align="left">Рис. 3.1.1. Схема современного жидкостного хроматографа 1,2 - сосуды с элюентами; 3, 4 - насосы; 5 контроллер; 6 - смесительная камера; 7 - инжектор; 8 - колонка; 9 - детектор; 10 - регистратор; 11 - блок автоматической обработки результатов анализа; 12 -- коллектор фракций; 13- термостат Колонки для ВЖХ выполняют из нержавеющей стали с внутренним диаметром 2-6 мм и длиной 10-25 см. Колонки заполняют сорбентом (НФ). В качестве НФ используются силикагель, оксид алюминия или мо-дифицированные сорбенты. Модифицируют обычно силикагель, внедряя химическим путем в его поверхность различные функциональные группы. Детекторы. Регистрация выхода из колонки отдельного компонента производится с помощью детектора. Для регистрации можно использовать изменение любого аналитического сигнала, идущего от подвижной фазы и связанного с природой и количеством компонента смеси. В жидкостной хроматографии используют такие аналитические сигналы, как светопоглощение или светоиспускание выходящего раствора (фотометрические и флуориметрические детекторы), показатель преломления (рефрактометри-ческие детекторы), потенциал и электрическая проводимость (электрохи-мические детекторы) и др. Непрерывно детектируемый сигнал регистрируется самописцем. Хроматограмма представляет собой зафиксированную на ленте самописца по-следовательность сигналов детектора, вырабатываемых при выходе из ко-лонки отдельных компонентов смеси. В случае разделения смеси на внеш-ней хроматограмме видны отдельные пики. Положение пика на хроматограмме используют для целей идентификации вещества, высоту или пло-щадь пика - для целей количественного определения. Качественный анализ Рис.3.1.2. Параметры хроматограммы Важнейшие характеристики хроматограммы - время удерживания tr и связанный с ней удерживаемый объем -- отражают природу веществ, их способность к сорбции на материале неподвижной фазы и, следовательно, при постоянстве условий хроматографирования являются средством иден-тификации вещества. Для дан-ной колонки с определенными скоростью потока и температу-рой время удерживания каждо-го соединения постоянно (рис), где tR(a) - время удерживания компонента А анализируемой смеси с момента ввода в колонку до появления на выходе из колонки максиму-ма пика, tR(BC) - время удерживания внутреннего стандарта (первоначально отсутствующее в анализируемой смеси вещество), h - высота пика (мм), a1/2 -- ширина пика на половине его высоты, мм. Для идентификации вещества по хроматограмме обычно используют стандартные образцы или чистые вещества. Сравнивают время удержива-ния неизвестного компонента tRx с временем удерживания tRCT известных веществ. Но более надежна идентификация по измерению относительного времени удерживания tR(A) tR(отн)= ____ (3.1.1). tR(BC) При этом в колонку сначала вводят известное вещество (внутренний стандарт) и измеряют время его удерживания tR(BC), затем хроматографически разделяют (хроматографируют) исследуемую смесь, в которую пред-варительно добавляют внутренний стандарт. Относительное время удер-живания определяют по формуле (3.1.1). Количественный анализ В основе этого анализа лежит зависимость высоты пика h или его пло-щади S от количества вещества. Для узких пиков предпочтительнее изме-рение h, для широких размытых - S. Площадь пика измеряют разными способами: умножением высоты пика (h) на его ширину (а1/2), измеренную на половине его высоты (рис 3.2.3); планиметрированием; с помощью ин-тегратора. Электрическими или электронными интеграторами снабжены современные хроматографы. Для определения содержания веществ в пробе используют в основном три метода: метод абсолютной градуировки, метод внутренней нормализа-ции и метод внутреннего стандарта. Метод абсолютной градуировки основан на предварительном опреде-лении зависимости между количеством введенного вещества и площадью или высотой пика на хроматограмме. В хроматограмму вводят известное количество градуировочной смеси и определяют площади или высота по-лученных пиков. Строят график зависимости площади или высоты пика от количества введенного вещества. Анализируют исследуемый образец, из-меряют площадь или высоту пика определяемого компонента и на основа-нии градировочного графика рассчитывают его количество. Метод внутренней нормализации основан на приведении к 100% суммы площадей всех пиков на хроматограмме. Расчет массовой доли в % одного компонента проводят по формуле KASA w(a)% =________________ , (3.1.2) KASa+KbSb+...K2Si где К - поправочные коэффициенты, sa, sb, Si - площади пиков компонен-тов смеси. Этот метод дает информацию только об относительном содержании компонента в смеси, но не позволяет определить его абсолютную величи-ну. Метод внутреннего стандарта основан на сравнении выбранного па-раметра пика анализируемого вещества с тем же параметром стандартного вещества, введенного в пробу в известном количестве. В исследуемую пробу вводят известное количество такого стандартного вещества, пик ко-торого достаточно хорошо отделяется от пиков компонентов исследуемой смеси (рис. 3.2.3). Проводят анализ пробы с внутренним стандартом и рас-считывают количество определяемого вещества по формуле k(a)h(a) g(а)= ___________g(BC) (3.1.3) K(BC)h(BC) где g(A) - количество определяемого компонента А; h(A) - высота пика ком-понента A; g(BC)- количество внутреннего стандарта; h(BC) - высота пика внутреннего стандарта; к(A) и k(BC) - поправочные коэффициенты. В последних двух методах требуется введение поправочных коэффици-ентов, характеризующих чувствительность используемых детекторов к анализируемым веществам. Для разных типов детекторов и разных ве-ществ коэффициент чувствительности определяется экспериментально. В жидкостной адсорбционной хроматографии используется также ана-лиз фракций растворов, собранных в момент выхода вещества из колонки. Анализ может быть проведен различными физико-химическими методами. Жидкостную адсорбционную хроматографию применяют в первую очередь для разделения органических веществ. Этим методом весьма ус-пешно изучают состав нефти, углеводородов, эффективно разделяют - транс- и цис- изомеры, алкалоиды и др. С помощью ВЖХ можно опреде-лять красители, органические кислоты, аминокислоты, сахара, примеси пестицидов и гербицидов, лекарственных веществ и других загрязнителей в пищевых продуктах. 3.2. Ионообменная хроматография Ионообменная хроматография (ИХ) является разновидностью жидко-стной хроматографии и в аппаратурном оформлении ничем не отличается от других видов жидкостной колоночной хроматографии. В основе ионо-обменной хроматографии лежит процесс обмена между ионами анализи-руемого раствора (ПФ) и подвижными ионами того же знака ионообменника (НФ). В качестве ионообменников или ионитов обычно используют синтети-ческие полимерные вещества, называемые ионообменными смолами. Они состоят из матрицы (R) и активных групп, содержащих подвижные ионы. В зависимости от знака обмениваемых ионов различают катиониты и аниониты. Катиониты содержат кислотные группы различной силы, такие как сульфогруппы, карбоксильные, оксифенильные. Аниониты имеют в своем составе основные группы, например алифатические или ароматиче-ские аминогруппы различной степени замещенности (вплоть до четвер-тичных). Иониты могут находиться в Н-форме и ОН - форме, а также в солевой форме. В Н-форме катиониты и ОН- форме аниониты содержат способные к обмену ионы водорода и гидроксила соответственно, в солевых формах ионы водорода заменены катионами металла, анионы гидроксила - анио-нами кислот. В зависимости от силы кислотных и основных групп в ионитах разли-чают сильнокислотные (R-SOзН) и слабокислотные (R-СООН) катиони-ты; сильноосновные (R-N(СНз)зОН) и слабоосновные (R-NНзОН). Сильнокислотные и сильноосновные иониты способны к ионному об-мену в широком диапазоне рН. Процесс ионного обмена протекает стехиометрично. Например: R-SO3H+Na+=RSO3Na+H+ R(NНз)зОН+Сl-=R(NНз)зСl+ОН- Это ионообменное равновесие характеризуется константой ионного обмена: [H+][RSO3Na] [OH-][RN(CH3)3Cl KH+/Na+=______________; KOH-/Cl-= _________________ [Na+][RSO3H] [Cl-][RN(CN3)3OH] На основании констант ионного обмена построены ряды сродства ио-нов к данному иониту, позволяющие предвидеть возможности ионообмен-ных разделений. В зависимости от сродства к фиксированным ионам неподвижной фазы разделяемые ионы перемещаются вдоль хроматографической колонки с различными скоростями; чем выше сродство, тем больше объем удержива-ния компонента. При разделении органических кислот и оснований важ-ную роль играет степень их диссоциации. Для двух веществ, имеющих разные константы обмене, рассчитывают фактор разделения или коэффициент распределения, который характеризу-ет селективность ионита KA fa/b= ___ , (3.2.1) KB где fa/b - фактор разделения; KA; KB - константы ионного обмена веществ А и В. Чем больше фактор разделения, тем сильнее ионит удерживает ве-щество А. Например, константы ионного обмена солей железа (III) и кобальта (II) на сильнокислотном катионите марки КУ-2 составляют 3726 и 286 соответственно. 3726 Тогда согласно формуле 7.2.1 получим: FFe3/Co2+ = ____=13. 286 Таким образом, можно сделать вывод, что катионит КУ-2 более селективен к ионам железа (III). Важной количественной характеристикой ионитов является их обменная емкость. Полная обменная емкость определяется количеством эквива-лентов ионов, обмениваемых одним граммом сухого ионита. Чем больше обменная емкость, тем большую пробу можно ввести в колонку с ионитом. При подготовке ионитов к работе их переводят в соответствующую форму. Так, для перевода катионита в Н-форму через колонку с набухшим ионитом пропускают раствор сильной кислоты, избыток которой отмыва-ют водой. Затем медленно пропускают раствор смеси ионов. Каждый ка-тион задерживается на ионите согласно своей сорбируемости. Далее про-пускают подходящий элюент. Например, катионы щелочных металлов легко элюируются 0,1 М HCl. При этом ионы водорода обмениваются на сорбированные катионы, которые вместе с раствором выходят из колонки в соответствии с константами ионного обмена. На выходе из колонки фракции собирают в отдельные сосуды и определяют содержание любым подходящим методом. Иониты применяются для деионизации (обессоливания) воды, очистки сахарных сиропов от минеральных солей; в препаративной химии - для концентрирования растворов; для определения ионов железа (III), меди и свинца в вине; кальция и магния в молоке; различных металлов в биологи-ческих жидкостях. Кроме того, ионный обмен используют для перевода ионов в форму, удобную для количественного определения. Например, поваренную соль в рассоле можно определить, пропустив пробу через колон-ку с катионитом, и выделившуюся в эквивалентном количестве кислоту оттитровать щелочью: R-SOзН+NaCI=R-SOзNa+НСl.
Страницы: 1, 2, 3, 4
|