Хроматографія

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

ХРОМАТОГРАФІЯ

Хроматографічний метод - фізико-хімічний метод розділення компонентів складних сумішей газів, парів, рідин або розчинених речовин, заснований на використанні сорбційних процесів в динамічних умовах.
Класифікація хроматографічних методів:
За агрегатним станом рухомого та стаціонарної фази.
Стаціонарна фаза
Рухома фаза
газ
рідина
Тверда
Газо-адсорбційна
Адсорбційна, Іонообмінна, Гельфільтрація, Афінна
Рідка
Газо-рідинна
Розподільна
Газо-адсорбційна хроматографія - розділення суміші газів на твердому сорбенті. В якості сорбенту використовують активне вугілля, силікагель, цеоліти і т.д. В якості газу-носія використовують аргон, повітря, гелій, водень.
Газо-рідинна хроматографія - поділ газової суміші внаслідок різної розчинності компонентів проби в рідині. Нерухомою фазою служить рідина, нанесена на інертний носій, рухомою фазою газ. По суті це варіант розподільної хроматографії.
По механізму поділу.
Адсорбційна, розподільна, іонообмінна, гельфільтрація, афінна хроматографія.
За апаратурному оформлення.
Стовпчик: хроматографія на відкритих колонках, хроматографія низького тиску, хроматографія високого тиску.
Хроматографія низького тиску, хроматографія високого тиску.
Гідравлічна схема будь-якого хроматографа включає в себе насос, дозатор, колонку і детектор.
Основне призначення насосів в ВЕРХ полягає у створенні стабільного потоку елюента при встановленому в певному діапазоні витратах і забезпеченні тиску, необхідного для пропускання елюента при цьому витраті через колонку. Є два принципово різних типу насоса: постійного тиску і постійної витрати. Перший тип насоса підтримує встановлене постійний тиск на вході в колонку, а витрата визначається її опором. Другий тип насоса підтримує постійний витрата елюента, а тиск на вході в колонку визначається її опором.
Основними характеристиками насосів є: максимальний тиск, діапазон витрат, стабільність підтримання витрати або тиску, інертність по відношенню до елюент і пробі, простота складання й розбирання.
Стабільність потоку елюента безпосередньо впливає на похибку і відтворюваність результатів аналізу, а також на рівень флуктуаційних шумів нульового сигналу деяких типів детекторів. З метою згладжування пульсацій у сучасних насосах застосовують різні демпферірующіе пристрої, багатоголовочними системи поршневих насосів, а також мікропроцесорний контроль пульсацій. Так як насоси в рідинної хроматографії повинні працювати з будь-якими елюентом в Діпазон рН від 3 до 10, в тому числі з кислотами, розчинами солей агресивними органічними рідинами, високі вимоги, як правило пред'являються до конструкційних матеріалів насосів.
Найкращим матеріалом для корпуса насоса служить титан і його сплави з паладієм або цирконієм. Допускається використання корозійно-стійкої сталі. Для плунжеров і кулькових клапанів найкращим матеріалом є лейкосапфір і рубін. Сальники зазвичай виготовляють з фторопласту або полиимида. Деталі насосної системи, які контактують з елюентом, повинні з'єднуватися перехідниками з тих же матеріалів, з яких виготовлений насос. Застосування зварювання та паяння не допускається.
Насос постійного тиску з пневмогидравлическим підсилювачем. Витрата елюента залежить від заданого вхідного тиску повітря і опору колонки. Такий насос може бути легко модифікований для роботи при тисках до 100 МПа. У цьому випадку за допомогою нього можна проводити упаковку колонок різного діаметру і довжини.
До насосів постійної витрати відносяться шприцеві, поршневі, мембранні.
Шприцевий насос забезпечує постійну витрату елюента без пульсацій. Насос одноразового заповнення, з цієї причини виникають труднощі з швидкою зміною елюента.
Принцип дії насоса зворотно-поступального типу з одним плунжером заснований на витіснення певного об'єму рідини з камери насоса за допомогою плунжера, який приводиться в дію ексцентриком від двигуна насоса. Насос на вході і виході має зворотні кулькові клапани. Для надійної роботи насоса необхідно повна відсутність у елюент твердих зважених частинок і бульбашок повітря. Для усунення часток застосовують пористі фільтри, а для усунення повітря розчинники дегазіруют.д.ля згладжування пульсацій застосовують демпферірующіе пристрою, а також двухплунжерние насоси (зсув роботи плунжерів на 180) і трьох плунжерні (зсув роботи плунжерів на 120).
Однією з модифікацій одноплунжерних насоса є мембранний насос. Тиск, створюваний плунжером в камері насоса, заповненої інертної малолетучих рідиною, передається на мембрану, яка витісняє елюент через зворотний клапан.

