Хроматографический метод анализа

Идея хроматографического метода анализа принадлежит русскому ученому ботанику Михаилу Семеновичу Цвету (1903г.).

Хроматография - это физико-химический метод разделения веществ, основанный на распределении компонентов между двумя фазами -неподвижной и подвижной.

Новейшими хроматографическими методами можно определять газообразные, жидкие и твердые вещества с молекулярной массой от единиц до 106. Хроматографию успешно применяю! в исследовательских и клинических целях в самых разных областях биологии и медицины, в фармацевтике и криминалистике. Такие достоинства как универсальность, экспрессность и чувствительность делают хроматографию важнейшим аналитическим методом.

По агрегатному состоянию фаз хроматографию разделяют на газовую и жидкостную. Газовая хроматография включает газожидкостную и газотвердофазную, жидкостная- жидкостно-жидкостную, жидкостно-твердофазную и жидкостно- гелевую. Первое слово в названии метода характеризует агрегатное состояние

газотвердофазной хроматографии неподвижной (стационарной) фазой обычно служит твердое вещество с развитой поверхностью (силикагель, активированный уголь, оксид алюминия, молекулярные сита и др.), а в газожидкостной - пленка жидкости (вазелиновое масло или силиконовое; нанесенная на твердое вещество. Неподвижную фазу обычно помещают в стеклянную или металлическую трубку, называемую колонкой. Хроматографические колонки весьма различны по форме размерам и конструкционным материалам. Применяют прямые, спиральные и другие колонки длиной от 1 -2м до несколько десятков метров с внутренним диаметром от 3 до 8 мм. Подвижная фаза представляет собой жидкость или газ, протекающий через неподвижную фазу. В газовой хроматографии подвижной фазой служит инертный газ (газ-носитель). В качестве подвижной фазыиспользуют водород, гелий, азот, аргон, углекислый газ. Газ-носитель не должен взаимодействовать с разделяемыми веществами и неподвижной фазой. При этом происходит многократное повторение актов сорбция-десорбция, что является характерной особенностью хроматографического процесса и в значительной степени обусловливает эффективность хроматографического разделения.

Поток газа-носителя, необходимый для продвижения разделяемой смеси по колонке, поступает из баллона, формируется блоком подготовки газа, который обеспечивает регулирование, очистку и стабилизацию газового потока.

Газовая или жидкая проба анализируемой смеси, введенная шприцем через резиновое уплотнение испарителя, в котором жидкая проба быстро испаряется, подхватывается потоком газа-носителя и вносится в колонку. За счет различной сорбции компонентов смеси на поверхности адсорбента, наполняющего колонку, компоненты перемещаются по колонке с различной скоростью. В результате этого из колонки они выходят разделенными один за другим в потоке газа-носителя и поступают в детектор, который реагирует на входящие в него компоненты.

Детектор предназначен для обнаружения изменений в составе газа, прошедшего через колонку. В газовой хроматографии описано несколько десятков детекторов. Полный комплект газового хроматографа включает 4-6 детекторов. Показания детектора обычно преобразуются в электрический сигнал и передаются фиксирующему или записывающему прибору, например на компьютер или на потенциометр КСП 4.

