Инструментальные методы исследования в химической технологии

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева Кафедра технологии неорганических веществ и электрохимических процессов Инструментальные методы исследования в химической технологии Лекции 8 -9. Хроматография Лектор: Морозов Александр Николаевич кандидат химических наук, старший преподаватель кафедры технология неорганических веществ и электрохимических Москва 2018 процессов 1 Хроматография (определение IUPAC) – (от греч. хроматос - цвет) физический метод разделения, в котором компоненты смеси распределяются между двумя фазами, одна из которых (подвижная фаза) перемещается в определенном направлении относительно другой (неподвижной) фазы. Принцип хроматографического разделения: •Разделение происходит за счет разной скорости движения компонентов через слой сорбента. Эффект разделения основан на том, что компоненты исходной смеси проходят расстояние, на котором происходит разделение, с определенной для данного соединения задержкой. •Хроматографический процесс – равновесный процесс, состоящий из элементарных актов сорбции и десорбции, растворения и элюирования, приводящих к новому состоянию равновесия. 2 Основные понятия в хроматографии Хроматография – метод разделения смесей веществ, основанный на различии в скоростях их перемещения в системе несмешивающихся и движущихся относительно друг друга фаз. Подвижная фаза – поток жидкости или газа, перемещающий компоненты разделяемой смеси вдоль неподвижной фазы. Неподвижная фаза – твердый сорбент или несмешивающаяся с подвижной фазой жидкость, на которых осуществляется различное удерживание и разделение компонентов смеси. Сорбент – твердое вещество, жидкость или их смеси, способные удерживать газы, пары или растворенные вещества. Адсорбент – твердый сорбент, концентрирующий на своей поверхности газы, пары или растворенные вещества. 3 Основные понятия в хроматографии Абсорбент – твердый или жидкий сорбент, растворяющий в своем объеме газы, пары или компоненты жидких смесей. Сорбат – вещество, удерживаемое сорбентом (в хроматографии – компоненты разделяемой смеси). Элюент – жидкость или газ, используемые в качестве подвижной фазы. Элюат – выходящий из колонки компонентами разделяемой смеси. поток подвижной фазы с 4 Молекулы разделяемы х веществ Эф ф ект разделения основы вает ся на т ом, чт о соединения проходят расст ояние, на кот ором происходит разделение, с некот орой, присущей эт ому соединению задерж кой Неподвижной фазой (НФ) в хроматографии могут быть твердые и жидкие сорбенты. Подвижной фазой (ПФ) - газ или жидкость, проходящие через хроматографическую колонку. 5 1. По агрегатному состоянию фаз: 1.1. Газовая хроматография - подвижная фаза (ПФ) является газом; 1.1.1. Газотвердофазная (неподвижная фаза (НФ) - твердое вещество); 1.1.2. Газожидкостная хроматография (неподвижная фаза - жидкость). 1.2. Жидкостная хроматография - подвижная фаза - жидкость; 1.2.1. Жидкость - твердофазная хроматография (неподвижная фаза - твердый сорбент); 1.2.2. Жидкость - жидкостная хроматография ( неподвижная фаза - жидкость). 2. По форме неподвижной фазы (технике выполнения хроматографического процесса). 2.1. Колоночная хроматография (КХ). 2.2. Планарная хроматография - неподвижная фаза нанесена на плоскость (бумажная хром. (БХ)), 2.3. Хроматография в тонких слоях (ТСХ). 3. По механизму межфазного распределения. 3.1. Адсорбционная - поглощение твердым сорбентом за счет сил межмолекулярного взаимодействия. 3.2. Распределительная - различная растворимость в подвижной и неподвижной фазах. 3.3. Ионообменная - различия в электростатическом взаимодействии ионов с ионогенными группами сорбентов. 3.4. Осадочная - различие в растворимости разделяемых веществ. 3.5. Лигандообменная - различие в способности образовывать координационные соединения с определяемым компонентом. 3.6. Эксклюзионная - разделение, основанное на различии в размерах и формах молекул. 6 4. По способам проведения хроматографического процесса. 4.1. Фронтальная. 4.2. Вытеснительная. 4.3. Элюентная . 5. По цели хроматографирования. 5.1. Аналитическая хроматография (идентификация веществ и количественное определение). 5.2. Препаративная хроматография (для получения веществ в чистом виде, для концентрирования и выделения микропримесей). 5.3. Промышленная (производственная) хроматография для автоматического управления процессом (при этом целевой продукт из колонки поступает в датчик). 7 Элюентная (проявительная) хроматография. Хроматографическую колонку промывают элюентом (раствором или растворителем), обладающим меньшей сорбируемостью, чем любое из разделяемых веществ. Затем в колонку вводят разделяемые вещества, растворенные в элюенте, и продолжают непрерывно пропускать элюент (процесс элюирования). Подвижную фазу, вводимую в слой неподвижной фазы, называют элюентом, а подвижную фазу, выходящую из колонки и содержащую разделенные компоненты, - элюатом (рис. а). Вытеснительная хроматография. Сначала в колонку вводят небольшое количество раствора разделяемых веществ. Затем через колонку непрерывно пропускают раствор вещества (вытеснитель), обладающего большей сорбируемостью, чем любое из разделяемых веществ (рис.б). Фронтальная хроматография. В колонку непрерывно вводят раствор разделяемыx веществ, сорбируемость 8 которых увеличивается в ряду А < В < С. Из колонки сначала будет вытекать чистый растворитель, затем, когда сорбент насытится наименее сортируемым веществом А, оно появится в элюате. Когда сорбент насытится веществом В, элюат будет содержать оба эти вещества и т. д. (рис.в). Интегральная выходная хроматографическая кривая, Q=f(V) или Q=f(t). Q – масса элюируемого вещества, V – объем растворителя, t – время хроматографирования. Дифференциальная выходная хроматографическая кривая, C=f(V) или C=f(t). C – концентрация вещества. 9 10 Хроматографический пик – концентрация пробы в подвижной фазе на выходе из колонки как функция времени. Пик- качественная и количественная характеристика Качественный анализ: время удерживание одного компонента при одинаковых условиях хроматографирования – постоянная величина. Время удерживания – Время удерживания tR - это время, прошедшее от момента ввода пробы в колонку до выхода максимума соответствующего пика. Умножив время удерживания на объемную скорость элюента F, получим удерживаемый объем VR: VR = tR . F Условия хроматографии, влияющие на время удерживания: •тип колонки; •состав подвижной фазы; •скорость потока подвижной фазы; •температура 11 Исправленное время удерживания - время, прошедшее с момента появления максимума пика несорбируемого компонента до пика соответствующего соединения: tR' = tR - t0; Приведенный или исправленный объем удерживания - это объем удерживания с поправкой на мертвый объем колонки V 0, т. е. на объем удерживания несорбируемого компонента: VR' = VR - V0; Характеристикой удерживания является также коэффициент емкости k', определяемый как отношение массы вещества в неподвижной фазе к массе вещества в подвижной фазе: k' = mн / mп; Величину k' легко определить по хроматограмме: 12 Селективность разделения Любой процесс распределения вещества между двумя фазами характеризуется коэффициентом распределения D: где Сн.ф. и Сп.ф. – концентрации вещества в неподвижной и подвижной фазах соответственно. Объем удерживания вещества (иона) связан с его коэффициентом распределения уравнением: где Vн.ф. – объем неподвижной фазы (ионита). Учитывая формулу VR' = VR - V0, получаем: Эти уравнения являются основными уравнениями равновесной хроматографии. Они показывают, что объем или время удерживания вещества пропорциональны его коэффициенту распределения и объему сорбента; чем выше коэффициент распределения вещества, тем меньше скорость его перемещения по колонке. 13 Селективность разделения Селективность является мерой взаимного распределения двух или более определяемых веществ (аналитов) в ходе хроматографического процесса. Хроматографическое разделение основывается на селективности сорбента и термодинамических свойствах аналитов по отношению к хроматографической системе. Таким образом, селективность является мерой относительного удерживания или относительной подвижности двух веществ. Различие во временах удерживания можно представить как расстояние между центрами хроматографических полос, что соответствует величине ΔV. ΔV = V2 – V1 = (D2·Vн.ф. + V0) – (D1·Vн.ф. + V0) = (D2 – D1)·Vн.ф. Таким образом, селективность зависит от различия коэффициентов распределения определяемых веществ. Если D1 = D2, то хроматографическое разделение невозможно. Фактор удерживания (емкости) (k) зависит от произведения коэффициента распределения (D) и фазового объемного отношения: k = D·Vн.ф. / Vп.ф., где Vн.ф. / Vп.ф. – фазовое объемное отношение. 14 Селективность разделения Фазовое отношение зависит от типа (набивная, капиллярная) колонки, ее диаметра, площади поверхности, пористости сорбента и других факторов. При малых величинах k вещество элюируются близко к t0 или в объеме V0 хроматографической системы. Если величина k большая, это означает, что пик становится широким. На практике приемлемый диапазон изменяется 1 ≤ k ≤ 5. Два вещества будут разделяться, если фактор разделения (α) > 1. Его вычисляют по уравнению: α = tR/(2) / tR/(1) = k1 / k2 = D2 / D1 Если α = 1, тогда в данной хроматографической системе отсутствует термодинамическое различие в сорбционных характеристиках обоих компонентов и их нельзя разделить. Время удерживания (tR) и фактор разделения (α) относятся к равновесным характеристикам хроматографического процесса, поскольку положения максимумов пиков определяются только равновесными свойствами системы. Следует отметить, что величина α не зависит от скорости потока элюента и размеров колонки и поэтому является более фундаментальной характеристикой сорбентов и компонентов смеси по сравнению со временем удерживания. 15 На фактор разделения влияют лишь те параметры, которые изменяют коэффициент распределения (D): природа растворенного вещества, а также подвижной и неподвижной фаз. Разрешение хроматографических пиков и эффективность колонки Фактор разделения (α) не описывает качество разделительного процесса. Разрешение двух хроматографических пиков (R s) принимает во внимание не только места их расположения, но и учитывает величины ширины пиков ω 1 и ω2: Rs = 2(tR2 – tR1) / (ω1 + ω2) Если различие времен удерживания двух пиков сравнительно большое, а ширина оснований (ω1 + ω2) мала, тогда разрешение пиков хорошее. Два вещества могут быть идентифицированы, если для них Rs = 0.5. Для удовлетворительного разделения R s должно быть равно 1. При выполнении количественного анализа стремятся к разрешениям Rs от 1.2 до 1.5. Величины Rs ≥ 2 следует избегать из-за большой продолжительности анализа. 16 Разрешение хроматографических пиков и эффективность колонки Эффективность колонки, измеряемая высотой теоретических тарелок (ВЭТТ) и обратно пропорциональная их числу (N) тем выше, чем уже пик вещества, выходящего при том же времени удерживания. Теоретическая тарелка – условный участок хроматографической колонки, в пределах которого устанавливается равновесие частиц между подвижной и неподвижной фазами. 1952 г. – Мартин, Сидж. Теория теоретических тарелок. Нобелевская премия по химии. Концепция т еорет ических т арелок ‐ В момент времени t=0 в первую тарелку (r=1) вводится единичная проба газа ‐носителя и исследуемого вещества ‐ Далее (при n>1) вводится только газ‐носитель ‐ В следующую тарелку (r+1) переходят только молекулы, которые были в газовой фазе в предыдущей тарелке (r) ‐ Молекулы, бывшие на поверхности в тарелке r, при переходе к тарелке (r+1) – при впрыске еще одной порции газа ‐носителя (n+1) – рассматриваются как десорбированные 17 Разрешение хроматографических пиков и эффективность колонки Значение эффективности может быть вычислено по хроматограмме по следующей формуле: N = 5.54 * (tR /w1/2)2, где tR - время удерживания, w1/2 - ширина пика на половине высоты Или N = 16 * (tR /w)2, где tR - время удерживания, w - ширина пика у основания Зная число теоретических тарелок, приходящееся на колонку, длину колонки L и средний диаметр зерна сорбента dc, легко получить значения высоты, эквивалентной теоретической тарелке (ВЭТТ), и приведенной высоты (ПВЭТТ): ВЭТТ = L/N; ПВЭТТ = ВЭТТ/dc Эти характеристики позволяют сравнивать эффективности колонок различных типов, оценивать качество сорбента и качество заполнения колонок. В случае высокоэффективной колонки размывание хроматографического пика небольшое, пики узкие. В идеальном случае Н приближается к диаметру (d) зерна сорбента. Чтобы сравнить эффективность двух колонок, лучше использовать приведенную высоту тарелки: h = H/d. При уменьшении величины Н максимумы хроматографических пиков становятся более острыми. 18 Кинетическая теория хроматографии Вещества вводятся в колонку в виде узкой зоны, которая по мере ее движения с подвижной фазой по колонке становится все шире, т. е. размывается в результате диффузионных процессов. Мерой этого размывания в колонке является высота, эквивалентная теоретической тарелке (ВЭТТ). Установлено, что размывание полосы в хроматографической колонке обусловлено тремя причинами: наличием вихревой диффузии, молекулярной диффузии и сопротивления массопередаче. Кинетическая теория хроматографии объясняет размывание хроматографических пиков, главным образом, этими тремя независимыми процессами, вклад каждого из которых описывается уравнением Ван-Деемтера: H = A + B / ν + C·ν, где А, B / ν, C·ν – члены, учитывающие соответственно: неравномерность движения потока элюента (вихревая диффузия), молекулярную диффузию и отклонение от сорбционного равновесия (сопротивление массопереносу; ν – линейная скорость потока). Чем меньше каждое из трех слагаемых, тем меньше будет и суммарное значение 19 ВЭТТ и, следовательно, эффективнее колонка. Кинетическая теория хроматографии Зависимость ВЭТТ от скорости потока элюента. Вклад в размывание пика разных факторов 20 Ионообменная хроматография (ионная хроматография) Ионообменная хроматография относится к жидкостно-твердофазной хроматографии, в которой подвижной фазой является жидкость (элюент), а неподвижной фазой – твердое тело (ионообменник). В основе метода ионообменной хроматографии лежит динамический процесс замещения ионов, связанных с неподвижной фазой, ионами элюента, поступающими в колонку. Разделение происходит благодаря разному сродству к ионообменнику ионов, находящихся в смеси, что приводит к различным скоростям их перемещения по колонке. 21 Ионообменная хроматография (ионная хроматография) Согласно рекомендациям ИЮПАК (1993 г.) термины ионообменная (ИОХ) и ионная (ИХ) хроматография определяются следующим образом. Ионообменная хроматография основана на различии ионообменных взаимодействий для индивидуальных анализируемых веществ. Если ионы разделяются и могут быть детектированы с помощью кондуктометрического детектора или косвенного УФ детектирования, то она называется ионной хроматографией. Ионная хроматография хроматографические (ВЭЖХ) включает все разделения высокоэффективные ионов в колонках, жидкостные объединенные с непосредственным детектированием в проточном детекторе и количественной обработкой полученных аналитических сигналов. Это определение характеризует ионную хроматографию безотносительно механизма разделения и метода детектирования и тем самым отделяет ее от классического ионного обмена. Ионная хроматография (производители) - это вариант ионообменной хроматографии, включающий ионообменное разделение ионов и кондуктометрическое определение 22 концентрации хроматографически разделенных ионов. Ионная хроматография Широкое распространение ионной хроматографии обусловлено рядом ее достоинств. Среди них: - возможность определять очень большое число неорганических и органических ионов, а также одновременно определять катионы и анионы; - высокая чувствительность определения (до 1 нг/мл без предварительного концентрирования); - высокая селективность и экспрессность (можно определять 10 ионов за 10-15 минут, а при градиентном элюировании - 22 иона за 25 мин); - малый объем анализируемой пробы (требуется не более 2 мл образца); - широкий диапазон определяемых концентраций (от 1 нг/мл до 1000 мг/л без раз бавления) 23 Общая блок-схема жидкостного ионного хроматографа 24 Общая блок-схема жидкостного ионного хроматографа Основные методы проведения ионной хроматографии: 1. Основан на компенсации (подавлении) электролита с помощью второй ионообменной колонки, расположенной между детектором и разделяющей колонкой. Этот метод назван ионной хроматографией. 2. Основан на использовании для разделения электролита с невысокой электропроводностью. Вторая (подавительная) колонка в этом случае не используется. 25 Общая блок-схема жидкостного ионного хроматографа В ионной хроматографии применяются следующие принципы разделения: - Ионный обмен. - Образование ионных пар. - Эксклюзия ионов. Ионный обмен Ионный обмен представляет собой обратимую гетерогенную реакцию эквивалентного обмена ионов, находящихся в фазе ионита (противоионов), на ионы элюента. 26 Образование ионных пар Для реализации этого механизма разделения применяют ион-парные реагенты, которые добавляют в раствор элюента. Такие реагенты представляют собой анионные или катионные поверхностно-активные вещества, например, алкилсульфоновые кислоты или тетраалкиламмониевые соли. Вместе с противоположно заряженными определяемыми ионами ионы этого ион-парного реагента образуют незаряженную ионную пару, которая может удерживаться на неподвижной фазе за счет межмолекулярных взаимодействий. Разделение осуществляется за счет различия констант образования ионных пар и степени их адсорбции на матрице сорбента. На рисунке показана статическая ионообменная модель в ион-парной хроматографии после адсорбции реагента на неподвижной фазе. Этот принцип разделения применяется как для анионов, так и для катионов. 27 Ионная эксклюзия Ионоэксклюзионная хроматография (ИЭХ). в основном, применяется для разделения слабых кислот или оснований. Наибольшее значение ИЭХ имеет для определения карбоновых и аминокислот, фенолов, углеводов. На рисунке показан принцип разделения с помощью ИЭХ на примере кислот R–COOH. В ионоэксклюзионной хроматографии в качестве неподвижной фазы часто применяют полностью сульфированный катионообменник, содержащий ионы водорода (противоионы). В водном растворе элюента сульфокислотные группы ионита гидратируются. Гидратная оболочка ограничивается воображаемой отрицательно заряженной мембраной (Доннановской мембраной). Мембрана проницаема только для недиссоциированных молекул (например, воды). Органические карбоновые кислоты могут быть разделены, если в качестве элюента применяются сильные минеральные кислоты. Вследствие низких значений констант кислотности карбоновые кислоты присутствуют в таких растворах в 28 недиссоциированной форме. Эти формы могут проходить через мембрану Доннана и адсорбироваться на неподвижной фазе. Элюент ы Анионная хроматография Катионная хроматография 29 Подавляющие системы Подавляющая система является составной частью системы детектирования и предназначена для обеспечения максимального различия кондуктометрических сигналов элюента и определяемого иона. Широко использую две системы подавления: -колоночная; -мембранная. Колоночное подавление Реакция подавления, т.е. перевод элюента и определяемого иона в соединения, сильно различающиеся по своей электропроводности, осуществляется в колонке, заполненной ионообменником высокой емкости. Эта колонка устанавливается после разделяющей перед кондуктометрическим детектором. При определении анионов подавляющую колонку заполняют катионообменником высокой емкости в Н-форме. В большинстве случаев в подавляющей колонке элюент переводят в малодиссоциированную кислоту, а определяемые анионы в сильные кислоты. При определении анионов слабых кислот наблюдается обратная картина: элюент переводят в сильную кислоту, а анионы - в слабые кислоты. При определении катионов подавляющую колонку заполняют анионообменником высокой емкости в ОН-форме. При этом элюент переводят в воду или малодиссоциирующее основание, а определяемые катионы 30 - в сильно проводящие основания. Подавляющие системы Использование подавительных колонок является наиболее дешевым методом, поэтому он находит широкое применение в ионной хроматографии. Однако данному методу присущи следующие недостатки: - изначально большой мертвый. объем, что приводит к снижению эффективности системы, увеличению времени анализа, а следовательно производительности прибора, - по мере отработки подавительной колонки в течение рабочего дня изменяется степень подавления фона элюента, что отрицательно сказывается на стабильности калибровочного графика, - молекулы малодиссоциированных слабых кислот могут проникать в глубь зерен подавляющего катионообменника и удерживаться на подавляющей колонке; этот эффект наблюдается для анионов многих органических кислот, нитрита, фосфата, цианида, карбоната, бората и фторида. 31 Подавляющие системы Принцип действия мембранной системы подавления показан на рисунке. Элюент и определяемые анионы в виде солей направляют после разделяющей колонки внутрь тонкой трубки, стенки которой изготовлены из катионообменного материала. Снаружи мембранной трубки противотоком непрерывно подается регенерирующий раствор серной кислоты. Через стенки трубки происходит обмен ионов Na+ на Н+, и на выходе элюент превращается в слабую кислоту, а определяемые анионы - в сильные кислоты. При этом анионы регенеранта, элюента и анализируемого образца в силу доннановской эксклюзии не могут проникать через стенку такой трубки. Такая система подавления действительно позволяет устранить недостатки, связанные с необходимостью регенерации и эксклюзионным удерживанием на подавляющей колонке. Однако из-за большого .мертвого. объема размывание зон в такой системе даже больше, чем в подавляющей колонке. Кроме того, полный обмен Na + на Н+ достигается только при скорости подачи элюента не более 1 мл/мин. Для повышения скорости ионного обмена и уменьшения мертвого. объема предложено использовать заполненные мембранные трубки, свернутые в спираль. Существует два способа заполнения трубки мембранных подавляющих систем. 32 Подавляющие системы Схема микромембранной подавления системы 33 Дет ект оры 34 Дет екторы К детекторам предъявляют следующие основные требования. 1. Высокая чувствительность. Желателен отклик детектора на одну часть (или меньше) определяемого вещества в частях элюента. 2. Такая конструкция ячейки детектора, чтобы зона определяемого вещества не размывалась при прохождении через детектор. 3. Линейная зависимость величины сигнала детектора от концентрации определяемого вещества в широком диапазоне концентраций. 4. Высокая стабильность фонового сигнала. 5. Малое время отклика, что позволяет быстро и точно регистрировать определяемое вещество. 6. Стабильность сигнала детектора при изменении скорости подачи элюента и температуры. 35 Способы получения хроматограмм Элюентная ионообменная хроматография Рассмотрим методику этого вида хроматографии на примере разделения смеси Cl-, Br- и I- ионов с использованием сильноосновного анионита в NO 3- -форме. В верхнюю часть колонки вводят небольшой объем пробы, содержащей NaCl, NaBr и NaI, растворенных в элюенте. Затем через колонку пропускают элюент (NaNO3). Вытекающий из колонки элюат анализируют на содержание Cl-, Br- и I- - ионов. Выходные кривые элюирования галогенид-ионов 36 Фронтальная ионообменная хроматография Первым этапом проведения эксперимента в данном виде хроматографии является перевод ионита в форму того иона, у которого сорбционная способность выражена в меньшей степени, чем у любого из ионов смеси, подлежащей разделению. Затем через колонку пропускают раствор пробы. В колонку не подают никаких других растворов, кроме раствора разделяемой смеси. В отличие от элюентной хроматографии здесь проба поступает непрерывно. На рисунке приведена хроматограмма фронтального разделения смеси хлорид-, бромид- и иодид- ионов на анионите в ацетатной форме. Так как коэффициент распределения ацетат- ионов меньше, чем любого из галогенид-ионов, он вытесняется из фазы ионита и его фронт продвигается по колонке, опережая хроматографические зоны Cl-, Br-, и I-. 37 Вытеснительная ионообменная хроматография В начале ионит переводят в форму иона, имеющего коэффициент распределения меньший по сравнению с тем же параметром для любого из ионов разделяемой смеси. Затем в колонку вводят смесь компонентов, которые необходимо разделить. Фиксированный объем вводимой пробы в данном методе должен быть больше, чем в элюентной хроматографии. Оптимальным считается такое содержание компонентов, которое отвечает одной десятой обменной емкости ионита, находящегося в колонке. После ввода пробы через колонку пропускают элюент. В качестве элюента используют раствор, в составе которого имеются ионы вытеснителя с большим коэффициентом распределения, чем у любого из ионов пробы. В качестве примера можно рассмотреть разделение ионов Li+ и Na+ (сернокислые соли) с использованием катионита в Н+ - форме. После того, как содержание ионов Li + и Na+ в растворе, пропущенном через колонку, составит ~ 20% обменной емкости ионита, колонку промывают раствором сульфата аммония. Выходные кривые при разделении ионов Li+ и Na+ методом вытеснительной хроматографии. 38 39 40 41 42 Детектор Принцип работы Детектор по теплопроводности (катарометр) основан на изменении сопротивления нагретой проволоки (W, Pt, Ni) Пламенно-ионизационный детектор (ПИД) принцип действия которого основан на измерении электропроводности воздушно-водородного пламени, которая резко возрастает при попадании в него малых количеств органических веществ. Термоионный детектор (ТИД) Особенность этого детектора состоит в том, что вблизи водородного пламени горелки помещают соль щелочного металла (шарик, содержащий бромид рубидия). Нагретая соль атомизируется и образующиеся при этом атомы рубидия диссоциируют на ионы и электроны, которые попадают в электрическое поле. В присутствии соединения, содержащего галоген, азот или фосфор, ионный ток возрастает, т.е. происходит селективное повышение эффективности ионизации соединений содержащих атомы азота и фосфора. Фотоионизационный детектор (ФИД) Принцип действия заключается в ионизации молекул, элюируемых с хроматографической колонки под действием вакуумного УФ-излучения и измерении возникающего ионного тока. Электронно-захватный детектор (ЭЗП) В детектор входит радиоактивный источник β-частиц, которые ионизируют молекулы газа-носителя, с образованием ионов и тепловых электронов, которые формируют электрический ток в камере детектора. Принцип действия этого детектора основан на уменьшении проводимости, вызываемом захватом электронов веществом, содержащим атомы с высокой 43 электроотрицательностью. 44 Чувствительностью детектора называют отношение величины выходного сигнала детектора к входному сигналу, который определяется количеством вещества, поступающего в детектор вместе с газом-носителем. Порогом чувствительности (пределом обнаружения) называется такое количество определяемого вещества в газе‐носителе, которое обуславливает появление сигнала, равного удвоенной величине шумов. 45 46 47 При горении чистого водорода в пламенноионизационном детекторе протекают следующие процессы, приводящие к образованию ряда элементарных частиц: Продукты этих процессов уносятся из камеры детектора избытком воздуха. Если в водородное пламя из хроматографической колонки попадают органические соединения НОРГ, то сначала они подвергаются пиролизу в достаточно горячей, однако неокисляющей зоне пламени. В результате процесса пиролиза образуются в основном радикалы СН* HOPГ→CH*. Далее, в окислительной зоне пламени эти радикалы реагируют по следующей схеме: СН* + О→СНО+ + ес образованием положительно заряженных молекулярных ионов и электронов, обеспечивающих протекание электрического тока в цепи, т.е. появление сигнала детектора. 48 Сопоставление площадей или высот хроматографических пиков позволяет оценить количественный состав смеси. В хроматографии используют три основных метода количественного анализа. 1. Метод абсолютной калибровки. 2. В методе внутренней нормализации предполагается, что пики всех возможных компонентов смеси зафиксированы на хроматограмме, и сумма их площадей (S) равна 100%. Различия в чувствительности детектора к разным компонентам учитывается введением поправочных коэффициентов (Ki). Расчет ведут по формуле: где n - число компонентов смеси, S - площадь хроматографического пика, Ki – поправочные коэффициенты для каждого i-компонента. 3. Метод внутреннего стандарта предусматривает введение в анализируемый образец известного количества эталонного соединения, хроматографирование полученной смеси и расчет по формуле: где сst - концентрация внутреннего стандарта введенного в пробу, k поправочный множитель, который рассчитывают по стандартной смеси эталонного соединения и определяемого вещества по формуле: где индекс i относится к определяемому веществу, а s t - стандарту. 49