СИСТЕМИ ВВЕДЕННЯ ПРОБИ

Вимоги до системи введення проби:
Вносити мінімальне розмивання хроматографічних піків;
Забезпечувати максимальну точність і відтворюваність;
Зберегти незмінність кількісного та якісного складу суміші до і після дозування.
Способи введення проби
Із зупинкою потоку і без зупинки потоку.
Із зупинкою потоку - через обертовий кран або через мембрану. Через мембрану краще зупинити потік, тому що це не вимагає спеціальних шприців для високого тиску. Мембрана набухає від розчинника, фарбували внаслідок частих уколів у неї шприцом.
Без зупинки потоку через обертовий кран. Петля забезпечує постійний обсяг, який потрапляє в колонку.

КОЛОНКИ

Хроматографічна колонка є одним з основних вузлів хроматографа; її завдання - розділення суміші на окремі компоненти.
Прийнято вважати, що найбільша ефективність колонки досягається в тому випадку, коли швидкість проходження потоку через шар сорбенту приблизно дорівнює швидкості молекулярно дифузії в пори частинок. Коефіцієнт дифузії розчиненої речовини в рухомій фазі залежить від типу сорбату, так і від типу і властивостей використовуваного розчинника. Дифузія тим більше, чим нижче в'язкість розчинника і чим менше розмір молекул розчиненої речовини. Перехід до використання більш дрібних частинок в рідинної хроматографії привів до зменшення впливу зовні дифузійних процесів, але одночасно висунув вимогу істотного поліпшення однорідності шару упакованих частинок.
Для оцінки ефективності колонки використовується поняття висоти теоретичної тарілки.

ДЕТЕКТОРИ

Специфічні та неспецифічні.
Чутливість детектора
Межа детектування
Межею детектування називається мінімальний вміст речовини в рухомій фазі, доступне виявлення хроматографическим детектором. Прийнято вважати межа детектування рівним подвоєною амплітудою шумів.
Рівень флуктуаційних шумів.
Визначається як відстань між крайніми положеннями нульової лінії за певний час і при частоті флуктуацій не менше 0,05 Гц.
Найбільш поширеними детекторами в рідинної хроматографії є ​​оптичні детектори: Абсорбційні 190нм-380нм, 380 - 800нм; інфрачервоні детектори 800-5000нм; рефрактометрическим; емісійні, флуорометріческіе; хемолюмінесцентние.
Ультрафіолетовий детектор (специфічний) визначає залежність ступеня поглинання світла від концентрації проби в проточній осередку. Ця залежність має лінійний характер та визначається законом Бугера-Ламберта-Бера.
Вимоги до розчинників:
не поглинати, свобода від домішок, прозорість.
Інфрачервоний детектор може служити може служити для ідентифікації природи органічних сполук, так як багато груп органічних речовин мають характеристичні смуги поглинання
Рефрактометрическим детектор. (Не специфічний) Принцип дії заснований на диференціальному зміні показника заломлення чистого розчинника і аналізованого розчину. Внесок розчиненої речовини у зміну показника заломлення розчинника пропорційний об'ємної концентрації цієї речовини.
Флуоріметріческій детектор. (Специфічний)
Принцип дії заснований на вимірюванні випромінювання поглинання світла у вигляді флуоресценції. Поглинання зазвичай проводять в УФ-області при довжині хвилі максимального поглинання для цієї групи речовин, а випромінювання фіксують через фільт, що не пропускає промені збудження. Довжина хвилі флуоресцентного випромінювання завжди вище довжини хвилі поглинутого світла. У зв'язку з тим, що детектування ведеться від нульової інтенсивності, ФД більш чутливі, ніж детектори поглинання.
Параметри хроматограми.
t R - час утримування. Складається з часу перебування речовини в рухомій і нерухомій фазах. (Формула)
t M - час перебування молекул в рухомій фазі (мертве час).
t 'R - час перебування молекул в нерухомій фазі.
t 'R / t M-характеризує взаємодію поділюваних компонентів і хроматографічної системи. У рівноважних умовах відображає відносну кількість молекул розділяється речовини, що знаходяться в рухомій і нерухомій фазах. Тому ставлення отримало назву відносини розподілу мас, але більш поширена назва - коефіцієнт ємності (коефіцієнт вилучення).
k = (t R-t M) / t M
Значення k може змінюватися від нуля до нескінченності.
Відношення коефіцієнтів ємності компонентів суміші називають коефіцієнтом поділу a, або селективністю.
a = k 2 / k 1
На описані вище параметри негативно впливає розмивання зон окремих компонентів, обумовлене дифузійними процесами. Розмивання хроматографічних зон обумовлено в основному трьома наступними причинами:
Неоднорідністю потоку по перерізу колонки, внаслідок якої молекули розділяється речовини проходять шляхи різної довжини. (Вплив цього ефекту мінімально, якщо колонка заповнена рівномірно частками малого діаметру з однаковими розмірами).
Поздовжньої дифузією. Вплив цього виду дифузії відносно мало, якщо тільки речовина перебувати у колонці тривалий час. Тому час аналізу переважно до 30 хвилин.
Дифузією і опором массопередачи молекул, що переміщаються з однієї фази в іншу, і відхиленням від стану рівноваги внаслідок дифузії. Зниження об'ємної швидкості та використання насадки з малим розміром частинок і відкритої пористою структурою (це знижує довжину дифузійного шляху) зменшує вплив цього ефекту. Підвищення температури колонки також зменшує опір массопередачи, так як збільшує коефіцієнти дифузії і зменшує в'язкість.
Мірою розмивання смуги речовини в колонці є висота еквівалентом теоретичної тарілці (Ветт). Ветт описує ефекти, що призводять до розмивання вузької зони речовини при його переміщенні разом з рухомою фазою вздовж колонки. Будь-хроматографічний аналіз слід проводити в таких умовах, щоб при заданій довжині колонки число теоретичних тарілок було максимальним і, отже, висота мінімальною.
Оптимізація хроматографічного процесу в цілому має передбачати як поліпшення розділення компонентів суміші, так і зменшення розмивання зон. Параметр, що враховує обидва ці вимоги, служить критерієм досягнутої оптимізації хроматографічного процесу. Його називають дозволом RS і визначають як відношення відстані між максимумами двох сусідніх піків до середнього арефмітіческому їх ширини по нульової лінії:
R S = (2 (t R2-t R1)) / (w 1 + w 2)
Вибір умов поділу.
Насамперед, літературний пошук може виявити існування поділу для схожого зразка. Хоча цей спосіб часто вказує на встановлення умов, які хтось ще знайшов корисними, метод можна буде використовувати з працею. Ми повинні завжди застосовувати KISS принцип (роби простіше, дурніші) коли розробляємо рухливі фази - менше складових, меншою різноманітністю, які можуть викликати проблеми. Зазвичай, краще всього починати новий метод з "пробної точки", а не покладатися на літературний метод.
Другий спосіб для підбору приблизних початкових умов полягає в тому, щоб систематично підігнати склад розчинника для отримання прийнятних часів утримування. Перше, коефіцієнт ємності, k, повинен бути в діапазоні від 1 до 20 для всіх цікавлять сполук. Краще все ж використовувати коефіцієнти ємності між 2 і 10. Другий корисний інструмент - це ПРАВИЛО ТРЬОХ, який повідомляє, що k змінюється приблизно в три рази при зміні концентрації органічного розчинника на 10%.

Адсорбційної хроматографії

Адсорбція.
Сутність адсорбції полягає в тому, що молекули перебувають на поверхні твердого тіла протягом якогось часу, поки не отримають за рахунок флуктуації теплового руху достатньо енергії, щоб подолати утримують сили. Адсорбція буває фізична, обумовлена ​​вандерваальсовимі силами, і хімічна, що наближається за величиною до сил хімічних зв'язків. Як привило, не можна точно визначити, за рахунок яких сил в дійсності відбувається адсорбція.
У твердих речовинах тільки частки поверхневого шару можуть взаємодіяти зі сторонніми молекулами. Поверхневі сили спорідненості рівномірно розподілені по всій поверхні, Однак, є ділянки, на яких адсорбційні сили особливо великі - це активні центри. У випадку з силікагелем - це гідрофільних силанольних групи.
Процес адсорбції можна наочно представити за допомогою ізотерм адсорбції. Зазвичай протягом процесу на колонці описується ізотермами Ленгмюра і Фрейндліха. Проте, всі теорії, присвячені адсорбції, розроблені для випадку тверде тіло-газ. Система тверда фаза-рідина за своїми властивостями більше схожа на систему рідка фаза-газ. При адсорбції га кордоні тверда фаза-рідина спостерігається конкурентна адсорбція між молекулами розчинника і розчиненої речовини. Прийнято вважати, що конкурентна адсорбція майже відсутня в системі тверда фаза-газ. Тому тільки лінійна ділянка ізотерми адсобрціі Ленгмюра і Фрейндліха достовірно описує процес адсорбції на кордоні тверда фаза-рідина. Таким чином, можна говорити лише про загальні закономірності адсорбції на кордоні тверда фаза-рідина:
Правило Траубе. Адсорбція збільшується в 3 - 3,5 рази при збільшенні довжини ланцюга на 1 ланка.
Правило зрівнювання полярностей Ребіндера. Процес адсорбції йде у бік вирівнювання полярностей фаз, і тим сильніше, чим більше первісна різниця полярностей.
Вплив структури сполук на розділення.
У першому наближенні можна вважати, що кожна група вносить певний внесок у утримування, причому чим вище полярність групи, тим більше цей вклад.
Розчинники.
Елюотропний ряд Трапп:
Вода, метанол, етанол, пропіловий спирт,
ацетон, етилацетат, діетиловий ефір, хлороформ, хлористий метилен,
ТГФ, бензол, толуол, гексан
Сорбенти.
Вимоги до сорбентам.
Велика ємність. Можливо велику активну поверхню. Велика активна поверхня є або наслідком його пористості, або високої дисперсності (малого розміру часток).
Строго певний розмір часток. Чим менше розміри частинок адсорбенту, тим швидше встановлюється рівновагу і тим менше порушується воно внаслідок дифузії.
Однакова величина і форма. Дозволяє краще розділять речовини і сприяє кращій проникності колонки.
Селективність.
Інертність.
Описано багато способів стандартизації адсорбентів. Найбільшого поширення набув спосіб приготування стандартних сорбентів і визначення їх активності за допомогою азобарвників, описаний Брокманом.
За ступенем активності сорбенти можна розташувати наступним чином:
активоване вугілля, глинозем, оксид магнію,
силікагель, природні силікати,
крохмаль, целюлоза.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Хімія | Реферат
33.3кб. | скачати


Схожі роботи:
Лігандообменная хроматографія
Адсорбційна хроматографія
Ексклюзійна хроматографія
Іонообмінна хроматографія 2
Іонообмінна хроматографія
Газова хроматографія
Іонно-парна хроматографія
Іонно парна хроматографія
Іонна хроматографія Добавка електроліту
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru