1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИХ МЕТОДОВ РАЗДЕЛЕНИЯ И АНАЛИЗА

Владимирович
Д.х.н., профессор
Кафедра химии нефти и органического катализа
Химический факультет МГУ

1903 г. На заседании общества естествоиспытателей 14 марта 1903 г.

практически повторили эксперименты М.С. Цвета и убедились в их огромных

История открытия хроматографии

распределении веществ между двумя фазами: одна фаза - неподвижная, другая

способа оформления сорбционного слоя)

хроматографию и хроматографию для физико-химических исследований.


В последний раздел можно

Классификация методов хроматографии по назначению (цели)

осадочную хроматографию.
В реакционной хроматографии разделённые соединения подвергаются химическим превращениям

Классификация методов хроматографии по химическому превращению сорбата

с непрямым детектированием.
В методе радиохроматографии сочетается разделение смеси с

Классификация методов хроматографии по способу детектирования

в начале века (1903- первая публикация, эксперименты проводились М.С.Цветом ранее,

среды
анализе пищевых продуктов
в медицине
биологии
производстве и др
На эффективных капиллярных колонках возможно

Диапазон применения:
от анализа атмосферы планет, до анализа содержимого одной клетки.

Методом препаративной хроматографии выделяют многие вещества в чистом виде, особенно велико применение хроматографии в биологии и медицине. В передовых зарубежных странах – это отдельная быстроразвивающаяся прибыльная отрасль, особенно в биотехнологии, особенно при очистке и выделении биологически активных соединений, выделении вирусов гриппа, энцефалита, бешенства и ящура, промышленное выделение инсулина, многих белков, полипептидов.
В последние годы поставлено на промышленную основу выделение фуллеренов, сапонинов, интерлейкина-2 человека, гистонов, плазмидов ДНК, антибиотиков и многих других природных и синтезируемых веществ.

(Венера, Марс, лунный грунт), органических веществ метеоритов, анализ атмосферы космических

и многих других отраслях промышленности. Это прежде всего в технологическом

Применение хроматографии

потокового детектора
а – величина адсорбции
вс – константа
С – концентрация сорбируемого

основано на различной сорбируемости анализируемых соединений при движении их по

максимума пика называется временем удерживания tR
Это время складывается из

газа-носителя, тем меньшее время удерживания, поэтому на практике удобнее использовать

где Р1 – входное давление, Р0 – давление на выходе колонки.

Объем удерживания

воды, так как измерения обычно проводят мыльно-пенным измерителем, а также

Объем удерживания

Чистый удерживаемый объём можно считать физико-химической константой, так как он не зависит от скорости газа-носителя при постоянной температуре и доли пустот в колонке.
Чистый удерживаемый объём зависит от количества сорбента в колонке, поэтому для точных физико-химических измерений используют понятие удельного объёма удерживания VTg.
Величина VTg - это чистый объём удерживания, отнесённый к массе g сорбента в колонке или к площади S поверхности адсорбента при усреднённом давлении в хроматографической колонке и температуре TK колонки:

Приведённый удерживаемый объём с поправкой на среднее давление называется чистым объёмом удерживания:
VN=V’R*j

небольших колебаний параметров опыта, в частности расхода газа-носителя и температуры

В качестве стандартного соединения используют н-алканы, с параметрами удерживания, близкими к параметрам удерживания исследуемого вещества. В этом случае при случайных колебаниях расхода или температуры абсолютные параметры удерживания будут изменяться, а их отношения практически не изменяются.
В качестве относительного параметра широко используют индекс Ковача:

где tn, tn+1 – приведённые времена удерживания н-алканов, с числом атомов углерода в молекуле n и n+1, t’R – приведённое время удерживания исследуемого соединения:
Индекс Ковача – безразмерная величина и может быть подсчитана с большой точностью, например в капиллярных колонках с точностью до сотых долей процента. Индексы Ковача в первую очередь применяют для идентификации неизвестных веществ (проведение качественного анализа).
Изменения индексов Ковача для соединений, отличающихся природой функциональной группы, используют для оценки межмолекулярных взаимодействий. Индексами удерживания определённого набора стандартных веществ характеризуют полярность неподвижных жидких фаз и адсорбентов.

пика, это обычно участок нулевой линии, на котором возникает сигнал

различных твёрдых носителей, адсорбентов и всей газовой системы хроматографа в

Асимметрия пиков ухудшает разделение и затрудняет количественную обработку.
Асимметричные пики появляются при разделении на неоднородных сорбентах, когда концентрации анализируемых соединений соответствуют нелинейным участкам изотермы сорбции. Кроме того это может быть вызвано в некоторых случаях кинетикой сорбции (замедленный процесс десорбции), наличием не продуваемых полостей. Асимметрию пиков оценивают относительно полуширин пиков на половине высоты отношением отрезка БВ к АБ, либо отношением отрезков ДЕ к ГД на 1/10 высоты пика от основания. Точнее пользоваться отношением площадей половин пика – отношением заштрихованной части пика к не заштрихованной.

Параметры хроматографического пика

движения по слою сорбента зон с разной концентрацией (зависит от

по слою сорбента (Uс), равна:

где U- линейная скорость газа-носителя.
При линейной

Первый вид размывания наблюдается в том случае, когда концентрация вещества соответствует нелинейному участку изотермы сорбции.

Размывание, связанное с различной скоростью движения по слою сорбента зон с разной концентрацией

вдоль колонки, размывание в других направлениях ограничено стенками колонки, поэтому

где K коэффициент распределения; SK- сечение колонки; - доля свободного сечения; L- длина слоя; U- линейная скорость газа-носителя.


Вихревая диффузия. Это размывание имеет место только в насадочных колонках и определяется неоднородностью набивки, разным сопротивлением потому в разных частях сечение колонки. Общий поток газа-носителя при попадании в колонку распадается на отдельные микропотоки между зернами. Если сопротивление по сечению неоднородно, то там, где сопротивление меньше, микропоток будет продвигаться быстрее и, наоборот, там, где сопротивление больше, микропоток будет двигаться медленнее. Это приведет к дополнительному размыванию. Уравнение для вихревой диффузии (Dвихр) имеет следующий вид:

где Kв- константа вихревой диффузии, зависит от условий конкретной колонки; U- линейная скорость газа-носителя; dз- диаметр зерна сорбента.
Чтобы уменьшить вклад вихревой диффузии нужно уменьшать размер зерен, использовать как можно уже фракционный состав зерен, исключать пыль и заполнять колонку с максимальной плотностью.

колонках, оно связано с профилем скоростей по сечению в пустых

где r- радиус капилляра; D- коэффициент диффузии; U- линейная скорость газа-носителя.

Стеночный эффект. Плотность набивки на единицу объема около стенок всегда меньше, а доля пустой больше, чем в центре колонки, особенно при использовании зерен крупного размера. Это приводит к тому, что скорость газа-носителя около стенок больше, чем в центре колонки. В результате возникает дополнительное размывание, так называемый стеночный эффект, определяемый соотношением:

где в- постоянная, равная отношению доли пустоты около стенки к доле пустоты в центре; dз- диаметр зерен; U- линейная скорость; D- коэффициент диффузии. По данным Голэя, в может колебаться от 3 до 6. Стеночный эффект может вносить большой вклад, когда диаметр колонок значительно больше ВЭТТ, т.е. в препоративной хроматографии. В аналитических колонках небольшого диаметра (внутренний диаметр 2-4 мм) размывание за счет стеночного эффекта мало и им пренебрегают.

Диффузионные размывания

медленности процессов адсорбции и десорбции также приводит к размыванию полосы.

где u- линейная скорость газа-носителя; 1, 2- коэффициенты массопередачи, соответственно, для внешней и внутренней диффузии; к- коэффициент распределения.
Для внешнего массообмена

Внутренняя массопередача в жидкой пленке

где Dж- коэффициент диффузии в жидкости; dж- толщина жидкой пленки на носителе.

С учетом этих зависимостей общее уравнение диффузионных размываний:

равно:
Dэф=Dм+Dвихр+Dкин

Dэф связано с величиной Н (ВЭТТ)
Dэф=1/2HU, H=2 Dэф/U


Общее уравнение зависимости

или в более простом виде

В первоначальном уравнении Ван-Диимтера:


H=A+B/U+CU

На графике зависимости Н от U (рис 1.4) можно в общем виде оценить величины А, В и С.

соединения в неподвижной и подвижной фазах в равновесных условиях:

Фазовое отношение

Фактор удерживания – это отношение приведённых времён удерживания к мёртвому времени (ранее назывался фактор ёмкости):

Фактор разделения – величина, характеризующая селективность разделительной системы, равная отношению факторов удерживания или приведённых времён удерживания двух соседних пиков на хроматограмме:

Эффективность колонки – характеристика степени размывания полос в колонке, характеризуются числом теоретических тарелок (N) или высотой эквивалентной теоретической тарелке (ВЭТТ) (H).

где W1/2 – ширина пика на половине высоты.
Н=L/N
где L – длина колонки, N – безразмерная величина, Н имеет размерность длины обычно в мм.

исследуемых соседних пиков к сумме их полуширин, выраженных в одних

Связь степени разрешения с фактором разделения , фактором удерживания Кe и эффективностью N

Число тарелок, необходимое для полного разделения при R1=1:

при К>10 это уравнение можно упростить

Определение различий свободных энергий сорбции двух соседних компонентов:

Связь удерживаемого объёма с температурой колонки

График зависимости lgVR от обратной температуры (1/Т) прямая линия, тангенс угла наклона которых равен:

Т.о. из наклона прямой температурной зависимости удерживаемого объёма можно определить теплоту сорбции.

Основные уравнения в газовой хроматографии

и N)
Влияние природы сорбента. Природа сорбента играет решающую роль в

и N)
Давление газа-носителя. В большинстве случаев на входе в колонку

газ-носитель непрерывно продувается через хроматографическую колонку. Расход газа-носителя создается за

Функциональная схема газового хроматографа

результаты разделения, колонку помещают в специальную камеру-термостат, температура которой устанавливается

Функциональная схема газового хроматографа

подготовки газов как было указано выше это очистка, установка, регулировка

выбранного количества анализируемой пробы. Общие требования к дозаторам: воспроизводимость ввода

кран состоит из неподвижного корпуса со штуцерами для подвода газа-носителя

Ввод краном.
S→ - проба,
G→ - газ-носитель,
а – заполнение пробоотборной петли крана пробой,
б – ввод пробы S в потоке газа-носителя.

Дозирующие устройства (дозаторы)

10, 50 мкл через термостойкое резиновое уплотнение испарителя. Наиболее распространённый

Шприц

Дозирующие устройства (дозаторы)

более 60 типов детектирующих систем. По общепринятой классификации детекторы подразделяются

(уровень шума и дрейфа).
Величина эффективного объема чувствительной ячейки.
где S- площадь

Основные технические характеристики детекторов

Чувствительность концентрационных детекторов определяется следующим выражением:

В последние годы чаще всего определяют предел детектирования. Для оценки минимально определяемой концентрации необходимо, кроме чувствительности, знать уровень флуктуаций (шума) нулевой линии. Минимальным сигналом, поддающимся измерению, обычно принято считать сигнал, высота которого в несколько раз (2-5) превышает уровень шумов 

Величина Cmin- порог детектирования определяет предельные возможности прибора.

линейность зависимости «сигнал-концентрация». Для определения величины линейности строят соответствующий график.

Основные технические характеристики детекторов

пламенноионизационный детектор; ДТП – детектор по теплопро- водности;
ЭЗД –

органических соединений в пламени водорода. Точный механизм ионизации пока еще

нити (филаменты) из специальных металлов (платина, вольфрам, вольфрам-рений и др.),

в частности галоидоорганических соединений. Полезный сигнал этого детектора – это

влаги и др. соединений, снижающих количество электронов или их подвижность.

Предел

Электронозахватный детектор (ЭЗД)

за счет введения в пламя водорода в ПИД паров солей

Пламеннофотометрический детектор (ПФД)
ПДФ селективен к серо- и фосфоросодержащим соединениям, при сжигании которых в пламени, обогащенном водородом по сравнению с ПИДом, излучаемый свет от этих элементов направляется в фотоумножитель через специальные фильтры (394 нм для S и 526 нм для Р).
Особенности этого детектора:
чувствительность ПФД к S-и Р- содержащим соединениям тем больше, чем выше содержание этих элементов в соединениях;
сигнал к Р-содержащим соединениям пропорционален концентрации этого вещества в газе-носителе;
сигнал к S-содержащим соединениям пропорционален логарифму потока вещества.

УФ-излучения в специальной камере с двумя электродами. При фотоионизации молекулы

настольных небольших МСД для газовых хроматографов. В настоящее время это

насадочные, аналитические насадочные, микронасадочные и капиллярные.
В насадочных, микронасадочных колонках

спиральные с разным радиусом кривизны.
Прямые и U- образные насадочные колонки

Колонки для газовых хроматографов

колонок от комнатных до минус 100оС для разделения трудно разделяемых

для анализа нелетучих высокотемпературных соединений по продуктам их разложения в

обеспечение (ПО) должно быть рассчитано на обслуживание до 4х (в

коррекция – разметка хроматограмм, начало и конец счёта, введены функции

Технические требования к программному обеспечению верхнего уровня газовых хроматографов

за счёт различной растворимости компонентов смеси в плёнке жидкой фазы,

температурах (это связано с временем работы колонки)
- химическая инертность и

Классификация жидких фаз по полярности

Для оценки полярности жидких фаз используется система Роршнайдера [1]. Эта система основана на определение разности индексов удерживания Ковача на полярных и неполярных фазах для таких тестовых соединений как бензол, этанол, метилэтилкетон, нитрометан и пиридин. В качестве фазы с нулевой полярностью считается сквалан, а в качестве фазы со 100% полярностью – ββ’- оксидипропионитрил. В настоящее время чаще всего неподвижные жидкие фазы прививают к поверхности носителя и сшивают в объёме плёнки за счёт различных перекисей (дибензоила, дикумина и др.)

распространённых жидких фаз (индексы Ковача получены при 100 0С, жидкие

подходящего твердого носителя. Идеальный носитель — это носитель химически неактивный,

диатомитов—Сферохромы 1, 2, 3. Производство носителя включает образование водной суспензии,

Твердые носители

носители — цветов хромы.
В ЧССР фирмой «Лахема» производятся твердые носители

Твердые носители

политетрафторэтилена, об­ладающие высокой химической стойкостью и инертностью поверхности.
Из полимерных

ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛИМЕРНЫХ НОСИТЕЛЕЙ

за счёт различной адсорбируемости на поверхности адсорбента. ГАХ – один

специфическим молекулярным взаимодействиям

S, средним диаметром пор (dср), объемом пор (Vпор). Удельная поверхность

Для целей систематизации различных видов межмолекулярных взаимодействий с учётом их вкладов в удерживаемые объёмы в газовой хроматографии целесообразно их разделить на два типа: неспецифические и специфические. Неспецифические, в основном ориентационное, вызывается особенностями локального распределения электронной плотности во взаимодействующих молекулах. Эти особенности связаны с локальным концентрированием отрицательного и положительного зарядов на отдельных связях или звеньях специфически взаимодействующих молекул. Водородная связь представляет собой частный случай таких специфических, но ещё межмолекулярных взаимодействий. Такое подразделение взаимодействий в известной степени условно. Однако оно помогает систематизации разрозненных фактов и позволяет дать им удобную качественную классификацию

Классификация молекул и адсорбентов по их способности к неспецифическим в специфическим молекулярным взаимодействиям

обратно пропорционально S, т.е. тонкопористые адсорбенты имеют большую удельную поверхность

Объемно-пористые адсорбенты (а) имеют пористость во всём объёме зерна, а в поверхностных адсорбентах (б) имеется пористость только на определённую глубину зерна, а центральная часть зерна непористая. Внутренний массообмен на таких адсорбентах происходит быстрее, чем в объемно-пористых адсорбентах.

Классификация адсорбентов по геометрической структуре

для улучшения химической и геометрической однородности заведомо неоднородных адсорбентов.
Геометрическое

цеолиты (молекулярные сита), пористые полимерные адсорбенты и углеродные тонкопористые и

Структурные формулы -, - и -циклодекстринов

капилляры с внутренним диаметром 0,1 – 0,53 мм и длиной

и закреплены в специальных держателях.
Сопротивление потоку капиллярных колонок меньше, чем

Капиллярная газовая хроматография

Минимальная величина ВЭТТ для сорбируемых веществ пропорциональна радиусу капилляра:
Нmin ~ 1,9 r
В таблице приведены теоретические минимальные значения эффективности колонок разного диаметра.

и появляется так называемое динамическое размывание.
Полное уравнение ВЭТТ, описывающее размывание

Капиллярная газовая хроматография

Оптимальные объемы и линейные скорости в КК приведены в таблице

Наилучшими газами-носителями для КК считаются гелий и водород. Очень важна чистота газа-носителя (отсутствие кислорода), т.к. тонкая пленка жидкой фазы при повышенных температурах может сильно окисляться.

К.Гроба
1. Декан

конкретных веществ
В практике хроматографического анализа смеси компонентов могут быть:
— известного

N при различных α
Если для компонентов исследуемой смеси есть опубликованные

разделить на два типа:
- анализ смесей, качественный состав которых заранее

Для повышения достоверности сопоставляют индексы Ковача на колонках с полярными

Качественный анализ в газовой хроматографии

метод анализа. Измеряемая концентрация на выходе сильно отличается от концентрации

анализируемого образца добавляется известное количество не содержащегося в нём эталонного

где: Si, Sст – площади пиков анализируемого соединения и стандарта; qст и qп – количества стандартного соединения и анализируемой пробы. Метод внутреннего стандарта имеет преимущество перед методом внутреннего стандарта, т.к. случайные изменения температуры колонки, расхода газа-носителя и др. должны одинаково влиять на площади (или высоты) пиков как анализируемого соединения, так и стандартного вещества, и следовательно, их отношения будут изменяться слабо. В этом случае нет необходимости точно дозировать анализируемую пробу.
Недостатки метода внутреннего стандарта:
трудности при выборе внутреннего стандарта в некоторых случаях;
необходимость подготовки пробы – добавка стандарта и возможное введение дополнительной погрешности.
Метод внутренней нормализации. В методе внутренней нормализации процентное отношение анализируемого соединения в пробе определяют отношением его площади к сумме площадей всех компонентов на хроматограмме. В этом методе необходимо измерять количественные параметры всех пиков и приводить с помощью поправочных коэффициентов к единой шкале чувствительности детектирования. Содержание соединения в анализируемой пробе определяют по формуле:

где Si – площадь пика, fi – градуировочный коэффициент.

молекул или частиц в системе несмешивающихся и дви­жущихся относительно друг

приведенных в порядке возрастания их элюирующей способности в выбранной хроматографической

в которых подвижной фазой является жидкость.
Можно выделить 8 систематизирующих

Классификация методов жидкостной хроматографии

анализа смеси и (или) количественного опреде­ления отдельных компонентов смеси.
Адсорбционная хроматография

хроматография, в которой применяют сорбенты с размером частиц 3-10 мкм,

которой состав подвижной фазы сохраняется постоянным на протяжении всего процесса

сорбируемое ионогенное вещество (ион-парный реагент) и разделение смеси веществ происходит

Определения важнейших методов ЖХ

которой неподвижная фаза менее полярна, чем подвижная. Это вариант распределительной

основанный на различии в электрофоретической подвижнос­ти их ионов в растворе

сорбции разделяемых веществ следует относиться с пониманием ее схематичности. Она

емкость, он легко поддается модификации: различные его типы значительно отличаются

а) свободная ОН-группа, б) связанная ОН-группа, в) геминальная ОН-группа, д) реакционноспособная ОН-группа

растворителя с активными центрами адсорбента на его внутренней поверхности. Поверхность

что они носят приблизительный характер, поскольку существуют различия между алифатическими

Жидкостная адсорбционная хроматография

смеси фенолов: разделены изомеры, очень сложно разделяемые методом газовой хроматографии

Жидкостная адсорбционная хроматография

Хроматограмма фенолов, полученная в условиях ЖАХ на колонке размером 250x4.6мм с Zorbax Silica (6 мкм), ПФ гексан - метилен-хлорид - изопропанол (100:10:1), расход 1 мл/мин, 254 нм, проба 10 мкл: 1 - 2,4,6-триметилфенол; 2 - 2,6-ксиленол; 3 - 2,5-ксиленол; 4 - 2,3-кси-ленол; 5 - 2,4-ксиленол; 6 - о-крезол; 7 - 3,5-ксиленол; 8 - 3,4-ксиленол; 9 -п<-крезол; 10 - и-крезол; 11 - фенол

Необратимо сорбирующиеся вещества, накапливаясь на начальном участке колонки, могут привести к повышению сопротив­ления колонки или даже к полной ее забивке. Последний недостаток может быть устранен путем использования предколонки, кото­рая по мере повышения сопротивления заменяется на новую или перезаполняется новым сорбентом. Однако необратимая сорбция или реакции на сорбенте приводят к получению хроматограмм, на которых полностью или частично отсутствуют чувствительные к сорбции или каталитическому разложению компоненты пробы.

разделение смеси на компоненты осуществляется за счет различия их коэффициентов

пропиламинная фазы, которые упрощенно называют нитрильной фазой или аминофазой. Каждая

Нормально-фазовая распределительная хроматография

привитые фазы. Диольная НФ содержит в составе привитого фрагмента две

Нормально-фазовая распределительная хроматография

привитыми неполярными, как правило, длинными алкильными или алкилсилильными группами (а

Хроматограмма экстракта листьев стевии (1-стевиозид, 2-ребау-диозид А, 2-ребаудиозид С). Колонка: Луна NH,, 250 х 4.6 мм. Подвижная фаза: деионизированная вода (рН5,5) (А) - ацетонитрил (В). Программа градиента: 87-82,5 % В за 12 мин., 82,5-79 % В за 8 мин., 5 % В-5 мин, 5 % В-87 % В за 1 мин, 87 % В - 3 мин. Объёмная скорость: 1.5 мл/мин. Детектирование: УФ 210 нм

При хорошей очистке он лучше пропускает в ближнем ультрафиолетовом диапазоне (ниже 210 нм) и позволяет работать в смеси вода -ацетонитрил при 200 и даже 190 нм. Он обычно обладает лучшими растворяющими свойствами для органических проб, чем метанол, водно-ацетонитрильные смеси менее вязки, чем смеси вода - метанол. Наконец, не малую роль играет и то обстоятельство, что метанол относится к группе особо опасных ядов, находящихся на стро­гом контроле и учете, тогда как ацетонитрил к этой группе не относится. Пример хроматограммы разделения трёх дитерпеновых гликозидов стевии на аминопрпильной фазе приведён на рис.

относительно неполярных растворителей (НФХ) и сорбции из воды либо сильнополярных

Обращенно-фазовая распределительная хроматография

рутинных методик анализа 70-80% основаны на том или ином варианте

Обращенно-фазовая распределительная хроматография

зависимости от степени безводности растворителей и силикагеля, на поверхности может

осуществляются в цилиндрическом слое сорбента, называемом колонкой. В зависимости от

размером частиц 3-10 мкм, в результате чего резко возрастает эффективность

Подвижная фаза из емкости (1) через входной фильтр (9) пода­ется прецизионным насосом высокого давления (2) в систему ввода образца (3) - ручной инжектор или автосамплер, туда же вводится проба. Далее через in-line фильтр (8), образец с током подвижной фазы поступает в элемент (элементы) разделения (4) - через предколонку в разделительную колонку. Затем элюат поступает в детектор (5) и удаляется в сливную емкость (7). При протекании элюата через измерительный контур детектора происходит регистрация хроматограммы и передача данных на аналоговый регистратор (самописец) (6) или иную систему сбора и обработки хроматографических данных (интегратор или компьютер). В зависимости от конструкции функциональных модулей управление системой может осуществляться с клавиатуры управляющего модуля (как правило насоса или системного контролера), с клавиатур каждого из модулей системы или производиться управляющей программой с персонального компьютера.

типа жидкостных хроматографов. Они отличаются точкой формирования градиента состава подвижной

Подвижная фаза из емкостей (1) через входные фильтры (9) и программатор градиента (10) подается прецизионным насосом высокого давления (2) в систему ввода образца (3) - ручной инжектор или автосамплер, туда же вводится проба. Работой клапанов программатора градиента управляет либо управляющий модуль системы (насос или контроллер), либо управляющая программа ПК. Системы такого типа формируют бинарный, трехмерный и четырехмерный градиент. Форма функции отработки градиента зависит от конкретного управляющего модуля или программы управления, а также функциональных возможностей управляемых и управляющих модулей. Далее через in-line фильтр (8), образец стоком подвижной фазы поступает в элемент (элементы) разделе­ния (4) - через предколонку в разделительную колонку. Затем элюат поступает в детектор (5) и удаляется в сливную емкость (7). При протекании элюата через измерительный контур детектора проис­ходит регистрация хроматограммы и передача данных на аналоговый регистратор (самописец) (6) или иную систему сбора и обработки хроматографических данных (компьютер). В зависимости от конструкции функциональных модулей управление системой может осуществляться с клавиатуры управляюще­го модуля (как правило, насоса или системного контролера), или производиться управляющей программой с персонального компьютера. В случае управления управляющим модулем возможно независимое управление детектором с его собственной клавиатуры.

к миниатюризации хроматографических колонок. Отметим, что микроколонки имеют, в отличие

жидкости или слое сорбента, размещенном на внутренней стенке полых капиллярных

по эксперименту выполнения метод - планарная жидкостпая хроматография. Относительная дешевизна

В первую группу методов входит бумажная хроматография, в которой в качестве сорбента используют специальную бумагу, и тонкослойная хроматография (ТСХ), в которой про­цессы разделения смеси веществ осуществляются в тонких слоях сорбента нанесенного на инертную твердую подложку или в пленках пористого полимерного материала.
В этих вариантах ЖХ движение элюента происходит под дей­ствием капиллярных сил. Разновидностью ТСХ является высоко­эффективная ТСХ, которая представляет собой комплекс методов и средств, позволяющих реализовать в ТСХ высокую эффектив­ность, чувствительность, скорость и т.д., она требует не меньшего аппаратурного сопровождения, чем ВЭЖХ.

Классификация методов планарной хроматографии

часть хроматографической системы. В абстрактном виде колонку можно представить как

из которых, в свою очередь, подразделяется на типы. Классификация сорбентов

и другими группами, оксид алюминия, целлюлозу и модифицированную целлюлозу, силикат

Классификация сорбентов

является силикагель. Этот материал представляет собой почти чистый диоксид кремния

ВЭЖХ на основе силикагеля как с неправильной формой частиц, так

Сорбенты для адсорбционной и нормально-фазовой хроматографии

основе силикагеля предлагает практически каждая фирма, производящая сорбенты. Функциональные группы

в обращенно-фазовой жидкостной хроматог­рафии, являются силикагели, на поверхности которых по

для преобразования физических или физико-химических параметров элемента детектора (ячейки), чувствительного

в УФ области спектра (190-380 нм); абсорбционные для видимой области

поглощении света в инфракрасной области спектра. Некоторые функциональные группы органических

Оптические детекторы

поглощающие свет в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной области спектра, рефрактометрические

поглощенного света. Погло­щение обычно проводят в УФ-области спектра при длине

детекторов за последние 10-15 лет наметился значительный прогресс в развитии

анализируемых соединений в жидкостной хроматографии является метод, в котором используют

ПРОДУКТАХ ИХ ПЕРЕРАБОТКИ

прежде всего с целью существенного повышения качества выпускаемых промышленностью моторных

нефтепродуктов, основанных на корреляции их физико-химических и эксплуатационных свойств с

товарных нефтепродуктов
Светлые фракции
(н.к. – 350оС)
Темные фракции
(>350оС (360оС))
Бензиновая фракция
(н.к – 180оС)

150 -

Вакуумный газоиль
(350 – 500оС)
(360-550оC)

Гудрон
(> 550оС)

Керосиновая фракция
(150 – 230оС)

250 - 350
компонентов

Дизельная фракция
(180 – 350оС)

400 - 500
компонентов

товарных нефтепродуктов
2). Многообразие стандартных методов анализа с ограниченной сферой применения

товарных нефтепродуктов
2). Многообразие стандартных методов анализа с ограниченной сферой применения

эксплуатационных свойств бензинов являются данные по групповому составу. Сложный состав

высокооктановый компонент автобензинов (БФ-2) 80оС – 200оС
Бензин каталитического крекинга (БФ-3)

влияния влаги на адсорбент
Недостаток полярности поверхности адсорбента для селективного разделения

недостатки

Обычно групповое разделение методом ВЭЖХ проводили на алюмогеле и силикагеле. Однако, на алюмогеле невозможно получить воспроизводимые результаты вследствие сильного влияния влаги на процесс хроматографического разделения. На силикагеле, несмотря на высокую эффективность используемых в работе колонок, не удается достичь полного разделения хроматографичексих пиков (особенно моноцикличексих АУ от бициклических) реальных смесей углеводородов.

фактор удерживания
Связано это с перекрыванием зон алкил- и полиметилзамещенных

(αбензол=1)
K’ – фактор удерживания , Кст – фактор удерживания

В результате проведенной оптимизации было подробно изучено влияние модифицирования силикагеля на адсорбцию бензола, α-метилнафталина и фенантрена из гексана. Полученные образцы адсорбентов обладали большими коэффициентами емкости К’ и селективности, чем исходный силикагель КСК с гидроксилированной поверхностью. Для соединений ряда нафталина это увеличение произошло примерно в 1,5 раза, а для фенантрена - в 2,5 раза по отношению к бензолу.

БФ-1 (в)
а): 1 – CCl4; 2 – бензол; 3 –

Все групповое разделение насыщенных углеводородов (НУ) и АУ в исследуемых фракциях осуществляли на жидкостном хроматографе фирмы «Джилсон» с ультрафиолетовым детектором (УФ), с диапазоном длин волн λ= 200-600 нм. В работе использовали стальные колонки с «зеркальной» внутренней поверхностью длинной 150, 250 мм и внутренним диаметром 4,6 мм. Колонки заполнялись 5 микронными частицами адсорбента. Эффективность используемых колонок составила 50 000 – 60 000 теоретических тарелок на 1 метр колонки по бензолу. В работе в качестве элюента использовали «абсолютный» гексан. На рис.2 приведены хроматограммы разделения искусственной смеси АУ и группового разделения бензинов БФ-1 и БФ-2. Как видно, за счет высокой эффективности и селективности хроматографической колонки, произошло хорошее разделение пиков НУ, моноциклических (МАУ) и бициклических АУ (БАУ).

мм, фаза – сквалан. Детектор: ПИД. Температура колонки от 30оС

На рис приведена хроматограмма наиболее сложного по составу бензина каталитического крекинга. Он представлен на хроматограмме 223 пиками, определяющих, по крайней мере, 223 компонента. Разделение проводили на капиллярной стеклянной колонке (эффективность порядка 250 000 теоретических тарелок по н-гептану).

температурах 30о, 80о и 100оС. При 30оС анализровались фракции до

Оптимальные условия разделения компонентов бензина на капиллярной колонке на хроматографе Цвет-100

«ПеркинЭлмер 910»
АУ идентифицировали по линейным и логарифмическим индексам удерживания и

метилнафталин
Условия разделения:
Колонка 15м х 0,5 мм, фаза –

На рис приведены полученные на капиллярной колонке с Карбовакс 20 М хроматограммы узких фракций МАУ и БАУ, выделенные методом ВЭЖХ из БФ-2 на препаративной колонке размером l x d = 300 x 15 мм, заполненной силикагелем КСК. Аналогичные результаты получены и для БФ-1. Фаза Карбовакс 20 М оказалась селективной к моноароматическим углеводородам, что особенно ценно, поскольку целью исследования являлась идентификация моноароматической фракций углеводородов, составляющей 90-95 % всех АУ.
На хроматограмме моноароматической фракции наблюдается 22 пика, а для биароматической – два пика, что хорошо согласуется с температурными пределами кипения этих фракций.

удерживания (Iл) АУ бензиновых фракций БФ-1 и БФ-2
Параметры удерживания основных

и линейные индексы удерживания (Iл) АУ бензиновых фракций БФ-1 и

В таблицах приведены рассчитанные из хроматограмм параметры удерживания веществ, содержащиеся в исследуемых фракциях. Сравнивая полученные значения индексов удерживания и относительных удерживаемых объемов с литературными данными для фазы, мы идентифицировали компоненты моноароматической фракции в БФ-1 и БФ-2. Полученные результаты удовлетворительно согласуются с литературными данными.

– бутилбензол; Т – толуол; ЭБ – этилбензол; ПБ –

Зависимость логарифма удерживаемого объема (lgVR) от числа углеродных
атомов в молекуле ароматических углеводородов

Для подтверждения надежности идентификации строили графики зависимости lgVa от nc в молекуле углеводорода для гомологических рядов. Как видно, логарифмы удерживаемых объемов АУ принадлежащих к одному гомологическому ряду, ложатся на прямую линию, что подтверждает правильность и надежность идентификации.

топлив ограничивает содержание в бензинах АУ, сернистых соединений, а в

автомобильных бензинов.

индикатор добавленный в исследуемую пробу разделяется на силикагеле, обозначая границы

Недостатки:

Длительность
Трудоемкость
Плохая чувствительность
Плохая воспроизводимость
Расхождение результатов анализа одной пробы в различных лабораториях достигает 40 %

В литературе практически отсутствуют работы по определению группового состава алкенов в бензинах. В настоящее время для определения суммарного содержания алкенов используется стандартный метод ASTM D1315, так называемый метод ФИА. Метод основан на селективном разделении НУ, алкенов и АУ на колонке с силикагелем. Флюоресцентный индикатор, добавленный в исследуемую пробу, также селективно разделяется на силикагеле, обозначая границы раздела вышеуказанных групп. Метод ФИА длителен, трудоемок, и имеет плохую воспроизводимость. Ошибка при определении алкенов в разных лабораториях может достигать 30-40% отн.

алкенов методом КГХ на хроматографе фирмы «Вариан» с пламенно-ионизационным детектором.

2. Алкены
3. Моноциклические ароматические углеводороды
4. Бициклические ароматические углеводороды
Поскольку

подтверждения правильности полученных нами результатов было проведено сравнение с данными

влияние на химическую и термическую стабильность реактивных топлив (РТ) оказывают

моноциклические АУ 3 – бициклические АУ
В связи с этим возникла

колонок с полисилоксаном OV-17 в качестве стационарной фазы. Условия разделения

Оптимальные условия разделения ароматических углеводородов реактивных топлив

мм, фаза – полисилоксан OV-101. Температура колонки от 105оС до

На рисунке приведены хроматограммы индивидуального разделения АУ РТ из которой видно, что на приборе регистрируется порядка 100 пиков. Поэтому идентификация пиков на такой хроматограмме требует применения весьма сложных методов и приемов.

20оС. Из этих фракций выделялись АУ при помощи ВЭЖХ. Выделенные

моноциклических ароматических углеводородов,
выделенных из реактивного топлива
Зависимость площади пиков

Из рисунка следует, что калибровка по индивидуальным АУ приводит к большим ошибкам количественного определения в РТ.

УФ-спектров, при которых значение молярных коэффициентов экстинкции АУ различной структуры

где ε – молярный коэффициент экстинкции, м3/моль.м;
р – содержание анализируемого вещества в образце, %масс;
Аmax – оптическая плотность в точке отвечающего максимуму высоты хроматографического пика;
М – молекулярная масса исследуемого вещества, кг/моль;
υ- объемная скорость элюента, м3/с;
Δt – ширина хроматографического пика на середине его высоты, с;
l - толщина слоя, м;
– плотность образца, кг/м3;
V – объем пробы, м3.

В результате выбраны следующие длины волн при определении АУ:
для моноциклических - λ = 218 нм;
для бициклических - λ = 230 нм.

углеводородов нафталинового ряда, содержание которых колеблется в зависимости от марки

Анализ реактивного топлива

3 - 2-метилнафталин; 4 - 1-метилнафталин; 5 – неидентифицирован; 6

топлив утяжеленного фракционного состава предъявляет особые требования к их химическому

По данным стандартов Евро-3 и Евро-4 особое внимание уделяется таким показателям дизельного топлива (ДТ), как цетановое число, вязкость, содержание серы, АУ и др. При определении АУ в ДТ важен групповой состав этих фракций, позволяющий определять содержание МАУ, БАУ, ТАУ и сумму насыщенных углеводородов (н-алканы, изо-алканы и нафтеновые углеводороды). Работ в этой области очень мало ввиду сложности анализа этих фракций. По данным КГХ в ДТ содержится 400-500 компонентов.

нафталин; 4 – фенантрен
Силикагель КСК, модифицированный катионом алюминия;
Элюент –

Анализ группового состава дизельных топлив

Для определения химического группового состава ДТ разработана методика разделения различных углеводородов на колонках, заполненных катионированными силикагелями методом ВЭЖХ с использованием спектрофотометрического детектора.
Использовали хроматографические колонки эффективностью 50 000 – 60 000 теоретических тарелок на 1 метр колонки по бензолу. В качестве элюента использовали «абсолютный» гексан с расходом 1,0 мл/мин. При анализе исскуственной смеси было достигнуто хорошее разделение

различной структуры, были выбраны такие длины волн снятия УФ-спектров, при

– Бициклические ароматические углеводороды,
4 – Трициклические ароматические углеводороды
Силикагель

Анализ группового состава дизельных топлив

На рисунке представлены хроматограммы группового разделения ДТ при различных длинах волн, свидетельствующие о полном групповом разделении этой фракции. Следует отметить, что при выбранных длинах волн были определены молярные коэффициенты экстинкции препаративно выделенных фракций АУ. Эти величины отличались незначительно, что позволило провести количественный анализ по методу «абсолютной» калибровки.

рисунке приведены калибровочные графики зависимости площади хроматографического пика АУ при

катионированных силикагелях
Постоянное изменение состава перерабатываемой нефти и мазута, поступающего

выше 350оС
Деасфальтизация остатка с температурой кипения выше 490оС
Разделение полученных фракций

Метод определения потенциального содержания
дистиллятных и остаточных масел

ГОСТ 11244-76

очистку, является природа исходного сырья, то есть его структурно-групповой состав,

качестве растворителя для выделения и определения содержания в пробе АУ

Моноциклические ароматические углеводороды,
3 – Бициклические ароматические углеводороды,
4 –

На рисунке приведена хроматограмма группового разделения очищенной пробы масляного дистиллята на алюминированном силикагеле из гексана, что свидетельствует о хорошем групповом разделении сложной фракции масляного дистиллята.
Таким образом, в результате разработанных методик освоен экспресс метод определения содержания АУ в масляном дистилляте на термостатируемой колонке и найдены оптимальные условия разделения дистиллятов на углеводородные группы, по четкости деления превышающие гост 11244-76. При этом, что очень важно, время общего анализа сократилось с 40 до 8 часов. Разброс полученных результатов не превышал величины 0,5% масс

угроз, которые могут иметь серьезные последствия для человечества. Переработка и

газоперерабатывающих предприятий
1). Продукты окисления кумола в воде методом ВЭЖХ
2). Определение

концентрации кумола в диапазоне 0.1 мг/л--100 мг/л, а также продуктов

исходного раствора (концентрации: кумол - 100 мг/л; фенол - 20

Таким образом, относительная ошибка методики с доверительной вероятностью 95% не превышает 2.9х11=31%.

Методика определения продуктов окисления кумола в воде методом ВЭЖХ

метилен, дихлорэтан) в воздухе методом ГЖХ
Хроматографический анализ проб воздуха на

Градуировочные растворы для определения хлорированных углеводоров

При градуировке вводили 1 мкл раствора и строили график зависимости площади пика от количества введенного вещества в мкг.

различных сорбентах
Колонка: 5% SE-30/Инертон AW DMCS
Анализ воздуха далее проводили с

3% ХЕ-60/Хроматон N-Super,
в) 5% ХЕ-30/Хроматон N-Super. Температура колонки 60оС.Температура

1 – СН2Cl2,
2 – СНCl3,
3 – С2Н4Cl2,
4 – СН3СCl3,
5 – СCl4,
6 – С2Cl6,

В работе была использована колонка (5 см х 4 мм), заполненная этим сорбентом, через которую прокачивали 1-10 л воздуха со скоростью 100 мл/мин. Далее колонку помещали в испаритель и нагревали до 200оС для более полной десорбции примесей в течение 20 минут, а затем полученную газовую смесь подавали в колонку при указанных условиях анализа.

фенола (0.01мг/л--300 мг/л), пирокатехина (0,1 мг/л --100 мг/л); гидрохинона (0.1

п-ксилол (0.05--200 мг/л), метилбензойная кислота (0.6--100 мг/л), терефталевая кислота (1

градиент 0.1 н раствор тетрабутилгидрооксида аммония в дистиллированой воде/ метанол

Градуировочные кривые для определения продуктов окисления п-ксилола

ВЭЖХ
Определение этиламина в водном растворе в диапазоне концентраций 0,5 мг/л--50

вода/метанол (50:50)
1 – глицин, 2 – диэтаноламин,
3 –