Реферат: Основы теории и основные понятия процесса хроматографического разделения - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Основы теории и основные понятия процесса хроматографического разделения

Банк рефератов / Химия

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 146 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

Основы теории и основные понятия процесса хроматографического разделения Процесс хроматографического раздел ения очень сложен, тем не менее, его отдельные стадии могут быть с моделированы и представлены в виде уравнений, достаточно точно и верно отражающих реальный процесс. Без знания того, что та кое удерживание, эффективность, селективность, нагрузочная емкость, нев озможно подойти к решению практических задач по ВЭЖХ, постоянно возника ющих перед исследователем независимо от того, в какой области он работае т. 1.1 ЭФФЕКТИВНОСТЬ И СЕЛЕК ТИВНОСТЬ Хроматография — э то метод разделения компонентов смеси, о снованный на различии в равновесном распределении их между двумя несмеши вающимися фазами, одна из которых неподвижна, а другая подвижна. Компоненты образца движутся по колонке, к огда они находятся в подвижной фазе, и остаются на месте, когда находятся в неподвижной фазе. Чем больше сродство компонента к неподвижной фазе и чем меньше — к подвижной, тем медленнее он движется по колонке и тем доль ше в ней удерживается. За счет различия в сродстве компонентов смеси к не подвижной и подвижной фазам достигается основная цель хроматографии — разделение за приемлемый промежуток времени смеси на отдельные поло сы (пики) компонентов по мере их продвижения по колонке с подвижной фазой. Из этих общих представлений ясно, что хроматографическое разделение во зможно только в том случае, если компоненты образца, попадая в колонку пр и вводе пробы, во-первых, будут растворены в подвижной фазе и, во-вторых, бу дут взаимодействовать (удерживаться) с неподвижной фазой. Если при вводе пробы какие-то компоненты находятся не в виде раствора, они будут отфиль трованы и не будут участвовать в хроматографическом процессе. Точно так же компоненты, не взаимодействующие с неподвижной фазой, пройдут через к олонку с подвижной фазой, не разделяясь на компоненты. Примем условие, что какие-то два компонента растворимы в подвижной фазе и взаимодействуют с неподвижной фазой, т.е. хроматографический процесс м ожет протекать без нарушений. В этом случае после прохождения смеси чере з колонку можно получить хроматограммы вида а, б или в (рис. 1.1). Эти хроматог раммы иллюстрируют хроматографические разделения, отличающиеся эффек тивностью (а и б) при равной селективности и селективностью (б и в) при равн ой эффективности. Эффективность колонки тем выше, чем уже пик получается при том же времен и удерживания. Эффективность колонки измеряется числом теоретических тарелок (ЧТТ) N : чем в ыше эффективность, тем больше ЧТТ, тем меньше расширение пика Рис. 1.1. Вид хромато граммы в зависимости от эффективности и селективности колонки: а — обыч ная селективность, пониженная эффективность (меньше теоретических тар елок), б — обычные селективность и эффек-тивность; в — обычная эффективн ость, повышенная селективность (больше отношение времен удерживания ко мпонентов) Рис. 1.2. Параме тры хроматографического пика и расчет числа теоретических тарелок: t R — время удерживания пика; h — высота пика; W 1/2 — ширина пика на половине его выс оты первоначально узкой полосы по мере прохождения ее через колонку, тем уже шик на выходе из колонки. ЧТТ характеризует число с тупеней установления равновесия между подвижной и неподвижной фазами. ЧТТ легко определить по хроматограмме (рис. 1.2) последующей формуле: N = 5,54( t R / W 1/2 ) 2 Зная число теоретических тарелок, приходящееся на колонку, и длину колонки L (мкм), а также средний диаметр зерна сорбента dc (мк м), легко получить значения высоты, эквивалентной теоретической тарелке (ВЭТТ), а также приведенной высоты, эквивалентной теоретической тарелке ( ПВЭТТ): ВЭТТ = L / N ПВЭТТ = B Э TT / d с Имея значения ЧТТ, ВЭТТ и ПВЭТТ, можно легко сравнив ать эффективность колонок разных типов, разной длины, заполненных разны ми по природе и зернению сорбентами. Сравнивая ЧТТ двух колонок одной дл ины, сравнивают их эффективность. При сравнении ВЭТТ сравнивают колонки с сорбентами одинакового зернения, имеющими разную длину. Наконец, велич ина ПВЭТТ позволяет для двух любых колонок оценить качество сорбента, во -первых, и качество заполнения колонок, во-вторых, независимо от длины кол онок, зернения сорбента и его природы. Селективность колонки играет большую роль в достижении хромато-графич еского разделения. Селективность колонки б определяется отношением приведенных времен удержива ния двух пиков по следующему уравнению: б = ( t R 2 - t 0 ) / ( t R 1 - t 0 ) где t 0 - время удерживания н есорбируемого компонента; t R 1 и t R 2 - времена удерживания компонентов 1 и 2. Селективность колонки зависит от очень многих фак торов, и искусство экспериментатора в большой мере определяется умение м воздействовать на селективность разделения. Для этого в руках хромато графиста находятся три очень важных фактора: выбор химической природы с орбента, выбор состава растворителя и его модификаторов и учет химическ ой структуры и свойств разделяемых компонентов. Иногда заметное влияни е на селективность оказывает изменение температуры колонки, меняющее к оэффициенты распределения веществ между подвижной и неподвижной фазам и. При рассмотрении разделения двух компонентов на хроматограмме и его оц енке важным параметром является разрешение Rs , которое связывает времена вы хода и ширину пиков обоих разделяемых компонентов (рис. 1.3): R S = 2 ( t R 2 - t R 1 ) / ( W 1 + W 2 ) Разрешение как параметр, характеризующий разделе ние пиков, увеличивается по мере возрастания селективности, отражаемой ростом числителя, и роста эффективности, отражаемой снижением значения знаменателя из-за умен ьшения ширины пиков. Поэтому быстрый прогресс жидкостной хроматографи и привел к изменению понятия «жидкостная хроматография высокого давле ния» — оно было заменено на «жидкостную хроматографию высокого разреш ения» (при этом сокращенная запись термина на английском языке сохранил ась HPLC как наиболее п равильно характеризующее направление развития современной жидкостно й хроматографии). Сокращение, принятое в отечественной литературе, — ВЭ ЖХ, расшифровываемое как «высокоэффектиная жидкостная хроматография» , для современной жидкостной хроматографии несколько менее удачно, так к ак не учитывается важнейший фактор разделения — селективность. Рис. 1.2. Разреш ение пиков и параметры удерживания Важным параметром удерживания в жидкостной хрома тографии является коэффициент емкости k ’ , определяемый как частное от деления массы вещес тва в неподвижной фазе на массу вещества в подвижной фазе: k ’ = m н / m п Важное ура внение в жидкостной хромат ографии, связывающее основные хроматографические параметры ра зделения следующее: RS = ј [(a- 1) /a][k 2 ’ / (1 + k 2 ’ )]VN 2 Разрешение, таким образом, определяется прои зведением трехсомножителей, первый из которых выр ажает зависимость от селективности колонки, второй — от коэффициента е мкости колонки и третий — от эффективности колонки (ЧТТ). Рассмотрим это важнейшее уравнение более подробно. Если, б=1, то разрешение равно 0, т.е. разделения нет независима от числа теоретических тарелок в колонке. Однако из харак тера функции б в уравнении в идно, что небольшие изменения могут привести к заметному увеличению раз решения, особенно для тех случаев, когда значения б близки к 1. Если за счет подбора условий разделени я удается изменить б с 1,1 до 1,2, это приводит к улучшению разрешения в два раза. Таким образом, на фактор с елективности следует обращать основное внимание при подборе условий р азделения, учитывая различие во взаимодействии разделяемых компоненто в как в неподвижной, так и в подвижной фазе. В отличие от газовой хроматогр афии, в которой взаимодействия