ТЕОРИЯ ТАРЕЛОК. ХРОМАТОГРАФИЧЕСКАЯ ИДЕНТИФИКАЦИЯ. КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ

ТАРЕЛОК. ХРОМАТОГРАФИЧЕСКАЯ ИДЕНТИФИКАЦИЯ. КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ
План лекции:
Прогнозирование возможности разделения веществ.
Характеристики

удерживания как идентификационные признаки. Другие способы опознания веществ. Понятие о хромато-масс-спектрометрии.
Аналитические сигналы в хроматографии. Расчет результатов анализа по способу абсолютной калибровки. Способ внутреннего стандарта. Способ нормализации.

Лекция 41-42

какую форму должен иметь хроматографический пик, насколько он будет размыт

при использовании данной колонки?

как зависит скорость движения компонента в колонке (W) от коэффициента его распределения (Г) между ПФ и НЖФ?
насколько должны различаться свойства компонентов, чтобы в данной колонке произошло их полное разделение?
какой минимальной длины должна быть хроматографическая колонка, чтобы компоненты с заданными свойствами в ней разделились?

Создана А.Мартином и Р.Синджем в конце 1940-х годов
Основана на линейной равновесной модели хроматографического процесса.

определяется природой сорбата, качеством сорбента, способом заполнения колонки и условиями

хроматографирования (температура, скорость газа носителя и т.п.).

Число тарелок (N) зависит
от длины колонки.
N = L / H ВЭТТ
где L – длина колонки

НВЭТТ

Высота, эквивалентная теоретической тарелке.
Соответствует высоте слоя сорбента,
при прохождении которой акт сорбции—десорбции
данной молекулы успевает совершиться один раз.

на хроматограмме время удерживания и ширину любого пика у его

основания (μ) или на половине его высоты (μ0,5)

Из теории тарелок следует, что форма любого хроматографического пика при линейной изотерме сорбции должна описываться функцией Гаусса (кривой нормального распределения).

y =

,

 = f (N)

Пусть для некоторого пика tr = 100 и μ = 1. Значит, N = 160 000 !

теоретических тарелок (N1  N2  N3 ....). Это объясняет,

почему при изотермическом режиме разделения пики разных веществ имеют разную ширину, прямо пропорциональную времени удерживания (tr ) .

Пусть для пика 1 tr1 = 100 и μ1 = 1. Если вещества 1 и 2 однотипны, N1  N2. Тогда для пика 2, у которого tr2 = 400, μ2 = 4

Обычно на хроматограмме смеси пики тем шире, чем больше время удерживания компонента.
Почему?

связаны скорость движения компонента в колонке (W)
и коэффициент его

распределения (Г) между ПФ и НЖФ?

Из теории тарелок следует, что

(2)

(3)

Относительные времена удерживания не зависят от длины колонки и скорости газа-носителя !

tr

Г

> 1.5

компонентов, условий их разделения и характеристик колонки (эффективности и селективности)

μ1 + μ2

Величину Rs можно предсказать по известным коэффициентам распределения (Г1 и Г2) и числу тарелок в данной колонке (N)

RS = 0,424

= 0,212 ∆Г

различием коэффициентов распределения разделяемых веществ.

000
N = 400
Высокая селективность,
низкая эффективность
Высокая селективность,
высокая эффективность
Низкая селективность,
высокая

эффективность

5 м
L = 25 м
Состав смеси, природа НЖФ и условия

разделения во всех случаях одинаковы

B/u + Cu
U (линейная скорость)
ВЭТТ
А – Вихревая

диффузия
B/u – Молекулярная диффузия
Cu – Сопротивление массопереносу

Уравнение Ван-Деемтера

средней скорости, характерной для данного соединения
Учитываются следующие процессы:

неоднородность потока подвижной фазы.
продольная диффузия в НЖФ и ПФ
кинетика массопередачи в НЖФ и ПФ
неравновесность процесса внутри застойных зон

совпадению характеристик удерживания для пробы (t) и эталона (tx), где

Х – предполагаемый компонент пробы.
При этом значения tx получают: 1) опытным путем, 2) из справочников, 3) по значениям tx структурных аналогов.

2. По совпадению спектра компонента пробы (после хроматографического разделения) и эталонного спектра Х.

3. По результатам сопоставления хроматограмм пробы, полученных в разных условиях (до и после химической обработки, при разных способах детектирования и т.п.).

2

использовать индексы Ковача!

(n+1)— исправленные времена удерживания

н-алканов с n и n+1 атомами углерода, выходящих из колонки до и после Х, а t`R (x) - исправленное время удерживания Х.

Индекс Ковача определяется природой Х и типом НЖФ,
слабо зависит от температуры и практически не зависит от скорости газа-носителя, концентрации Х и состава пробы.

Х лежит между пиками н-гептана и н-октана, для которых t`R

равны 172 и 218 с. Предполагают, что Х - это 2,2,4-триметилпентан, у которого t`R = 739,0 ( для той же НЖФ и той же температуры). Верно ли это предположение?

Решение. Подстановка дает:

Ix = 100 ( ) = 739,2

Полученное значение Ix почти не отличается от табличного t`R (погрешность измерения индексов обычно не превышает 0,5 единицы).
Следовательно, Х может быть 2,2,4-триметилпентаном.

Пример расчета

при хроматографическом анализе бензина
t – время удерживания, минуты
I – индекс

Ковача для опознаваемого пика пробы,
Ix - индекс Ковача для пика Xi в БД,
d - критерий совпадения пиков, здесь - 0,5 единицы индекса
% - содержание компонента ( в % масс.).

детектора, а высота
или площадь пика.
Высоту пика можно использовать

в качестве аналитического сигнала,
если все пики узкие и симметричные.

В любом случае содержание компонента можно рассчитывать по площади его пика. В случае широких или несимметричных пиков расчет возможен только по площади пика.

если:
проба не полностью испаряется;
в испарителе

или в колонке идут какие-либо химические реакции;
некоторые компоненты остаются в колонке или их пики не регистрируются;
нет полного разделения пиков на хроматограмме;
детектор дает нелинейный отклик.
неизвестны значения ki (требуется предварительное отнесение всех пиков на хроматограмме и градуировка детектора по эталону).