Применение метода газожидкостнойй хроматографии в анализе лекарственных форм

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ГБОУ ВПО «Смоленская государственная медицинская академия Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию»

Кафедра фармацевтической химии и фармакогнозии

КУРСОВАЯ РАБОТА

По предмету: «Фармацевтическая химия»

на тему: «Применение метода газожидкостнойй хроматографии в анализе лекарственных форм»

Бобуров Антон Сергеевич

г. Смоленск, 2017

Содержание

Введение

Цель и задачи курсовой работы

Глава I. История развития хроматографии

Основы хроматографии

Газожидкостная хроматография

Газовый хроматограф

Способы ввода пробы

Детекторы

Хроматограмма

Параметры удерживания

Практическое применение

Качественный газохроматографический анализ

Количественный анализ

Глава II. Практическая часть. Количественное определение б-токоферола ацетат методом ГЖХ

Заключение

Список использованной литературы



Введение

Одна из важных задач современной химии - надежный и точный анализ органических веществ, часто близких по строению и свойствам. Без этого невозможно проведение химических, биохимических и медицинских исследований, на этом в значительной степени базируются экологические методы анализа окружающей среды, криминалистическая экспертиза, а также химическая, нефтяная, газовая, пищевая, медицинская отрасли промышленности и многие другие отрасли народного хозяйства.

Один из наиболее чувствительных методов - хроматографический анализ, впервые предложенный российским ученым М.С.Цветом в начале XX в. и к концу века превратившийся в мощнейший инструмент, без которого уже не могут обходиться как синтетики, так и химики, работающие в других областях. Наибольшее значение приобрели тонкослойная, газожидкостная и высокоэффективная жидкостная и ионная хроматография. Будучи несложной по технике выполнения, тонкослойная хроматография хороша при определении пестицидов и других органических соединений-загрязнителей. Газожидкостная хроматография эффективна при анализе многокомпонентных смесей летучих органических веществ.

В своей курсовой работе мне хотелось бы проследить как газожидкостная хроматографии применяется в анализе терпенов.



Цель и задачи курсовой работы

Цель: изучит метод ГЖХ и его применение в анализе лекарственных форм.

Для достижения цели поставлены следующие задачи:

1. Углубить и расширить знания по изучаемой дисциплине;

2. Рассмотреть основы и принцип работы метода;

3. Изучить процесс анализа веществ с помощью метода ГЖХ;

4. Описать методы количественного качественного анализа веществ с помощью ГЖХ;

5. Применить знания, полученные в процессе обучения, в изучении данной темы курсовой работы.



Глава I. История развития хроматографии

Впервые термин "хроматография" был использован российским биологом Михаилом Семеновичем Цветом для описания разработанного им метода разделения компонентов хлорофилла на бумаге. Это произошло 21 марта 1903 г, когда Михаил Семенович Цвет, в то время работавший в должности ассистента (официально - в должности внештатного лаборанта) кафедры анатомии и физиологии растений Варшавского университета, прочитал свой знаменательный доклад "О новой категории адсорбционных явлений и о применении их к биологическому анализу". Эксперименты в области адсорбции, приведшие в итоге к открытию хроматографии, ученый начал двумя годами раньше - в возрасте 28 лет. Подробное изложение принципов и возможностей своего хроматографического метода он дал в 1906 г . в двух статьях на немецком языке и в книге 1910 г . "Хромофиллы в растительном и животном мире".

По экспертным оценкам, хроматография относится к 20 выдающимся открытиям прошедшего столетия, которые в наибольшей степени преобразовали науку, а через нее определили уровень развития техники и промышленности, цивилизации в целом. Хотя по образованию и роду занятий Цвет был ботаником, результаты его открытия столь значимы для всех естественных наук, что Федерация европейских химических обществ, например, приводит имя Цвета, наряду с четырьмя другими русскими именами - Ломоносова, Менделеева, Бутлерова и Семенова, - в числе ста выдающихся химиков прошлого.

В конце своего 100-летия хроматография представляет собой:

· самый распространенный и совершенный метод разделения смесей атомов, изотопов, молекул, всех типов изомерных молекул, включая и оптические изомеры, макромолекул (синтетических полимеров и биополимеров), ионов, устойчивых свободных радикалов, комплексов, ассоциатов, микрочастиц;

· уникальный метод качественного и количественного анализа сложных многокомпонентных смесей:

· самостоятельное научное направление и важный физико-химический метод исследования и измерения;

· препаративный и промышленный метод выделения веществ в чистом виде;

· мощную отрасль научного приборостроения.

Ни один аналитический метод не может конкурировать с хроматографией по универсальности применения и эффективности разделения самых сложных многокомпонентных смесей. На современных газохроматографических капиллярных колонках в одном эксперименте могут быть разделены, количественно и качественно определены более 1000 индивидуальных компонентов, например, в бензиновых фракциях нефти; двумерный электрофорез позволяет увидеть до 2000 белков в биологических объектах или пептидов в гидролизатах белков. Только благодаря сочетанию разнообразных методов хроматографии и капиллярного электрофореза стала возможной расшифровка нуклеотидной последовательности ДНК и завершение работ по программе "Геном человека". Используя хроматографию, можно определить содержание супертоксикантов, в частности, полихлорированных диоксинов в объектах окружающей среды при крайне низких концентрациях этих веществ (10-10%).

Основы хроматографии

Хроматография [гр. сhrцmatos ? цвет + graphц ? пишу] -- метод разделения, анализа и физико-химических исследований веществ, основанный на перемещении зоны вещества вдоль слоя сорбента в потоке подвижной фазы с многократным повторением сорбционных и десорбционных актов. При этом разделяемые вещества распределяются между двумя несмешивающимися фазами (в зависимости от их относительной растворимости в каждой фазе): подвижной и неподвижной.

Сущность метода заключается в различной скорости перемещения веществ некоторой анализируемой смеси вдоль слоя сорбента (неподвижной фазы - НФ) в потоке элюента (подвижной фазы - ПФ). Скорость перемещения веществ связана с различным распределением разделяемых веществ между двумя фазами из-за неодинакового взаимодействия с ними. В результате исходная смесь разделяется на слои, содержащие более или менее чистые вещества, которые могут быть проанализированы.

В зависимости от выполняемых задач хроматография бывает:

· аналитической, когда производится исследование физико-химических характеристик веществ при использовании хроматографической аппаратуры и на основании параметров хроматографических зон;

· препаративной, используемой для выделения небольших количеств чистых компонентов в лабораторных условиях;

· промышленной, применяемой для получения чистых веществ в значительных количествах.

Распространены также комплексные (гибридные) методы.

В настоящее время получили распространение следующие виды хроматографии:

1. Газовая. Производится разделение и анализ газообразных веществ в потоке элюента-газа (водород, гелий, азот).

2. Жидкостная. Разделение веществ производится в потоке жидкого элюента (н-гексан, диметилформамид, ацетонитрил и т.д.).

Более подробная классификация вариантов хроматографического анализа в зависимости от используемых подвижной и неподвижной фаз и характера межмолекулярных взаимодействий дана в таблицах 1-3.



Таблица 1. Варианты хроматографии по фазовым состояниям

Подвижная фаза	Неподвижная фаза	Название метода
Газ	Твёрдый адсорбент Жидкость	Газоадсорбционная Газожидкостная
Жидкость	Твёрдый адсорбент Жидкость	Жидкостно-адсорбционная Жидкость-жидкостная
Газ или пар в сверхкритическом состоянии	Твёрдый адсорбент Жидкость	Флюидно-адсорбционная Флюидно-жидкостная
Коллоидная система	Сложная композиция твёрдых и жидких компонентов	Полифазная хроматография

Таблица 2. Варианты хроматографии по характеру взаимодействий

Механизм процесса разделения	Вариант хроматографии
Различная сорбируемость компонентов смеси твёрдым неподвижным адсорбентом	Адсорбционная
Различная растворимость компонентов смеси в жидкой НФ	Распределительная
Различие констант ионного обмена между НФ и компонентами разделяемой смеси	Ионообменная
Разная проницаемость молекул компонентов в неподвижную фазу (высокопористый неионогенный гель).	Эксклюзионная (молекулярно-ситовая)
Различная способность разделяемых компонентов выпадать в осадок на твёрдой НФ	Осадочная
Образование водородных связей, химическое сродство отдельных компонентов и т.д.	Хемосорбционная
Различная скорость движения заряжённых частиц компонентов под воздействием внешнего напряжения	Электрохроматография

Таблица 3. Варианты хроматографии по способу проведения процесса

Способ проведения	Вариант хроматографии
В цилиндрическом слое сорбента	Колоночная
В слое сорбента на плоской поверхности	Планарная
В пленке жидкости или слое сорбента, размещенном на внутренней стенке трубки	Капиллярная
В полях электрических, магнитных, центробежных и других сил	Хроматография в полях сил

В зависимости от способа перемещения разделяемой смеси вдоль слоя сорбента различают следующие варианты хроматографии: фронтальный, проявительный и вытеснительный.

При фронтальном варианте в слой сорбента непрерывно вводится разделяемая смесь, состоящая из газа-носителя и разделяемых компонентов, например 1, 2, 3, 4, которая сама является подвижной фазой. Через некоторое время после начала процесса наименее сорбируемый компонент (например, 1) опережает остальные и выходит в виде зоны чистого вещества раньше всех, а за ним в порядке сорбируемости последовательно располагаются зоны смесей компонентов: 1 + 2, 1 + 2 + 3, 1 + 2 + 3 + 4.

Проявительный (элюационный) метод заключается в том, что компоненты смеси (сорбаты) переносятся через сорбционный слой потоком вещества (элюента), сорбирующегося хуже любого из сорбатов. В ходе проявительного анализа разделенные компоненты анализируемой смеси выходят из хроматографической колонки в потоке элюента отдельными зонами, между которыми (при достаточно четком разделении) из колонки выходит чистый элюент. Это наиболее употребительный употребительный вариант хроматографии.

Вытеснительный метод заключается в переносе разделяемой смеси потоком вещества (вытеснителя), сорбирующегося сильнее любого из компонентов смеси. В ходе вытеснительного анализа образуются отдельные примыкающие друг к другу зоны компонентов, между которыми окажутся зоны их смеси. Порядок элюирования компонентов характеризует их физико-химические свойства, а ширина полосы (не высота!) пропорциональна концентрации данного компонента. Вытеснительный анализ как метод разделения имеет весьма ограниченное применение и крайне редко используется в количественном анализе.

Существуют два основных метода хроматографического определения состава смесей:

1) метод выходной кривой (применяется в основном, в колоночной и капиллярной хроматографии); основан на непрерывном определении свойства выходящего из колонки потока как функции времени или объема пропущенного вещества;

2) метод слоя, заключающийся в определении изменения свойства смеси по длине сорбционного слоя.

В первом варианте проба, растворённая в подвижной фазе, вводится в верхнюю часть колонки. Затем с использованием подвижной фазы осуществляется элюирование разделяемых веществ до тех пор, пока они не будут детектированы в конце колонки.

Поясним принцип элюирования на примере разделения веществ А и В.

После того как проба введена в колонку, её компоненты распределяются между подвижной и неподвижной фазами. Если подвижная фаза после этого непрерывно поступает в форме элюента, вещества распределяются вдоль колонки между порциями подвижной и новыми частями неподвижной фаз. Для соединений, удерживающихся сильнее на неподвижной фазе, требуется больше времени для разделения, чем для веществ, взаимодействующих слабее. В идеале вещества разделяются после соответствующего времени элюирования и индивидуально детектируются в конце колонки.

Хроматограммой называется запись сигнала детектора как функции времени элюирования.

Газожидкостная хроматография

Газовая хроматография - группа хроматографических методов, в которых подвижная фаза газообразна (находится в состоянии

газа или пара).

В соответствии с типом используемых неподвижных фаз газохро-матографические методы подразделяются на газо-адсорбционный и газо-жидкостный. Разделение компонентов анализируемой смеси в газо-адсорбционном варианте основано на различии разделяемых веществ в величинах адсорбции на поверхности адсорбента, а в случае газожидкостной хроматографии на различии в растворимости компонентов анализируемой смеси в неподвижной жидкой фазе.

Принцип разделения веществ в газовой хроматографии - неодинаковое сродство веществ к летучей подвижной фазе и стационарной фазе в колонке. После прохождения колонки вещества последовательно выходят из неё и регистрируются детектором. Сигнал детектора записывается в виде хроматограммы автоматическим потенциометром (самописцем) или же регистрируется компьютером.

Газовый хроматограф

Газовый хроматограф представляет собой прибор, использующий принцип хроматографии в системах газ - адсорбент или газ - жидкость. В аппаратурном оформлении это совокупность нескольких самостоятельных, параллельно функционирующих систем: источник газа-носителя и блок подготовки газов, испаритель, термостат колонок и сами хроматографические колонки, детектор, система регистрации и обработки данных.

В ГАХ и ГЖХ используется один и тот же прибор. Различие между данными вариантами газовой хроматографии заключается лишь в содержимом хроматографической колонки.

Типичная блок-схема газового хроматографа изображена на рисунке 1.



Рис. 1. Принципиальная схема газового хроматографа:

1 - система подготовки газов; 2 - система дозирования; 3 - колонка; 4 - система термостатирования; 5 - система детектирования; 6 - блок питания детектора; 7 - усилитель сигнала детектора; 8 - регистратор (самописец, компьютер); 9 - измерители режима хроматографа (расход газов, стабилизация температур и электрического питания детекторов

Система подготовки газов служит для установки, стабилизации и очистки потоков газа-носителя и дополнительных газов. Она включает блок регулировки расходов газов, обеспечивающий очистку, подачу и стабилизацию скорости: и расхода газа-носителя в колонку, а также других газов, необходимых для работы детектора, например, воздуха и водорода для пламенно-ионизационного детектора

Система дозирования позволяет вводить в поток газа-носителя определенное количество анализируемой смеси в газообразном или жидком состоянии. Представляет собой устройство с самоуплотняющейся резиновой мембраной или кран-дозатор.

Устройство ввода пробы необходимо термостатировать при температуре, равной температуре колонки или выше на 20-30°С.

Система детектирования преобразует соответствующие изменения физических или физико-химических свойств бинарных смесей (компонент - газ-носитель по сравнению с чистым газом носителем) в электрический сигнал. Величина сигнала зависит как от природы компонента, так и от содержания его в анализируемой смеси.

Система термостатирования служит для установки и поддерживания рабочих температур термостатов колонок (до 350°С), испарителя, детектора и других узлов хроматографа.

Система регистрации преобразует изменения физико-химических параметров в электрический сигнал, величина и форма которого регистрируются на ленте самописца или в современном варианте на мониторе компьютера Прибор должен быть снабжен соответствующим электрометрическим усилителем, обеспечивающим получение на выходе электрического сигнала, пропорционального концентрации определяемого компонента в газе-носителе, выходящем из колонки.

Система инструментальной обработки данных позволяет вести управление экспериментом и обработку результатов в диалоговом режиме. С помощью компьютерных программ, имеющих алгоритм распознавания и сформированных банков данных, можно решать задачи расшифровки сложных хроматограмм и количественного определения компонентов.

Рассмотренная схема типична для обычного газового хроматографа, используемого в количественном анализе, однако газовый хроматограф может иметь гораздо более сложную схему, содержащую несколько колонок и детекторов, включающий автоматические устройства для подготовки и дозирования пробы.

Помимо этих общих основных элементов дополнительное оснащение газового хроматографа определяется его назначением: он может служить в качестве универсального аналитического прибора, для изучения физико-химических величин, в качестве универсального аналитического анализатора для контроля за составом смесей и для регулирования производственного процесса или в качестве анализатора элементного состава органических соединений.

Во всех случаях для надежного функционирования прибора необходимо подбирать соответствующие газы, параметры электрической схемы, насадочные или капиллярные колонки, приспособления для закрепления колонок в термостате и устройства для отбора и внесения проб в дозатор.

Способы ввода пробы

Устройство для ввода пробы (дозатор) предназначено для ввода в колонку определённого количества анализируемой пробы. Для дозирования газообразных веществ применяют газовые краны-дозаторы. Если анализируемая проба является жидкостью, её вводят с помощью специального микрошприца в испаритель. Испаритель представляет собой металлический блок, нагреваемый до определённой температуры, имеющий канал для ввода и испарения жидкой пробы. С одной стороны канал закрыт пробкой из самоуплотняющейся термостойкой силиконовой резины, а с другой стороны к нему присоединена хроматографическая колонка. В канал подаётся поток предварительно нагретого газа-носителя. Проба, введённая в канал испарителя, быстро испаряется и переносится потоком газа-носителя в

колонку. Температура испарителя обычно выбирается равной или на

30-50 С более высокой, чем температура кипения наиболее высококипящего компонента анализируемой смеси и, как правило, на 20-30 С превышает температуру колонки.

Ввод проб в капиллярные колонки. Так как объем анализируемых проб при использовании капиллярных хроматографических колонок должен составлять 0.01 ? 0.001 мкл, обычными способами осуществить введение таких объемов непосредственно в испаритель невозможно. Поэтому используют способы ввода пробы, которые предусматривают деление введенного количества пробы на две неравные части. При этом обычное количество пробы (0.1-1.0 мкл) вводится в испаритель, испаряется и гомогенная смесь паров пробы с газом-носителем в специальном устройстве, которое называется делителем потока, разделяется на два неравных по своему объему и скорости потока: меньший по объему поток поступает в хроматографическую колонку, а больший - сбрасывается в атмосферу.

Если гомогенизация введенной в испаритель пробы полная, то образец будет делиться в отношении, определяемом отношением скоростей двух указанных потоков. Численное значение величины отношения этих потоков называется

отношением деления. На практике используются делители потока с отношением деления от 1:10 до 1:1000.

Детекторы

Детектор представляет собой устройство, предназначенное для обнаружения и количественного определения компонентов анализируемой смеси, выходящих из колонки в потоке газа-носителя. Работа детектора основана на преобразовании в электрический сигнал изменений физических, химических или физико-химических свойств газового потока, выходящего из колонки.

Основными характеристиками хроматографических детекторов

являются:

· чувствительность,

· предел обнаружения,

· величина линейного динамического диапазона,

· быстродействие,

· селективность.

В ГЖХ неподвижной фазой является тонкая плёнка жидкости,

нанесённая на твёрдый носитель. Твердый носитель должен:

· эффективно удерживать требуемое количество неподвижной

жидкой фазы (от 1-2 до 20-30% от массы носителя);

· быть однородным, иметь сферическую форму частиц;

· быть термически и механически прочным;

· не взаимодействовать с разделяемыми веществами, адсорбция веществ на поверхности раздела газ-твёрдый-носитель

· должна быть минимальной.

В качестве твёрдых носителей в ГЖХ используются, главным образом, диатомитовые носители (хроматон N, хромосорб W, хезасорб N, инертон N и др.), получаемые путём обработки (прокаливание, обработка кислотами, щелочами, силанизирующими реагентами) диатомита - микроаморфной формы диоксида кремния. Реже в качестве твёрдых носителей применяют синтетические полимеры (например, тефлон), стеклянные шарики и т.д.

Вещества, используемые в качестве неподвижной жидкой фазы, должны:

· обладать хорошей разделительной способностью для компонентов анализируемой пробы;

· хорошо растворять определяемые компоненты;

· обладать небольшой вязкостью;

· химически не взаимодействовать с разделяемыми веществами, твёрдым носителем, подвижной фазой;

· быть нелетучими и химически стабильными при рабочей

температуре;

· при нанесении на твёрдый носитель прочно связываться с

ним, образуя тонкую равномерную плёнку.

Сквалан, апиезоны, метилсиликоны являются неполярными жидкими фазами. Среднюю полярность имеют фенилсиликоны, фторалкилсиликоны, сложные эфиры фталевой кислоты, фосфорной кислоты и т.д. К полярным жидким фазам относят карбоваксы, полиэтиленгликольадипинат, полиэтиленгликольсебацинат, полиэтиленгликольсукцинат (ДЭГС), сорбит, инозит и т.д. Неполярные жидкие фазы используют для разделения неполярных веществ, например, углеводородов, галогенпроизводных углеводородов, сложных эфиров и др. Полярные неподвижные фазы, наоборот, применяют, в основном, для разделения полярных веществ: спиртов, фенолов, альдегидов, кетонов и т.д. ^[4]

Хроматограмма

Каждому компоненту смеси на хроматограмме соответствует максимум регистрируемого сигнала детектора или концентрации компонента хроматографируемой смеси в элюенте. Кривую зависимости сигнала детектора от объема газа-носителя или от времени называют хроматограммой (элюционной кривой). В зависимости от типа используемого детектора получают дифференциальные и интегральные хроматограммы (рис. 5).

Рис. 2. Дифференциальная и интегральная хроматограммы

На дифференциальной хроматограмме различают следующие составные части: нулевую линию 1 - участок хроматограммы, полученной при регистрации сигнала дифференциального детектора во время выхода из колонки чистого газа-носителя; пик 2 - несорбирующегося компонента; пик 3 - участок хроматограммы, полученной при регистрации сигнала детектора во время выхода из колонки одного из определяемых компонентов (или смеси нескольких неразделенных компонентов).

Пик ограничивается фронтом, соответствующим возрастанию концентрации компонента до максимальной, и тылом, отвечающим убыванию концентрации компонента в газе-носителе. Расширение полосы компонента по мере прохождения ее через колонку, ведущее к получению широкого хроматографического пика, называют размытием пика. Размытие может быть симметричным и асимметричным.

В последнем случае образуется пик либо с размытым фронтом, либо с размытым тылом. Исходными экспериментальными данными, с помощью которых выполняется качественный газохроматографический анализ, являются элюционные характеристики.

Параметры удерживания

К числу первичных параметров удерживания относятся: время удерживания, объем удерживания и соответствующий им отрезок на хроматограмме - расстояние удерживания

Общее время удерживания (ф_R) - это время, прошедшее от момента ввода пробы до выхода максимума концентрации определяемого компонента. Время удерживания экспериментально определяется по секундомеру либо с помощью интегратора или системы автоматизации анализа (САА) и измеряется в минутах и секундах (n'n").

