Реферат на тему "Хроматографический анализ 3"




Реферат на тему

текст обсуждение файлы править категориядобавить материалпродать работу




Реферат на тему Хроматографический анализ 3

скачать

Найти другие подобные рефераты.

Реферат *
Размер: 200.05 кб.
Язык: русский
Разместил (а): Черкасова А.П.
Предыдущая страница 1 2 3 Следующая страница

добавить материал

 
В соответствии с режимом ввода пробы в хроматографическую систему различают фронтальную, элюентную и вытеснительную хроматогра­фию. Если растворенную смесь непрерывно вводить в хроматографическую колонку, то в чистом виде можно выделить только одно, наиболее слабо сорбирующееся вещество. Все остальные выйдут из колонки в виде смеси. Этот метод называют фронтальным. В элюентном режиме через ко­лонку пропускают подвижную фазу (элюент), вводят пробу, затем снова пропускают подвижную фазу (ПФ). В процессе движения по колонке компоненты смеси разделяются на зоны. Эти зоны поочередно выходят из колонки, разделенные зонами чистого растворителя.
В вытеснительном методе после введения пробы и предварительного разделения слабоактивным элюентом состав элюента меняется таким обра­зом, что он взаимодействует с неподвижной фазой (НФ) каждого из ком­понентов анализируемой смеси. Вследствие этого новый элюент вытесняет компоненты, которые выходят из колонки в порядке возрастания взаимо­действия с НФ. В этом методе не достигается достаточно полное разделе­ние из-за частичного перекрывания зон.
Наибольшее распространение получил элюентный режим хроматографирования, позволяющий получать в чистом виде все компоненты пробы.
В жидкостной хроматографии применяют изократический и градиент­ный режим подачи элюента. В изократическом режиме состав элюента в течение анализа не изменяется, а в градиентном режиме состав элюента меняется по определенной программе.
Рассмотрим особенности отдельных наиболее широко применяемых видов хроматографии.
3. Жидкостно-адсорбционная хроматография на колонке
Разделение смеси веществ в адсорбционной колонке происходит в ре­зультате различия их в сорбируемости на данном адсорбенте (в соответст­вии с законом адсорбционного замещения, установленного М.С.Цветом).
Адсорбентами являются пористые тела с сильно развитой внутренней поверхностью, удерживающие жидкости с помощью межмолекулярных и поверхностных явлений. Это могут быть полярные и неполярные неорга­нические и органические соединения. К полярным адсорбентам относятся силикагель (высушенная желатинообразная двуокись кремния), оксид алюминия, карбонат кальция, целлюлоза, крахмал и др. Неполярные сор­бенты - активированный уголь, порошок резины и множество других, по­лученных синтетическим путем.
К адсорбентам предъявляют следующие требования:
- они не должны вступать в химические реакции с подвижной фазой и разделяемыми веществами;
- должны обладать механической прочностью;
- зерна адсорбента должны быть одинаковой степени дисперсности.
При выборе условий для хроматографического процесса учитывают свойства адсорбента и адсорбируемых веществ.
В классическом варианте жидкостной колоночной хроматографии (ЖКХ) через хроматографическую колонку, представляющую собой стек­лянную трубку диаметром 0,5 - 5 см и длиной 20 - 100 см, заполненную сорбентом (НФ), пропускают элюент (ПФ). Элюент движется под воздей­ствием силы тяжести. Скорость его движения можно регулировать имею­щимся внизу колонки краном. Анализируемую смесь помещают в верх­нюю часть колонки. По мере продвижения пробы по колонке происходит разделение компонентов. Через определенные промежутки времени отби­рают фракции выделившегося из колонки элюента, который анализируют каким-либо методом, позволяющим измерять концентрации определяемых веществ.
Колоночная адсорбционная хроматография в настоящее время приме­няется, главным образом не как самостоятельный метод анализа, а как спо­соб предварительного (иногда и конечного) разделения сложных смесей на более простые, т.е. для подготовки к анализу другими методами (в том числе и хроматографическими). Например, на колонке с окисью алюминия разделяют смесь токоферолов, пропускают элюент и собирают фракцию a-токоферола для последующего определения фотометрическим методом.
3.1. Высокоэффективная жидкостная хроматография
Хроматографическое разделение смеси на колонке вследствие медлен­ного продвижения ПФ занимает много времени. Для ускорения процесса хроматографирование проводят под давлением. Этот метод называют вы­сокоэффективной жидкостной хроматографией (ВЖХ)
Модернизация аппаратуры, применяемой в классической жидкостной колоночной хроматографии, сделала ее одним из перспективных и совре­менных методов анализа. Высокоэффективная жидкостная хроматография является удобным способом разделения, препаративного выделения и про­ведения качественного и количественного анализа нелетучих термола­бильных соединений как с малой, так с большой молекулярной массой.
В зависимости от типа применяемого сорбента в данном методе ис­пользуют 2 варианта хроматографирования: на полярном сорбенте с ис­пользованием неполярного элюента (вариант прямой фазы) и на неполяр­ном сорбенте с использованием полярного элюента - так называемая обращенно-фазовая высокоэффективная жидкостная хроматография (ОфВЖХ).
При переходе элюента к элюенту равновесие в условиях ОфВЖХ уста­навливается во много раз быстрее, чем в условиях полярных сорбентов и неводных ПФ. Вследствие этого, а также удобства работы с водными и водно-спиртовыми элюентами, ОфВЖХ получила в настоящее время большую популярность. Большинство анализов при помощи ВЖХ прово­дят именно этим методом.
Аппаратура для ВЖХ
Комплект современного оборудования для ВЖХ, как правило, состоит из двух насосов 3, 4 (рис.3.1.1), управляемых микропроцессором 5, и по дающих элюент по определенной программе. Насосы создают давление до 40 МПа. Проба вводится через специальное устройство (инжектор) 7 непо­средственно в поток элюента. После прохождения через хроматографиче­скую колонку 8 вещества детектируются высокочувствительным проточ­ным детектором 9, сигнал которого регистрируется и обрабатывается мик­ро-ЭВМ 11. При необходимости, в момент выхода пика автоматически от­бираются фракции.
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 мо­дифицированные 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 (рефрактометри­ческие детекторы), потенциал и электрическая проводимость (электрохи­мические детекторы) и др.
Непрерывно детектируемый сигнал регистрируется самописцем. Хроматограмма представляет собой зафиксированную на ленте самописца по­следовательность сигналов детектора, вырабатываемых при выходе из ко­лонки отдельных компонентов смеси. В случае разделения смеси на внеш­ней хроматограмме видны отдельные пики. Положение пика на хроматограмме используют для целей идентификации вещества, высоту или пло­щадь 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 иден­тификации вещества. Для дан­ной колонки с определенными скоростью потока и температу­рой время удерживания каждо­го   соединения   постоянно (рис), где tR(a) - время удерживания компонента А анализируемой смеси с момента ввода в колонку до появления на выходе из колонки максиму­ма 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 удержива­ния 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 пред­варительно добавляют внутренний стандарт. Относительное время удер­живания определяют по формуле (3.1.1).
Количественный анализ
В основе этого анализа лежит зависимость высоты пика h или его пло­щади S от количества вещества. Для узких пиков предпочтительнее изме­рение 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 ин­тегратора. Электрическими или электронными интеграторами снабжены современные хроматографы.
Для определения содержания веществ в пробе используют в основном три метода: метод абсолютной градуировки, метод внутренней нормализа­ции и метод внутреннего стандарта.
Метод абсолютной градуировки основан на предварительном опреде­лении зависимости между количеством введенного вещества и площадью или высотой пика на хроматограмме. В хроматограмму вводят известное количество градуировочной смеси и определяют площади или высота по­лученных пиков. Строят график зависимости площади или высоты пика от количества введенного вещества. Анализируют исследуемый образец, из­меряют площадь или высоту пика определяемого компонента и на основа­нии 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 компонен­тов смеси.
Этот метод дает информацию только об относительном содержании компонента в смеси, но не позволяет определить его абсолютную величи­ну.
Метод внутреннего стандарта основан на сравнении выбранного па­раметра 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 ко­торого достаточно хорошо отделяется от пиков компонентов исследуемой смеси (рис. 3.2.3). Проводят анализ пробы с внутренним стандартом и рас­считывают 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 ком­понента 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 коэффици­ентов, характеризующих чувствительность используемых детекторов к анализируемым веществам. Для разных типов детекторов и разных ве­ществ коэффициент чувствительности определяется экспериментально.
В жидкостной адсорбционной хроматографии используется также ана­лиз 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 ус­пешно изучают состав нефти, углеводородов, эффективно разделяют - транс- и цис- изомеры, алкалоиды и др. С помощью ВЖХ можно опреде­лять 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 жидко­стной хроматографии и в аппаратурном оформлении ничем не отличается от других видов жидкостной колоночной хроматографии. В основе ионо­обменной хроматографии лежит процесс обмена между ионами анализи­руемого раствора (ПФ) и подвижными ионами того же знака ионообменника (НФ).
В качестве ионообменников или ионитов обычно используют синтети­ческие 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 ароматиче­ские аминогруппы различной степени замещенности (вплоть до четвер­тичных).
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 - анио­нами кислот.
В зависимости от силы кислотных и основных групп в ионитах разли­чают сильнокислотные (R-SOзН) и слабокислотные (R-СООН) катиони­ты; сильноосновные (R-N(СНз)зОН) и слабоосновные (R-NНзОН).
Сильнокислотные и сильноосновные иониты способны к ионному об­мену 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 ио­нов к данному иониту, позволяющие предвидеть возможности ионообмен­ных 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 удержива­ния компонента. При разделении органических кислот и оснований важ­ную роль играет степень их диссоциации.
Для двух веществ, имеющих разные константы обмене, рассчитывают фактор разделения или коэффициент распределения, который характеризу­ет 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 ве­щество 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 эквива­лентов 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 отмыва­ют водой. Затем медленно пропускают раствор смеси ионов. Каждый ка­тион задерживается на ионите согласно своей сорбируемости. Далее про­пускают 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 биологи­ческих 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 колон­ку с катионитом, и выделившуюся в эквивалентном количестве кислоту оттитровать щелочью:
Предыдущая страница 1 2 3 Следующая страница


Хроматографический анализ 3

Скачать реферат бесплатно


Постоянный url этой страницы:
http://referatnatemu.com/?id=448&часть=2



вверх страницы

Рейтинг@Mail.ru
Copyright © 2010-2015 referatnatemu.com