Занятие 31

Цель занятия

1. Знать:

• общую характеристику, классификацию и области практического применения методов газовой хроматографии;

• назначение основных узлов и принцип работы газового хроматографа;

• принцип работы и основные характеристики детекторов, наиболее часто используемых в газовой хроматографии;

• общую характеристику подвижных, неподвижных фаз и твёрдых носителей, используемых в газовой хроматографии, и требования, предъявляемые к ним;

• способы идентификации и количественного определения веществ, используемые в газовой хроматографии

1. Уметь:

• проводить газохроматографическое определение бензальдегида и нитробензола.

1. Газовая хроматография. Общая характеристика и классификация.

2. Устройство и принцип работы газового хроматографа.

3. Особенности газотвёрдофазной и газожидкостной хроматографии. Характеристика подвижных, неподвижных фаз и носителей. Практическое применение.

1. Почему газотвёрдофазная хроматография используется, главным образом, для анализа смесей газообразных веществ и низкокипящих углеводородов, в то время как для сложных органических соединений в основном применяют ГЖХ?

2. Почему хроматографические колонки, используемые в газовой хроматографии, обычно имеют спиралевидную форму, в то время как колонки, используемые в ВЭЖХ - прямые?

3. Каким образом проводится ввод жидкой пробы в газовый хроматограф. Почему температура испарителя обычно выше, чем температура колонки?

4. Чем принципиально отличаются друг от друга насадочные и капиллярные колонки? Почему пробу в капиллярную колонку необходимо вводить с помощью специального устройства, называемого «делителем потока»? Какими свойствами должен обладать детектор, используемый в капиллярной газовой хроматографии?

5. Почему при использовании катарометра газом-носителем должен быть гелий или водород, но не азот?

6. Какой из детекторов, используемых в газовой хроматографии, носит название «азотно-фосфорный»? Объясните принцип его работы.

7. Какие требования предъявляются к носителям неподвижной жидкой фазы в ГЖХ? Зачем проводится их обработка кремнийорганическими соединениями, например диметилхлорсиланом? Что обозначают буквы ...AW DMCS в названии носителя (например «Хроматон-N AW DMCS)?

8. Приведите примеры неполярных, среднеполярных и полярных неподвижных жидких фаз, используемых в ГЖХ. Каким образом наносят слой неподвижной жидкой фазы на поверхность твёрдого носителя?

9. Охарактеризуйте область практического использования газовой хроматографии в фармацевтическом анализе.

10. В каком случае отношение площади пика вещества к суммарной площади пиков всех веществ, присутствующих в смеси, можно считать соответствующим массовой доли данного вещества в исследуемой смеси? Что такое «поправочный коэффициент»?

1. Что из нижеперечисленного используется в качестве сорбента в ГАХ?

1) сквалан; 2) цеолиты; 3) карбоваксы;

4) графитированная термическая сажа;

5) трихлорметилсилан.

2. Что из нижеперечисленного используется в качестве неподвижной жидкой фазы в ГЖХ?

1) апиезон; 2) хроматон; 3) инертон; 4) карбовакс; 5) порапак.

3. Сквалан – это:

1. один из газов-носителей, используемых в ГХ;

2. носитель для неподвижной жидкой фазы в ГЖХ;

3. сорбент в ГАХ;

4. один из детекторов, используемых в ГХ (то же, что и детектор электронного захвата);

5. неподвижная жидкая фаза, используемая в ГЖХ.

4. Какие из перечисленных неподвижных жидких фаз, используемых в ГЖХ, относятся к неполярным?

1) сорбит; 2) метилсиликон; 3) полиэтиленгликольсукцинат;

4) карбовакс 20М; 5) апиезон.

5. В случае определения каких веществ целесообразно использовать пламенно-ионизационный детектор?

1) CO₂ в выхлопных газах автомобиля; 2) C₂H₅OH в крови;

3) углеводородный состав нефти; 4) оксиды азота в воздухе;

5) примесь воды в органическом растворителе.

6. Для какого из перечисленных веществ чувствительность детектора электронного захвата будет наибольшей?

1) метан; 2) хлорметан; 3) дихлорметан; 4) трихлорметан

5) тетрахлорметан.

7. Логарифмический индекс удерживания Ковача для некоторого вещества равен 1150. Данное вещество будет выходить из хроматографической колонки

1) раньше, чем гексан; 2) между гексаном и деканом;

3) после октадекана; 4) между ундеканом и додеканом;

4) между эйкозаном и генэйкозаном.

8. Логарифмический индекс удерживания Ковача для декана равен:

1) 200; 2) 600; 3) 1000; 4) 1400; 5) 1800.

9. Метод нормировки (внутренней нормализации) не может быть использован в том случае, когда:

1. на хроматограмме отсутствуют пики, соответствующие некоторым компонентам смеси;

2. на хроматограмме присутствуют пики, соответствующие всем компонентам смеси;

3. значение R_S (разрешения) пиков превышает 1,5;

4. смесь содержит более двух компонентов;

5. времена удерживания компонентов смеси сильно отличаются.

10. При определении концентрации вещества методом внутреннего стандарта аналитическим сигналом является:

1. отношение времён удерживания вещества и внутреннего стандарта;

2. высота (площадь) пика внутреннего стандарта;

3. произведение высот (площадей) пика вещества и пика внутреннего стандарта;

4. произведение высоты (площади) пика вещества на время удерживания внутреннего стандарта;

5. отношение высот (площадей) пика вещества и пика внутреннего стандарта.

При газохроматографическом определении этилового спирта в крови в виде этилнитрита с использованием н-пропилового спирта (н-пропилнитрита) в качестве внутреннего стандарта на полученной хроматограмме высота пика, соответствующего этилнитриту, оказалась равной 100,0 мм, а н-пропилнитриту 81,0 мм. Рассчитайте концентрацию (г/л) этанола в исследуемом образце крови, если при хроматографировании алкилнитритов, полученных из стандартных растворов этанола, содержащих постоянное количество н-пропанола, были получены следующие результаты:

этанол, г/л	h этилнитрита, мм	h пропилнитрита, мм
0,10	9,0	76,0
0,30	19,0	78,0
0,60	31,0	81,0
1,00	49,0	80,0
5,00	180	77,0

Алкилнитритный метод определения спиртов основан на их предварительном переведении в алкилнитриты, которые затем разделяют и определяют методом ГЖХ (рис. 31.1). Алкилнитриты имеют более низкие температуры кипения, чем исходные спирты (например, температура кипения C₂H₅OH равна 78 С, а C₂H₅ONO - 17 С).

Описанный в задаче метод определения количественного содержания вещества называется методом внутреннего стандарта.

Согласно методу внутреннего стандарта к анализируемой пробе добавляют точно измеренное количество вещества, называемого внутренним стандартом. В качестве внутреннего стандарта использует такое вещество, свойства которого близки к свойствам определяемого вещества. Оно не должно химически взаимодействовать с компонентами анализируемой смеси (а также с неподвижной или с подвижной фазой). Соединение, выбранное в качестве внутреннего стандарта, должно отсутствовать в исходной анализируемой смеси. В условиях анализа пик внутреннего стандарта на хроматограмме должен находиться в непосредственной близости от пиков определяемых веществ, но не должен накладываться на них и на пики других соединений. Концентрацию внутреннего стандарта выбирают таким образом, чтобы высота (площадь) пика внутреннего стандарта была соизмерима с высотой (площадью) пика определяемого вещества. В качестве аналитического сигнала в методе внутреннего стандарта является отношение высот либо площадей пиков, соответствующих определяемому веществу и внутреннему стандарту.

Рис. 31.1. Хроматограмма восьми алкилнитритов

Насадочная колонка длиной 1м и диаметром 3 мм, неподвижная фаза - 15% ПФМС-4 на Динохроме, температура колонки 50С, испарителя и детектора 200С, пламенно-ионизационный детектор

Рассчитаем отношение высот пиков этилнитрита и н-пропилнитрита для разных концентраций этанола.

этанол, г/л	Kh
0,10	0,12
0,30	0,244
0,60	0,383
1,00	0,613
5,00	2,34

Вид градуировочного графика и уравнение зависимости C от K_h показаны на рис. 31.2.

