Х Р О М А Т О Г Р А Ф И Я

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

ДЛЯ СТУДЕНТОВ

ХИМИЧЕСКОГО ФАКУЛЬТЕТА

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯМИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждениевысшего профессионального образования

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ХИМИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ КАФЕДРА ОРГАНИЧЕСКОЙ И ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ХИМИИ

Н.Ю. Третьяков

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

«ХРОМАТОГРАФИЯ»

Издательство

Тюменского государственного университета

2008

2

УДК:

ББК:

Аз:

Н.Ю. Третьяков. Лабораторный практикум «Хроматография».

Тюмень: Издательство Тюменского государственного университета, 2008.

Практикум по газовой хроматографии предназначены для студентов 4 –

5 курсов химического факультета очной формы обучения по специальности

________ – Химия. Цель практикума - научить студентов работе на

современных газовых хроматографах отечественного и импортного

производства. Привить навыки самостоятельного выбора типа

хроматографических колонок (насадочных, капиллярных), неподвижных фаз,

соответствующих детекторов для решения конкретных аналитических задач

при выполнении лабораторных работ практикума.

Лабораторные работы охватывают все основные разделы программы

курса «Газовая хроматография» (Приложение 1) и способствуют

совершенствованью, закреплению знаний, овладению техникой проведения

хроматографического анализа сложных смесей и умению делать выводы по

результатам выполнения практических работ спецпрактикума.

Рабочие программы практикума «Хроматография» опубликована на

сайте ТюмГУ [электронный ресурс] / Режим доступа: http: www . umk . utmn / ru .,

свободный.

Рекомендовано к печати Учебно-методической комиссией химического

факультета. Одобрено Учебно-методической секцией Ученого совета

Тюменского государственного университета.

ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: С.А. Паничев, д.пед.н., профессор

РЕЦЕНЗЕНТЫ: Н.А. Хритохин, к.х.н., доцент

Е.А. Турнаева, к.х.н., доцент

© ГОУ ВПО Тюменский государственный университет,2008.

© Издательство Тюменского государственного университета, 2008.

© Н.Ю. Третьяков, 2008.

3

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Предлагаемые практические работы в подавляющем большинстве

рассчитаны на использование хроматографов «ЦВЕТ», «CHROM-5»

«Кристалл-2000М». Однако, можно применять и другие газовые

хроматографы, не уступающие по своим возможностям рекомендуемым,

например, импортные приборы. Успешное выполнение практической работы

предполагает обязательное усвоение теоретического материала в объеме

программы лекционного курса по газожидкостной хроматографии,

ознакомление с аппаратурой и неукоснительное соблюдение правил ее

эксплуатации. Лишь при выполнении этих условий студенты не выйдут за

рамки отпущенного им лимита времени (4 − 6 часов на каждую работу), а к

концу практикума смогут приобрести необходимые навыки по проведению

типовых хроматографических анализов. В приложении 1 приведена учебная

программа курса «хроматография».

ВНИМАНИЕ! Студентам разрешается приступать к той или иной

практической работе лишь после согласования с преподавателем основных

этапов ее выполнения и последовательности операций: по включению и

выведению хроматографа на рабочий режим; по проведению собственно

хроматографического анализа; по обработке полученных хроматограмм. С

полученными от преподавателя для выполнения той или иной работы

инструментами и, особенно, микрошприцами необходимо обращаться

бережно. Внимательно ознакомьтесь с инструкцией по их эксплуатации. Не

забывайте промывать микрошприцы подходящим растворителем и

просушивать их в струе воздуха от компрессора или в вакууме

водоструйного насоса, перед дозированием каждого очередного

анализируемого образца. Пренебрежение этой процедурой может привести

к значительному искажению результатов анализа.

О каждой выполненной лабораторной работе должен быть составлен

отчет в рабочей тетради. Вместе с отчетом преподавателю необходимо

предъявлять итоговые хроматограммы. Хроматограмма должна

4

рассматриваться как рабочий документ, на котором непосредственно во

время работы студент должен обязательно записывать все условия

проведения анализа, количество (дозу) и название анализируемого образца,

отмечать момент ввода пробы и делать, кроме того, вспомогательные

заметки, облегчающие расшифровку хроматограмм. Последовательность

выполнения и количество лабораторных работ во время практикума,

определяется преподавателем и индивидуальна для каждого студента.

Рекомендуемые режимы работы хроматографа являются

ориентировочными, оптимальный режим определяется экспериментально

непосредственно при подготовке к конкретному анализу и выполняется под

руководством преподавателя.

В приложении 2 приведен образец оформления практических работ.

5

Основы хроматографического процесса

Хроматография — физико-химический метод разделения компонентов

анализируемой смеси, основанный на разности коэффициентов их

распределения между двумя фазами: неподвижной и подвижной. В газовой

хроматографии в качестве подвижной фазы используется газ, называемый

газом-носителем. Неподвижная фаза может быть как твердым телом

(адсорбентом), так и жидкостью (в виде пленки, нанесенной на поверхность

твердого носителя).

Рисунок 1. Принципиальная схема хроматографа

На рис.1 представлена условная схема газового хроматографа.

Устройство ввода (рис. 1) подает в поток газа-носителя определенное

количество анализируемой смеси в газообразном состоянии непосредственно

перед колонкой. В хроматографической колонке осуществляется разделение

смеси на отдельные составляющие компоненты. При продвижении смеси по

колонке протекают процессы сорбции и десорбции веществ на неподвижной

фазе. При этом вещества, слабо сорбируемые неподвижной фазой, будут

переноситься подвижной фазой по колонке с большей скоростью и наоборот.

Из колонки разделенные компоненты смеси попадают в детектор. Детектор

регистрирует присутствие веществ, отличающихся по физическим или

6

физико-химическим свойствам от газа-носителя, и преобразует возникающие

изменения в электрический сигнал. Далее происходит усиление и аналого-

цифровое преобразование полученного сигнала. Регистрирующий прибор

(компьютер или самописец) строит график зависимости сигнала детектора от

времени, называемый хроматограммой (рисунок 2).

Рисунок 2. Структура хроматограммы

Прохождение в детекторе газа-носителя без пробы на хроматограмме

отражается фоновым сигналом детектора, который называется нулевой

линией. Нулевая линия представляет собой не идеальную линию, а имеет

высокочастотные колебания — шум. Изменение сигнала нулевой линии

детектора во времени называется дрейфом.

При прохождении через детектор анализируемого компонента

происходит отклонение уровня сигнала детектора от нулевой линии. Это

отклонение отображается на хроматограмме в виде пика.

Пик на хроматограмме имеет следующие характеристики:

Время удерживания

Время от начала анализа до выхода максимума пика.

Площадь

Область, ограниченная профилем пика и базовой линией.

7

Высота

Расстояние от вершины пика до базовой линии.

Время удерживания — качественная характеристика анализируемого

компонента, площадь и высота — количественные характеристики.

ЭЛЮЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Первичные параметры удерживания

К числу первичных параметров удерживания относятся: время

удерживания, объем удерживания и соответствующий им отрезок на

хроматограмме - расстояние удерживания.

Время удерживания (tR) - это время, прошедшее от момента ввода пробы до

выхода максимума концентрации определяемого компонента. Время

удерживания экспериментально определяется по секундомеру либо с

помощью интегратора или системы автоматизации анализа (САА) и

измеряется в минутах и секундах.

Расстояние удерживания (lR) — это расстояние на хроматограмме от

момента ввода пробы до выхода пика определяемого компонента.

Измеряется на хроматограмме с помощью линейки от линии старта до

вершины пика (в мм). Расстояние удерживания - непредставительная

величина, так как она зависит от скорости перемещения диаграммной ленты

и от других факторов.

Удерживаемый объем (VR) — это объем газа-носителя (в см3), прошедший

через хроматографическую колонку от момента ввода пробы до момента

выхода максимальной концентрации определяемого вещества, измеренный

при давлении и температуре на выходе из колонки. Объем удерживания

находят по уравнению:

VR = tR . Fоб, (1)

8

где Fоб – объемная скорость газа-носителя, см3/мин - объем газа-носителя,

протекающего за единицу времени через колонку, т.е. на выходе из колонки

и при температуре колонки.

При наличии специальных блоков точного задания и измерения

расхода газа-носителя, с табло этих приборов снимаются показания скорости

газа-носителя. Если их нет — расход замеряется с помощью мыльно-

пленочного измерителя (пенный расходомер).

Исправленные и приведенные параметры удерживания

Исправленное время удерживания (t'R) — время, прошедшее с момента

появления пика несорбирующегося газа до появления пика

соответствующего соединения:

t'R = tR – tМ (2)

tМ — времени удерживания несорбируемого компонента (иногда

употребляют термин «мертвое» время удерживания). Исправленное время

удерживания t'R отвечает времени, в течение которого элюируемое вещество

находится в неподвижной фазе (в растворенном или сорбированном

состоянии). В газовой подвижной фазе все вещества, независимо от времени

удерживания, проводят одно и то же время, равное tМ — поправка на объем

колонки, занимаемый газовой фазой, объем дозатора, детектора и

соединительных газовых линий.

Для экспериментального определения tМ необходимо измерить время

удерживания какого-либо несорбируемого соединения, отличного от газа-

носителя. В случае работы с катарометром можно за tМ взять время выхода

пика воздуха. При работе с ДИПом можно приравнять tМ к времени

удерживания метана. Если в лаборатории нет метана, можно воспользоваться

временами удерживания трех н-алканов и сделать расчет по следующей

формуле:

9

(3)

где tR1; tR2; tR3 −времена удерживания соответственно трех

последовательных членов гомологического ряда н-алканов.

Отношение приведенного времени удерживания к «мертвому» времени

называется коэффициентом емкости (извлечения) k:

K = (t – tм/ tм) (4)

Это отношение является характеристикой продолжительности нахождения

молекул анализируемого соединения в неподвижной фазе относительно

времени их пребывания в подвижной газовой фазе.

Исправленное расстояние удерживания — расстояние от пика

несорбирующегося газа (lМ) до максимума выхода пика соответствующего

компонента (lR).

l'R = lR – lМ , (5)

Исправленный удерживаемый объем (V0R) рассчитывается по

формуле:

VoR = VR · j (6)

J = [ 3 · ( РВХ / РВЫХ )2 - 1] / [ 2 · РВХ / РВЫХ )3 - 1] (7)

где j – поправочный коэффициент, учитывающий перепад давления в

колонке (коэффициент сжимаемости); РВХ – давление на входе в колонку;

РВЫХ – давление на выходе из колонки.

Исправленные объемы удерживания можно сравнить в том случае, если

они получены на одной и той же колонке при прочих равных условиях, но

давление на входе в колонку может различаться, поскольку в приведенную

выше формулу входит поправка на перепад давления.

При РВХ → РВЫХ V0R становится равна предельному значению VR.

1

Приведенный удерживаемый объем (V'R) — объем удерживания,

пересчитанный с учетом поправки на объем удерживания несорбируемого

газа VМ («мертвый» объем колонки, учитывающий свободные объемы

колонки, дозатора, детектора и соединительных линий):

V'R = VR – VМ = Fоб (tR – tМ) (8)

Приведенные объемы удерживания можно сравнить в том случае, если

они получены на одной и той же колонке или на разных колонках, но при

одинаковом перепаде давления, так как поправка на перепад давления не

вводится.

Относительные параметры удерживания

Относительное время удерживания (tRотн) — отношение удельного

или чистого времени удерживания (t'Ri) данного соединения к

соответствующему времени удерживания соединения выбранного в качестве

стандарта (t'Rст):

tRотн = t'Ri / t'Rст (9)

Относительный удерживаемый объем (VRотн) — отношение

приведенного, чистого или удельного объема удерживания данного

соединения к соответствующему объему удерживания соединения,

выбранному в качестве стандарта:

VRотн = V'Ri / V'Rст = VRi / VRст = Vо

gi / Vogст (10)

где V'Ri – приведенные объем удерживания исследуемого соединения; V'Rст –

приведенные объем удерживания вещества, принятого за стандарт; VRi –

чистый объем удерживания компонента i; VRст – чистый объем удерживания

стандарта; V0gi – удельный объем удерживания компонента i; V0

gст – удельный

объем удерживания стандарта.

1

Стандартом может быть любое вещество, однако в большинстве

случаев используются либо нормальные парафины, либо бензол, либо

вещество, принадлежащее к тому же классу, что и определяемое соединение.

Относительные величины удерживания не зависят от количества

сорбента в колонке, от объема колонки, занятого газовой фазой, от перепада

давления в колонке, от скорости газа-носителя. Они зависят только от

природы анализируемого вещества, стандарта и сорбента, а так же от

температуры колонки, поэтому используются для идентификации и

публикуются в виде таблиц, как в оригинальной литературе, так и в

справочниках.

Точность определения относительных величин параметров

удерживания выше, чем абсолютных, а трудоемкость определения гораздо

ниже. Еще удобнее определять параметры удерживания относительно двух

н-алканов, один из которых имеет меньшее, другой большее время

удерживания, чем определяемое соединение. При этом появляется

возможность представлять данные об относительных величинах

удерживания в форме так называемых интерполяционных параметров

удерживания, из которых наибольшее распространение получили индексы

удерживания.

Индекс удерживания Ковача I, характеризующий удерживание

вещества Х в колонке неподвижной фазой при температуре t (°С)

относительно двух н-алканов с числом углеродных атомов n и n+1,

рассчитывается путем линейной интерполяции логарифмов исправленных

параметров удерживания:

(11)

при соблюдении условия: t'R(n) ≤ t'R(x) ≤ t'R(n+1).

Главным достоинством системы индексов удерживания является ее

наглядность. По определению н-алканам приписываются значения индексов

удерживания, равные числу углеродных атомов в молекуле, умноженному на

1

100 ед. Например, для метана – 100, пропана – 300, декана – 1000 и т.д.

Водороду приписывают значение индекса равное нулю. Эти числа и

образуют в шкале индексов удерживания серию фиксированных точек.

Индексы удерживания являются весьма информативной и удобной

формой представления данных по относительному удерживанию

органических соединений различных классов и в настоящее время широко

используется в качественном анализе для решения сложных задач, как,

например, идентификация компонентов нефти или исследование запаха

пищевых продуктов.

Поскольку численное значение индексов Ковача определяется лишь

физико-химическими свойствами анализируемого вещества, природой

неподвижной фазы и температурным режимом колонки, индекс удерживания

вещества той или иной неподвижной фазой, отнесенный к определенной

температуре, можно поставить в ряд с такими известными константами, как

температура кипения (плавления), плотность или показатель преломления.

Воспроизводимость и правильность измерений всех перечисленных

параметров зависят от класса применяемой аппаратуры, опыта оператора и

его квалификации. Основные ошибки, вызывающие погрешности измерений,

возникают по следующим причинам:

а) нестабильность температурного режима колонок, испарителя и скорости

газа-носителя;

б) перегрузка колонки за счет большой дозы, длительность дозирования;

в) запаздывание операции дозирования и включения средств измерения

времени удерживания или отметки начала ввода пробы. При выполнении

качественного анализа нужно стремиться исключить ошибки, оказывающие

влияние на точность измерения искомых параметров или свести их к

минимуму.

В газовой хроматографии в качестве подвижной фазы используется

инертный газ, называемый газом-носителем. Неподвижная фаза может быть

1

как твердым телом (адсорбентом), так и жидкостью (в виде пленки,

нанесенной на поверхность твердого носителя).

Устройство ввода (Рис. 1) подает в поток газа-носителя определенное

количество анализируемой смеси в газообразном состоянии непосредственно

перед колонкой. В хроматографической колонке осуществляется

разделение смеси на отдельные составляющие компоненты. При

продвижении смеси по колонке протекают процессы сорбции и десорбции

веществ на неподвижной фазе. При этом вещества, слабо сорбируемые

неподвижной фазой, будут переноситься подвижной фазой по колонке с

большей скоростью и наоборот. Из колонки разделенные компоненты смеси

попадают в детектор. Детектор регистрирует присутствие веществ,

отличающихся по физическим или физико-химическим свойствам от газа-

носителя, и преобразует возникающие изменения в электрический сигнал.

Далее происходит усиление и аналогово-цифровое преобразование

полученного сигнала. Регистрирующий прибор (компьютер или самописец)

строит график зависимости сигнала детектора от времени, называемый

хроматограммой (рис. 2).

Газовую хроматографию стали сопоставлять с процессом

фракционированной перегонки, поскольку оба эти метода предназначены для

разделения смесей летучих соединений. Терминологию, используемую в

процессах перегонки (например, «теоретическая тарелка»), стали

применять при описании процесса газовой хроматографии.

Необходимо отметить, что в настоящее время в научной и учебной

литературе, как в России, так и за рубежом, нет единой терминологии

хроматографии, поэтому не исключены расхождения в терминах и

математических выражениях, принятых в других источниках. В тексте

практикума будут приняты сокращения, рекомендованные IUPAC.

Рассмотрим движение в колонке хроматографируемого вещества под

действием потока газа-носителя, приняв некоторые предположения.

1

Колонка содержит неподвижную фазу и подвижную газовую фазу,

которая непрерывно движется со средней линейной скоростью вдоль

колонки, причем скорость газа-носителя постоянна по длине колонки и по

сечению. Молекулы хроматографируемых соединений перемещаются вдоль

колонки только в газовой фазе. Молекулы i-того вещества, находящиеся в

газовой фазе, движутся вдоль колонки с той же средней скоростью, что и газ-

носитель.

Молекулы хроматографируемых соединений находятся в

динамическом равновесии между газовой и неподвижной фазами, причем это

равновесие не зависит от присутствия других компонентов в пробе.

Следовательно, молекулы хроматографируемого вещества находятся в

колонке в двух фазах: неподвижной, которая сорбирует (и следовательно,

удерживает) молекулы хроматографируемого вещества, и подвижной

(газовой).

Представим себе колонку, заполненную пористым адсорбентом, через

которую непрерывно течет подвижная фаза (газ-носитель, жидкость).

Адсорбент (наполнитель колонки) удерживается пористыми фильтрами или

тампонами из стекловаты, он неподвижен и поэтому называется

неподвижной фазой. Газ-носитель (или растворитель), перемещающийся

относительно сорбента, называется подвижной фазой (или элюэнтом, в

случае ЖХ). Введем в верхнюю часть колонки (начало колонки) по одной

молекуле разделяемых веществ - сорбатов, обозначенных далее R1 и R2. При

движении вдоль колонки эти молекулы будут диффундировать внутри пор

сорбента и, в результате межмолекулярных взаимодействий того или иного

типа, адсорбироваться на поверхности неподвижной фазы. Время, в течение

которого молекулы находятся в адсорбированном состоянии, определяется

силой межмолекулярного взаимодействия веществ R1 и R2 с сорбентом. При

очень слабой сорбции молекулы почти все время проводят в подвижной фазе

и поэтому перемещаются вдоль колонки со скоростью, лишь незначительно

уступающей скорости движения подвижной фазы. Наоборот, при очень

1

сильной сорбции молекулы R1 и R2 почти не отрываются от поверхности и

скорость их перемещения по колонке незначительна.

С точки зрения хроматографии нас больше всего интересуют такие

условия, в которых сила адсорбции промежуточная и скорость перемещения

R1 и R2 по колонке в 2-10 раз меньше скорости движения подвижной фазы.

Явление замедленного движения молекул R1 и R2 относительно движения

подвижной фазы называется удерживанием.

Т.е. в любой хроматографической системе происходит обратимый

переход молекул А из подвижной фазы (ПФ) в неподвижную фазу (НФ):

( 12 )

Отношение концентраций хроматографируемого вещества в

неподвижной (стационарной) и подвижной (мобильной) фазах есть величина

постоянная. Равновесное распределение анализируемого вещества между

фазами характеризуют константой распределения K:

( 13 )

где mп.ф. и mн.ф. - количество вещества в подвижной и неподвижной фазах;

Vп.ф. и Vн.ф. - объемы подвижной и неподвижной фазы ; k’ - коэффициент

емкости.

Если константы распределения (сорбции) веществ R1 и R2 различны, то

различным будет и их средняя скорость движения по колонке. На рис. 3

условно показано, что молекулы R1 сорбируются слабее, при движении по

колонке, поэтому они обгоняют молекулы R2. Из колонки молекулы веществ

выйдут в разные моменты времени. Таким образом, достигается основная

цель хроматографии – разделение.

1

Рис. 3. Условная схема разделения компонентов в колонке

Константа распределения характеризует равновесное распределение: ее

величина зависит только от природы анализируемого соединения, природы

жидкой фазы и температуры колонки. В гомологическом ряду большие

значения K имеют высшие гомологи, характеризующиеся меньшим

давлением паров (рис.4).

Хроматограмма обычно состоит из базовой линии и пиков. В

хроматографических приборах, как правило, не происходит

непосредственного измерения концентрации вещества в подвижной фазе, а с

помощью специального узла – детектора измеряется какая-либо физическая

величина, функционально связанная с концентрацией (электропроводность,

теплоемкость, сродство к электронам, способность к ионизации, оптическая

плотность и т.д.).

1

R1 R2

Рис. 4. Хроматограмма разделения углеводородов С14, С15 и С16

Идентификация по индексам удерживания

Для идентификации могут использоваться относительные параметры

удерживания, которые в меньшей степени зависят (в отличие от времени

удерживания) от условий анализа. Одним из таких параметров является

индекс удерживания - безразмерная величина, характеризующая положение

пика вещества на хроматограмме относительно пиков выбранных стандартов.

Если в качестве стандартов используются н-алканы, то индекс удерживания

называется индексом Ковача. Выбор типа индекса (линейный или

логарифмический) зависит от условий анализа. Для постоянной температуры

колонки во время анализа характерна логарифмическая зависимость, при

программировании - линейная. Однако между этими двумя крайними

случаями нет четкой границы. При автоматической (компьютерной)

идентификации по индексам удерживания в таблицу компонентов должны

быть занесены табличные значения индексов компонентов, а также окно

поиска по индексу. Необходимо опорным пикам присвоить тип: опорный в

таблице компонентов и задать увеличенное окно поиска (2-5%) по времени.

Опорных пиков должно быть два, желательно выходящих до и после

анализируемого компонента. Если в качестве опорных пиков используются

н-алканы, то выбирают ближайшие по времени относительно

анализируемого вещества. Если в таблице компонентов указано больше двух

1

опорных пиков, то при идентификации выбираются те два из них (до и после

компонента), которые по времени удерживания расположены ближе к

интересующему веществу.

Идентификация по индексам удерживания производится следующим

образом:

1. Производится идентификация опорных пиков по времени удерживания.

2. Опорным пикам присваиваются соответствующие индексы из таблицы

компонентов.

3. Используя заданные индексы удерживания опорных пиков

рассчитываются индексы удерживания обычных пиков и сравниваются с

табличными данными.

Количественный расчет

Количественный расчет - завершающая стадия анализа, на которой

производится расчет концентраций компонентов в пробе с неизвестным

содержанием анализируемых компонентов. При проведении количественного

расчета измеряют отклик анализируемого компонента и по имеющейся

калибровочной зависимости рассчитывают его концентрацию. Измерение

концентрации при помощи современных хроматографов основано на

пропорциональности между количеством вещества и высотой или площадью

хроматографического пика (в линейном диапазоне работы детектора).

Количественный анализ состоит из следующих этапов:

отбор и подготовка проб к анализу;

введение пробы в хроматографическую систему;

хроматографирование и снятие хроматограммы;

обработка результатов хроматографического анализа.

Наиболее часто используются следующие методы количественного

расчета:

Метод процентной нормализации

1

Метод процентной нормализации основан на том, что сумма площадей

или высот всех пиков на хроматограмме принимается за 100%. Этот метод не

требует предварительной калибровки и предполагает ряд условий:

все компоненты анализируемой пробы элюируются из колонки;

все компоненты имеют одинаковые коэффициенты чувствительности

детектора.

Для количественного анализа вначале суммируют площади всех пиков

и делят площадь каждого отдельного компонента на сумму площадей.

Процентное содержание компонента в анализируемой смеси рассчитывают

по формуле:

(14)

где Ci - содержание компонента i в пробе, масс.% или об.%; Si - площадь его

пика.

Метод внутренней нормализации

В методе внутренней нормализации учитывают относительные

коэффициенты чувствительности детектора к различным компонентам

анализируемой смеси, заранее известные или определенные

экспериментально. Отклик каждого компонента пересчитывают с учетом

этих коэффициентов. Сумму полученных откликов принимают за величину,

равную коэффициенту нормализации. Коэффициент нормализации равен 100

%, если детектируются все вещества анализируемой пробы. В противном

случае содержание недетектируемых веществ определяют другими методами

и уменьшают коэффициент нормализации на величину недетектируемых

компонентов.

В этом случае пользуются методом нормировки с калибровочными

коэффициентами fi, т.е. учитывают различие в чувствительности детектора к

различным компонентам смеси:

2

(15)

где Ci - содержание компонента i в пробе, масс. или об. %; Si - площадь его

пика; fi - калибровочный коэффициент.

Метод внутреннего стандарта

Метод внутреннего стандарта основан на добавлении известного

количества определенного вещества, называемого "внутренним стандартом",

к калибровочным и анализируемым смесям. Предварительно проводится

калибровка с использованием смеси с известным содержанием

анализируемого вещества и внутреннего стандарта.

Метод предусматривает добавление к известному количеству анализируемой

пробы известного количества эталонного соединения (внутреннего

стандарта). В качестве внутреннего стандарта может быть принято вещество,

не содержащееся в пробе, так и содержащееся в ней. В качестве стандарта

используют вещества, удовлетворяющие следующим требованиям: 1)

стабильность и инертность, полное смешение с пробой; 2) хорошее

разделение со всеми компонентами анализируемой смеси; 3) близость

химической природы и параметров удерживания внутреннего стандарта и

определяемых соединений; 4) отсутствие в нем примесей. Количество

добавки подбирают такое, чтобы площадь пика добавки была соизмерима с

площадью пиков компонентов в смеси, подлежащих количественному

определению. Для калибровки следует провести хроматографический анализ

ряда смесей вещества-стандарта с каждым из отдельных ожидаемых

компонентов при различных соотношениях обоих веществ в смеси.

Если вещество-стандарт не содержится в пробе, то концентрацию

определяемого компонента вычисляют по формуле:

(16)

2

где Ci - концентрация компонента i в анализируемой смеси; Si - площадь его

пика; fi - относительный поправочный коэффициент, определяемый по

отношению к стандарту; Sst - площадь пика стандарта; Mst - масса

добавленного внутреннего стандарта; Mm - масса пробы анализируемой

смеси, к которой добавлено определенное количество внутреннего стандарта.

Метод абсолютной калибровки

По методу абсолютной калибровки количество компонента в пробе

определяют по предварительно полученной калибровочной зависимости.

Важнейшими требованиями при проведении количественного анализа

методом абсолютной калибровки являются точность дозирования образца

пробы, а также строгое соблюдение условий хроматографирования при

проведении градуировки и при определении содержания анализируемого

компонента.

Этот метод является наиболее точным и поэтому наиболее пригодным

при определении микропримесей, а также в тех случаях, когда нужно

определить лишь отдельные компоненты смеси. Метод состоит в

установлении строгой числовой зависимости между сигналом детектора

(площадь или высота пика) и количеством интересующего вещества, т.е.

заключается в построении графика “площадь пика - количество вещества в

пробе”. Если зависимость линейная, то определяют угловой коэффициент

прямой Ki (абсолютный калибровочный коэффициент):

(17)

где Ki - абсолютный калибровочный коэффициент для компонента i; mi -

масса компонента; Si - площадь пика, соответствующая этому компоненту.

Зная калибровочный коэффициент содержание вещества в пробе

определяется по формуле:

2

(18)

где Ci - содержание компонента i в пробе, масс. или об. %; Si - площадь его

пика; m - масса пробы; V - объем пробы; Ki - абсолютный калибровочный

коэффициент (коэффициент пропорциональности).

При выполнении анализа методом абсолютной калибровки необходимо

строго соблюдать постоянство условий анализа и калибровки, а также

должна быть реализована высокая точность и воспроизводимость в

дозировании пробы.

Недостаток метода - приходится строить калибровочные графики для

каждого индивидуального вещества. Метод очень трудоемкий и требует

наличия чистых реагентов для калибровки.

Теоретические основы

Хроматография - физико-химический метод разделения, основанный на

разности коэффициентов распределения разделяемых компонентов между

двумя фазами: неподвижной и подвижной.

Получение хроматограммы

В газовой хроматографии в качестве подвижной фазы используется газ,

называемый газом-носителем. Неподвижная фаза может быть как твердым

телом (адсорбентом), так и жидкостью (в виде пленки, нанесенной на

поверхность твердого носителя).

Рис. 5. Принципиальная схема хроматографа

2

Устройство ввода подает в поток газа-носителя определенное количество

анализируемой смеси в газообразном состоянии непосредственно перед

колонкой.

В хроматографической колонке осуществляется разделение смеси на

отдельные компоненты. При продвижении смеси по колонке протекают

процессы сорбции и десорбции веществ на неподвижной фазе. При этом

вещества, слабо сорбируемые неподвижной фазой, будут переноситься

подвижной фазой по колонке с большей скоростью и наоборот.

Из колонки разделенные компоненты смеси попадают в детектор. Детектор

регистрирует присутствие веществ, отличающихся по физическим или

физико-химическим свойствам от газа-носителя, и преобразует возникающие

изменения в электрический сигнал. Далее происходит усиление и аналогово-

цифровое преобразование полученного сигнала. Регистрирующий прибор

(компьютер или самописец) строит график зависимости сигнала детектора от

времени, называемый хроматограммой.

Этапы обработки хроматограммы

После получения хроматограммы проводится ее обработка, которая включает

в себя несколько последовательных этапов:

1. Фильтрация шумов - сглаживание нулевой линии хроматограммы с

целью повышения стабильности автоматической обработки хроматограммы.

Фильтрация шумов обычно применяется с исключительных случаях,

например, при наличии выбросов на хроматограмме. В большинстве случаев

в данной операции нет необходимости.

2. Интегрирование пиков - определение базовой линии пиков и измерение

параметров пиков (время удерживания, площадь, высота).

3. Идентификация пиков - отнесение пиков на хроматограмме к тому или

иному комоненту в таблице по параметрам удерживания.

4. Калибровка - анализы проб с известным содержанием анализируемых

компонентов с целью вычисления коэффициентов чувствительности

2

детектора к этим компонентам. В тех случаях, когда калибровочные

коэффициенты известны заранее, калибровка не проводится. При этом

известные коэффициенты заносятся в таблицу компонентов.

5. Количественный расчет - завершающая стадия количественного анализа,

в которой производится расчет концентраций компонентов в анализируемой

пробе.

Таким образом, хроматограмма, в зависимости от поставленной цели

может служить для выполнения калибровки прибора, либо для расчета

концентраций в пробе с неизвестным содержанием компонентов.

В отечественном программном продукте «Хроматэк Аналитик»

каждый этап обработки выполняется определенным программным модулем -

процессом. Обработка хроматограммы представляет собой

последовательность работы процессов, которая реализована в виде очереди

процессов.

Фильтрация шумов на хроматограмме

На хроматограмме всегда присутствуют шумы и выбросы, которые

обусловлены неидеальностью хроматографического тракта системы,

детектора, АЦП и их соединения. Высокое значение шума не является

хорошей характеристикой для хроматографического анализа, т. к. в этом

случае снижается предел детектирования, затрудняется автоматическая

обработка хроматограммы и т.д.

Существует ряд методов фильтрации шумов, отличающихся по

принципу действия. Большая часть из них заключается в выполнении

определенных преобразований над точкой хроматограммы, причем результат

зависит от значений соседних точек. В «Хроматэк Аналитик» количество

соседних точек, расположенных справа или слева от преобразуемой точки,

называется полушириной окна фильтрации.

Поскольку любая фильтрация искажает форму пиков, то ее

использование оправдано только при высоких значениях шума. При этом

2

рекомендуется начинать подбор полуширины окна фильтра с единицы и

постепенно увеличивать ее до получения удовлетворительного результата.

Медианная фильтрация

Значения точек внутри окна фильтрации сортируются в порядке

возрастания и точка, соответствующая середине окна, заменяется другим

значением, попадающим в центр отсортированного массива.

Этот метод влияет на хроматографические пики в наименьшей степени,

хорошо сглаживает базовую линию, не меняет форму пика на склонах и

очень эффективно устраняет отдельные выбросы (в этом случае выброс

заменяется на одну из соседних точек). Однако он слегка "приглаживает"

вершины пиков и ложбины между пиками и может изменять как высоту, так

и площадь хроматографических пиков. На рисунке 6 представлена одна и та

же хроматограмма до и после медианной фильтрации профиля

хроматограммы.

Рис. 6. Пример хроматограммы до и после медианной фильтрации

При выполнении фильтрации данной хроматограммы значение полуширины

окна равно 5 точкам. По результатам фильтрации можно наблюдать:

амплитуда шумов сигнала детектора значительно снизилась;

площадь (надпись над пиком) при этом незначительно уменьшилась.

Гауссова фильтрация

Вычисляется среднее взвешенное значение всех точек внутри окна с

весом, распределенным по функции Гаусса с центром в середине окна,

2

результат используется как новое значение отклика детектора. Пики после

сглаживания становятся ниже и шире, их площадь при этом не изменяется.

Гауссов фильтр, по сравнению с медианным, дает лучшее визуальное

сглаживание собственно пиков, но меньше сглаживает шумы базовой линии.

Медианный фильтр эффективно подавляет выбросы на хроматограмме, при

этом полуширина окна фильтра должна быть не меньше ширины самого

большого выброса. В «Хроматэк Аналитик» медианная и гауссова

фильтрация выполняются с помощью одноименных процессов.

Обнаружение пиков на хроматограмме

Интегрирование пиков (разметка) - операция вычисления параметров пиков

на полученной хроматограмме. При этом пики ограничиваются базовой

линией (прямой, соединяющей точки начала и конца пика на нулевой линии).

На основании полученных фигур оцениваются:

время удерживания - время от начала анализа до выхода максимума

пика;

площадь - область, заключенная между пиком и ограничивающей его

базовой линией;

высота - расстояние между базовой линией и максимумом пика.

В некоторых случаях необходимо знать ширину пика, которая

измеряется у его основания и совпадает с длиной базовой линии.

Используется также понятие ширина пика на половине его высоты

(например, для расчета эффективности колонки).

Корректность разметки пиков оказывает большое влияние на

правильность результатов количественного анализа. В программе

«Хроматэк-Аналитик» использован алгоритм детектирования пиков на

основе первой производной (наклона) хроматографической кривой,

дополненный механизмом событий интегрирования.

Следует иметь в виду, что никакой алгоритм не может в ряде случаев

(сложная форма базовой линии, плохое разделение хроматографических

пиков, малые пики-наездники, высокий уровень шумов и т.д.) гарантировать

2

корректную разметку на пики, поскольку само понятие "пик" во многом

субъективно и зависит от конкретно решаемой задачи. При этом

правильность получаемых результатов зачастую зависит от опыта оператора.

Поэтому оператор должен сообщить процедуре детектирования пиков как

можно больше априорной информации для того, чтобы хроматограмма была

размечена в соответствии с его представлениями.

В системе «Хроматэк Аналитик» реализованы два подхода для

проведения разметки пиков:

1. Автоматическое интегрирование;

2. Ручное графическое интегрирование.

Автоматическое интегрирование

Настройка параметров интегрирования имеет смысл, если ожидается

обработка серии хроматограмм со сходными, повторяющимися

особенностями базовой линии.

Параметры интегрирования, с помощью которых оператор может

влиять на процесс обнаружения пиков на хроматограмме, перечислены ниже:

Ширин пика, с

Ожидаемая ширина основания пика в секундах. Для определения величины

производной берется некоторое количество точек справа и слева от заданной,

по ним вычисляются средние значения, и разница средних считается оценкой

производной в заданной точке хроматограммы. При этом количество

суммируемых точек зависит от параметра "Ширина". Данный параметр

является наиболее значимым и сильно влияет на корректность обнаружения

пиков на хроматограмме, поэтому рекомендуется задавать его с особой

тщательностью.

Порог

Критерий срабатывания детектора на переднем склоне пика.

Полученное значение производной делится на величину шума базовой линии

и, если это отношение превышает уровень, установленный данным

2

параметром, то производная на переднем фронте пика считается значимой.

Рекомендуемое значение параметра находится в пределах от 1 до 3.

Асимметрия

Отношение порога на заднем склоне пика к порогу на переднем склоне.

Порог значимости для заднего склона пика может быть установлен

отличающимся от порога для переднего склона. Отношение этих порогов и

задается данным параметром. Если указанный параметр равен 0.7

(рекомендуемое значение), то это означает, что порог на заднем склоне пика

составляет 0.7 от величины порога на переднем склоне пика.

Оптимальное значение параметра "Асимметрия".

Плато, в единицах ширины пика

Максимальная ширина плато на вершине пика. Единицей измерения

является текущее значение параметра "Ширина".

Вблизи вершины пика производная становится ниже порога и может

быть на этом уровне в течение времени, задаваемого параметром "Плато".

Если соответствующий промежуток времени больше, то особенность на

хроматограмме интерпретируется не как пик, а как подъем базовой линии на

новый уровень. Рекомендуемое значение параметра равно 2.

База, ш

Минимальная ширина плато на спуске пика, достаточная для

завершения пика и идентификации базовой линии. Единицей измерения

является текущее значение параметра "Ширина". Окончание пика

определяется по уменьшению производной ниже порога и, если уровень

производной остается низким в течение периода времени, превышающего

значение параметра "База", то пик считается вышедшим на базовую линию.

В противном случае будут зарегистрированы слившиеся пики.

Рекомендуемое значение параметра равно 0.5, при значении равном 0 все

пики будут размечены как отдельно стоящие.

Наездник

2

Параметр, служащий для идентификации пика как наездника,

отделяемого от основного пика тангенциальным спуском. Значение данного

параметра указывает, во сколько раз второй пик должен быть меньше

первого, чтобы стать наездником. При значении параметра, равном 0, пики-

наездники не определяется. Рекомендуемое значение данного параметра

равно 0, но если все же имеется необходимость детектирования пиков-

наездников, можно установить значение параметра в пределах от 5 до 10.

Мин. площадь

Минимально допустимая площадь детектируемого пика.

При детектировании пиков имеется возможность подавлять пики,

площадь которых меньше заданной. При этом значение параметра, равное 0,

означает, что подавление пиков выключено.

Мин. высота

Минимально допустимая высота детектируемого пика.

Подавление пиков с высотой, значение которой меньше заданного. При

этом значение параметра, равное 0, означает, что подавление пиков

выключено.

Иногда все же не удается добиться желаемой разметки при

использовании данных параметров, которые действуют для всей

хроматограммы. При этом могут применяться два подхода для достижения

желаемого результата:

события интегрирования;

ручное графическое интегрирование.

Для достижения желаемого результата необходимо варьировать

параметры интегрирования до тех пор, пока не будет получен

удовлетворительный результат. Однако не всегда получается подобрать

одинаковые параметры для разметки всех пиков на хроматограмме.

Например, с увеличением времени выхода пика изменяется его профиль,

поэтому значения, подходящие для пиков в начале хроматограммы, могут не

подходить для пиков в ее конце. Подобные проблемы наблюдаются и в

3

многоканальных хроматограммах. В таких случаях предусмотрена

возможность использования событий интегрирования, позволяющих на

разных участках хроматограммы использовать разные критерии разметки

пиков.

Настройка параметров и событий автоматического интегрирования

актуальна для обработки серии однотипных хроматограмм. В некоторых

случаях рациональнее провести ручную разметку, чем настроить

автоматическую разметку.

Ручное графическое интегрирование

Как правило, используется, если не удается добиться желаемой

разметки при использовании параметров и событий интегрирования. Ручное

графическое интегрирование производится непосредственно на графике

хроматограммы. При этом все действия, выполняемые пользователем,

относятся к активному каналу хроматограммы или к выделенному пику. В

случае многоканальной хроматограммы графики каналов имеют некоторый

Z-прядок и располагаются один под другим. При этом один из каналов

рисуется поверх остальных и является активным. Переместить канал наверх

и, следовательно, сделать его активным, можно щелкнув мышью на его

графике. Для выделения пика в активном канале необходимо щелкнуть

мышью при нажатой клавише Ctrl на базовой линии под ним.

В общем случае существуют следующие типовые операции по ручному

редактированию пиков на хроматограмме:

создание нового пика;

корректировка положения характерных точек пика;

удаление пика.

Создать пик в активном канале или перенести в новое место

характерную точку выделенного пика можно при помощи мыши и нажатой

клавише Ctrl. Выделенный пик удаляется при нажатии клавиши Delete.

3

После проведения ручной корректировки пиков на хроматограмме, процесс

интегрирования не производит поиск новых пиков, а только пересчитывает

площади и высоты существующих пиков.

Идентификация пиков на хроматограмме

Идентификация - отнесение пиков на хроматограмме к тому или иному

компоненту из списка. При этом производится сравнение рассчитанных

параметров удерживания всех обнаруженных на хроматограмме пиков с

информацией, хранящейся в таблице компонентов.

Идентификация по времени удерживания

Наиболее простой способ идентификации - сравнение времени удерживания

анализируемого компонента с временем удерживания известного соединения

при строго заданных условиях анализа. Для проведения идентификации пика

по времени удерживания, в таблице компонентов должна содержаться

информация:

название компонента;

время удерживания;

окно поиска по времени, %.

Окно поиска - границы области, в которой будет осуществляться поиск пика,

как в положительную, так и в отрицательную сторону от заданного в таблице

параметра удерживания.

Калибровка компонентов

Калибровка проводится с целью получения калибровочной зависимости,

которая характеризует связь между величиной отклика детектора (площадь

или высота пика) и количеством компонента в пробе. Для получения

калибровочной зависимости проводят анализы одного или нескольких

образцов с известным содержанием анализируемых компонентов.

Концентрации компонентов в калибровочных смесях в идеале должны

охватывать весь диапазон измеряемых концентраций. Для получения

достоверных результатов анализ каждой калибровочной смеси проводят не

3

менее 2-х раз. По полученным результатам строится калибровочный график

зависимости отклика пика от концентрации (Рис. 7)

Рис. 7. Калибровочный график зависимости отклика пика от

концентрации

Калибровочные коэффициенты (К2, К1, К0) рассчитываются исходя из

калибровочного графика.

При многоточечной калибровке зависимость может быть

аппроксимирована кривой любого, необязательно линейного типа.

Калибровочные коэффициенты рассчитываются методом наименьших

квадратов для кривой, наилучшим образом описывающей

экспериментальные данные. Тип кривой для расчета выбирается оператором.

Если калибровочная зависимость представляет собой прямую линию,

проходящую через начало координат Q(R) = K1*R, она может быть построена

по одной точке (с применением одной калибровочной смеси с известными

концентрациями компонентов).

Выбор отклика (площадь или высота) для формирования графика

калибровочной зависимости не всегда однозначен. В большинстве случаев

площадь является более объективным показателем, однако есть много

результатов в пользу лучшей воспроизводимости высоты. Общие

закономерности таковы:

3

Если пики узкие и высокие, то их высота измеряется более точно, чем

площадь.

Для несимметричных пиков расчеты, основанные на высотах,

непригодны.

Площади пиков более устойчивы к колебаниям условий анализа.

В «Хроматэк Аналитик» одновременно строится два графика

зависимости, по высоте и по площади. Таким образом, проведя калибровку,

можно оценить воспроизводимость результатов каждого графика и выбрать

отклик, наиболее удовлетворяющий условиям анализа.

При некоторых методах расчета, например, методе внутренней

нормализации, часто используются относительные коэффициенты отклика

детектора, которые могут быть известны заранее. В этом случае можно, не

выполняя калибровочных измерений, выбрать функцию вида Q(R)=K1*R и

вручную задать значение коэффициента K1

Параметры, задаваемые при настройке процесса интегрирования,

являются начальными и могут быть переопределены при помощи событий

интегрирования для более точной настройки алгоритма распознавания пиков

на хроматограмме. Наиболее важным их них является Ширина, с.

Если в канале хроматограммы присутствуют пики созданные или

измененные вручную, то автоматическое обнаружение новых пиков в данном

канале не производится.

Процесс "Удаление пиков" позволяет убрать с хроматограммы

"лишние" пики. При удалении пика на графике хроматограммы исчезает

соответствующий участок воображаемой базовой линии под ним и надпись

над ним.

Удаление всех пиков

Если Вы проводили ручную корректировку пиков, процесс "Интегрирование"

не производит заново разметку в соответствии с параметрами

интегрирования, а только пересчитывает площади и высоты существующих

пиков. Для того чтобы снова провести автоматическое интегрирование,

3

необходимо сначала удалить все пики, скорректированные вручную. Это

можно сделать с помощью процесса удаление пиков выбрав критерий Все на

хроматограмме.

Удаление неидентифицированных пиков

Часто на хроматограмме обнаруживаются "лишние" пики, не

соответствующие анализируемым компонентам, но удовлетворяющие

заданным критериям интегрирования. Для удаления таких пиков можно

использовать процесс "Удаление пиков" с критерием

Неидентифицированные. Его удобно включать в очередь расчета после

процесса "Идентификация". Если процесс не включен в очередь, его можно

выполнить отдельно, выбрав в меню Обработка подменю Процессы и затем

команду Удаление пиков.

Удаление пиков по другим критериям

Иногда бывает необходимо удаление пиков на хроматограмме по другим

критериям. Для задания пользовательского критерия у процесса удаления

пиков существует специальное поле ввода. Например, если ввести туда

TopTime > 60, на хроматограмме будут удалены пики с временем

удерживания больше 60 минут. У процесса "Интегрирование" имеется

возможность удаления пиков, площадь и высота которых меньше заданных

значений.

Процесс "Поверка хроматографа"

Назначение

Автоматизация выполнения процедуры поверки приборов серии "Кристалл".

Поверка производится в соответствии с ГОСТ 8.485-83 "Хроматографы

аналитические газовые лабораторные. Методы и средства поверки", ГОСТ

26703-93 "Хроматографы аналитические газовые. Общие технические

требования и методы испытаний", РД 214.2.840.030Д "Хроматограф

Кристалл-2000М. Методика поверки".

Операции с микрошприцами

3

Ввод жидкого образца (пробы) в испаритель газовых хроматографов

серии "Кристалл" осуществляется при помощи микрошприцев: импортных -

фирмы Hamilton, и отечественных -МШ-10.

Использование микрошприцев по назначению:

- Hamilton - в качестве рабочего;

- МШ-10 - в качестве поверочного.

Рекомендации по применению микрошприцев и мембран испарителя в

хромато-графах серии "Кристалл"

Рекомендации по применению микрошприцев фирмы Hamilton, изложенные

на английском языке, прикладываются к каждому экземпляру микрошприца.

Текст на русском языкеэтих рекомендаций, выделенный курсивом, приведен

ниже.

Общие рекомендации по применению шприцов для дозирования

жидкости.

При использовании шприца сжимайте только кромку шприца и головку

поршня. Это позволит избежать отклонений в точности дозирования

жидкости вследствие нагрева корпуса.

Прокачайте поршнем жидкость, подлежащую дозированию, с

погружением в нее иглы шприца. Это вытеснит весь попавший в иглу и

шприц воздух. Сведите к минимуму использование “сухого” шприца.

При движении поршня, не смоченного жидкостью, возможно

“затирание” поршня в цилиндре шприца. Поэтому при возникновении

усилий при перемещении “сухого” поршня шприца необходимо немедленно

смочить шприц растворителем.

Следует также избегать чрезмерных усилий при перемещениях поршня

шприца, так как это может привести к изгибанию поршня.

К каждому шприцу подобран поршень для обеспечения наиболее

высокой точности дозирования. Поршни шприцов не взаимозаменяемы.

Если поршень случайно полностью вышел из цилиндра шприца,

осторожно протрите его безворсовой тканью перед повторной установкой в

3

цилиндр. Не касайтесь поршня, поскольку жир с пальцев зачастую мешает

надежной работе поршня.

При дозировании следует иметь в виду: чем больше отношение общего

объёма шприца к объёму отбираемой жидкости, тем больше погрешность

дозирования. Рекомендуется выбирать это отношение не более 5…10.

• Промывка шприца.

Срок службы шприца напрямую зависит от его чистоты. Для чистки

шприца лучше использовать растворители, которые наиболее эффективны и

предпочтительны для растворения проб и не содержат щелочь, фосфат или

моющее средство.

Также шприц можно промывать водой высокой степени очистки,

ацетоном. Вода и ацетон являются удовлетворительными средствами для

промывки.

Для чистки поршня, удалите его из цилиндра шприца, и осторожно

протрите безворсовой тканью. Вновь вставьте поршень в цилиндр и

прокачайте очищенную воду или ацетон через иглу и шприц. Для хранения

шприца его необходимо высушить на воздухе.

• Совместимость с растворителями.

Клей, используемый для соединения игл в газонепроницаемых

шприцах, является химически стойким. Однако при длительном воздействии

некоторые растворители, в частности, галогенизированные углеводороды,

могут разъедать и повреждать эти высокостойкие клеи. В случаях, когда

применяются такие растворители, рекомендуется использовать шприцы со

съёмными иглами. При соединении игл с цилиндром этих шприцов не

применяется клей. Избегайте длительного погружения шприца в любой

растворитель в процессе чистки. После использования тщательно

промывайте шприц очищенной водой, ацетоном или другим растворителем,

совместимым с пробой. Просушите шприц на воздухе.

• Параметры давления.

3

Микрошприцы выдерживают давление 13,0 МПа для объемов в

диапазоне 5-100 мкл и 6,5 МПа для объемов 250 и 500 мкл.

Закупоренные иглы могут создавать контрдавления на поршень в шприце,

превосходящие рекомендуемые уровни. Для устранения любого

закупоривания иглы используйте только чистую проволочку или методы

растворения.

• Температурные параметры.

Лучшие результаты использования шприцов достигаются при

температурах выше 10° С. Шприцы с приклеенными иглами не должны

нагреваться выше 50° С. В случаях применений, требующих температур до

115° С должны использоваться u1096 шприцы со съемными иглами.

Следует избегать быстрой смены температуры шприца.

В состоянии поставки газовый хроматограф «Хроматэк-Кристалл 5000»

комплектуется микрошприцем Hamilton 701N 10μl, тип иглы 26s/2"/2 (длина

иглы 51 мм, наружный диаметр 0,47 мм, внутренний диаметр – 0,13 мм, тип

кончика иглы – 2).

Для исключения возникновения "боковых" сил и засорения иглы

микрошприца при прохождении иглы через мембрану испарителя кончик

иглы микрошприца (тип 2) имеет специальную форму (рис.8).

На основании многолетнего опыта эксплуатации серийных

микрошприцев фирмы Hamilton можно утверждать следующее:

- качество микрошприцев высокое;

- срок службы микрошприца и его эксплуатационные характеристики в

значительной мере зависят от квалификации оператора;

- квалификация оператора, в плане его работы с микрошприцем, во

многом зависит от наличия и полноты информации о микрошприце.

3

Рис. 8. Микрошприц Hamilton 701N 10μl

Некоторые сведения по конструкции микрошприцев Hamilton 701N

10мкл (26S/2´´/2), и МШ-10, а также их эксплуатации, приведены ниже.

Следует отметить, что указанные микрошприцы относятся к

прецизионным устройствам дозирования с неуплотненным поршнем, они

способны обеспечить предельно высокую точность дозирования. Основой

микрошприца с неуплотненным поршнем является поршневая система

совместно с передающей давление дозируемой пробой, заполняющей при

отборе и вводе зазор между поршнем и цилиндром. Такие микрошприцы

предельно просты по конструкции, дают возможность тщательной очистки

следов дозируемой пробы, поэтому широко применяются в газовой

хроматографии.

Ввод в эксплуатацию нового микрошприца обычно сопровождается

появлением двух существенных явлений:

1) затирания смоченного жидкостью поршня (растворителем или пробой) в

канале стеклянного корпуса;

2) засорения канала иглы частичками резины при проколах мембраны

испарителя.

Появление затирания объясняется двумя факторами:

1) приработкой поршня, в результате которой частички металла поршня

внедряются u1074 в стенки стеклянного цилиндра корпуса;

3

2) появлением твердых отложений на поверхностях цилиндра и поршня в

результате контакта с пробой и растворителем в процессе эксплуатации. Эти

особенности - всех без исключения микрошприцев с неуплотненным

поршнем, применяемых в хроматографии можно отнести к их

недостаткам.

Канал иглы микрошприца может быть засорен частичками резины,

появляющимися в результате прохождения острого и недостаточно

изогнутого кончика иглы через мембрану испарителя (тип иглы 2

микрошприцев Hamilton. Типичная картина засорения канала этого типа

иглы (при большом увеличении) изображена на рисунке 9.

Рис. 9. Механизм засорения иглы мембраной

Кроме того, при определенных условиях эффект засорения может

усиливаться. Это может происходить по трем причинам: 1) постоянным

наличием продуктов естественного износа поршня;

2) при недостаточной чистоте промывочной жидкости; 3) суммарным

эффектом первых двух причин. Под термином «недостаточная чистота»

следует понимать наличие в промывочной жидкости твердых механических

частичек размером в несколько микрон. Такие мельчайшие частички

способны проникать в цилиндр микрошприца и канал его иглы, прилипая как

к стенкам цилиндра, так и к частичкам резины, попавшим ранее в канал

иглы.

4

Типичная картина описанного явления (при большом увеличении)

изображена на рисунке 10.

Рис.10. Механизм засорения иглы частичками пробы

При отсутствии технического обслуживания узла дозирования при его

эксплуатации (а также при недостаточном или неквалифицированном его

обслуживании) канал иглы может быть герметично закупорен, а поршень –

иметь затирание при перемещении его по цилиндру. Результатом этого

является фатальная авария - изгиб поршня микрошприца (рис.11).

Предупреждение! Предприятие-изготовитель не несет ответственности за

вышедшие из строя микрошприцы с изогнутыми иглами и поршнями,

поскольку эти дефекты могут быть вызваны только нарушениями условий их

эксплуатации.

Напоминание! Закупоренный канал иглы необходимо своевременно

прочищать иглочисткой, имеющейся в комплекте каждого микрошприца

(тонкой проволочкой, расположенной в обертке из алюминиевой фольги).

4

Рис. 11. Возможные участки поломки шприца

Для устранения возможного затирания поршня в цилиндре нового

микрошприца Hamilton 701N (калибра 10 мкл) следует:

1) вынуть поршень из цилиндра, смочить его и цилиндр чистым спиртом,

вставить поршень в цилиндр и прокачать рабочие полости, выдвигая

поршень из цилиндра на половину его длины; при первых признаках

затирания поршня в цилиндре операцию прекратить;

2) вынуть поршень и полировать его кусочком безворсовой ткани,

смоченным спиртом, движениями в направлении от грибка к его торцу.

Операция повторяется до тех пор, пока движение смоченного спиртом

поршня в цилиндре не будет равномерным по усилию перемещения и

равным (10-14) гс (граммов силы), а на стенках цилиндра не будет видимых

при 8…10-ти кратном увеличении следов приработки. Усилие перемещения

измерять граммометром с пределами измерения (0-25) гс. Продукты

приработки с поверхности цилиндра удалять шомполом, состоящим из

стальной пружинной проволоки диаметром 0,3 мм с навитой на нее тонкой

безворсовой нитью шагом (3-5) мм. Промывку рабочих полостей

4

микрошприца производить потоком растворителя, направленным от иглы в

цилиндр, со снятым поршнем.

Игла одного из самых употребительных микрошприцев - Hamilton

701N представляет собой трубку из нержавеющей стали длиной 51 мм (2"),

наружным диаметром 0,47 мм (калибр 26S), и внутренним диаметром 0,13

мм. Кончик иглы прошлифован под углом к оси иглы приблизительно на (10-

12) градусов (тип иглы 2), плавно загнут к ее оси.

В состоянии поставки микрошприца от производителя, кончик иглы

может иметь следующие недостатки:

1) острые режущие кромки;

2) чрезмерный или недостаточный загиб;

3) деформацию геометрии загиба (в направлениях от оси или к ней).

Использование микрошприца с иглой, кончик которой имеет указанные

недостатки, приводит к значительному сокращению ресурса мембраны

испарителя. Кроме того, такие кончики игл высекают кусочки резины из

септ в виале с пробой, что приводит к ее испарению. Результат такого

явления - искажение качественного состава пробы.

Для устранения недостатков кончика иглы применяется его доработка,

которая заключается в том, чтобы затупить кончик иглы мелкой наждачной

бумагой и придать конфигурацию в соответствии с рисунком 12.

Рис. 12. Доработка иглы микрошприца

4

Данная операция является очень тонкой и должна быть выполнена

ответственно. При ее выполнении имеется вероятность попадания продуктов

обработки в канал иглы, поэтому обработку следует выполнять при

положении микрошприца иглой вниз. Результаты обработки контролировать

при помощи оптических приборов 8…10 кратного увеличения. Далее кончик

иглы полировать безворсовой тканью, смоченной спиртом, движениями от

корпуса микрошприца к кончику иглы.

По окончании описанных выше действий необходимо промыть

микрошприц чистым спиртом. Для этого следует несколько раз набрать и

слить по (0,2-0,3) мкл спирта для того, чтобы удалить оставшиеся после

полировки частицы из зоны обработки. Далее микрошприц промывается

обычным образом. Изложенные сведения справедливы и для отечественных

микрошприцев МШ-10.

Предупреждение:

Не рекомендуется объем набираемой микрошприцем пробы устанавливать

выше 5 мкл, так как это снижает срок службы микрошприца.

Установка мембраны в испаритель

Положение микрошприца в лайнере испарителя в момент ввода пробы

изображено на рис. 13.

Рекомендация. При ручном вводе пробы и при вводе пробы дозатором

ДАЖ-2М с микрошприцем Hamilton 701N 10μl (тип иглы 26s/2"/2)

рекомендуется применять лайнер 6.236.034, а при вводе пробы дозатором

ДАЖ-2М с микрошприцем Hamilton 701N 10μl, тип иглы (х/1,71"/НР),(23s-

26s) - лайнер 6.236.078.

4

Рис.

13.

Положение иглы микрошприца в испарителе хроматографа

При установке новой мембраны в испаритель необходимо выполнить

следующую последовательность действий:

- снять гайку – радиатор с испарителя хроматографа;

- удалить использованную мембрану;

- установить мембрану 10-4 7.010.019 (или импортную) в посадочное место

адаптера испарителя хроматографа;

- навернуть гайку – радиатор до устранения люфта в резьбовом соединении;

- произвести предварительную затяжку гайки поворотом ее по часовой

стрелке на угол от 180 до 270 градусов, при этом происходит значительная

деформация материала мембраны (силиконовая резина); соблюдая эти

условия можно считать герметичным соединение пары "адаптер - мембрана";

4

- для капиллярного испарителя задать параметры газа-носителя (давление,

скорость или поток) и сброса пробы, и произвести тестирование тракта

испарителя, фиксируя на дисплее хроматографа измеренные величины

расходов газа-носителя и газа по линии сброса; числовое значение разности

указанных расходов принимается за состояние герметичности тракта

испарителя с неповрежденной мембраной;

- ослабить гайку до появления люфта в резьбовом соединении, затем

навернуть ее на испаритель до устранения люфта в резьбовом соединении;

- произвести предварительную затяжку гайки поворотом ее по часовой

стрелке на угол от 60 до 90 градусов, при этом незначительно

деформируется материал мембраны;

- произвести 2-х – 3-х кратный прокол мембраны иглой 6.054.005 (из

комплекта ЗИП), ориентированной вдоль оси испарителя;

- произвести тестирование тракта испарителя, фиксируя величины расходов

входного газа-носителя и сбросного потока; неизменность числового

значения разности указанных расходов свидетельствует о герметичности

тракта испарителя с проколотой мембраной, увеличение его - о наличии

негерметичности мембраны, т.е. о появлении дополнительного расхода газа

через нее;

- незначительным поворотом гайки зафиксировать такое ее положение, при

котором сохраняется герметичность тракта при минимальной затяжке гайки.

Предупреждение!

Во избежание поломки иглы микрошприца и сокращения ресурса мембраны

испарителя затяжку гайки производить минимальным усилием,

обеспечивающим герметичность тракта испарителя. Прохождение иглы

через мембрану должно быть легким, но не нарушающим герметичность

испарителя.

Методика проверки герметичности тракта испарителя капиллярного

следующая.

4

Оценивают значения параметров "ГН1" - "ГН2" или "ГН3" - "ГН4" (в

зависимости от того, какая пара РРГ подключена к испарителю):

- на клавиатуре хроматографа нажимают клавишу КОНТР;

- с помощью клавиш Δ и ∇ выбирают меню "Расход", нажимают клавишу

ВВОД;

- определяют значения параметров "ГН1" и "ГН2".

В процессе работы необходимо регулярно (ориентировочно через 30-40

проколов мембраны) контролировать состояние герметичности тракта

испарителя капиллярного согласно описанной выше методике.

При появлении негерметичности тракта, превышающей 0,1 мл/мин,

необходимо восстановить герметичность затяжкой гайки, поворотом ее

по часовой стрелке на угол приблизительно 30º.

Так поступают всякий раз при появлении негерметичности, до

механического предела закручивания гайки. Ресурс мембраны при

соблюдении описанных рекомендаций не менее 200 проколов.

Предупреждение!

При чрезмерной затяжке гайки испарителя (сильном сжатии мембраны) и

использовании микрошприца с деформированной иглой, иглой с острым и

(или) деформированным кончиком, ресурс мембраны может снизиться до 5

проколов.

Качество ввода жидкой пробы в испаритель хроматографа в

значительной степени зависит от состояния микрошприца, и резиновой

мембраны испарителя. Если техническое состояние используемого

оператором микрошприца соответствует описанному выше, а эксплуатация

мембраны испарителя осуществляется правильно, то ресурс мембраны

составляет не менее 200 проколов.

Под правильной эксплуатацией мембраны испарителя понимается

следующее:

1) использование бывших в употреблении мембран, как правило, приводит к

поломке иглы микрошприца;

4

2) выполнение требований п.3.2 позволяет эффективно использовать

возможности хроматографического комплекса в целом.

Промывка микрошприца, и отбор пробы

При отборе пробы под поршнем микрошприца создается разрежение

(выше скорость отбора - сильнее разрежение), которое приводит к

вскипанию пробы и образованию "паровых" пузырьков. Пузырьки

"изгоняются" прокачкой.

Для качественного набора пробы в микрошприц (отсутствие "паровых"

пузырьков в объеме пробы) скорость набора, как правило, меньше

оптимальной скорости ввода, которая зависит от вязкости растворителя

анализируемых веществ.

При промывке микрошприца число прокачек рекомендуется

устанавливать не менее 10, в зависимости от степени "прилипаемости" пробы

к стенкам иглы.

После окончания работы, и при хранении микрошприца, рекомендуется

извлечь поршень из корпуса, т.к. некоторые жидкости, например,

дистиллированная вода, способствуют "залипанию" поршня в канале

(пленка жидкости всегда остается в микрошприце).

Рекомендация. Перед началом работы настоятельно рекомендуется

проверять легкость движения поршня в корпусе микрошприца, и

прохождение иглы микрошприца через мембрану испарителя.

4

Перечень лабораторных работ практикума

1. Изготовление насадочной колонки для газо-жидкостной

хроматографии.

2. Определение эффективности хроматографической колонки и времени

удерживания несорбирующегося газа.

3. Определение объема удерживания и времени удерживания нормальных

углеводородов. Определение мертвого времени удерживания

несорбируемого газа расчетным методом.

4. Определение относительного среднего квадратического отклонения

(СКО) выходных сигналов с детектором ДИП.

5. Определение качественного и количественного состава смеси кетонов,

сложных эфиров по индексам удерживания Ковача.

6. Определение концентрации борнилацетата методом нормализации и

методом внутреннего стандарта.

7. Установление качественного и количественного состава бензина.

8. Определение остаточной концентрации ацетона в препарате

«Тетрациклин-гидрохлорид».

9. Масла растительные. Метод определения жирнокислотного состава.

4

Практическая работа № 1

Приготовление набивных колонок

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: знакомство с основными приемами нанесения

неподвижной жидкой фазы (НЖФ) на твердый носитель. В процессе

выполнения работы студенты знакомятся с приготовлением сорбентов тремя

методами: испарением из чашечки, нанесение НЖФ в вакууме, нанесение

НЖФ в кипящем слое. Полученные сорбенты будут использованы в

лабораторной работе № 2: «Оценка качества набивной колонки».

Материалы, посуда, оборудование:

Твердые носители трех типов: белый диатомитовый, розовый

диатомитовый или полимерный (по выбору преподавателя).

Неподвижная жидкая фаза (по выбору преподавателя).

Растворитель — ацетон или другой подходящий в зависимости от НЖФ.

Весы технические и аналитические.

Мерные цилиндры на 10 и на 100 мл.

Стеклянная воронка.

Пипетки стеклянные.

Сушильный шкаф.

Чашка фарфоровая и шпатель.

Вентилятор или фен.

Воронка Бюхнера.

Электронасос.

Фильтровальная бумага.

Колонка хроматографическая.

Стеклянная и деревянная палочки.

Конические и круглодонные колбы на 100 мл, эксикатор.

Ход работы:

Предварительно рассчитывают геометрический объем

хроматографической колонки (Vk) заданных размеров по формуле:

5

где dk и rk – внутренний диаметр и радиус колонки соответственно, см; Lk –

длина колонки, см.

Объем твердого носителя должен превышать на 20−25% объем

колонки. Взвешивают и рассчитывают массу твердого носителя (г) и его

насыпную плотность (г/см3).

В том случае, если твердым носителем является розовый

диатомитовый, то количество НЖФ, по отношению к его весу, в данной

работе должно быть 20%, для белого диатомитового - 10%, для полихрома -

5%.

Пример: внутренний диаметр колонки равен - 0,4 см; длина колонки - 200

см; твердый носитель - хроматон N-AW-DMXS (белый диатомит).

Практически объем должен превышать 20%, тогда:

25,1 - 100%

Х - 20% Х = 5 см3

Объем носителя необходимый для заполнения составляет: 25,1 + 5 = 30,1 см3.

В рабочем журнале произведите соответствующие расчеты.

Вариант А: Метод «испарения из чашечки»

В мерный цилиндр (предварительно взвешенный на технических весах)

засыпают порциями (по 2−3 г) выбранный твердый носитель. При этом

следует время от времени постукивать цилиндр, чтобы утрамбовать твердый

носитель. В коническую колбу берут рассчитанное количество НЖФ и

растворяют в подходящем растворителе и выливают этот раствор на твердый

носитель, перенесенный в фарфоровую чашечку. Объем приготовленного

раствора НЖФ должен быть такой, чтобы при смешивании с твердым

носителем над поверхностью образовывался слой жидкости высотой 5 мм.

5

Равномерно (осторожно) периодически перемешивая шпателем

образовавшуюся суспензию, испаряют растворитель на водяной бане. После

того как насадка станет сыпучей и исчезнет запах растворителя, ее

досушивают при температуре 70−100 °С в сушильном шкафу в течение 3−4

ч. Затем приготовленный сорбент охлаждают в эксикаторе.

Вариант Б: Приготовление сорбента в «кипящем слое»

Необходимое количество твердого носителя помещают на

фильтровальную бумагу в воронке Бюхнера. Стебель воронки соединяют

резиновым шлангом (через склянку с концентрированной серной кислотой) с

редуктором баллона со сжатым газом или с электронасосом. Выливают на

твердый носитель приготовленный раствор НЖФ (объем раствора должен на

20−25% превышать взятый объем твердого носителя) и регулируют расход

газа, стремясь обеспечить умеренное «кипение» частиц твердого носителя в

растворе НЖФ. После испарения растворителя сорбент досушивают в

сушильном шкафу (см. вариант А).

Заполнение колонки

Предварительно промытую органическим растворителем и тщательно

высушенную колонку (U- или W-образную металлическую или стеклянную)

заполняют приготовленным сорбентом. При этом насыпают небольшими

порциями через воронку, постукивая по трубке вакуумным шлангом. Можно

применить специальный вибратор. Он обеспечивает быстрое и равномерное

наполнение колонки сорбентом и повышает ее эффективность. Колонка

считается заполненной, если в течение 5 мин «постукивания» уровень

засыпанного сорбента не изменяется.

При заполнении спиральных колонок заполнение ведется с

использованием вакуума (на выходе из колонки) или с использованием

избыточного давления (на входе в колонку). Один из концов колонки

закрывают тампоном из ваты, стекловолокна или тонкой металлической

сеткой и подключают к водоструйному или вакуумному насосу. К открытому

концу колонки прикрепляют стеклянную воронку для засыпания сорбента.

5

Создав разрежение, начинают осторожно присыпать насадку, постукивая по

колонке деревянной палочкой для достижения равномерного заполнения. В

случае стеклянных колонок степень заполненности колонки ведут визуально,

для металлических - судят по прекращению убыли насадки в воронке.

Сорбент перед заполнением взвешивают, оставшийся после заполнения

колонки также взвешивают. По разности определяют точное количество

сорбента, засыпанное в колонку. Количество сорбента в колонке можно

рассчитать и как разность весов колонки с сорбентом и колонки пустой

(перед заполнением). Открытые концы колонок закрывают стекловатой или

пробками из металлической сетки.

Контрольные вопросы

1. Какое отношение диаметра колонки и размера зерен сорбента является

оптимальным для насадочных колонок?

2. Если объем колонки составляет 45 см3, какой объем насадки нужно взять

для заполнения колонки?

3. Какой механизм лежит в основе обработки минеральных носителей

диметилдихлорсиланом, триметилхлорсиланом и гексаметил-

дисилазаном? В каком случае образуются опасные газообразные

продукты?

Практическая работа № 2

Оценка качества набивных колонок

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: познакомиться с приемами работ по оценке качества

набивной колонки, сорбент для которой был приготовлен при проведении

предыдущей практической работы. Данная лабораторная работа является

продолжением практической работы «Приготовление набивных колонок».

Аппаратура, условия и объекты хроматографирования (параметры

хроматографирывания могут быть изменены):

Хроматограф «Цвет-500» или другой с ДИП.

5

Насадочная колонка (100х0,3) см.

Газ-носитель – аргон

Температура термостата колонок – 100 о С

Температура термостата испарителя – 130 о С

Температура детектора ДИП – 130 о С

Скорость газа-носителя – 10 мл/мин

Шкала чувствительности детектора (подбирается экспериментально) –

128х10

Объем вводимой пробы – 0,4 мкл

Скорость ленты самописца – 0,6 см/мин

Сорбент – инертон AW-DMXC (0,16 – 0,12 мм)

Неподвижная жидкая фаза – карбовакс-6000 (или 20М) (10%)

Ход работы:

Кондиционирование колонки.

Свежезаполненые колонки нуждаются в тренировке. Колонка

помещается в хроматограф и проводится кондиционирование (постепенный

нагрев колонки со скоростью 1 о C/мин, в слабом потоке газа-носителя до

температуры на 20 о C меньшей максимально-допустимой (для данной НЖФ),

при которой колонка выдерживается не менее 2 ч). После этого температура

снижается до рабочей; оценка качества колонки выполняется при этой

температуре.

Оценка качества приготовления колонки.

Устанавливается оптимальная скорость газа-носителя (линейная

скорость газа-носителя 8−10 мл/сек). Выведя прибор на режим, вводят по

отдельности все соединения, предложенные преподавателем.

Расчет

Число теоретических тарелок рассчитывают по формуле:

5

где lR −расстояние удерживания, мм; b0 и b0,5 −ширина пика у основания,

и на половине его высоты соответственно, мм.

Эффективность колонки вычисляют по уравнению:

где Lk – длина колонки, мм; n – число теоретических тарелок в колонке; b0 и

b0.5 – ширина пика у основания и на половине его высоты соответственно; lR –

расстояние удерживания стандартного соединения. По высоте эквивалентной

теоретической тарелки оценивают качество заполнения колонки. По

асимметричности пика конкретного соединения определяют наличие

адсорбционных эффектов.

Результаты заносятся в таблицу 1.

Далее вводится смесь соединений, предложенная преподавателем. По

результатам разделения определяются: коэффициенты емкости k, число

теоретических тарелок n; селективность разделения α; коэффициенты

разделения пар спиртов RS, и сравнивают с теоретически ожидаемой

величиной.

ВЭТТ является суммарной характеристикой разделения, но ее величина

зависит от времени удерживания разделяемых веществ. Поэтому для

сравнения эффективности разделения необходимо определить величину

разрешения RS :

5

где tR1 и tR2 – неисправленное время удерживания (или соответственно

расстояние, объем) двух соединений; b0(1) и b0(2) – ширина пиков этих двух

соединений при основании.

Так как у не полностью разрешенных пиков ширина при основании

определяется с большой погрешностью, то для практической работы удобнее

применять величину разрешения КS :

где ΔlR – расстояние между вершинами двух соседних пиков, для которых

рассчитывается К; b0.5(1) и b0.5(2) – ширина этих пиков на половине их высоты.

Связь между двумя критериями осуществляется соотношением :

Зависимость RS от параметров колонки выражается уравнением:

где α– селективность жидкой фазы (всегда больше или равна 1) или

коэффициент разделения; k – коэффициент емкости второго (в паре)

хроматографируемого соединения; n – число теоретических тарелок в

колонке.

Обычно селективность неподвижной фазы выражают через

относительное удерживание критической пары компонентов:

где: t'R2 и t'R1 – приведенное время удерживания; l'R2 и l'R1 – приведенное

расстояние удерживания.

Отношение исправленного времени к "мертвому" — коэффициен

емкости (извлечения) k, является характеристикой продолжительности

5

нахождения молекул соединения в неподвижной фазе относительно времени

их пребывания в подвижной газовой фазе:

По окончании работы составляется таблица 2.

Опишите характеристики анализируемой колонки по следующему плану:

1) длина колонки и ее диаметр;

2) твердый носитель, размер его зерен;

3) неподвижная жидкая фаза и величина содержания ее на твердом носителе;

4) высота, эквивалентная теоретической тарелке для какого-либо соединения,

лучше для трех (неполярного, среднеполярного и выкополярного;

5) коэффициент асимметричности пиков для отмеченных трех соединений;

6) дата приготовления колонки.

На основании полученных данных сделайте выводы:

1. О пригодности приготовленной колонки:

− для проведения анализа смеси спиртов;

− для проведения анализа среднеполярных соединений;

− для проведения анализа смесей высокополярных соединений.

2. О качестве заполнения колонки.

3. О влиянии адсорбционных эффектов на форму пика.

5

Контрольные вопросы

1. Для какой цели проводят конденционирование хроматографических

колонок? Почему эту процедуру проводят без подключения колонки к

детектору?

2. Если на хроматограмме время удерживания додекана и тетрадекана

составляет 12.4 и 14.7 мин, соответственно, какое число теотеритческих

тарелок для этой колонки будет больше (рассчитанное по додекану и

тетрадекану: nдодекан и nтетрадекан)?

3. Если ВЭТТ для металлической колонки (2м х 3мм) заполненной

полимерным сорбентом Porapak N (80-100 меш) при анализе пробы

пропана в гелии (С=0,3 %об.) составляет 8,3; 6,6; 2,1; 2,7; 4,5 и 5,4 мм при

объемной скорости гелия 10; 13; 15; 20; 30 и 40 см3/мин какой будет

оптимальная скорость газа-носителя для эффективного разделения

пропана, изобутана и н-бутана?

Практическая работа № 3

Определение объема удерживания и времени удерживания

нормальных углеводородов.

Определение мертвого времени удерживания несорбируемого газа

расчетным методом.

Средства измерений, реактивы и материалы

Лабораторный хроматограф “Цвет-500” с детектором по теплопроводности

(ДТП).

Стеклянная насадочная колонка длиной 3 м, диаметром 4 мм, заполненная

Hromaton-NAW-DMCS, 15% Apiezon-L.

Микрошприц МШ-1

Пенометр

Секундомер

Гексан, гептан, октан, нонан в ампулах ( марки “хром.чистый”)

Газообразный гелий, марки А.

5

Подготовка и проведение измерений

Включают хроматограф и устанавливают температуру анализа:

Термостата - 150о С, испарителя - 200о С, детектора - 100о С. Ток детектора -

100-120 мА.

Устанавливают расход газа-носителя - 30 мл/мин. Чувствительность - 1 : 16

(подбирается экспериментально).

Время удерживания tR - время, прошедшее с момента ввода пробы в

колонку до момента записи максимума соответствующего пика.

Исправленное время удерживания tR’ - время, прошедшее с момента

появления максимума пика несорбируемого газа ( to ) до появления

максимума пика соответствующего соединения ( tR ) :

tR’ = tR - to

Мертвое время определяют по времени выхода метана (для ДИПа) или

воздуха (для катарометра). Мертвое время можно определить расчетным

методом по времени выхода трех последовательных членов гомологического

ряда.

В данной работе необходимо определить мертвое время расчетным

способом по хроматограмме смеси нормальных углеводородов - гексана,

гептана и октана.

Определение мертвого времени расчетным методом:

где tR1 , tR2 , tR3 - время удерживания соответственно трех последовательных

членов данного гомологического ряда.

Проведение измерений

При установившемся режиме хроматографирования (температура,

линейная скорость газа носителя) хроматографируют искусственно

приготовленную смесь углеводородов (не менее 5 раз). Определяют средние

значения времен удерживания и рассчитывают мертвое время. В заключение

5

проверяют величину мертвого времени, проводя хроматографический анализ

воздуха в аналогичных условиях. (Вводят пробу воздуха в испаритель с

помощью медицинского шприца).

Исходя из величины мертвого времени рассчитывают исправленные

времена удерживания гексана, гептана и октана (по формуле (1)).

Результаты измерений сводят в таблицу.

i tR1 tR1 tR2 tR2 tR3 tR3 t0 t’R1 t’

R2 t’R3

Литература

1. Димитров Ч., Перцев Н. Газовая хроматография. - София: Наука и

искусство. 1974. С.71.

Контрольные вопросы

1. Можно-ли определить мертвое время по воздуху детектором ДТП при

использовании хроматографической колонки, заполненной молекулярным

ситом СаХ (колонка 2м х 3мм, фракция сорбента 0,25-0,30мм, скорость

гелия – 15 см3/мин, температура термостата: 45 о С)?

Практическая работа № 4

Определение относительного среднего квадратического

отклонения (СКО) выходных сигналов с детектором ДИП

Средства измерений, реактивы, материалы

Лабораторный хроматограф Цвет-500 с дифференциальным пламенно-

ионизационным детектором (ДИП) или аналогичный.

Система газоснабжения СГС-2 для питания пламенно-ионизационного

детектора электролитическим водородом.

Стальная колонка длиной 2 м, заполненная Силохромом-С-80, зернением -

0.25-0.36 мм.

Микрошприц МШ-10.

Секундомер.

Стандартный раствор н-нонана в н-ундекане концентрации 0.4% (объемн.).

6

Аргон марка А, ГОСТ 10157-62.

Подготовка и проведение измерений

Включают хроматограф и устанавливают температуры анализа:

Испарителя и детектора - 250о С

Термостата термостата - Начальная температура 150о С (изотермическая

задержка - 1 мин)

Конечная температура 250о С (изотермическая задержка - 1 мин)

Скорость подъема температуры 16о С в минуту.

Переключатель “площадь/высота” в интеграторе И-05 в положении

“площадь”. Множитель шкалы - 464. Чувствительность – 4 (подбирается

экспериментально).

Переключатель входных сопротивлений И-05 - 108, при этом показания

интегратора необходимо умножать на 100.

После ввода 3 мкл анализируемой смеси нажать кнопку “ввод” интегратора

И-05 и кнопку “пуск” блока РТП-35.

При использовании хроматографов с цифровым сигналом детектора

отпадает необходимость подбора условий получения и интегрирования

сигналов.

Не менее 5 раз снять хроматограммы стандартного раствора. В

качестве выходных сигналов принимаются высота и площадь пика, а также

время удерживания. Параллельно вести запись хроматограмм на диаграмной

ленте, а время удерживаания определять по секундомеру. Площади пиков

определять по методу треугольника.

Относительные средние квадратические отклонения выходных

сигналов (х) следует определять по формуле:

где Х - среднее арифметическое значение выходного сигнала.

6

Значения СКО для площади и высоты при программируемом режиме

повышения температуры для ДИПа не должно превышать 4%, для времени

удерживания 2%.

Результаты измерений свести в таблицу

Значение выходного

сигнала

Среднее

арифметическое

значение выходного

сигнала

Среднее

квадратическое

отклонение выходного

сигнала

ti hi si

___ ___ ___

ti hi si

t h s

Литература

1. Столяров Б.В., Савинов И.М., Виттенберг А.Г. Руководство к

практическим работам по газовой хроматографии. - Л.: Химия. 1978.

С.204.

2. Методические указания хроматографы аналитические газовые с

цифровым заданием режима серии “Цвет-500”. Методы и средства

поверки.

Контрольные вопросы

1. Если анализируемую пробу (объемом 1 мкл) вводили в испаритель

хроматографа микрошприцами на 1 и 10 мкл по 5 раз, в каком случае

среднее квадратичное отклонение высот и площадей хроматографических

пиков будет больше?

2. Какой фактор является определяющим при постоянном времени

удерживания анализируемого соединения (скорость газа-носителя,

точность поддержания температуры термостата колонок, одинаковая

процедура ввода пробы микрошприцом в испаритель)?