в подвижной (газовой) фазе незначительны и селективность системы в основном определяется только взаимодействия ми веществ с неподвижной фазой, в жидкостной хроматографии подвижная (жи дкая) фаза не является инертной, а может играть главную роль в процессе те рмодинамического распределения между неподвижной и подвижной фазами в следствие селективного взаимодействия разделяемых веществ с подвижно й фазой. Поэтому в выборе ус ловий для высокоселективного разделения как выбор сорбента, так и выбор растворителя играют одинаково важн ую роль, а искусство хроматографиста в ВЭЖХ более многогранно и требует учета большего числа взаимодействий между молекулами, чем в ГХ. Второй сомножитель в уравнении принимает значение, равное 0 (при этом раз решение также равно 0, т.е. разделение отсутствует) в том случае, когда коэф фициент емкости для второго компонента равен 0, т.е. оба разделяемых компо нента элюируются как несорбируемые вещества (взаимодействие с неподви жной фазой отсутствует). С ростом значения k ' разрешение увеличивается, пр и этом скорость анализа падает. Наконец, из третьего сомножителя видно, что достигаемое разрешение проп орционально корню квадратному из числа теоретических тарелок, т.е. для у величения разрешения вдвое нужно увеличить эффективность колонки в 4 ра за (например, использовать колонку в 4 раза длиннее). Удлинение колонки в 4 р аза приводит к увеличению продолжительности анализа также вчетверо, т. е . скорость анализа падает. Как правило, если эффективность колонки недос таточна, а скорость анализа является важным фактором, идут по другому пу ти для повышения эффективности — используют колонку с более мелким по з ернению сорбентом. Однако в этом случае платой за большую эффективность при той же скорости анализа является повышение давления на колонке. Следует отметить, что, хотя из уравнения и очевидно, что эффективность ко лонки меньше влияет на разрешение, чем ее селективность и коэффициент ем кости, так как разрешение пропорционально корню квадратному из эффекти вности, тем не менее повышению эффективности колонок придается большое значение и уделяется огромное внимание как производителями колонок, та к и их потребителями. Это связано с тем, что для сложных многокомпонентны х смесей, особенно смесей неизвестного состава, часто не удается подобра ть условия так, чтобы селективность была высокой для всех компонентов. В этом случае высокая эффективность колонки позволяет добиться разделен ия для пар веществ с небольшим значением б. 1.2 РАЗМЫВАНИЕ В КОЛОНКЕ И ВНЕ ЕЕ Вещества вводятся в колонку в виде узкой зоны, кото рая по мере ее движения с подвижной фазой по колонке становится все шире, т. е. размывается в результате диффузионных процессов. Мерой этого размы вания в колонке является высота, эквивалентная теоретической тарелке (В ЭТТ). Установлено, что размывание полосы в хроматографической колонке об условлено тремя причинами: наличием вихревой диффузии, молекулярной ди ффузии и сопротивления массопередаче. Общая ВЭТТ ( H ) колонки получается путем су ммирования вкладов всех этих факторов, вызывающих размывание хроматог рафической зоны: H = Hp + Hd + Hs + Hm , где Нр — вклад в размывание вихревой дифф узии; На — вклад в размыван ие молекулярной диффузии; Hs — вклад, связанный с сопротивлением м ассопередаче в неподвижной фазе; Нт — вклад, связанный с сопротивлением массопередаче в подвиж ной фазе. Не вдаваясь в подробное рассмотрение этих вкладов в ВЭТТ, тем не менее сл едует заметить, что чем меньше каждое из четырех слагаемых, тем меньше бу дет и суммарное значение ВЭТТ и, следовательно, эффективнее колонка. Вел ичина Нр пропорциональна д иаметру частиц сорбента и уменьшается с улучшением равномерности запо лнения Рис. 1.4. Зависи мость ВЭТТ от скорости подачи растворителя (V, мл/мин). Вклад в размывание пика разных факторов колонки сорбентом. Величина Hd растет при использовании очень малых скоростей потока, при о бычно используемых высоких скоростях Hd настолько мала, что ею