По мере движения вещества по колонке происходит размытие фронта вещества, поэтому пики получаются более широкими. По ширине пиков и общему времени удерживания можно рассчитать эффективность колонки (по аналогии с ректификационной колонкой):

где n - эффективность колонки (число теоретических тарелок); ф_R - время удерживания, м_0,5 - ширина пика на половине его высоты.

Время удерживания несорбируемого компонента (ф_M) - время выхода неудерживаемого компонента (подвижной фазы).

Расстояние удерживания (L_R) - это расстояние на хроматограмме от момента ввода пробы до выхода пика определяемого компонента. Измеряется на хроматограмме с помощью линейки от линии старта до вершины пика (в мм). Расстояние удерживания - непредставительная величина, так как она зависит от скорости перемещения диаграммной ленты и от других факторов.

Удерживаемый объем (V_R) - это объем газа-носителя (в см³), прошедший через хроматографическую колонку от момента ввода пробы до момента выхода максимальной концентрации определяемого вещества, измеренный при давлении и температуре на выходе из колонки. Объем удерживания находят по уравнению:

,

где F_об - объемная скорость газа-носителя (объем газа-носителя, протекающего за единицу времени через пенный расходомер, т.е. на выходе из колонки и при температуре колонки), см³/мин. При наличии специальных блоков точного задания и измерения расхода газа-носителя, с табло этих приборов снимаются показания скорости газа-носителя.

Перечисленные параметры при условии использования одной и той же температуры опыта и скорости газа-носителя являются качественной характеристикой анализируемых веществ в данных условиях на одном и том же приборе. Поэтому ими можно пользоваться для выполнения качественного анализа, только используя один и тот же прибор, строго соблюдая неизменность режима его работы.

Для сопоставления получаемых значений первичных параметров удерживания с литературными данными или полученными на другом приборе или в иных условиях (для той же неподвижной фазы и температуры колонки) необходимо помнить, что на них влияют следующие факторы:

а) свойства и количества НФ (адсорбента в газоадсорбционной хроматографии и сорбента в ГЖХ), причем в газожидкостной хроматографии влияет отдельно и НФ, и твердый носитель;

б) температура колонки и скорость газа-носителя;

в) конструктивные особенности применяемой аппаратуры;

г) перепад давления газа-носителя на входе и выходе колонки.

Практическое применение

Газовую хроматографию используют для разделения, идентификации и количественного определения различных соединений, в том числе и лекарственных веществ, которые обладают достаточной летучестью (перегоняются без разложения в интервале температур до 400С). Методом ГХ можно определять и малолетучие вещества, если известен способ их переведения в летучие производные.

Газовая хроматография может быть использована для определения веществ, разрушающихся при нагревании, если процесс термического разрушения вещества хорошо воспроизводим.

Качественный газохроматографический анализ

Качественную информацию о природе вещества несут в себе хроматографические характеристики удерживания, например исправленный удерживаемый объем или исправленное время удерживания. Как и вдругих методах, для надежной идентификации целесообразно сравнить характеристики неизвестного вещества и вещества предполагаемого состава (если таковое имеется в распоряжении), полученные в одинаковых условиях.

Последнее значение весьма существенно, поскольку параметры хроматографического удерживания очень сильно зависят от условий эксперимента. К таким условиям, в частности, относятся:

· температура колонки;

· скорость потока газа-носителя;

· природа газа-носителя;

· величина перепада газа в колонке;

· природа и количество неподвижной фазы;

· размеры колонки.

Принципиально возможно исключить влияние некоторых из этих факторов, если использовать значения удельных удерживаемых объемов. Однако определения этих значений часто требует достаточно длительного и трудоемкого эксперимента. Поэтому вместо абсолютных обычно используют относительные характеристики удерживания. Кроме того, для идентификации очень удобно применять спектроскопические методы детектирования, которые сами по себе часто являются источниками дополнительной информации о природе и составе вещества. Как правило, для этого используют масс-спектроскопию. ^[6]

В практике качественного хроматографического анализа чаще всего решаются задачи по определению групповой принадлежности веществ, содержащихся в анализируемом образце (углеводороды, спирты, альдегиды и т.д.) и идентификации компонентов смеси.

Качественный анализ проводится методом относительных (приведенных) удерживаний (объем или время) либо с помощью веществсвидетелей.

На рис.3 изображена типичная хроматограмма анализируемой смеси, состоящей из трех компонентов. На хроматограмме каждому компоненту анализируемой пробы соответствует пик.

рис.3 типичная хроматограмма

При сохранении в ходе опыта постоянными температуры колонки (изотермическая хроматография) и скорости газа-носителя основными качественными характеристиками являются удерживаемый объем (объем удерживания) (V_R) и время удерживания (t_R) анализируемого вещества (рис.4).



Рис.4. Разрешение пиков и параметры удерживания

Объемы и времена удерживания могут быть использованы для качественной характеристики соединения лишь при проведении анализа в строго заданных условиях на одном и том же приборе. Для сопоставления получаемых значений удерживаемых объемов с литературными данными или со значениями удерживаемых объемов, полученных на другом приборе или в иных условиях (для той же неподвижной фазы и температуры колонки), необходимо вводить поправку на объем газа-носителя, не принимающий участия в вымывании компонентов пробы (использовать приведенный объем удерживания, V^Ir).

На величину указанных параметров влияют следующие факторы:

· состав, свойства и количество неподвижной фазы (твердый носитель и нанесенный на него растворитель);

· условия проведения опыта - температура колонки и скорость газа-носителя;

· конструктивные особенности используемой аппаратуры;

· метод дозирования и величина дозы;

· природа газа-носителя, а также перепад давлений газа-носителя на входе и выходе колонки.

Совпадение величин удерживания неизвестного и стандартного соединений свидетельствует о том, что эти соединения могут быть идентичными. Для большей достоверности дополнительно получают данные об их хроматографическом поведении на колонках с различными неподвижными фазами. Если хроматографическое поведение стандартного и неизвестного веществ в таких случаях идентично, то достоверность идентификации возрастает до 99,0%.

Идентификация по параметрам удерживания характеризуется хорошей воспроизводимостью, относительное стандартное отклонение не превышает 2,0%.

Часто идентификацию проводят по относительному удерживанию

(tR _0TH., Vr отн..), т.е. по отношению приведенного удерживаемого времени (объема) определяемого компонента к приведенному удерживаемому времени (объему) вещества, принятого за стандарт:

Эта величина зависит только от состава подвижной и неподвижной фаз.

Зачастую идентификация, основанная на характеристиках удерживания веществ, оказывается несостоявшейся и недостаточной, особенно в исследовательских работах.

В настоящее время основным направлением газовой хроматографии становится исследование сложных смесей природных соединений и биологических материалов. Выделенные стандартные соединения в таких случаях обычно отсутствуют, а ряд компонентов анализируемой смеси почти всегда неизвестен. При этом не исключено перекрывание или неправильная идентификация пиков некоторых компонентов.

Поэтому в настоящее время уделяется значительное внимание разработке селективных детекторов, а хроматографический анализ дополняют спектрометрическим анализом, главным образом, масс-спектрометрией. Тем не менее, идентификация анализируемых компонентов по характеристикам удерживания (время удерживания, объем удерживания, относительный объем удерживания и т.д.) используется чаще всего, поскольку этот метод не требует сложного хроматографического оборудования.

Существует несколько вариантов идентификации на основе характеристик удерживания.

Один из вариантов состоит в сравнении анализируемой и эталонной смесей в одинаковых условиях.

Равенство времен удерживания пиков соответствующих компонентов обеих смесей может служить основанием идентификации. На рис.5 представлены хроматограммы испытуемой (а) и эталонной (б) смесей, полученные в одинаковых условиях. Равенство времен удерживания анализируемых и эталонных веществ при сопоставлении хроматограмм позволяет сделать вывод о присутствии в анализируемой смеси метанола и этанола.

Рис.5. Хроматограммы испытуемой (а) и эталонной (б) смесей

Другой вариант (метод метки, добавки) заключается в том, что в исследуемую смесь вводят эталонный компонент, наличие которого в этой смеси предполагается. Например, в разделяемой смеси необходимо контролировать присутствие метанола. По методу метки в данном случае снимают хроматограмму анализируемого образца (а), затем добавляют к нему для отождествления пика метанола стандарт метанола и получают повторную хроматограмму (б) (рис.6). Сопоставляя обе хроматограммы, обнаруживают, что на повторной хроматрграмме (б) пик компонента с временем удерживания 3,5 мин значительно увеличился

Следовательно, можно сделать вывод, что метанол в анализируемом образце присутствует, но в небольшом количестве.

Рис.6. Хроматограммы анализируемой смеси

В настоящее время имеются многочисленные таблицы со значениями относительных удерживаемых объемов для самых различных соединений. Анализируемую смесь разделяют на колонке при условиях, указанных соответствующей таблице, причем предварительно в смесь вводят небольшое количество веществ, служащих стандартами (например, несорбиуемый газ, воздух). На основе полученной хроматограммы рассчитывают относительные удерживаемые объемы или другие характеристики, полученные значения сравнивают с табличными данными.

Эффективным оказалось сочетание газовой хроматографии с ИК-пектроскопией и масс-спектрометрией. В первом случае хроматографически выделенные компоненты помещают в кювету спектрофотометра и снимают спектр. По каталогу спектров или по эталонным веществам идентифицируют анализируемые вещества. При идентификации методом масс-пектрометрии хроматографическую колонку соединяют с масс-пектрометром. Полученные масс-спектры сравнивают с имеющимися в аталогах. На основании такого сравнения проводят корректную идентификацию компонентов анализируемой смеси.

Количественный анализ

Велика потребность в выполнении количественных газохроматографических анализов в практике научно-исследовательских и особенно заводских и территориальных контрольно-аналитических лабораторий.

Количественный газохроматографический анализ позволяет:

· определять содержание одного, нескольких или всех компонентов в многокомпонентной смеси;

· определять суммарное содержание групп из нескольких компонентов, объединяемых каким-либо общим признаком;

· определять микропримеси в индивидуальных химических соединениях.

· Основным параметром хроматограммы, характеризующим количество анализируемого компонента, является площадь пика (S).

Однако точное определение площадей пиков не всегда возможно (например, при неполном разделении компонентов). Поэтому при количественной расшифровке хроматограммы вместо площадей пиков могут быть использованы также величины, пропорциональные площади. Каким параметром при количественной расшифровке хроматограмм отдать предпочтение, решается в каждом конкретном случае. Для определения площадей пиков существует несколько приемов. Площадь пика подсчитывается по формуле треугольника планиметрически, с помощью интеграторов, возможно также переведение пиков на однородную бумагу с последующим их взвешиванием.

Упрощенный способ состоит в умножении высоты пика (h) на его ширину, измеренную на расстоянии, равном половине высоты (w_0,5). Этот способ очень распространен и достаточно точен. Его применение возможно при условии получения симметричных пиков и полном разделении веществ.

Существует три основных метода количественного анализа: метод абсолютной градуировки, метод внутренней нормализации и метод внутреннего стандарта.

Метод абсолютной градуировки

Методом абсолютной градуировки чаще всего пользуются в тех случаях, когда есть сомнения в линейной работе детектора и когда нужно определять не все компоненты определяемой смеси, а только один или два, например, при анализе примесей. По этому методу получают хроматограммы определенных количеств известного соединения и строят градуировочный график (рис.7), на одной из осей которого откладывают высоты (или площади) пиков, а на другой - количество введенного вещества (q). Затем на хроматографическую колонку подают точное количество смеси неизвестного состава, измеряют высоту (или площадь) пика определяемого компонента и по градуировочному графику рассчитывают его количество(q_i).



Рис. 7. Градуировочный график

Если зависимость на рисунке 10 линейна, то можно вычислить угловой коэффициент K (градуировочный множитель) и определить содержание i-го вещества (%) в пробе по формуле:

где W_i - массовая доля определяемого компонента, %; q_i -величина пробы, мкл или мкг; K_i - градуировачный множитель; h_i(s_i) - высота (площадь) пика, мм (мм²).

Необходимым условием реализации метода абсолютной градуировки является соблюдение строго одинаковых условий градуировки и измерений. Наиболее существенными факторами являются точность и воспроизводимость дозирования пробы. Условия хроматографирования (включая режим работы детектора и обработку результатов) должны быть идентичными.

Метод внутренней нормализации

Представим себе идеализированный случай: на хроматограмме зафиксированы три компонента (А, В, С), присутствующие в анализируемой пробе (рис.8).

Рис. 8. Хроматограмма

Сигнал детектора линеен во всем диапазоне концентраций, а чувствительность детектора одинакова по отношению ко всем компонентам пробы.

В методе простой нормировки сумму площадей всех пиков S_А + S_В + S_С принимают за 100%, тогда отношение площади одного пика к сумме площадей, умноженное на 100%, будет характеризовать массовую долю

где W_А, W_В, W_С - массовые доли компонентов А, В, С, соответственно, в процентах.

Этот метод основан на том предположении, что вещества, взятые в одинаковом количестве, дают одну и ту же площадь пика, независимо от их строения. Это приближенно выполняется, если вещества химически сходны, а в качестве газа-носителя применяется газ с высокой теплопроводностью (водород или гелий). Метод простой нормировки не дает точных результатов в случае различной чувствительности детектора по отношению к разделяемым компонентам смеси.

На учете различия чувствительности детектора по отношению к компонентам анализируемой смеси веществ А, В, С основан метод нормировки с градуировочными коэффициентами, и поэтому он более надежен, чем предыдущий. В этом случае расчет ведут по формуле:

газовый хроматограф лекарственный

где K_i - градуировочный коэффициент i-го компонента, который определяют экспериментально или используют литературные данные.

Например, массовая доля в процентах компонента А рассчитывается по формуле:

Градуировочные коэффициенты определяют для учета различия в чувствительности детектора для каждого компонента. Градуировку проводят по результатам хроматографирования бинарной смеси, составленной из i-го компонента и стандарта, градуировочный коэфициент которого принимают равным 1. Градуировочные коэффициенты рассчитывают по формуле:

Обычно в литературе приводятся так называемые поправочные коэффициенты (K_n), то есть градуировочные K_i хроматографируемых веществ, отнесенные к градуировочному коэффициенту вещества, выбранного за стандарт (K_ст):

Поправочные коэффициенты, в отличие от градуировочных, мало зависят от условий опыта, но зависят от типов используемых детекторов.

Метод внутренней нормализации требует полного разделения и идентификации всех компонентов смеси, необходимости знания градуировочных коэффициентов для всех анализируемых веществ без исключения. Ошибки в определении параметра пика или градуировочного коэффициента какого-либо одного компонента приводят к неверным результатам всего анализа. Поэтому метод внутренней нормализации применяют, главным образом, для рутинных анализов малокомпонентных смесей.

Метод внутреннего стандарта

Этот метод известен под названием относительной или косвенной градуировки и основан на введении в анализируемую смесь точно известного количества стандартного вещества, не входящего в состав анализируемой пробы и дающего отдельно регистрируемый на хроматограмме последний пик. В качестве стандартного вещества выбирают вещество, удовлетворяющее следующим требованиям:

· оно должно проявляться на хроматограмме в виде пика, хорошо отделенного от остальных пиков; его пик должен стоять на хроматограмме недалеко от веществ, представляющих интерес;

· иметь концентрацию, близкую к концентрации исследуемого компонента;

· иметь строение, близкое к строению исследуемого компонента.

· Так, при определении процентного содержания примеси этанола в лекарственных средствах в качестве внутреннего стандарта часто используют изопропанол, гексанол и др.

Метод внутреннего стандарта используют, если при анализе многокомпонентной смеси необходимо определить содержание одного или двух компонентов (чтобы не подсчитывать площади всех пиков).

Вначале по методу внутреннего стандарта хроматографируют специально приготовленные смеси с известным весовым соотношением анализируемого вещества и стандарта и измеряют площади пиков. Затем строят зависимость отношения площадей пиков от величины весового

Рис.9. График относительной градуировки

соотношения компонента и стандарта в смеси (рис.9). После хроматографирования измеряют площади пиков анализируемого компонента (S_i) и стандартного вещества (S_ст).

Массовую долю анализируемого компонента W_i(%) рассчитывают по формуле:

где r - отношение массы внутреннего стандарта в смеси к массе анализируемого вещества

К_i, K_CT, S_i, S_CT - градуировочные коэффициенты, площади анализируемого компонента и стандартного вещества.

Основной недостаток указанного метода заключается в трудности подбора стандарта, не мешающего определению интересующего вещества. Метод внутреннего стандарта обладает хорошей воспроизводимостью, высокой точностью, он не требует знания коэффициента чувствительности детектора, так как любое изменение чувствительности не оказывает влияния на величину отношения площадей.



Глава II. Практическая часть

Количественное определение б-токоферола ацетат методом ГЖХ

б-ТОКОФЕРОЛА АЦЕТАТ (ФС 42-0284-07)

Витамин Е ацетат

Содержит не менее 96,5 % и не более 101,0 % С₃1Н₅₂Оз

Количественное определение. Определение проводят методом ГХ.

Раствор внутреннего стандарта. Около 1 г (точная навеска) дотриаконтана помещают в мерную колбу вместимостью 100 мл, растворяют в гексане, доводят объем раствора гексаном до метки и перемешивают.

Испытуемый раствор. Около 0,1 г (точная навеска) субстанции помещают в мерную колбу вместимостью 50 мл, растворяют в 10 мл раствора внутреннего стандарта, доводят объем раствора гексаном до метки и перемешивают.

Стандартный раствор. Около 0,1 г (точная навеска) стандартного образца а-токоферола ацетата (стандарт ВР или аналогичного качества) помещают в мерную колбу вместимостью 50 мл, растворяют в 10 мл раствора внутреннего стандарта, доводят объем раствора гексаном до метки и перемешивают.

Контрольный раствор. 0,1 г субстанции растворяют в 50 мл гексана.

Хроматографические условия

Колонка - силанизированная стеклянная длиной 2-3 м

и внутренним диаметром 2,2-4,0 мм;

Сорбент - 2-5 % полидиметилсилоксана (напр., OV-1,

SE-30) на силанизированном диатомитовом носителе (например, хромосорб W-AW-DMCS, хроматон N-AW-DMCS), от 125-150 до 150-180 меш;

Температура колонки - 245-280 °С;

Температура детектора - 270-300 °С;

Температура испарителя - 270-300 °С;

Скорость газа-носителя (азот) - 25-90 мл/мин;

Детектор - пламенно-ионизационный;

Объем пробы - 1 мкл.

Хроматографируют стандартный раствор и регулируют температуру колонки и скорость газа-носителя, чтобы разрешение (R) между пиками а-токоферола ацетата и дотриаконтана было не менее 1,4.

Хроматографируют стандартный раствор до тех пор, пока относительное стандартное отклонение для отношения площади пика а-токоферола ацетата к площади пика дотриаконтана на 5 последовательных хроматограммах будет не более 2,0 %.

Рассчитывают относительный поправочный коэффициент (К) для площади пика б-токоферола ацетата по формуле:

где: S_n - средняя площадь пика дотриаконтана на хроматограммах стандартного раствора;

S₀ - средняя площадь пика б-токоферола ацетата на хроматограммах

стандартного раствора;

а_д - навеска дотриаконтана в пересчете на 10 мл раствора внутреннего стандарта, в граммах;

а_о - навеска стандартного образца б-токоферола ацетата, в граммах.

Хроматографируют контрольный раствор. Если на хроматограмме детектируется пик с временем удерживания, соответствующим времени удерживания пика дотриаконтана, и его площадь составляет 0,5 % и более от площади пика а-токоферола ацетата, при окончательном расчете результата испытания используют исправленную площадь пика дотриаконтана (S_исп ^(и)), которую рассчитывают по формуле:

где: S^(и) -- площадь пика дотриаконтана на хроматограмме испытуемого

раствора;

S ₁^(и) -- площадь пика а-токоферола ацетата на хроматограмме

испытуемого раствора;

S_X^(K) -- площадь пика со временем удерживания, соответствующим

времени удерживания пика дотриаконтана, на хроматограмме

контрольного раствора;

S₁^(K) -- площадь пика а-токоферола ацетата на хроматограмме

Хроматографируют испытуемый раствор.

Содержание С₃₁Н₅₂О₃ в субстанции в процентах (X) рассчитывают по формуле:

где: S ₁^(и) -- площадь пика б-токоферола ацетата на хроматограмме

испытуемого раствора;

К -- относительный поправочный коэффициент для площади

пика а-токоферола ацетата;

S_исп ^(и) -- исправленная площадь пика дотриаконтана на хроматограмме испытуемого раствора;

а_д -- навеска дотриаконтана в пересчете на 10 мл раствора

внутреннего стандарта, в граммах;

a₁-- навеска субстанции, в граммах.



Заключение

Хроматография один из наиболее распространенных физико-химических методов исследования. Хроматографические методы широко используются в химии и биохимии, находят применение в химической, нефтехимической, металлургической, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности. Особо широкое распространения получила газожидкостная хроматография, благодаря эффективности, быстроте и простоте эксперимента.

Таким образом, приведенные данные показывают широкие возможности применения газожидкостной хроматографии, благодаря высокой разделительной способностью и чувствительности, как эффективного метода современных наук.

Список использованной литературы

1. Царев H.И., Царев В.И., Катраков И.Б. Практическая газовая хроматография: Учебно-методическое пособие для студентов химического факультета по спецкурсу «Газохроматографические методы анализа».-- Барнаул: Изд-во Алт. ун-та, 2000. 156 с

2. Введение в хроматографический анализ: методические разработки для студентов V курса фармацевтического факультета. - Нижний Новгород: Изд-во Нижегородской государственной медицинской академии, 2005

3. Жерносек А.К., Талуть И.Е. Ж 59 Аналитическая химия для будущих провизоров. Часть 1.Учебное пособие / А.К. Жерносек, И.Е. Талуть; Под ред. А.И. Жебентяева. - Витебск, ВГМУ, 2003. - 362 с.

4. Экспериментальные методы химической кинетики: газожидкостная хроматография. Учебн. Пособие. / Под. ред. Н. М. Эммануэля и М. Г. Кузьмина. Москва: изд-во Московского университета, 1985 г.

5. Краснов Е.А., Блинникова А.А., Современные хроматографические методы (ГЖХ, ВЭЖХ) в фармацевтическом анализе: Учебное пособие. -Томск: Сибирский государственный медицинский университет, 2007. -152с

Размещено на Allbest.ru

...