6

Практическая работа № 5

Определение качественного и количественного состава

смеси кетонов, сложных эфиров по индексам удерживания Ковача

Средства измерений, реактивы, материалы

Лабораторный хроматограф Цвет-500 или ЛХМ-80 с дифференциальным

пламенно-ионизационным детектором (ДИП).

Система газоснабжения СГС-2 для питания ДИПа электролитическим

водородом.

Стальная колонка длиной 3 м, заполненная Chromaton N-Super, зернение -

0.125 - 0.160 мм, НФ : OV-225.

Микрошприц МШ-10.

Секундомер.

Смесь н-пентана, н-гексана, н-гептана и н-октана концентрации 25% объемн.

Аргон марка А, ГОСТ 10157-62.

Подготовка и проведение измерений

Устанавливают расход газа носителя - 30 мл/мин, водорода - 30

мл/мин, воздуха - 300 мл/мин. Включают хроматограф и устанавливают

температуры анализа: испарителя и детектора - 250оС. Термостата - 150о С

В основу идентификации компонентов смеси неизвестного состава

является определение индексов удерживания Ковача графическим методом и

их сравнение с известными табличными величинами. Для нормальных

углеводородов приняты индексы удерживания равные n100. Где n - число

атомов углерода в молекуле алкана.

Предварительно определяют время удерживания нормальных

углеводородов и строят графическую зависимость ln t от n100. Время

удерживания углеводородов определяют по результатам 5 параллельных

измерений.

Хроматографируют смесь кетонов или сложных эфиров. Определяют

средние величины времен удерживания всех компонентов и рассчитывают

6

lnt. Графически определяют индексы удерживания и по известным

табличным величинам устанавливают качественный состав смеси.

Количественный состав определяют методом нормализации.

Количественный анализ по методу внутренней нормализации

заключается в снятии хроматограммы анализируемой смеси и определении

площадей хроматографических пиков всех компонентов смеси. Определение

концентрации искомого компонента производят по формуле:

где Ci - концентрация компонента i в исследуемой смеси, %; Si - площадь

соответствующего пика; fi - относительный поправочный коэффициет (для

компонентов смеси, принадлежащих одному классу он равен 1); в

знаменателе - сумма произведений площадей пиков на относительные

поправочные коэффициенты для всех пиков хроматограммы. Площадь пика

рассчитывают по методу треугольника.

Литература

1. Перцев Н., Коцев Н. Справочник по газовой хроматографии. М. “Мир”.

1987. С.126.

2. Столяров Б.В., Савинов И.М., Виттенберг А.Г. Руководство к

практическим работам по газовой хроматографии. - Л.: Химия. 1978.

С.204.

3. Вигдергауз М.С., Семенченко Л.В., Езрец В.А., Богословский Ю.Н.

Качественный газохроматографический анализ. - М.: Наука. 1978. С.225-

230.

Контрольные вопросы

1. Если график зависимости исправленных времен удерживания нормальных

углеводородов додекан (С12) – тетракозан (С24) имеет перелом после

элюирования С21, что можно сказать о температурном режиме термостата

6

колонки (капиллярная колонка НР-5, 30м х 0,32мм, линейная скорость

гелия – 30 см/с)?

2. Какие соединения могут быть использованы в качестве стандартов при

определении индексов удерживания в биохимических исследованиях проб

методом газовой хроматографии?

Практическая работа № 6

Определение концентрации борнилацетата методом

нормализации и методом внутреннего стандарта

Средства измерений, реактивы, материалы:

Лабораторный хроматограф CHROM-5 с дифференциальным пламенно-

ионизационным детектором (ДИП).

Система газоснабжения СГС-2 для питания ДИПа электролитическим

водородом.

Стеклянная капиллярная колонка длиной 50 м. внутренний диаметр 0.25 мм,

заполненная неподвижной фазой OV-101.

Микрошприц МШ-1.

Система автоматической обработки результатов анализа на базе

персонального компьютера.

Коммерческое пихтовое масло, например, производства кооператива

“Конда”.

Додекан, марки “Ч”.

Аргон, марка А, ГОСТ 10157-62.

Подготовка и проведение измерений

Хроматографический анализ проводят в режиме программированного

повышения температуры термостата от 100 до 200о С со скоростью 5о С в

минуту. Температуры испарителя и детектора - 200о С.

Включают хроматограф и устанавливают необходимые температуры и

скорости подачи вспомогательных газов (водорода - 30 см3/мин, воздуха -

6

300 см3/мин). Зажигают пламя водородной горелки. К анализу приступают

через 1.5 часа (необходимое время выхода на рабочий режим).

Количественный анализ по методу внутренней нормализации

заключается в снятии хроматограммы анализируемой смеси и определении

площадей хроматографических пиков всех компонентов смеси. Определение

концентрации искомого компонента производят по формуле:

где Ci - концентрация компонента i в исследуемой смеси, %; Si - площадь

соответствующего пика; fi - относительный поправочный коэффициет (для

компонентов смеси, принадлежащих одному классу соединений он равен 1);

в знаменателе - сумма произведений площадей пиков на относительные

поправочные коэффициенты для всех пиков хроматограммы.

Для определения концентрации борнилацетата в пихтовом масле в

испаритель хроматографа вводят микрошприцом 0.3 мкл масла и снимают

хроматограмму. Расчет концентрации борнилацетата ведут на ЭВМ.

Количественный анализ по методу внутреннего стандарта.

Предварительно устанавливают относительный поправочный коэффициент

(для соединений борнилацетат - додекан fi = 1.56). Взвешивают

определенное количество анализируемой смеси ( ~ 0.4 г.) и прибавляют к

нему определенное количество внутреннего стандарта - додекана ( ~ 0.04 г).

В качестве внутреннего стандарта берут соединение, не содержащееся в

анализируемой смеси, пик его должен быть хорошо разрешен, но должен

находиться по возможности вблизи от пика определяемого компонента.

Приготовленную таким образом смесь хроматографируют и проводят расчет

по формуле;

100

где Ci - концентрация компонента i в исследуемой смеси, %; Si - площадь

соответствующего пика; fi - относительный поправочный коэффициет,

6

определяемый по отношению к стандарту; Sst - площадь пика стандарта; Mst

- масса добавленного внутреннего стандарта; Mm - масса пробы

анализируемой смеси, к которой добавлено определенное количество

внутреннего стандарта .

Сравнивают величины концентраций борнилацетата полученных

различными методами расчета.

Литература

1. Перцев Н., Коцев Н. Справочник по газовой хроматографии. М. “Мир”.

1987. С.126.

2. Столяров Б.В., Савинов И.М., Виттенберг А.Г. Руководство к

практическим работам по газовой хроматографии. - Л.: Химия. 1978.

С.204.

Контрольные вопросы

1. Почему метод количественного расчета борнилацетата с внутренним

стандартом более точен, чем метод нормализации?

2.

Практическая работа № 7

Установление качественного и количественного

состава бензина

Средства измерений, реактивы и материалы

Лабораторный хроматограф “CHROM-5” с детектором ионизационным

пламенным (ДИП).

Стеклянная капиллярная колонка длиной 100 м, диаметром 0.25 мм,

заполненная неполярной фазой.

Микрошприц МШ-1

Пенный расходомер

Секундомер

Бензин АИ-92.

6

Пентан, гексан, гептан, октан, нонан, декан, ундекан, додекан (марки

“хром.чистый”)

Газообразный аргон, марки А, ГОСТ 10157-62.

Система газоснабжения СГС-2 для питания ДИПа электролитическим

водородом

Подготовка и проведение измерений

Включают хроматограф и устанавливают температуру анализа:

Испарителя - 200о С, детектора - 200о С. Термостата - 70о С.

Чувствительность - 1 : 256.

Время удерживания tR - время, прошедшее с момента ввода пробы в

колонку до момента записи максимума соответствующего пика.

Исправленное время удерживания tR’ - время, прошедшее с момента

появления максимума пика не сорбируемого газа ( to ) до появления

максимума пика соответствующего соединения ( tR ) :

tR’ = tR - to (1)

Мертвое время определяют по времени выхода метана (для ДИПа) или

воздуха (для катарометра). Мертвое время можно определить расчетным

методом по времени выхода трех последовательных членов гомологического

ряда.

В данной работе необходимо определить мертвое время расчетным

способом по хроматограмме гексана, гептана и октана.

Определение мертвого времени расчетным методом:

(2)

где tR1 , tR2 , tR3 - время удерживания соответственно трех последовательных

членов данного гомологического ряда.

Для представления величин удерживания в газовой хроматографии

используется система индексов удерживания Ковача. Эти величины стали

основой для идентификации веществ в хроматографии. Индекс удерживания

- это мера относительного удерживания веществ, причем в качестве

6

стандартного вещества сравнения используется нормальный углеводород.

Каждому нормальному углеводороду присвоен индекс удерживания, равный

числу атомов углерода в его молекуле, умноженному нв 100. Так, индексы

удерживания н-пентана и н-декана составляют 500 и 1000. Индексы

удерживания для других соединений получают путем логарифметической

итерполяции исправленных времен удерживания (уравнение 3):

( 3 )

где Z - число атомов углерода в молекуле алкана с меньшей молекулярной

массой, t’R - исправленной время удерживания искомого соединения.

Проведение измерений

При установившемся режиме хроматографирования (температура,

линейная скорость газа носителя) хроматографируют искусственно

приготовленную смесь н-углеводородов (не менее 3 раз). Определяют

средние значения времен удерживания и рассчитывают мертвое время.

В аналогичных условиях проводят хроматографический анализ

легкого бензина (не менее 3 раз).

Исходя из величины мертвого времени рассчитывают исправленные

времена удерживания всех компонентов бензина (по формуле (1)). И по

формулу ( 3 ) рассчитывают индексы удерживания компонентов. Сравнивают

полученные величины индексов удерживания с известными табличными

данными и устанавливают качественный состав бензина [ 2 ].

Литература

1. Димитров Ч., Перцев Н. Газовая хроматография. - София: Наука и

искусство. 1974. С.106-107.

2. Вигдергауз М.С., Семенченко Л.В., Езрец В.А., Богословский Ю.Н.

Качественный газохроматографический анализ. - М.: Наука. 1978. С.205-215.

Контрольные вопросы

6

1. Какая комбинация последовательно-работающих детекторов позволит

определить концентрацию метилтретбутилового эфира (МТБЭА) в

бензине марки А-92?

2. Какой детектор предпочтителен при определении соединений серы в

нефти и нефтепродуктах?

3. Какова величина окна поиска индексов Ковача углеводородов в сложной

смеси?

4. Какие неподвижные фазы можно использовать при установлении

индивидуального состава бензина методом капиллярной газовой

хроматографии?

Практическая работа № 8

Определение остаточной концентрации ацетона в препарате

«Тетрациклин-гидрохлорид»

Средства измерений, реактивы, материалы:

Лабораторный хроматограф «Кристалл-2000М» с пламенно-ионизационным

детектором (ДИП).

Генератор водорода (для питания ДИПа электролитическим водородом).

Компрессор воздуха.

Стеклянная капиллярная колонка длиной 50 м внутренний диаметр 0.32 мм,

заполненная неподвижной фазой FFAP.

Микрошприц МШ-10.

Система автоматической обработки результатов анализа «Хроматэк-

Аналитик» на базе PC.

Таблетки «Тетрациклина-гидрохлорид» (или порошок лекарственной

формы).

Ацетон, марки «ОСЧ».

Дистиллированная вода

Азот, марка А, ГОСТ 10157-62.

7

Подготовка и проведение измерений

Хроматографический анализ проводят в режиме программированного

повышения температуры термостата с 65 (8 мин. изотерма) до 90о С со

скоростью 10о С в минуту. Температуры испарителя – 180о С, температура

детектора - 200о С. Объемная скорость газа-носителя через колонку – 1.2

мл/мин. Соотношение деления потока (колнка-сброс) 1:35. Поддув газа-

носителя в детектор – 15 мл/мин.

Включают хроматограф и устанавливают необходимые температуры и

скорости подачи вспомогательных газов (водорода - 30 см3/мин, воздуха -

300 см3/мин). Зажигают пламя водородной горелки. К анализу приступают

через 1.5 часа (необходимое время выхода на рабочий режим).

Приготовление стандартного раствора ацетона: взвесить 1.0000 г.

ацетона в мерную колбу на 100 мл и растворить в дистиллированной воде,

перемешать, довести до 100 мл. Отобрать 100 мкл полученного раствора

перенести в мерную колбу на 100 мл и развести водой (до 100 мл).

Полученный раствор содержит 10 мкг ацетона в 1 мл раствора.

Приготовление раствора исследуемой субстанции: растворить 0.200

г исследуемой субстанции в свежеполученной дистиллированной воде и

довести до 10 мл.

Проводят хроматографический анализ стандартного раствора ацетона

не менее 3 раз. Для этого в хроматограф вводят 3 мкл раствора ацетона (1

мкг/мл). Измеряют величину высоты и площади хроматографического пика

ацетона.

В аналогичных условиях проводят ГХ-анализ раствора тетрациклина.

Пик растворителя на хроматограмме исследуемой субстанции должен быть

по плошади (или высоте) не больше пика на хроматограмме стандартного

образца.

Если имеется возможность провести калибровку хроматографа по

стандартному раствору ацетона методом наименьших квадратов

7

(одноточечная калибровка), после анализа раствора исследуемой субстанции,

определить его концентрацию (в мкг/мл).

Литература

1. Перцев Н., Коцев Н. Справочник по газовой хроматографии. М. «Мир».

1987. С.126.

2. Столяров Б.В., Савинов И.М., Виттенберг А.Г. Руководство к

практическим работам по газовой хроматографии. - Л.: Химия. 1978.

С.204.

Практическая работа № 9

Масла растительные. Метод определения жирнокислотного состава

Аппаратура, материалы и реактивы:

Хроматограф газовый «Кристалл 2000М» с пламенно-ионизационным

детектором и возможностью программирования температуры термостата

колонок до 3000 С. Возможность поддержания температуры детектора (ПИД)

и испарителя не ниже 3000С.

Кварцевая колонка капиллярная HP-FFAP (50м*0.32мм*0.48мкм).

Микрошприц «Газохром 101» вместимостью 1 мм3.

Весы лабораторные по ГОСТ 24104 2-го класса точности с наибольшим

пределом взвешивания 200 г.

Пробирки П-4-10-14/23 ХС по ГОСТ25336

Воронка лабораторная В-25-38 ХС или В-36-50 ХС по ГОСТ 25336.

Баня водяная.

Бумага фильтровальная лабораторная по ГОСТ 12026.

Газ-носитель: азот газообразный по ГОСТ 9293 ос. ч.

Колбы Кн-1-500-29/32 по ГОСТ25336-82, Кн-2-500-34(40,50) по ГОСТ5336-

82 с пришлифованными пробками и колбы Кн-1-750-29/32 (34/35,45/40) по

ГОСТ 25336-82,Кн-2-750-34 (40,50) с пришлифованными пробками.

Стаканы Н-2-250 по ГОСТ25336-82

7

Гексан для хроматографии.

Метанол-яд по ГОСТ 6995 х.ч.

Подготовка к измерению

Приготовление абсолютного метанола.

В колбу (100 см3) взвешивают 10 г окиси кальция, добавляют 50 см3

метанола и кипятят с обратимым холодильником в течение 6-8 ч. Затем

метанол перегоняют в перегонном аппарате, собирая фракцию с

температурой 64,70С.

Приготовление раствора метилата натрия в метаноле концентрации 2

моль/дм3.

В мерную колбу (25 см3) наливают 10-12 см3 абсолютного метанола, в

него бросают меленькими кусочками натрий (1,15 г). После растворения

раствор охлаждают до комнатной температуры и доливают абсолютным

метанолом до метки. Хранят раствор в холодильнике в герметичной таре из

темного стекла.

Приготовление метиловых эфиров кислот.

Пробу испытуемого масла перемешивают. В стеклянную пробирку

берут пипеткой 2-3 капли пробы, растворяют их в 1,9 см3 гексана. В раствор

вводят 0,2 мл раствора метилата натрия в метаноле концентрации 2 моль/дм3.

После интенсивного перемешивания в течение 2 мин. реакционную смесь

отстаивают 5 мин. и фильтруют через бумажный фильтр. Раствор готов для

анализа. Готовый раствор, храня в холодильнике не более 2 сут.

Проведение измерения

На хроматографе устанавливают следующие условия анализа

метиловых эфиров жирных кислот:

температура термостата колонок – 70-1900С (скорость подъема температуры

термостата 5 град/мин;

температура испарителя - 2500С;

температура печи детекторов - 2500С;

скорость потока газа-носителя через колонку (азот)- 1 см3/мин;

7

соотношение деление потоков – 1 : 20:

объемная скорость водорода – 30 см3/мин;

объемная скорость воздуха – 300 см3/мин:

объем пробы – 1 мм3 раствора метиловых эфиров кислот в гексане.

Хроматографический анализ с пламенно-ионизационным детектором.

В газовый хроматограф вводят 1 мкл пробы. Количественный анализ

метиловых эфиров кислот проводят методом нормализации по ГОСТ 30418-

96 «Масла растительные. Метод определения жирнокислотного состава».

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

7

Лабораторного практикума

«ХРОМАТОГРАФИЯ»

НАЗНАЧЕНИЕ КУРСА:

Данный курс предназначен для студентов химического факультета и

входит в блок дисциплин учебных планов по специальности 020101-Химия

(5-летний срок обучения).

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ:

Данный курс знакомит студентов с основами теории газовой

хроматографии, с техникой хроматографического эксперимента, с методикой

качественного и количественного анализа много-компонентных проб.

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ:

Дать представления о принципах газовой хроматографии. Научить

студентов работе на современных газовых хроматографах отечественного и

импортного производства. Привить навыки самостоятельного выбора типа

хроматографических колонок (насадочных, капиллярных), неподвижных фаз,

соответствующих детекторов для решения конкретных аналитических задач

при выполнении лабораторных работ спецпрактикума.

Показать возможности высокоэффективной (капиллярной) газовой

хроматографии в анализе объектов окружающей среды, продуктов питания,

лекарственных препаратов, в анализе продуктов химии и нефтехимии.

Основной материал курса излагается в цикле лекций и закрепляется в

процессе выполнения лабораторных работ и семинарских занятий.

Текущий контроль осуществляется посредством защиты лабораторных

работ, участия в семинарах.

Итоговый контроль осуществляется посредством зачета.

СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНЫХ ТЕМ

Тема 1. История хроматографии.

7

История хроматографии. Основные принципы метода. Задачи и

возможности метода газовой хроматографии. Схема газового

хроматографа. Основные узлы хроматографа.

Классификация методов хроматографии:

- по признаку природы явлений в основе разделения

- по агрегатному состоянию подвижной и неподвижной фаз

- по методике проведения хроматографического анализа

Тема 2. Основы теории.

Основы теории. Основные параметры хроматогафического процесса.

Концепция теоретических тарелок. Кинетическая теория. Размывание

хроматографической зоны. Хроматографический пик. Форма изотермы

сорбции и соответствующие им профили хроматографических пиков.

Тема 3. Параметры удерживания.

Параметры удерживания. Время удерживания. Объем удерживания.

Абсолютные и исправленные величины удерживания. Параматры

разделения. Коэффициент распределения. Коэффициент разделения.

Коэффициент емкости. Эффективность хроматографической колонки. Число

теоретических тарелок. Высота эквивалентная теоретической тарелке. Число

разделений. Степень разделения. Селективность колонки.

Тема 4. Хроматографические колонки.

Хроматографические колонки. Насадочные и капиллярные колонки.

Сорбенты для газовой хроматографии. Неподвижные фаза. Полярность фаз.

Селективность фаз. Заполнение хроматографической колонки. Подготовка

(конденционирование) колонок. Ввод пробы в колонку.

Тема 5. Детекторы.

Детекторы. Принципы работы различных детекторов: ДТП, ДИП, ДЭЗ,

ДПФ, ТИД, ФИД и др. Деструктивные и недеструктивные детекторы.

7

Концентрационные и потоковые детекторы. Чувствительность детектора.

Порог чувствительности. Инерционность детектора. Линейный диапазон

детектора.

Тема 6. Качественный анализ.

Качественный анализ. Графические методы идентификации. Индексы

удерживания (абсолютные и относительные). Индексы удерживания Ковача

(линейный и логарифмический). Метод стандартной добавки.

Тема 7. Количественный анализ.

Количественный анализ. Площадь хроматографического пика.

Графическое и автоматическое измерение площади пиков. Расчет площади

пика по методу треугольника. Расчет площади асимметрического пика.

Расчет площади пика примеси, находящейся на заднем фронте основного

пика. Площадь срезанного пика.

Методы количественного расчета:

- метод абсолютной калибровки

- метод нормализации, нормализация с калибровочным коэффициентом

- метод внутренней нормализации.

Литература

Основная

1. Пецев Н., Коцев Н. Справочник по газовой хроматографии. М. “Мир”.

1987. С.126.

2. Столяров Б.В., Савинов И.М., Виттенберг А.Г. Руководство к

практическим работам по газовой хроматографии. - Л.: Химия. 1978.

С.204.

3. Руководство по газовой хроматографии. Под ред. Э.Лейбница,

Х.Г.Штруппе. Перевод с нем. В.В.Соболя под ред. В.Г.Березкина. М.,

«Мир» 1988. т.1. 479 С., т.2. 508 С.

7

4. Хроматографический анализ окружающей среды. Под ред. З.Л.Гроба.

Перевод с англ. Д.Н.Соколова под ред. В.Г.Березкина. М.: Изд-во «Химия»

1979. 606 С.

5. Другов Ю.С., Родин А.А. Газохроматографическая идентификация

загрязнений воздуха, воды и почвы. Практическое руководство. Изд-во

«Теза» Санкт-Петербург. 1999. 623 С.

6. Высокоэффективная газовая хроматография. Под ред. К.Хайвера. Перевод

с англ. М.А.Кожевника под ред. В.Г.Березкина. М.: «Мир» 1993. 289 С.

7. К.Бейерман Определение следовых количеств органических веществ.

Перевод с англ. А.ВА.Кирюшкина. М.: «Мир» 1987. 462 С.

8. Гольберт К.А., Вигдергауз М.С. Введение в газовую хроматографию. 3-е

изд., перераб. и доп. - М. : Химия, 1990. - 352 С.

9. Аналитическая хроматография / Под ред. К.И.Сакодынского,

В.В.Бражникова, С.А.Волкова и др. - М. : «Химия», 1993. - 464 С.

Дополнительная

1. Гиошон Ж., Гийемен К. Количественная газовая хроматография для

лабораторных анализов и промышленного контроля: В 2 т. - М. : «Мир»,

1991.

2. Руководство по газовой хроматографии / Под ред. Э.Лейбница,

Х.Г.Штруппе. Т. 1, 2. - М.: «Мир», 1988. - 480 С.

3. Яшин Я.И. Физико-химические основы хроматографического разделения.

- М. : «Химия», 1976.

4. Арутюнов Ю.И. Хроматографическое измерение состава нефтяных газов.

- М. : «Недра», 1987. - 264 С.

5. Газовая хроматография в химии и нефтехимии. Под ред. В.Г.Березкина,

В.И.Трубникова. М.: ИНХС АН СССР, 1985. 224 С.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

ОБРАЗЕЦ ОФОРМЛЕНИЯ ОТЧЕТА В РАБОЧЕМ ЖУРНАЛЕ

7

__________________________________

(подпись преподавателя о допуске к работе)

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № _____

Тема:

Цель работы:

Работа начата: Окончена:

План работы:

1. Материалы, посуда и оборудование.

2. Этапы проделываемой работы.

3. Рисунки и обозначения.

4. Результаты работы в виде графиков и расчетных таблиц.

5. Техника безопасности.

6. Выводы.

Подпись преподавателя: ___________________

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ С ГАЗОВЫМИ

ПРИБОРАМИ

7

1. В помещении, где работают одновременно несколько газовых

хроматографов, обязательно должна быть общеобменная (приточно-

вытяжная) вентиляция. Кроме того, над каждым хроматографом желательно

наличие местного отсасывающего устройства.

2. Баллоны со сжатыми газами (аргон, водород, азот и т.д.) должны

располагаться снаружи здания или в железных контейнерах (отдельно

каждый баллон), с защитой от солнечных лучей.

3. Газоподводящие линии должны быть изготовлены из трубок из

нержавеющей стали или медных, диаметром 3−4 мм, сваренный в местах

соединений. Линии должны быть проверены на герметичность при давлении

10 атм, результаты отражены в виде актов.

4. Кабинеты и лаборатории газовой хроматографии не рекомендуется

располагать выше первого- второго этажей.

5. Ни в коем случае нельзя допускать утечки газов из баллонов и линий. При

падении давления по манометру следует «обмылить» места возможных

утечек и немедленно ликвидировать обнаруженную негерметичность.

6. В помещениях, где проводятся работы на газовых хроматографах с

водородным пламенем, курение и зажигание огня строго воспрещается.

Нельзя поджигать спичкой водородное пламя.

7. Работы на газовых хроматографах не производятся в одиночку, так как в

случае разрыва газовой линии, особенно водородной, работающему должна

быть оказана немедленная помощь.

8. Все контакты, находящиеся под напряжением выше 127 В, должны

находиться под надежным электроизолирующем прикрытием.

9. Стеклянные сосуды, в которых могут содержаться взрывоопасные газы и

жидкости должны быть обмотаны изоляционной лентой или помещены в

чехлы металлической сетки.

10. При приготовлении газообразных стандартных смесей, в состав которых

входят горючие вещества, необходимо учитывать возможность образования

взрывоопасных смесей с воздухом.

8

11. Баллоны должны иметь соответствующие надписи и быть окрашены

снаружи в следующие цвета:

а) для кислорода — голубой, надпись черными буквами «КИСЛОРОД».

б) для ацетилена — белый, надпись красными буквами «АЦЕТИЛЕН».

в) для водорода — темно-зеленый, надпись красными буквами «ВОДОРОД».

г) для азота — черный, надпись желтыми буквами «АЗОТ».

д) для воздуха — черный, надпись белыми буквами «СЖАТЫЙ ВОЗДУХ».

е) для гелия — темно-красный, надпись белыми буквами «ГЕЛИЙ».

ж) для аргона — серый, надпись зелеными буквами «АРГОН».

12. Баллоны должны иметь клеймо со следующими обозначениями: марка

завода изготовителя, испытания, год изготовления, дата следующего

испытания, емкость баллона в литрах, вес баллона, рабочее давление (Р) и

пробное гидравлическое (П), клеймо технического инспектора,

производившего последнее испытание.

13. При невозможности на месте потребления выпустить газ, из-за

неисправности вентилей, баллоны должны быть возвращены на

испытательную станцию.

14. Лаборатория должна быть оборудована медицинской аптечкой.

15. В лаборатории должны иметься средства пожаротушения (песок,

асбестовой одеяло, огнетушитель и т.д.).

8

Николай Юрьевич Третьяков

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

«ХРОМАТОГРАФИЯ»

Подписано в печать________ г. Тираж_______ экз.

Объем________п.л. Формат 60х84/16 Заказ №_______

Издательство Тюменского государственного университета

625003, г. Тюмень, Семакова, 10

8