можно пренебречь. Величина Нm уме ньшается при ускорении процессов адсорбции — десорбции в неподвижной фазе, т. е. при использовании частиц малого размера и тонких пленок неподв ижной фазы, при уменьшении скорости потока. Величина Нm уменьшается при уменьшении размера частиц (пропорционально квадрату диаметра частиц), более равномерном и п лотном заполнении колонки сорбентом, менее вязком растворителе, меньши х скоростях потока. Если изобразить графически зависимость ВЭТТ от скорости подачи растворителя, то она будет имет ь вид, изображенный на рис.1.4. На нем можно видеть и оценить вклад каждой из составляющих в значение ВЭТТ. Таким образом, размывание в колонке уменьшается и эффективность повыша ется, когда используют более мелкий сорбент, б олее равномерный по составу (узкая фракция), более п лотно и равномерно упакованный в колонке, при использовании более тонки х слоев привитой фазы, менее вязких растворителей и оптимальных скорост ей потока. Однако наряду с размыванием полосы хроматографической зоны в процессе разделения в колонке может происходить также и размывание ее в устройст ве для ввода пробы, в соединительных капиллярах инжектор — колонка и ко лонка — детектор, в ячейке детектора и в некоторых вспомогательных устр ойствах (микрофильтры для улавливания механических частиц из пробы, уст анавливаемые после инжектора, пред-колонки, реакторы-змеевики и др.). Разм ывание при этом тем больше, чем больше внеколоночный объем по сравнению с удерживаемым объемом пика. Имеет также значение и то, в каком месте нахо дится мертвый объем: чем уже хроматографическая зона, тем большее размыв ание даст мертвый объем. Поэтому особое внимание следует уделять констр уированию той части хроматографа, где хроматографическая зона наиболе е узкая (инжектор и устройства от инжектора до колонки) — здесь внеколон очное размывание наиболее опасно и сказывается наиболее сильно. Хотя сч итается, что в хорошо сконструированных хроматографах источники допол нительного внеколоночного размывания должны быть сведены до минимума, тем не менее каждый новый прибор, каждая переделка хроматографа должны о бязательно заканчиваться тестированием на колонке и сравнением получе нной хроматограммы с паспортной. Если наблюдается искажение пика, резко е снижение эффективности, следует тщательно проинспектировать вновь в веденные в систему капилляры и другие устройства. Размывание вне колонки и его непра вильная оценка могут привести к значительной (более 50%) потере эффективно сти, особенно в тех случаях, когда относительно давно сконструированные хроматографы пытаются использовать для высокоскоростной ВЭЖХ, микроко лоночной ВЭЖХ и других вариантов современной ВЭЖХ, требующих микроинже кторов, соединительных капилляров с внутренним диаметром 0,05- 0,15 мм минимальной длины, колонок вместимост ью 10-1000 мкл, детекторов с микрокюветами емкостью 0,03-1 мкл и с высоким быстроде йствием, высокоскоростных самописцев и интеграторов. 1.3 УДЕРЖИВАНИЕ И СИЛА РАС ТВОРИТЕЛЯ Для того чтобы анализируемые вещества разделялис ь на колонке, как уже упоминалось выше, коэффициент емкости k ' должен быть больше 0, т.е. вещес тва должны удерживаться неподвижной фазой, сорбентом. Однако коэффицие нт емкости не должен быть и слишком большим, чт обы получить приемлемое время элюирования. Если д ля данной смеси веществ выбрана неподвижная фаза, которая их удерживает , то дальнейшая работа по разработке методики анализа заключается в выбо ре такого растворителя, который обеспечил бы в идеальном случае различн ые для всех компонентов, но приемлемо не очень большие k '. Этого добиваются, меняя элюи рующую силу растворителя. В случае адсорбционной хроматографии на силикагеле или оксиде алюмини я, как правило, силу двухкомпонентного растворителя (например, гексана с добавкой изопропанола) увеличивают, увеличивая в нем содержание полярн ого компонента (изопропанола), или же уменьшают, уменьшая содержание изо пропанола. Если содер жание полярного компоне нта становится слишком малым (менее 0,1%), следует заменить его более слабым по элюирующей силе. Так же поступают, заменяя на другие либо полярную, либо неполярную составляющую и в том случае, есл и данная система не обеспечивает желаемой селективности по отношению к интересующим компонентам смеси. При подборе систем растворителей прин имают во внимание как растворимости компонентов смеси, так и элюотропны е ряды растворителей, составленные разными авторами. Примерно так же подбирают силу растворителя в случае использования при витых полярных фаз (нитрил, амино, диол, нитро и др.), учитывая возможные хим ические реакции и исключая опасные для фазы растворители (например, альд егиды и кетоны для аминофазы). В случае обращенно-фазной хроматографии силу растворителя увеличивают , повышая содержание в элюенте органической составляющей (метанола, ацет онитрила или ТГФ) и уменьшают, добавляя больше воды. Если не удается добит ься желаемой селективности, используют другу ю органическую составляющую либо пытаются изменить ее с помощью разных добавок (кислот, ион-парных реагентов и др.). При разделениях методом ионообменной хроматографии силу растворителя меняют, увеличивая или уменьшая концентрацию буферного раствора или ме няя рН, в некоторых случаях используют модификацию органическими вещес твами. Однако, особенно в случае сложных природных и биологических смесей, зача стую не удается подобрать силу растворителя таким образом, чтобы все ком поненты пробы элюировались за приемлемый срок. Тогда приходится прибег ать к градиентному элюированию, т.е. использовать растворитель, элюирующ ая сила которого в процессе анализа изменяется так, что она постоянно ув еличивается по заранее заданной программе. Таким приемом удается добит ься элюирования всех компонентов сложных смесей за относительно корот кий промежуток времени и их разделения на компоненты в виде узких пиков. 1.4 РАЗМЕР ЧАСТИЦ СОРБЕНТА, ПРОНИЦАЕМОСТЬ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ Рассматривая размывание в колонке, мы указывали, ч то эффективность колонки (ВЭТТ) зависит от размера частиц сорбента. В бол ьшой степени бурное развитие ВЭЖХ за передние 10-12 лет было обусловлено, во- первых, разработкой способов получения сорбентов с размером частиц от 3 до 10 мкм и с узким фракционным составом, обеспечивающих высокую эффектив ность при хорошей проницаемости, во-вторых, разработкой способов заполн ения этими сорбентами колонок и, в-третьих, разработкой и серийным выпус ком жидкостных хроматографов, имеющих рассчитанные на высокие давлени я насосы, инжекторы и детекторы с кюветами малого объема, способные реги стрировать пики малого объема. Для хорошо упакованных суспензионным способом колонок приведен-ная вы сота, эквивалентная теоретической тарелке (ПВЭТТ), может составлять 2 нез ависимо от того, использовали ли для упаковки частицы с размером 3, 5, 10 или 20 мкм. В этом случае мы получим соответственно колонки (при стандартной дл ине их 250 мм) эффективностью 41670, 25000, 12500 и 6250 т.т. Кажется естественным выбрать наиболее эффективную колонку, запол ненную частицами размером 3 мкм. Однако за эту эффективность придется заплатить использованием при работе очень выс окого давления и относительно невысокой скорость ю разделения, так как имеющийся насос, скорее всего, будет неспособен про качивать через такую колонку растворитель с высокой объемной скорость ю. Здесь мы как раз и сталкиваемся с вопросом о связи размера частиц сорбе нта, эффективности и проницаемости колонок. Уравнение, которое связывает давление, размер частиц и другие важные хро матографические параметры, имеет следующий вид: u = K 0 p / зL = pd c 2 /
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Послушал речь Обамы и понял, почему эмблемой Демократической партии США является осёл.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по химии "Основы теории и основные понятия процесса хроматографического разделения", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru