Хроматограма та її характеристики

 

У сучасній хроматографії хроматограма – це графік залежності величини аналітичного сигналу (чи концентрації речовини/речовин) від об'єму рухомої фази або часу проведення аналізу. Хроматограма може містити одну і більше кривих елюювання окремих компонентів (залежно від складу суміші). Криві елюювання ще називають хроматографічними піками. На рис.5 зображено криву елюювання одного компонента. При відсутності проби через колонку проходить тільки газ-носій і реєстратор настроюється таким чином, що перо самописця виписує пряму лінію АВ, паралельну краю діаграми. Ця пряма називається базовою лінією.

Розглянемо основні хроматографічні параметри, що характеризують поведінку речовини в колонці.

В деякий момент часу A (t₀=0, V₀=0) у колонку вводять газуватий або розчинений компонент, а потім промивають колонку з певною швидкістю деяким газом або розчинником (рухомою фазою), який десорбує (елює) цей компонент. Період часу t_r, що минув від початку введення проби в сорбційну колонку до досягнення максимуму на кривій елюювання (відрізок АD), називають часом утримування. В свою чергу цей період часу складається з часу перебування t₀ молекул сорбату у вільному, незаповненому сорбентом об'ємі колонки (відрізок AA') та з часу t'_r впродовж якого молекули сорбату знаходяться в сорбованому стані й рухаються уздовж шару сорбенту (відрізок A'D): t_r=t₀ + t'_r

 

 

Рис. 5. Хроматограма та її характеристики: A – введення проби; A' – вихід з колонки речовини (рухомої фази), яка не сорбується; C_і - концентрація сорбату на виході з колонки

 

Вільний час (мертвий час) t₀ дорівнює часу виходу з колонки компонента, який зовсім не взаємодіє з нерухомою фазою, тобто не утримується. Отже, якщо через колонку пропустити компонент, який не утримується, можна знайти час t₀.

Вільний час хроматографічної колонки залежить від її розмірів та щільності упакування сорбенту, через це в колонках з однаковим сорбентом, але з різним ступенем щільності його упакування вільний час може бути різним. Тому справжню адсорбційну здатність даної колонки, від якої залежить швидкість просування речовини, характеризують так званим виправленим часом утримування t'_r:

t'_r=t_r - t₀ .

Величина t'_r залежить також від маси адсорбенту (m, г) та температури (t, °С). Тому більш універсальною характеристикою швидкості руху адсорбату вздовж колонки за певної швидкості потоку рухомої фази є питомий час утримування t_пит:

Швидкість руху адсорбату можна також характеризувати величиною утримуваного об'єму V_r і відстані утримування l_r – відповідного відрізка на хроматограмі у см. Якщо об'ємну швидкість потоку рухомої фази позначити символом ω (см³/с), то

V_r = t_r∙ω.

Величину ω вимірюють пінним вимірювачем швидкості, встановленим на виході газу з колонки. Час утримування (t_r) вимірюють секундоміром від моменту введення проби до виходу максимуму концентрації компонента.

Час утримування зручно розраховувати за відстанню утримування l_r в мм, виміряною на діаграмі від моменту введення проби до максимуму піка, і швидкістю руху стрічки самописця U в мм/с:

t_r = l_r/U

Виправлений утримуваний об'єм відповідно дорівнює:

V'_r = (t_r - t₀ )∙ω = t_r∙ ω – t₀ ∙ ω= V_r –V₀

Аналогічно зазначеному вище, для питомого утримуваного об'єму можна записати:

де m – маса сорбента,

ρ – густина сорбента,

T – температура колонки.

V_пит.≈Г, тобто коефіцієнт Генрі характеризує величину утримання сорбата одиницею об’єму нерухомої фази. Тому величина V_пит. – фізико-хімічна константа, яка залежить тільки від властивостей речовини, сорбента і температури та не залежить від концентрації речовини і маси сорбента.

За дотримання однакових умов проведення хроматографічного аналізу t'_r та V'_r або t_пит і V_пит є характеристичними величинами для кожної речовини, їх використовують для ідентифікації компонентів газової або рідкої суміші.

Для кількісного хроматографічного аналізу використовують висоту (h) максимуму на кривій елюювання або площу (S) під нею, які є прямопропорційними вмісту визначуваної газової чи розчиненої речовини в суміші, що аналізується.