Туркельтауб Г.Н. Хроматография элементоорганических олигомеров

22

отбрасывают, пользуясь критическим параметром Ткр (для уровня значимости = 0,05). Оставшиеся достоверные величины fi усредняют (число оставшихся достоверных значений должно быть не меньше 4). Для характеристики воспроизводимости

его среднему значению (на заданном уровне доверительной вероятности Р = 0,95). Сводку данных о воспроизводимости и правильности значений fi

оформляют в виде таблицы 3.

II. Количественный анализ контрольных смесей методом внутренней нормализации.

Здесь тоже необходимо получить 4

хроматограммы контрольной смеси: воспроизводимых и удобных для последующей

обработки. Площади пиков, измеренные на каждой

хроматограмме (вручную или с помощью интегратора) представляют в виде таблицы 3.

Ci = [fi Pi/ fi Pi] . 100

Cогласно этой формуле для каждой хроматограммы определяют состав контрольной смеси без учета и с учетом поправочных коэффициентов (результаты заносятся в табл.3).

Выпадающие из ряда значения С отбрасывают,

11

Отношение коэффициентов емкости для молекул анализируемого вещества, которое получено на двух подвижных фазах различной силы ( 01 и 02) может быть представлено следующим

выражением

(k2/k1) = Ai ( 01 – 02)

Параметр ° позволяет также оценить полярность

растворителя (смотри приложение). Полярность смеси растворителей можно рассчитать по формуле

°AB= °АВ+(1/ nb) log [Nb 10{ nb( °B — °А)} + 1-Nb},

где Nb–мольная доля более сильного растворителя В в подвижной фазе; nb —размер молекулы растворителя В; —параметр активности сорбента; n

= отношение площадей молекул сорбата и более

сильного компонента (В) подвижной фазы.

В практике используется более простое выражение для определения зависимости коэффициента емкости от мольной доли более сильного растворителя В

lgk = a –nlg Nb ,

где a и n — константы.

В качестве объектов анализа исследованы жидкости ПФМС-5, ПФМС-6, которые представляют

собой смесь линейных и циклических метилфенилолигосилоксанов следующей структуры:

(СН3)(C6H5)2Si[OSiCH3C6H5]nOSi(C6H5)2(CH3),

где n - меняется от нуля до двадцати шести.

В ряде случаев целесообразно определить среднечисленную молекулярную массу Mn

12

Mn = MiNi/Ni = Mi i, которая

в нашем случае рассчитывается из хроматограммы.

Cредневесовая молекулярная масса

Mw

Mw = Mi2Ni/ MiNi = Mi i

i и i —числовая и массовая доля

макромолекул с молекулярной массой Mi.

Хроматограф и условия проведения хроматографического анализа.

Высокоэффективный жидкостной хроматограф фирмы “Джилсон” с УФ-спектрометром в качестве детектора.

Колонка длиной 250 мм, диаметром 4 мм

заполнена сорбентом: Zorbax ODS. Подвижная фаза - ацетонитрил. Микрошприц фирмы “Гамилтон” (или равноценный ему) на 10 мкл. Величина пробы 5 мкл.

Скорость подвижной фазы (ацетонитрила)

установлена 1,5 мл\мин.

Качество подобранных условий разделения и

надежность полученных количественных результатов обеспечивается наличием “Стандартного образца”[4].

Если “стандартный образец” отсутствует, то он заменяется “искусственной смесью”, которая имеет

известный качественный и количественный состав. Современный высокоэффективный жидкостной

(или газовый) хроматограф управляется с помощью персонального компьютера. Компьютер управляет работой одного или двух насосов, которые

обеспечивают состав подвижной фазы и скорость ее

21

внутренней нормализации).

Для проведения абсолютной калибровки и нахождения поправочного коэффициента fi одну и ту же смесь известного состава хроматографируют несколько раз. При этом при необходимости

производится переключение делителя сигнала на

измерительном блоке хроматографа, чтобы записывались пики высотой в пределах 50-90%

шкалы самописца и соотношением высоты к

основанию от 3 до 5. На хроматограммах не должно быть зашкаленных и не полностью разделенных пиков. На каждой хроматограмме следует отмечать момент ввода пробы. (Если интегратор не работает, то хроматограммы рассчитывают вручную.)

После получения четырех воспроизводимых хроматограмм каждой смеси выключают хроматограф, срезают диаграммную ленту с полученными хроматограммами и приступают к

обработке результатов.

Результаты записываются в таблицу 1. Поправочный коэффициент fi рассчитывают по

следующей формуле:

где

Ci - содержание i-ого компонента в смеси; q - величина пробы;

Pi - площадь i -ого компонента.

Значения fi рассчитываются по результатам обработки 4 хроматограмм одной и той же смеси и записываются в таблицу 2.

Сомнительные, выпадающие из ряда значения fi

20

ширины диаграммной ленты или пики начинают зашкаливать, то следует увеличить или уменьшить множитель шкалы делителя.

Качественный анализ проводят по временам удерживания индивидуальных соединений. Поскольку

времена удерживания зависят от скорости газа-

носителя, температуры колонки, уноса неподвижной фазы с колонки, то часто пользуются относительными

временами удерживания. При этом времена

удерживания всех компонентов смеси рассчитывают относительно времени дополнительно введенного в

смесь стандартного вещества или компонента, выбранного из данной смеси.

Выберем в качестве такого компонента

(СН3)3Si[OSiCH3C6H5]2OSi(CH3)3.

Рассчитаем относительные времена удерживания по формуле

Тотн = ( Тi - Tm)/(Tst - Tm), где

Tm - мертвое время колонки.

Для определения мертвого объема следует

определить время удерживания воздуха. При данных

условиях хроматографического анализа воздух можно заменить ацетоном или другим низкокипящим

растворителем.

Количественный анализ

Главной задачей количественного анализа смеси является определение зависимости между сигналом детектора и количеством вещества в смеси.

Количественный хроматографический анализ предусматривает градуировку прибора либо в прямой форме (так называемый метод абсолютной калибровки), либо в косвенной (например, метод

13

прохождения через колонку согласно предварительно заданной программе. Соединения, выходящие (элюирующие) из колонки направляются в УФспектрометр, где они фиксируются при заданной длине волны.

Задается время анализа (например, 45 мин).

По истечении заданного времени анализа, полученная хроматограмма записывается в память

компьютера. Выбирается метод расчета состава

смеси. Согласно ранее выбранному методу расчета определяется содержание всех компонентов, присутствующих в смеси. Результаты расчета записываются в память компьютера. Прибор готов для нового анализа.

Проведение хроматографического анализа

Включить хроматограф фирмы “Джилсон” и

вывести его на режим. (Колонка установлена,

герметичность линий проверена.) Спустя 20-30 мин

после включения насосов, включить УФ-спектрометр.

Спустя еще 5 -10 мин включить программу персонального компьютера в режиме “Анализ”.

Задать время анализа 10-20 мин.

Промыть петлю дозатора. Для этого надо ввести в дозатор микрошприцем “Гамилтон” 4-6 проб

по 10 мкл. Включить опцию программы персонального компьютера “Начало анализа”. Спустя 10 секунд на

мониторе появится требование “Ввести пробу”. После этого ввести микрошприц в отверстие дозатора.

Впрыснуть пробу в “Дозирующую петлю”. Повернуть ручку крана-дозатора против часовой стрелки до упора. Зафиксировать его в этом положении на 2-3 секунды. Затем вернуть ручку крана-дозатора в

исходное положение. Для первого ввода

14

целесообразно использовать чистый растворитель (ацетонитрил), который служит в данной работе в качестве “подвижной фазы”. На мониторе будет зафиксирована полученная хроматограмма. После того как заданное время анализа (10-20 мин) будет

исчерпано, программа персонального компьютера

автоматически занесет в память хроматограмму и расчет содержания компонентов, обнаруженных в

ходе анализа. Если в результате описанного анализа

хроматограмма покажет наличие посторонних примесей, то анализ необходимо повторить.

Затем в хроматограф вводится проба искусственной смеси. Условия анализа задаются на основе ранее разработанной методики.

Качественный анализ проводят по временам удерживания индивидуальных полимергомологов, которые были получены методом препаративной газовой и препаративной жидкостной хроматографии.

Найденные времена удерживания индивидуальных

полимергомологов заносятся в память компьютера.

Затем в хроматограф вводится проба

анализируемой смеси. После окончания анализа компьютер распечатывает хроматограмму. Кроме

того, проводится количественный расчет методом

“нормализации площадей”. (Площадь пика Pi каждого полимергомолога относится к сумме всех площадей

Pi.) Если в жидкости присутствуют полимергомологи существенно отличающиеся по коэффициенту экстинкции (например, наряду с

олигометилфенилсилоксанами присутствуют

олигодиметилсилоксаны), то необходимо ввести поправочные коэффициенты.

Современный хроматограф полностью берет на себя всю часть рутинной работы по обработке

19

газа-носителя гелия 15 мл\мин. Ток детектора по теплопроводности -120 мА. Скорость ленты 1 см/мин. В работе были использованы искусственные смеси, имеющие известный качественный и количественный состав. Дозирование осуществляется микрошприцем

МШ-10 (или аналогичным ему шприцем). Доза 2 мкл.

Техника безопасности.

Не проводить разборку или устранение

неисправностей электронных блоков (и других частей

хроматографа) без отключения напряжения.

Проведение работы на хроматографе.

Включить хроматограф и вывести его на режим. (Колонка установлена, герметичность газовых линий проверена.) Скорость газа-носителя установлена и равна 15 мл/мин. О выходе прибора на режим судят по достижению заданной температуры, которая

высвечивается на индикаторе хроматографа.

Спустя 20-30 мин после выхода термостата детектора

на режим включают ток детектора и самописец. В зависимости от высоты пика выбирается множитель

шкалы делителя от 32 до 2048.

Запишите на хроматограмме условия анализа. Наберите в шприц пробу 2 мкл, и введите пробу в

хроматограф. Одновременно включите секундомер. (Для хроматографа “Цвет-500” следует нажать левую

кнопку выносного пульта, после чего начнется отсчет времени на экране интегратора.)

На хроматограмме запишите время выхода каждого

пика. Если высота пика составляет менее 20% от

18

Хроматограф и условия проведения хроматографического анализа.

Современный газовый (как и жидкостной)

хроматограф управляется с помощью персонального компьютера. Компьютер устанавливает согласно программе температуру испарителя, детектора, колонок. Компьютер осуществляет программируемый нагрев и охлаждение колонок. Компьютер обеспечивает качественный и количественный обсчет

результатов. Однако поскольку многие лаборатории

пользуются морально устаревшим оборудованием, то целесообразно наряду с работой на современном

хроматографе (смотри лабораторную работу по

жидкостной хроматографии) дать описание работы на таком оборудовании.

Качество подобранных условий разделения и

надежность полученных количественных результатов обеспечивается наличием “Стандартного образца”[4]. Если “стандартный образец” отсутствует, то он заменяется

“искусственной смесью”, которая имеет известный

качественный и количественный состав. Хроматограф с детектором по теплопроводности.

Температура термостата детекторов 300 С. Температура испарителя (желательно) 450 С.

Вкачестве неподвижной фазы использован

метилсилоксановый каучук SE-30 (или

карборансилоксановая жидкость дексил 300).

Для хроматографа “Цвет-500” применяется колонка длиной 1 м, диаметром 2 мм. Эта колонка заполнялась сорбентом: хроматон N, пропитанным 5% SE-30. Температура колонок 290 С. Скорость

15

результатов, но заложенная в него программа требует внесения тех или иных дополнительных данных. Для правильного использования поправочных (калибровочных) коэффициентов надо предварительно провести идентификацию всех или

хотя бы большинства компонентов смеси. Как

правило, исследователь располагает лишь небольшим набором индивидуальных веществ. В

этом случае отнесение к тому или иному ряду

полимергомологов может быть проведено путем построения графика зависимости логарифма фактора емкости от номера члена гомологического ряда. Если в жидкости присутствуют полиметилфенилсилоксаны и полидиметилсилоксаны на графике получатся две прямые. Так как многие жидкости характеризуются средней молекулярной массой, то иногда среднечисленную молекулярную массу желательно рассчитать из полученной хроматограммы

Для нахождения поправочного коэффициента fi одну и ту же смесь (искусственную смесь) известного

состава хроматографируют несколько раз. Эти

результаты заносятся в память компьютера. На основе этих результатов программа рассчитывает

поправочные коэффициенты. Чтобы лучше понимать

смысл поправочного коэффициента нами подробно рассматривается расчет его “вручную” (в работе по

газовой хроматографии). Здесь лишь напомним, что

поправочный коэффициент представляет собой котангенс угла наклона прямой зависимости площади пика от количества полимергомолога. Коэффициент fi рассчитывают по следующей формуле:

16

Ci - содержание i-ого компонента в искусственной смеси; q - величина пробы; Pi - площадь пика i -ого

компонента.

Обычно принимается, что коэффициенты для соединений

одного гомологического ряда (ряда

полимергомологов) постоянны. Количественное содержание компонентов смеси рассчитывается по

следующей формуле:

Ci = [fi Pi/ fi Pi] . 100

Такой количественный расчет проводится

программой автоматически.

Техника безопасности.

Не проводить разборку или устранение

неисправностей электронных блоков (и других частей хроматографа) без отключения напряжения. Прибор должен быть помещен в вытяжной шкаф.

Задание

На жидкостном хроматографе проанализировать полиметилфенилсилоксановую

жидкость, то есть определить количественный и

качественный состав. Провести идентификацию компонентов. Построить график зависимости

логарифма фактора емкости от номера члена гомологического ряда. Предварительно рассчитать

коэффициенты емкости для всех анализируемых

соединений. Зная количественный и качественный состав жидкости рассчитать среднечисленную молекулярную массу.

17

Лабораторная работа № 2

Анализ полиметилфенилсилоксановой жидкости ПФМС-2 (ПФМС-2\5л) методом газовой хроматографии

Введение и краткая теория.

Анализ полимерных (олигомерных) соединений

при использовании хроматографии в газовой фазе

ограничен высокой температурой кипения и недостаточной термической устойчивостью

анализируемых соединений. Однако в газовой

хроматографии можно подобрать условия таким образом, чтобы парциальное давление анализируемых соединений не превышало 1-2 мм. рт. ст. При этом температура колонки будет ниже температуры кипения анализируемых соединений на

200-300 С.

Жидкость ПФМС-2 представляет собой смесь линейных и циклических метилфенилолигосилоксанов

следующей структуры: (СН3)3Si[OSiCH3C6H5]nOSi(CH3)3 и [SiOCH3C6H5]n ,

где n - меняется от нуля до четырех для линейных и от трех до четырех для циклических соединений.

Основным компонентом анализируемой жидкости

является линейный пентамер

(СН3)3Si[OSiCH3C6H5]3OSi(CH3)3. Его концентрация в жидкости ПФМС-2 достигает 60-70%, а в ПФМС-2\5л - 90-98%.