Рис. 31.2. Градуировочный график для типовой задачи

Для анализируемой пробы с неизвестной концентрацией этанола отношение высот пиков этилнитрита и н-пропилнитрита равно

K_h = 100,0/81,0 = 1,23,

следовательно, концентрация этанола составляет 2,231,23 - 0,25 = 2,49 г/л.

1. Рассчитайте значение логарифмического индекса удерживания Ковача для неизвестного соединения, если в условиях газохроматографического определения его исправленное время удерживания составляет 4,2 минуты. Исправленные времена удерживания н-нонана и н-декана в данных условиях равны 3,5 и 4,8 минуты. Ответ: 958.

2. Определение высших жирных кислот в рапсовом масле проводили по следующей методике: пробу масла объёмом 1,50 мл растворили в 5,0 мл бензина. К полученному раствору прибавили 0,2 мл 2 М C₂H₅ONa в абсолютном этаноле. Смесь перемешивали в течение 2-х минут и затем полученные этиловые эфиры высших жирных кислот анализировали методом ГЖХ. При этом были получены следующие данные: пальмитиновая кислота (S_пика = 500 усл. ед.), стеариновая (2320), олеиновая (400), линолевая (1100), арахидоновая (525), эруковая (180). Рассчитайте массовую долю эруковой кислоты в смеси высших жирных кислот и определите, может ли данный образец масла быть использован для производства маргарина (массовая доля эруковой кислоты не должна превышать 5%). Ответ: может, 3,6%

3. Навеску образца лекарственного вещества ноотропила массой 0,1000 г растворили в воде, получив 250,0 мл раствора. Затем 1,0 мкл полученного раствора вводили в испаритель хроматографа и определяли методом ГЖХ. Рассчитайте массовую долю ноотропила в исследуемом образце, если при введении в хроматограф полученного раствора площадь пика, соответствующего ноотропилу, оказалась равной 160 мм², а при введении 1,0 мкл раствора с концентрацией ноотропила 500 мкг/мл - 219 мм². Ответ: 91,3%.

4. Определение пестицида метафоса в лекарственном растительном сырье проводили по следующей методике. Навеску высушенного сырья массой 50,00 г поместили в колбу и прибавили к ней 50 мл ацетона и 20 мл воды. Полученную смесь встряхивали в течение 1 часа, затем выдерживали на холоду в течение 30 минут и фильтровали, после чего ацетон упаривали. Из оставшейся водной фазы метафос экстрагировали хлороформом (трижды по 5 мл). Экстракт сушили и упаривали досуха, сухой остаток растворяли в 1,00 мл ацетона и затем 1,0 мкл полученного ацетонового раствора вводили в испаритель хроматографа. Рассчитайте массу метафоса, содержащегося в 100 г исследуемого растительного сырья, если площадь пика, соответствущего метафосу, на полученной хроматограмме оказалась равной 900 ед. При введении в хроматограф 1,0 мкл ацетонового раствора с концентрацией метафоса 50,0 нг/мл площадь пика была равна 608 ед, а при введении такого же объёма раствора с концентрацией 100,0 нг/мл - 1300 ед. Степень извлечения метафоса из растительного сырья составляет 60%. Ответ: 0,24 мкг.

5. Навеску массой 0,250 г печени крысы, содержащей лекарственное вещество прозерин, растирали с сорбентом. Полученную смесь помещали в колонку для сорбции, отмывали от посторонних веществ и затем количественно элюировали прозерин с сорбента. Элюат выпаривали досуха, сухой остаток растворяли в 0,25 мл раствора лидокаина (5,0 мкг/мл), используемого в качестве внутреннего стандарта, и определяли методом ГЖХ. Рассчитайте массу прозерина (мкг), содержавшегося в 1 г исследуемого образца печени, если на полученной хроматограмме пик, соответствующий прозерину, имел высоту 77,0 мм, а пик, соответствующий лидокаину - 31,8 мм. Зависимость концентрации (мкг/мл) прозерина в конечном растворе, вводимом в испаритель хроматографа, от соотношения высот (K_h) пиков прозерина и лидокаина описывается в условиях проведения анализа уравнением: С = 2,65K_h + 0,10. Ответ: 6,5 мкг/г.

1. Рассчитайте индекс удерживания Ковача для неизвестного лекарственного вещества, исправленное время удерживания которого равно 298 секунд, если исправленное время удерживания гексадекана в данных условиях равно 170 секунд, а гептадекана - 325 секунд. Выберите из перечисленных веществ то, индекс удерживания которого ближе всего подходит к индексу удерживания неизвестного вещества: ибупрофен 1631, дипиридамол 1640, промедол 1652, изониазид 1670, парацетамол 1687.

2. При количественном анализе смеси метана, этана, пропана и бутана с использованием катарометра была получена хроматограмма, на которой площади пиков, соответствующие данным веществам, были равны 400, 190, 100 и 80 мм². Рассчитайте массовые доли компонентов в анализируемой смеси, если массовые поправочные коэффициенты для детектора по теплопроводности составляют для пропана и бутана - 0,68, для этана - 0,59, а для метана 0,45.

3. Пробу мочи объёмом 5,00 мл, содержащей аминазин, пропускали через сорбционный патрон. Сорбент отмывали от посторонних веществ и количественно элюировали аминазин водно-ацетоновым раствором NaBr. Элюат упаривали досуха и растворяли в 0,50 мл раствора бромгексина (внутреннего стандарта) и анализировали методом ГЖХ. Рассчитайте концентрацию аминазина (мкг/мл) в образце мочи, если на хроматографический пик, соответствующий данному веществу, имел площадь 8290 ед., а пик, соответствующий бромгексину - 36100 ед. Зависимость концентрации (мкг/мл) аминазина в конечном растворе, вводимом в испаритель хроматографа, от соотношения площадей (K_S) пиков аминазина и бромгексина описывается в условиях проведения анализа уравнением: С = 24,6K_S + 0,9.

ГАЗОХРОМАТОГРАФИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ НИТРОБЕНЗОЛА И БЕНЗАЛЬДЕГИДА В СТОЧНЫХ ВОДАХ

Условия газохроматографического определения. Газовый хроматограф «Цвет-100» с пламенно-ионизационным детектором. Скорость диаграммной ленты 600 мм/сек. Колонка стеклянная. Неподвижная фаза 10 % Реоплекс-400 на Инертоне N AW DMCS (0,16-0,20 мм). Газ-носитель - азот (30 мл/мин).

Определение проводят по следующей методике. Из модельной смеси, содержащей нитробензол (НБ) и бензальдегид (БА), в массовом соотношении 1:10, путем разбавления определённого её объёма водой до 200 мл готовят серию стандартных растворов

№	объём смеси, мл	НБ, мкг/мл	БА, мкг/мл
1	0,020	10,0	100,0
2	0,050	25,0	250,0
3	0,10	50,0	500,0
4	0,20	100,0	1000,0

В делительную воронку помещают 10,0 мл стандартного раствора и прибавляют 1,0 мл н-гексана. Экстрагируют в течении 2 минут. После расслоения фаз водный слой (нижний) выбрасывают, гексановый (верхний) слой сливают во флакон из стеклодрота. В хроматограф вводят 1 мкл полученного гексанового экстракта. Аналогичным образом получают гексановый экстракт для исследуемого раствора, содержащего неизвестные концентрации нитробензола и бензальдегида, и затем 1 мкл этого экстракта вводят в хроматограф.

Обработка хроматограмм. Линейкой измеряют расстояние от момента ввода пробы до максимума каждого пика (l_i, мм). Затем рассчитывают время удерживания каждого вещества (сек):

где v - скорость движения диаграмной ленты (мм/сек)

Сравнивают t_R веществ, присутствующих в задаче, и t_R веществ, находящихся в стандартных растворах.

Количественный анализ проводится методом градуировочного графика по высотам (или площадям) пиков. Площадь пика рассчитывают по формуле S = w_0,5h , h - высота пика, мм; w_0,5 - ширина пика на половине высоты, мм. Данные заносят в таблицу.

№	нитробензол - h (S)	бензальдегид - h (S)
1
2
3
4

Методом наименьших квадратов рассчитывают уравнение прямолинейной зависимости С от h или C от S. По рассчитанному уравнению, используя найденные h пиков нитробензола и бензальдегида в задаче, определяют концентрации веществ в анализируемом образце воды.