Одним из наиболее распространенных детекторов является катарометр,

или детектор по теплопроводности (ДТП), Принцип его работы основан на измерении сопротивления нагретой платиновой или вольфрамовой нити. Количество теплоты, отводимой от нагретой нити при прочих постоянных условиях, зависит от теплопроводности газа, а теплопроводность смеси газов зависит от ее состава. В последнее время металлические нити успешно заменяются термисторами, имеющими более высокий, чем у металлов, коэффициент электрической проводимости. В корпусе детектора размещены две ячейки прямоточного типа (сравнительная и рабочая), в каждой из которых установлено по два чувствительных элемента. Все четыре элемента являются активными плечами измерительного моста. Изменение теплопроводности газа-носителя вызывает соответствующее изменение температуры, следовательно, и сопротивление нити. Мост сбалансирован до тех пор, пока теплопроводность газа, проходящего по обоим каналам, одинакова. Если в рабочем канале появился газ, теплопроводность которого отлична от теплопроводности газа-носителя в канале сравнения, скорость отвода тепла от двух нитей рабочего канала изменится и приведет к изменению сопротивления нитей, вызывающих разбалансировку моста. Величина разбаланса моста служит мерой концентрации компонента в газе-носителе в данный момент времени. Чувствительность детектора повышается при увеличении тока, протекающее о через мост. Предельно допустимым является ток 150-160 мА. Следует отметить, что двукратное увеличение тока детектора приводит к увеличению чувствительности прибора в 5-8 раз. Контроль тока детектора осуществляется с помощью миллиамперметра, расположенного на передней панели блока управления (см.рис.2). Наилучшим газом-носителем является гелий в связи с его высоким коэффициентом теплопроводности. Однако в частных случаях, при анализе различных веществ целесообразно из ряда возможных газов-носителей выбирать именно тот, коэффициент теплопроводности которого максимально отличается от теплопроводности анализируемых компонентов.

Детектор по теплопроводности является наиболее универсальным детектором, предназначенным для анализа широкого класса веществ при достаточно широком интервале концентраций (до 50%).

Наибольшей чувствительностью обладает детектор ионизации в пламени (ДИП). В пламенно-ионизационных детекторах измеряют электрическую проводимость пламени водородной горелки. Чистое водородное пламя обладает очень низкой электрической проводимостью. При появлении в водороде примесей происходит ионизация пламени, пропорциональная концентрации примеси, что легко может быть измерено.

Если ДТП и ДИП относятся к универсальным детекторам, то электронно-захватный детектор (ЭЗД) относится к селективным детекторам. Принцип

его работы состоит в следующем. Радиоактивный излучатель с низкой энергией

(обычно тритий или никель) помещается в пространство между электроламп. Газ-носитель, протекая через детектор, под действием радиоактивного источника ионизируется. Образующиеся ионы под действием электрического тока собираются на электродах, образуя стабильный фоновый ток. При попадании в межэлектродное пространство атомов или молекул с большим сродством к электрону (галогены, металлорганические соединения) происходит захват электронов, и ток резко снижается. Уменьшение его и служит мерой количества вещества. ЭЗД не чувствителен к углеводородам, спиртам, кетонам и т.п. Селективная чувствительность к хлорсодержащим соединениям делает этот детектор особенно пригодным для анализа остаточных количеств хлорсодержащих пестицидов в продуктах питания, фураже и другом биологическом материале.

Лабораторный хроматограф типа ЛХМ-8МД

Предназначен для анализа газовых и жидких многокомпонентных смесей органического и неорганического происхождения с температурой кипения компонентов до 350°С.

Хроматограф выполнен в блочном исполнении (см. рис. 1):

1- блок анализатора, крышка детекторная (с детектором по теплопроводности);

2- блок подготовки газов;

3- блок управления;

4- потенциометр самопишущий КСП-4;

5- пенный расходомер;

6-
баллон с газом-носителем (гелий).

1. Блок анализатора.

Блок анализатора состоит из термостата, панели электрического монтажа, промежуточной газовой панели, на которой установлен кран для ввода газообразных проб и имеет съемные верхние крышки, на которых установлены детекторы, испарители и разделительные колонки.

2. Блок подготовки газов.

Осуществляет очистку, стабилизацию и регулирование газового потока, поступающего из баллона. На лицевой панели блока подготовки газов под шлиц выведены две ручки дросселей УХ-6 игольчатого типа для установки необходимой скорости газа-носителя. На задней панели блока расположены входные и выходные штуцеры для подключения газовых линий. Коммутация блока подготовки газов к газовым баллонам и i\ блоку анализатора производится с помощью капиллярных трубок.

3. Блок управления.

Задание.

Провести количественный анализ атмосферного воздуха методом газо­адсорбционной хроматографии на хроматографе ЛХМ-8МД.

Условия опыта.

Длина колонки 2м, внутренний диаметр 4мм. Температура колонки комнатная. Адсорбент - молекулярные сита NaX или СаА, зернение 0,5 - 0,25 мм. Детектор - катарометр. Токовая нагрузка, подаваемая на плечи измерительного моста катарометра, 120 мА; чувствительность (по величине сигнала, подаваемого на потенциометр) 30 мВ. Самописец КСП 4. Газ-носитель - гелий, 30-40 мл/мин. Скорость диаграммной ленты 200 и 2400 мм/ч. Дозирование атмосферного воздуха в колонку - медицинским шприцем; объем дозы 1 мл.

Проведение анализа.

1. Набрать анализируемую пробу воздуха в шприц.

2. За 30с до ввода пробы включить тумблер диаграмной ленты потенциометра.

3. Ввести пробу в испаритель под руководством преподавателя. Для прокалывают иглой шприца резиновую мембрану испарителя, вводя иглу строго по центру отверстия на максимальную глубину и резко нажимают на поршень правой рукой, левой придерживая шприц.

4. Быстро удалить шприц и отметить на диаграммной ленте момент вкалывания пробы.

5. Записать хроматограмму. содержащую два пика.

6. Получить воспроизводимые хроматограммы с разрешенными пикам] одинаковых условиях (сила тока, чувствительность, скорость газа-носителя, объем дозы) со скоростью движения диаграммной ленты 200 и 2400 мм/ч.

7. По окончании записи выключить тумблер диаграммы на потенциометре, хроматограммы извлечь и обработать соответствующим способом

Порядок включения и особенности эксплуатации прибора.

1. Открыть вентиль газового баллона и установить редуктором высокого давления на баллоне с газом давление на входе в прибор 0.5 - 0,6 МПа.

2. С помощью пенного расходомера установить необходимые расходы газа-носителя (устанавливает специалист, студенты только проверяют).

3. Перед подключением прибора к сети убедится в том что все выключатели и переключатели находятся в положении «выкл» и ручка «ток моста» вывернута против часовой стрелки до отказа.

4. Включить сетевую вилку блока анализатора в сеть 220 В.

5. Установить требуемую температуру испарителей с помощью переключателя на блоке анализатора.

6. На блоке управления лимбом реохорда установить требуемую температуру термостата детектора.

7. Включить тумблер «Сеть» на блоке анализатора (при этом загорается сигнальная лампочка и включается вентилятор циркуляции воздуха, работа которого определяется характерным шумом).

8. Включить тумблер «Сеть» на регистраторе КСП 4 (предварительно установить скорость протяжки диаграммной ленты) к на б.юли управления.

9. Перед включением тумблера «ток моста» убедиться, что ручка «ток моста» вывернута до отказа против часовой стрелки.

ВКЛЮЧАТЬ ТУМБЛЕР «ТОК МОСТА» БЕЗ ПОДАЧИ БАЗА-НОСИТЕЛЯ В ДЕТЕКТОР НЕЛЬЗЯ ВО ИЗБЕЖАНИЕ ВЫХОДА ИЗ СТРОЯ ДЕТЕКТОРА

10. Ручкой «ток моста» установить необходимый ток детектора (контролируется миллиамперметром).

11. Ручку переключателя «множитель» установить в необходимое положение.

12. Ручками «установка нуля» - «грубо» и «точно»- вывести перо регистратора на нулевую отметку.

13.Включить тумблер «диаграмма» на КСП 4, если линия которую пишет

перо, ровная и прямая, можно начинать работу

14.Хроматограф выключается в последовательности, обратной действиям

при включении.

Поиск по сайту: