Новые подходы к оценке влияния соотношения количеств определяемых и реперных компонентов на точность и воспроизводимость определения хроматографических индексов удерживания тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.02 ВАК РФ

Санкт-Петербургский государственный университет

На правах рукописи

УКОЛОВА ЕЛЕНА СЕРГЕЕВНА

НОВЫЕ ПОДХОДЫ К ОЦЕНКЕ ВЛИЯНИЯ СООТНОШЕНИЯ КОЛИЧЕСТВ ОПРЕДЕЛЯЕМЫХ И РЕПЕРНЫХ КОМПОНЕНТОВ НА ТОЧНОСТЬ И ВОСПРОИЗВОДИМОСТЬ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИХ ИНДЕКСОВ УДЕРЖИВАНИЯ

Специальность 02.00.02 - АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Сан кт-Петербург-2012

005020209

005020209

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете на кафедре органической химии, лаборатория газовой хроматографии

Научный руководитель: доктор химических наук, профессор

Зенкевич Игорь Георгиевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Воронцов Александр Михайлович

Директор научно-образовательного центра экологической безопасности Балтийского института экологии, политики и права

кандидат химических наук Крылов Анатолий Иванович, руководитель лаборатории ВНИИ Метрологии им. Д.И. Менделеева

Ведущая организация: Институт нефтехимического синтеза

им. A.B. Топчиева РАН, г. Москва

Защита диссертации состоится 19 апреля 2012 года в 1700на заседании совета Д 212.232.37 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Санкт-Петербургском государственном университете по адресу: 199034, Санкт-Петербург, Средний проспект В.О., д. 41/43, Большая химическая аудитория.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке им. A.M. Горького по адресу: 199134, Санкт-Петербург, Университетская наб., д. 7/9.

Автореферат разослан «марта 2012 г.

Учёный секретарь диссертационного совета

к. ф-м. н. Панчук В.В./

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ

Актуальность: Из всех известных параметров удерживания индексы удерживания являются наиболее воспроизводимой хроматографической характеристикой аналитов и на их основе проводят как идентификацию органических соединений, так и определение их физико-химических характеристик.

Повышение надежности хроматографической идентификации с использованием индексов удерживания предполагает подробную характеристику возможных факторов, которые влияют на их воспроизводимость. Основными факторами, снижающими межлабораторную воспроизводимость индексов удерживания, являются их температурная зависимость, и влияние адсорбции определяемых веществ на поверхностях раздела фаз в хроматографических колонках.

Однако существует еще один фактор, влияющий на межлабораторную воспроизводимость индексов удерживания. Как ни парадоксально, но его принимали во внимание исключительно редко. Это известная, но далеко не всегда учитываемая зависимость индексов от соотношения количеств реперных и анализируемых компонентов. Вероятно, что одной из причин некоторого пренебрежения влиянием относительных количеств компонентов смесей на их индексы оказалось отсутствие упоминания этого эффекта в исторически первой работе Ковача (1958 г.).

Многообразие условий определения ИУ, включаемых в современные базы данных, не может не отразиться на способах их использования. Если в базе данных представлено единственное значение ИУ для соединения, и, соответственно, такую выборку невозможно обработать статистически, то такое значение можно использовать только как ориентировочное. Например, если бы ИУ бензола, простейшего ароматического углеводорода, был представлен единственным значением, то он мог бы варьировать в диапазоне значений от 630 до 694. Между тем среднее значение по выборке состоящей из 280 значений составляет 658 ± 14.

Таким образом, необходимо учитывать все возможные факторы, влияющие на воспроизводимость ИУ с целью снижения их межлабораторного разброса и для более эффективного использования существующих баз данных.

Настоящая работа посвящена установлению характера зависимости газохроматографических ИУ от соотношения целевых аналитов и реперных соединений как в газовой хроматографии (газожидкостной и газоадсорбционной), так и в высокоэффективной жидкостной хроматографии, а также в капиллярном электрофорезе. Во всех случаях главной целью было выявление возможностей уменьшения влияния

зависимости газохроматографических ИУ от соотношения количеств целевых аналитов и реперных компонентов, Ш(у) с целью снижения межлабораторного разброса значений индексов удерживания.

Цель работы: Снижение разброса ИУ посредством установления характера зависимости хроматографических ИУ от соотношения количеств аналитов и реперных компонентов и рассмотрение возможных вариантов ее нивелирования для повышения надежности хроматографической идентификации с использованием этих параметров. В связи с поставленной целью решали следующие задачи:

1. Провести оценку адекватности существующих уравнений, описывающих зависимость ИУ от соотношения количеств характеризуемых аналитов и реперных алканов Ш(у), с целью выбора более корректных соотношений;

2. Сравнить эффекты, обусловленные зависимостью Ы(у) для капиллярных и насадочных хроматографических колонок;

3. С помощью компьютерного моделирования установить характер зависимости изменения формы хроматографических пиков от ширины хроматографических зон и эффективности хроматографических колонок, а также обосновать математический вид зависимости Ш(у);

4. Установить влияние характера зависимости Ш(у) на межлабораторную воспроизводимость индексов удерживания в газоадсорбционной хроматографии, обращенно-фазовой ВЭЖХ и капиллярном электрофорезе.

Научная новизна:

1. Предложено новое уравнение, описывающее зависимость ИУ от соотношения характеризуемых аналитов и реперных компонентов, Ы(у).

2. Экспериментально подтверждена адекватность предложенного уравнения, как в газовой хроматографии (газожидкостный и газоадсорбционный варианты), так и в высокоэффективной жидкостной хроматографии, а также в капиллярном электрофорезе.

3. Предложен способ нивелирования зависимости Ш(у) в газожидкостном

варианте хроматографического разделения, заключающийся в изменении способа регистрации времен удерживания. Вместо измерения в максимумах хроматографических пиков предложено их регистрировать по передним фронтам при одинаковом уровне сигналов;

4. Показано, что установленная зависимость Ш(у) имеет общий характер и удовлетворительно описывает все хроматографические и электрофоретические процессы разделения.

Практическая значимость работы: В результате рассмотрения зависимости ИУ от соотношения характеризуемых аналитов и реперных

компонентов RI(y) и выявления возможных способов ее нивелирования, показано, что:

- воспроизводимость индексов удерживания, измеренных с помощью капиллярных хроматографических колонок, может быть повышена до десятых долей единиц индекса;

- показано, что индексы удерживания, определяемые, с помощью насадочных колонок, могут рассматриваться в качестве справочных данных только при условии их измерения по передним фронтам хроматографических пиков;

- на основе выявленной зависимости RI(y) предложен способ оценки эффектов «старения» колонок в обращенно-фазовой ВЭЖХ.

Положения выносимые на защиту:

1. Экспериментальные подтверждения зависимости хроматографических индексов удерживания от соотношения количеств целевых аналитов и реперных компонентов в газожидкостном и газоадсорбционном вариантах хроматографического разделения, в обращенно-фазовой ВЭЖХ, а также для относительных времен миграции в капиллярном электрофорезе.

2. Результаты компьютерного моделирования изменения формы хроматографических пиков в зависимости ширины хроматографических зон и эффективности хроматографических колонок.

3. Единое уравнение для зависимости хроматографических индексов удерживания от соотношения количеств целевых аналитов и реперных компонентов.

4. Способы нивелирования рассматриваемой зависимости с целью повышения точности и воспроизводимости хроматографических индексов удерживания.

Публикации и апробация работы: Материалы диссертационной работы опубликованы в 6 статьях и 6 тезисах докладов. Результаты исследований представлены на Всероссийской конференции «Теория и практика хроматографии. Хроматография и нанотехнологии» (Самара, 6-10 июля 2009 г.); Universities contribution in the organic chemistry progress (St.Petersburg, Russia, 22-25 June, 2009); Chromatographic methods of investigation organic compounds. (Katowice, Poland, 3-6 June, 2009); «Хроматография - народному хозяйству» (г. Дзержинск, 19-23 апреля 2010 г.); Chromatographic methods of investigation organic compounds (Katowice, Poland, 24-26 May, 2010); 18th International Symposium on Electro- and Liquid Phase-separation Techniques (Tbilisi, Georgia, August 28-31, 2011), городской семинар по органической химии (февраль 2010 г.).

Структура и объем диссертационной работы: Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, обсуждения полученных результатов (9 разделов), выводов, заключения и

списка цитируемой литературы (107 наименования). Работа изложена на 117 страницах машинописного текста, содержит 28 рисунков и 15 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности темы и сформулирована цель диссертационной работы.

1-я глава (Обзор литературных данных) включает разделы, посвященные рассмотрению различных параметров удерживания (время удерживания, объем удерживания); всех типов индексов удерживания, а также источников погрешностей при их измерении и определении (сорбционные процессы, температурная зависимость ИУ, перегрузка хроматографической системы).

Во 2-й главе (Экспериментальная часть) рассмотрены процедуры приготовления анализируемых образцов; условия проведения хроматографических анализов; обработка полученных данных с помощью программных обеспечений [UniChrom, MultiChrom, Microsoft Excel, Origin (4.0, 8.0)].

Третья глава (Обсуждение результатов) включает следующие разделы:

Основной хроматографической характеристикой для идентификации аналитов являются индексы удерживания:

RI = RJ„+(RIn+i-RI„)

/(^)-Л^)

/0л„+1 )-/('**)

Главным источником межлабораторной невоспроизводимости ИУ по современным представлениям является их температурная зависимость. Зависимость ИУ от абсолютных количеств аналитов и от соотношения характеризуемых и реперных компонентов известна, но чаще всего рассматривается на качественном или полуколичественном уровне (Уегпоп, Бигайпап, 1983).

В разделе 3.1 рассматривается модификация ранее известного уравнения зависимости индексов удерживания от соотношения характеризуемых и реперных компонентов, Ш(у), впервые предложено в работе (Зенкевич, Цибульская, 1989):

Шх=ШХ10 + к\п(у + \) (1)

где у = / (5„ + Зп+О - мера относительных количеств характеризуемых и реперных компонентов, равная отношению площадей пиков аналитов (&) и двух соседних реперных к-алканов (5„ и Я„ц) при условии /к,„ < < /^„+¡1 I > значения ШХ:0 и к (обычно к > 0) вычисляют методом наименьших квадратов.

В качестве меры относительных количеств компонентов образцов целесообразно выбрать не отношения их концентраций (до опыта

неизвестны), а отношения соответствующих непосредственно измеряемых площадей пиков.

В качестве экспериментального обоснования необходимости изменения математического вида уравнения (1) целесообразно использовать данные для насадочных колонок, для которых рассматриваемый эффект Ш(у) выражен в значительно большей степени, чем для капиллярных.

Графическая иллюстрация зависимости Ш[1п(у + 1)] (ацетофенон, колонка со стандартной неполярной полидиметилсилоксановой неподвижной фазой БЕ-ЗО), представленная на рисунке 16, показывает ее нелинейность. Если же использовать аргумент не (у + 1), а у, то линейность зависимости Ш = Д1пу) подтверждается высоким значением коэффициента корреляции г = 0.998 (рисунок 1а).

(в)

о I г

ln(gamm;l)

1.0 1.5 2.0 In(g.immn + I)

Рис. 1 - Графическая иллюстрация линейной зависимости индексов удерживания ацетофенона от 1пу (а) в сравнении с нелинейностью зависимости RI[ln(y + 1)] (б) для насадочной колонки с SE-30 при температуре 70 °С. Параметры линейной регрессии RIX = RIt0 + к'у. RIx,o= 1057.9 ± 0.2, к= 12.5 ±0.1, г = 0.998, So = 0.9.

Этот факт, согласующийся с данными для других аналитов, заставляет признать, что предложенное ранее уравнение (1) для зависимости М(у) должно быть заменено следующим:

RIx=RIxfi+k\nr (2)

В этом соотношении использованы те же символы, что и в формуле (1). Замена аргумента (у +1) аргументом у закономерно приводит к изменению области определения формулы (2) по сравнению с уравнением (1). Во-первых, при у = 0 правая часть формулы (2) не имеет смысла. Во-вторых, если значение RIxn в формуле (1) соответствует гипотетически «нулевой» пробе (у = 0), то для уравнения (2) RIX = RIX.0 при у = 1, что означает равенство площадей пиков характеризуемого компонента и двух соседних реперных н-алканов (суммарно).

Существование столь отчетливо выраженной зависимости RI(y) можно считать объяснением того факта, что известные в газовой хроматографии предложения замены обычных ИУ их инвариантными относительно воздействия различных факторов величинами (путем экстраполяции на температуры 0 или 100 °С, на бесконечно большое содержание неподвижной фазы в колонке и т.д.) de facto не получили распространения. Возможность вариаций ИУ более чем на 50 ед. инд. (Рисунок 1) только за счет влияния отношения у заставляет считать прецизионный учет остальных экспериментальных параметров нерациональным.

В разделе 3.2 рассматриваются основные закономерности вариаций параметров уравнения (2) в зависимости от условий газохроматографического разделения

Экспериментальная проверка зависимости RI(y) была выполнена для трех соединений с ИУ в диапазоне 1100 - 1200 (ацетофенон, нитробензол, 2,2,7,7-тетраметилоктан) с использованием хроматографических колонок двух типов: низкоэффективной насадочной (N ~ 0.8 х 103 т.т) и высокоэффективной капиллярной (N~ 1.83 х 105 т.т).

Таблица 1 - Параметры зависимости Шх =Юх0 + к\пу для ацетофенона в различных условиях газохроматографического разделения на насадочных и капиллярных колонках со стандартными неполярными полидиметилсилоксановыми неподвижными фазами

Тип колонки Анализируе- Т, к г So Умин 7.«

мый образец * С

Насадочная Без растворителя 70 1057.9 ±0.2 12.5 ±0.1 0.998 0.9 0.08 6.1

1 : 10 70 1047.6 ±0.4 6.4 ±0.3 0.985 1.5 0.05 4.8

1 : 100 70 1048.0 ± 1.0 4.0 ± 1.2 0.745 2.9 0.04 6.8

Капиллярная Пере- 80 1046 ±0.2 11.5 ±0.2 0.999 0.3 0.3 4.0

грузка

Без растворителя 80 1040.5 ±0.1 6.7 ± 0.0 0.999 0.08 0.36 4.4

1 : 10 80 1033.3 ± 1.2 4.3 ± 0.8 0.983 1.6 0.8 11.4

1 : 100 80 1032.6 ±0.1 1.02 ±0.04 0.999 0.07 1.2 11.5

Без растворителя 140 1051.4 ± 0.5 1.3 ±0.6 0.583 1.3 0.11 1.7

1 : 10 140 1049.8 ±0.5 1.7 ±0.7 0.669 1.7 0.28 4.3

1 : 100 140 1049.1 ±0.1 0.4 ±0.2 0.512 0.3 0.45 2.0

Примечания к таблице: *) - обозначения 1 : 10 и 1 : 100 соответствует разбавлению анализируемого образца инертным растворителем в 10 и 100 раз, соответственно. Перегрузку капиллярной колонки моделировании увеличением дозируемого количества образца до 5 мкл.

Даже ограниченное количество данных, представленных в таблице 1, позволяет выявить и охарактеризовать основные факторы, влияющие на параметры зависимости Ш(у), прежде всего на чувствительность ИУ к вариациям у, отражаемую величиной коэффициента к. Значения этого коэффициента оказываются существенно большими для насадочных

колонок, чем для более эффективных капиллярных. Таким образом, преимущества капиллярных колонок состоят не только в их большей эффективности по сравнению с насадочными, но и в существенно меньшей зависимости ИУ, измеряемых с их использованием, от соотношения количеств характеризуемых и реперных компонентов. Дополнительно можно отметить, что насадочные колонки более подходят для выявления и характеристики рассматриваемого эффекта, а капиллярные - для практической работы. Для колонок любых типов разбавление проб инертным растворителем уменьшает к, но не устраняет рассматриваемый эффект полностью. Наоборот, перегрузка колонок ведет к аномальному возрастанию этих коэффициентов. Кроме того, влияние разбавления проб дополнительно сказывается на величинах RIx,o'- во всех случаях их значения, вычисленные по данным для проб с разбавлениями 1 : 10 и 1 : 100, совпадают друг с другом в пределах стандартных отклонений, тогда как для исходных проб -существенно отличаются. Таким образом, если рассматриваемый ацетофенон необходимо охарактеризовать температурным коэффициентом ИУ(/5), то для его вычисления следует выбирать данные для образцов с разбавлениями 1 : 10 и 1 : 100 при температурах 80 и 140 °С, определенные с использованием капиллярной колонки ( четыре пары чисел). Параметры уравнения RI(T) = RI (в) + PAT составляют: RI(n) = 1011.0 ± 0.9, fi = 0.28 ± 0.01, г = 0.999, S„ = 0.5.

Третьим фактором, существенно влияющим на зависимость RI(y), оказывается температура, увеличение которой ведет к уменьшению значений коэффициента к. Например, для исходных проб и проб с разбавлением 1:10 и 1 : 100 на капиллярной колонке при повышении температуры от 80 до 140 °С значения к уменьшаются от 6.7 ± 0.0, 4.3 ± 0.8 и 1.02 ± 0.04 до 1.3 ± 0.6, 1.7 ± 07 и 0.4 ± 0.2 соответственно. Для ориентировочной оценки влияния температуры в работе (Зенкевич, Цибульская, 1989) было предложено следующее правило: если разность температур кипения анализируемых соединений и температуры колонки не превышает 50 °С, то эффекты RI(y) можно не принимать во внимание. Таким образом, для ацетофенона (Ткип = 202 °С) температура колонки 140 °С AT = 62 °С) еще недостаточна для пренебрежения рассматриваемой зависимостью. Воспроизведение условий определения ИУ для неполярного углеводорода (2,2,7,7-тетраметилоктан) приводит к аналогичным заключениям.

В разделах 3.3 и 3.4 рассматривается интерпретация зависимости индексов удерживания от соотношения количеств характеризуемых и реперных компонентов с использованием результатов компьютерного моделирования.

В тарелочной теории хроматографического разделения одна из модификаций уравнения, описывающего размывание идеальных хроматографических зон (количества вещества M = const пропорционально площади пика) в зависимости от их времен удерживания и эффективности хроматографических систем (N, т.т.) имеет следующий вид:

У(Х) = (—А1'2 ехр[-ф(1 - j-f] (3)

tR 2к 2 tR

где, tR - время удерживания; N - эффективность хроматографической системы (т.т.); М -количество вещества

При этом условно полагают, что в момент дозирования хроматографическая зона аналита была локализована в пределах только одной теоретической тарелки. В реальных процессах выполнение этого условия невозможно и хроматографические зоны в зависимости от дозируемых количеств аналитов должны распределяться по участкам колонок, состоящих из А теоретических тарелок (1 < А < N), причем вклад каждой из них в размывание хроматографического пика компонента с временем удерживания tR составляет tP/N. Следует заметить, что такое распределение не связано ни с перегрузкой колонок, ни с неидеальностью изотерм адсорбции. Таким образом, реальная форма аналитического сигнала может быть представлена суперпозицией i составляющих, (суммирование проводится от i = 0 до А - 1), каждая следующая из которых смещена относительно предыдущей на ее длину, т.е. на tR/N. Размывание такой зоны может быть охарактеризовано более сложным по сравнению с (3) уравнением:

ЛХ) = х£ „МДехрС-Atl--х— ]']} (4)

2

Рисунки 2а-2е иллюстрируют искажения формы хроматографического пика с параметрами М = 10 усл. ед., tR = 10 усл. ед. при эффективности системы N = 103 т.т. и распределении проб по участкам колонок, характеризуемых величинами А = 1, 50, 100, 150, 200 и 250 т.т. (предел суммирования в формуле 4). Для всех наборов точек на этом и следующих рисунках приведены результаты их аппроксимации соответствующими кривыми Гаусса. Можно заметить, что в диапазоне значений А приблизительно до 150 существенных искажений формы хроматографических пиков не наблюдается. Они остаются достаточно симметричными, что маскирует их некоторое закономерное уширение. Однако, начиная с А = 200, отчетливо проявляется асимметрия сигналов, что в практике хроматографического анализа обычно ассоциируют с перегрузкой колонок. Тем не менее, говорить о существовании каких-либо граничных значений параметра А нельзя, поскольку рассматриваемое влияние зависимости RI(y) проявляется во всем диапазоне его вариаций.

л

f \ t ■

I

!!»)

1« «

JUI! ■

n 1»

A

J

№ II 12 II lilJ. lit»

III II I! I) 14

|JM = M

Ml-Will«'

И-

Л

I I

i ID ii i: it н

Рис. 2 - Компьютерное моделирование искажения хроматографических пиков при Л/= 10, tR = 10, эффективности системы N = 103 т.т. и ширине хроматографических зон А, равной 1 (а), 50 (б), 100 (в), 150 (г), 200 (д) и 250 (е) т.т.

Рассматриваемый подход позволяет также достаточно наглядно проинтерпретировать различия в проявлении зависимостей RI(y) для насадочных и высокоэффективных капиллярных колонок. Для этого следует сопоставить результаты компьютерного моделирования зависимостей xfAJnpn разных значениях N. На рисунке (3) приведены данные для хроматографической системы эффективностью N= 200 т.т. (А = 1, 100 и 250) в сравнении с системой, характеризующейся N = 104 и тех же значениях А. Даже визуально легко заметить, что в первом случае существенная асимметрия пика наблюдается уже при = 100, тогда как во втором форма пиков почти не отличается от Гауссовой доже при А = 250. Столь же отчетливо проявляются различия в угловых коэффициентах регрессии х = аА + b [а = (0.28 ± 0.03)х10~' при N = 200 и а = (0.56 ± 0.06)х10"5 при N = 104].

Л

J

л

V.

? I f II) /«U-II

1о)

А

\ \

! \

V.

S III 12 N 16 IS 2U iR\A = m

i i

IU И 20 25 Ш (AM* 2*11

и Л " in !\

1 \ » i к « !\ 1 =«

• 1 1 \ =»

; \ | > I» 1 ! »

} \ У о 1 \ ш/ 0

Л

«I 9.« 100 10.2 104 U»nWt!MM HAttllUOlllilllM /KIJ-II :JU-M> ;«H.iii)

Рис. 3 - Сравнение результатов компьютерного моделирования формы хроматографических пиков (М = 10, 1ц = 10) при эффективности системы N = 200 т.т. и значениях А, равных 1 (а), 100 (б) и 250 (в) т.т., а также N = 104 т.т. при тех же значениях А, равных 1 (г), 100 (д) и 250 (е) т.т.

Из рисунка (3) видно, что, несмотря на существенные искажения формы хроматографических пиков в области их максимумов при возрастании А от 1 до 250, профили их начальных участков остаются практически неизменными. Это утверждение более детально иллюстрирует

рисунок (4) на котором сопоставлены почти полностью идентичные передние фронты пиков, соответствующих М= 10, tR = 10 при А = 50, 100, 150 и 250.

-j_' '_I_I_I__L_j_1_I_I-1-1— Li-1-1-1-1-1— l_J-1-1-1-1-1—

Ч.ОЧ.1 9.29. 39.49.5 9.09.19.29.39.49.5 9.0 9.1 9.2 9..Я 9.4 9.5 9.0 9.19.2 9.3 9.4 9.5

IX (А - 50) 1Я (Л - 100) т (/< - I 50) /Я М = 250)

Рис. 4 - Подтверждение идентичности передних фронтов хроматографических пиков (М = 10, = 10, N = 103) для значений А, равных 50 (а), 100 (б), 150 (в) и 250 (г)

Неизменность профилей аналитических сигналов на начальных участках хроматографических пиков вне зависимости от их искажений за счет варьирования количеств аналитов означает следующее: если вычисление ИУ традиционным способом (по максимумам хроматографических пиков) осложняется существованием зависимости Ш(у), то для получения более воспроизводимых значений ИУ их следует вычислять по передним фронтам хроматографических пиков в точках, соответствующих одинаковой интенсивности сигналов.

В разделе 3.5 рассмотрено измерение параметров удерживания по передним фронтам хроматографических пиков.

Единственным используемым в настоящее время способом регистрации времен удерживания в газовой хроматографии, высокоэффективной жидкостной хроматографии, а также в капиллярном электрофорезе, является их измерение в точках максимумов хроматографических пиков.

В таблице 2 представлены ИУ компонентов модельных образцов, вычисленные по максимумам хроматографических пиков.

Таблица 2 - Воспроизводимость индексов удерживания, вычисленных по максимумам хроматографических пиков (более подробный вариант таблицы приведен в тексте диссертации) ________ '_

Компонент Соотношение компонентов Средние значения индексов

1:1:1 1:1:8 8:1:1 8:8:1 1:8:1

Пропиофенон 1176.4 1174.4 1176.9 1179.3 1181.2 1177.6 ±2.6

1-Деканол 1273.5 1271.0 1277.6 1275.8 1274.3 1274.4 ±2.5

Из данных таблицы 2 видно, что стандартные отклонения ИУ варьируют в диапазоне от 2.5 до 4.0 при среднем значении 3.1. При изменении соотношений характеризуемых и реперных компонентов наблюдается погрешность значений ИУ даже при использовании одного и того же режима программирования температуры. Такой разброс в значениях

индексов по современным представлениям является вполне допустимым, но даже его можно устранить.

В таблице 3 приведены значения ИУ тех же соединений, что и в таблице 2 вычисленные не «классическим» способом - по максимумам хроматографических пиков, - а по точкам на передних фронтах при одинаковой интенсивности аналитических сигналов.

Таблица 3 - Воспроизводимость индексов удерживания, вычисленных по передним

Компонент Соотношение компонентов Средние значения

1:1:1 1:1:8 8:1:1 8:8:1 1:8:1 индексов

Пропиофенон 1176.3 1176.0 1176.3 1175.9 1176.2 1176.1 ±0.2

1-Деканол 1274.2 1272.7 1273.2 1273.2 1273.9 1273.4 ±0.6

удерживания, влияние зависимости соотношений площадей пиков определяемых и реперных компонентов на значения ИУ можно скомпенсировать, изменив способ регистрации времен удерживания, то есть, измеряя их не в точках максимумов, а по передним фронтам хроматографических пиков. Следует отметить, что в случае расчета значений индексов удерживания по передним фронтам хроматографических пиков на одном и том же уровне аналитических сигналов проведение повторного анализа для компенсации этой зависимости не требуется.

В разделе 3.6 рассмотрены основные факторы, влияющие на межлабораторную воспроизводимость газохроматографических индексов удерживания, в том числе температурную зависимость индексов удерживания.

В разделе 3.7 рассмотрены возможности повышения воспроизводимости определения газохроматографических индексов удерживания с использованием адсорбционных капиллярных колонок.

Для зависимости Ш{у) в газоадсорбционном варианте хроматографического разделения ранее было предложено линейное уравнение Мх = /?1м0+к'у, к'< О (Зенкевич, Цибульская, 1989).

Графическая иллюстрация этой зависимости представлена на рисунке 56 и подтверждает ее нелинейность. Если же использовать аргумент не у, а 1пу (уравнение 2), то линейность зависимости подтверждается высоким значением коэффициента корреляции г = 0.958 (рис. 5а).

гамма

(а) (б)

Рисунок 5 - Графическая иллюстрация линейности зависимости индексов удерживания н-пропанола от 1пу (а) в сравнении с нелинейностью зависимости RI(y) (б) на адсорбционной колонке HP-PLOT/Q в режиме программирования температуры. Параметры линейной регрессии RIX = RIX,о + klny: Rlx.0 = 517.7 ± 0.2, к= -4.1 ± 0.3, г = 0.958, So = 0.8

Таким образом, зависимость RI(y) в газоадсорбционном варианте хроматографического разделения может быть аппроксимирована тем же уравнением, что и аналогичная зависимость в газожидкостном; единственным отличием является знак коэффициента к < 0.

Существование столь отчетливо выраженной зависимости RI{y) доказывает, что при проведении газоадсорбционного анализа для получения более воспроизводимых значений индексов также необходимо учитывать зависимость ИУ от соотношения характеризуемых и реперных компонентов.

В разделе 3.8 рассматривают проявление зависимости RI(y) в обращенно-фазовой ВЭЖХ.

В таблице 4 приведены параметры зависимости RI(y) в обращенно-фазовой ВЭЖХ. Используя кверцетин в качестве модельного аналита и алкилфенилкетоны С8 и С9 (ацетофенон и пропиофенон) как реперные компоненты было показано, что для новой колонки Luna Cig знак коэффициента к уравнения (2) согласуется с параметрами зависимости RI(y) в распределительном варианте газохроматографического разделения, т.е. к > 0, а значения ИУ в диапазоне 0.1 < у < 3.0 характеризуются высокой воспроизводимостью. В то же время для аналогичной колонки, интенсивно эксплуатировавшейся в течение нескольких лет, коэффициент к меняет знак на отрицательный (к = -13.6 ± 0.8), что указывает на преобладание адсорбционного механизма удерживания. Таким образом, эффект «старения» хроматографических колонок в ОФ-ВЭЖХ приводит к увеличению доли немодифицированной поверхности силикагеля и, следовательно, к возрастанию вклада соответствующего механизма сорбции.

Таблица 4 - Параметры зависимости К1(у) для кверцетина (анализ методом ОФ ВЭЖХ с использованием новой и эксплуатировавшейся в течение длительного времени колонок)

«Новая» колонка «Старая» колонка

У 1пу RI У 1пу RI

0.095 -2.35 826.1 0.066 -2.72 876.3

Продолжение таблицы 4

0.20 -1.61 824.7 0.32 -1.14 851.7

2.96 1.01 830.7 1.25 1.25 821.9

'Рассматриваемый эффект характеризуется разными знаками для распределительного и адсорбционного механизмов разделения. Этот факт позволил предложить простейший тест для оценки степени «старения» хроматографических колонок в обращенно-фазовой ВЭЖХ.

В разделе 3.9 рассматривают зависимость относительных времен миграции в капиллярном электрофорезе от соотношения количеств аналитов.

Утверждение, что зависимость Ш(у) проявляется в различных процессах разделения, позволяет предположить, что она обусловлена не эффектами сорбции аналитов в хроматографических системах, а иными общими причинами. Для проверки этого утверждения представляется целесообразным оценить значимость зависимости (2) не только для хроматографических параметров удерживания, но и для относительных времен миграции аналитов в капиллярном зонном электрофорезе (КЭ). Электрофореграмма различных органических кислот приведена на рисунке 6.

Phosphene ,1С ] Acatic

Sueemic il ¡с Oitr<c

Рис. 6 - Электрофореграмма стандартной смеси десяти

органических кислот в выбранных условиях разделения.

' Migration tim«, min

Вариации концентраций отдельных компонентов проб (малоновая и пропионовая кислоты) всего в четыре раза при постоянстве концентраций других компонентов проявляются в относительно небольших, но отчетливо регистрируемых вариациях как абсолютных, так и относительных времен миграции. Например, для пропионовой кислоты они составляют от 4.45 до 4.49 мин, а для масляной - от 4.53 до 4.59 мин.

•Из графической иллюстрации зависимости (2) (рисунок 7) следует, что ИУ являются более предпочтительной формой отражения относительно малых влияний различных факторов на параметры миграции. Абсолютные значения коэффициентов корреляции составляют 0.973 и 0.969, соответственно.

-1.2 -1.0 -0,» -0.6 -0,4 -0.2 ln(gamrra}

б)

I) малоновой

кислоты относительно щавелевой (R1 = 200) и янтарной (RI = 400) кислот, и II) пропионовой кислоты относительно уксусной (R1 = 200) и масляной (RI = 400) кислот. Параметры линейных регрессий (2):

а)к = 4.5 ± 0.4, RI„ = 326.1 ±0.5, г = 0.973, S0 = 0.5;

б) /t = -12.0 ± 1.1, Rio = 350.7 ±0.6, г = -0.969, S„=1.4.

В случае дикарбоновой малоновой кислоты зависимость RI(y) оказывается возрастающей (к = 4.5 ± 0.4), тогда как для одноосновной пропионовой кислоты убывающей (к = -12.0 ± 1.1). Если сравнивать их значения со значениями коэффициентов к, типичными для насадочных и капиллярных колонок, то, как ни удивительно, по абсолютным величинам они более соответствуют колонкам первого типа.

Таким образом, установлено, что зависимость относительных параметров миграции (выраженных в форме индексов удерживания) в капиллярном зонном электрофорезе от соотношения количеств аналитов идентична соответствующим зависимостям для хроматографических процессов.

ВЫВОДЫ

1. Предложен способ повышения воспроизводимости определения газохроматографических ИУ посредством учета их зависимости от соотношения характеризуемых и реперных компонентов, RI(y).

2. Показано, что эта зависимость является общей для всех хроматографических и родственных методов разделения и проявляется не только в газожидкостном и газоадсорбционном вариантах разделения, но и в обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии, а также для относительных времен миграции в капиллярном электрофорезе.

3. Показано, что во всех случаях эта зависимость может быть аппроксимирована единым логарифмическим уравнением RI = RI0 + klny, где у - соотношение площадей пиков характеризуемых и реперных компонентов, к - коэффициент, отражающий «чувствительность» индексов удерживания к

вариациям указанного отношения. Пересмотрены ранее известные уравнения, используемые для ее описания.

4. Установлено, что знак коэффициента к в уравнении RI = RI0 + klny различен для газожидкостного {к > 0) и газоадсорбционного (к < 0) вариантов хроматографического разделения. В обращенно-фазовой ВЭЖХ обнаружены примеры разных знаков этого коэффициента. В капиллярном электрофорезе выявлены примеры различных знаков коэффициента к для разных аналитов даже в масштабах одной электрофореграммы.

5. В результате компьютерного моделирования показано, что зависимость Щу) обусловлена распределением хроматографических зон аналитов по участкам хроматографических систем, содержащим более одной теоретической тарелки (N > 1 т.т.), что находится в полном соответствии с тарелочной теорией хроматографического разделения. Результаты моделирования подтверждают математический вид зависимости RI(y).

6. Показано, что зависимость RI(y) в значительной степени определяет межлабораторный разброс хроматографических индексов удерживания. Для его уменьшения рекомендовано измерение параметров удерживания не в максимумах хроматографических пиков, а в точках на их передних фронтах, соответствующих одинаковым интенсивностям сигналов как для целевых аналитов, так и для реперных компонентов.

7. Выявлено, что абсолютные значения коэффициента к зависимости RI(y) значительно выше для насадочных колонок, чем для высокоэффективных капиллярных. Значения индексов удерживания, определенные с использованием насадочных колонок, можно использовать для идентификации только при условии отказа от измерения времен удерживания по максимумам хроматографических пиков.

Основные материалы диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Зенкевич И.Г., Уколова Е.С. Об основных факторах, влияющих на межлабораторную воспроизводимость газохроматографических индексов удерживания // Аналитика и контроль. 2010. Т. 14. № 4. С. 243-250.

2. Зенкевич И.Г., Ивлева Е.С.* Зависимость газохроматографических индексов удерживания от соотношения характеризуемых и реперных компонентов // Журнал аналитической химии. 2011. Т. 66. № 1. С. 47-55.

3. Зенкевич И.Г., Ивлева Е.С.*, Гущина С.В. Зависимость хроматографичеких индексов удерживания от соотношения характеризуемых и реперных компонентов. Тестирование различных колонок // Сорбционные и хроматографические процессы. 2011. Т. 11. №4. С. 525-534.

4. Уколова Е.С., Зенкевич И.Г. Повышение воспроизводимости определения газохроматографических индексов удерживания с использованием

капиллярных колонок // Вест. С.-Петерб. Ун-та. 2011. Сер. 4. Вып. 2. С. 157164.

5. Уколова Е.С., Зенкевич И.Г. Повышение воспроизводимости определения газохроматографических индексов удерживания с использованием адсорбционных капиллярных колонок // Успехи совр. естествознания. 2011. №9. С. 102-106.

6. Зенкевич И.Г., Комарова Н.В., Уколова Е.С. Зависимость относительных времен миграции в капиллярном электрофорезе от соотношения количеств аналитов//Аналитика и контроль. 2011. Т. 15. №3. С. 1-5.

7. Зенкевич И.Г., Ивлева Е.С.* Влияние соотношения реперных и характеризуемых компонентов на точность определения хроматографических удерживания Всероссийская конференция «Теория и практика хроматографии. Хроматография и нанотехнологии» Самара. 6-10 июля 2009 г. Тезисы докладов.

8. Ивлева Е.С.*, Зенкевич И.Г. Основные закономерности хроматографических индексов удерживания от соотношения компонентов характеризуемых и реперных компонентов» Universities contribution in the organic chemistry progress, St.-Petersburg. Russia. 22-25 June 2009. Тезисы докладов.

9. Zenkevich I.G., Ivleva E.S.* Dependence of chromatographic retention indices on a ratio between amounts of target and reference compounds Chromatographic methods of investigation organic compounds. Katowice. Poland. 3-6 June 2009. Book of Abstracts.

10. Ивлева Е.С.*, Зенкевич И.Г. Способ повышения воспроизводимости хроматографических индексов удерживания «Хроматография - народному хозяйству» г. Дзержинск. 19-23 апреля 2010. Тезисы докладов.

11. Ivleva E.S.*, Zenkevich I.G. Increasing the reproducibility of GC retention indices by modifying their measurements "Chromatographic methods of investigation organic compounds" Katowice. Poland. 24-26 May 2010. Book of Abstracts.

12. Zenkevich I.G., Komarova N.V., Ukolova E.S. Dependence of relative migration times in capillary electrophoresis on a ratio of quantities of analytes. 18lh International Symposium on Electro- and Liquid Phase-separation Techniques Tbilisi. Georgia. August 28-31 2011. Book of Abstracts.

* - В 2010 г. Ивлева Е.С. сменила фамилию, в настоящее время - Уколова Е.С.

Подписано к печати 13.03.12. Формат60x84 % . Бумага офсетная. Гарнитура Тайме. Печать цифровая. Печ. л. 1,00.

_Тираж 100 экз. Заказ 5396._

Отпечатано в Отделе оперативкой полиграфии химического факультета СПбГУ 198504, Санкт-Петербург, Старый Петергоф, Университетский пр., 26 Тел.: (812) 428-4043, 428-6919

61 12-2/571

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ХИМИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ КАФЕДРА АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ

На правах рукописи

УКОЛОВА Елена Сергеевна

НОВЫЕ ПОДХОДЫ К ОЦЕНКЕ ВЛИЯНИЯ СООТНОШЕНИЯ КОЛИЧЕСТВ ОПРЕДЕЛЯЕМЫХ И РЕПЕРНЫХ КОМПОНЕНТОВ НА ТОЧНОСТЬ И ВОСПРОИЗВОДИМОСТЬ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИХ ИНДЕКСОВ УДЕРЖИВАНИЯ

Специальность 02.00.02 - аналитическая химия

Диссертация на соискание учёной степени кандидата химических наук

Научный руководитель д.х.н., профессор Зенкевич И.Г.

Санкт-Петербург - 2012

РЕФЕРАТ

Диссертация по теме «Новые подходы к оценке влияния соотношения количеств определяемых и реперных компонентов на точность и воспроизводимость определения хроматографических индексов удерживания» состоит из 117 стр., включая 15 таблиц, 28 рисунков, список использованных источников - 107.

ПАРАМЕТРЫ УДЕРЖИВАНИЯ, ВРЕМЯ УДЕРЖИВАНИЯ, ИНДЕКСЫ УДЕРЖИВАНИЯ, МЕЖЛАБОРАТОРНАЯ ВОСПРОИЗВОДИМОСТЬ, СООТНОШЕНИЕ ЦЕЛЕВЫХ И РЕПЕРНЫХ КОМПОНЕНТОВ, ЗАВИСИМОСТЬ ИНДЕКСОВ УДЕРЖИВАНИЯ ОТ СООТНОШЕНИЯ ЦЕЛЕВЫХ И РЕПЕРНЫХ КОМПОНЕНТОВ, КАПИЛЛЯРНЫЕ КОЛОНКИ, НАСАДОЧНЫЕ КОЛОНКИ, АДСОРБЦИОННЫЕ КАПИЛЛЯРНЫЕ КОЛОНКИ, КАПИЛЛЯРНЫЙ ЭЛЕКТРОФОРЕЗ.

Одним из главных источников межлабораторного разброса хроматографических индексов удерживания, особенно при использовании насадочных колонок, является их зависимость от соотношения количеств характеризуемых аналитов и реперных компонентов.

Целью работы является снижение разброса ИУ посредством установления характера зависимости хроматографических ИУ от соотношения количеств аналитов и реперных компонентов и рассмотрение возможных вариантов ее нивелирования для повышения надежности хроматографической идентификации с использованием этих параметров.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ОГЛАВЛЕНИЕ..................................................................................................................................2

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ.....................................................3

ВВЕДЕНИЕ........................................................................................................................................4

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ..................................................................................................................7

1.1 Параметры удерживания..................................................................................................7

1.2 Индексы удерживания..........................................................................................................10

1.2.1 Изотермические индексы удерживания.......................................................................10

1.2.2 Индексы удерживания для режимов программирования температуры....................14

1.2.3 Обобщенные (линейно-логарифмические) индексы удерживания...........................16

1.3 Источники погрешностей при измерении параметров удерживания..............................20

1.3.1 Перегрузка хроматографической колонки...................................................................27

1.3.2 Сорбция...........................................................................................................................30

1.3.3 Температурная зависимость индексов удерживания..................................................36

2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ............................................................................................40

2.1 Приготовление образцов.......................................................................................................40

2.2 Условия анализа.....................................................................................................................43

2.3 Обработка полученных данных...........................................................................................46

2.4 Алгоритм сглаживания экспериментальных данных.......................................................47

3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.......................................................................................49

3.1 Модификация ранее известного уравнения зависимости индексов удерживания от соотношения характеризуемых и реперных компонентов......................................................52

3.2 Основные закономерности вариаций параметров уравнения в зависимости от условий газохроматографического разделения.......................................................................................54

3.3 Интерпретация зависимости индексов удерживания от соотношения количеств характеризуемых и реперных компонентов.............................................................................57

3.4 Практические рекомендации по вычислению индексов удерживания, инвариантных относительно вариаций относительных количеств характеризуемых и реперных компонентов.................................................................................................................................66

3.5 Измерение параметров удерживания по передним фронтам хроматографических пиков .......................................................................................................................................................68

3.6 Основные факторы, влияющие на межлабораторную воспроизводимость газохроматографических индексов удерживания....................................................................76

3.6.1 Парадоксы температурной зависимости индексов удерживания..............................76

3.6.2 Зависимость индексов удерживания от соотношения целевых и реперных компонентов и ее следствия...................................................................................................81

3.7 Повышение воспроизводимости определения газохроматографических индексов удерживания с использованием адсорбционных капиллярных колонок...............................87

3.8 Проявление зависимости RI(y) в обращенно-фазовой ВЭЖХ. Тестирование колонок. 93

3.9 Зависимость относительных времен миграции в капиллярном электрофорезе от соотношения количеств аналитов..............................................................................................96

4 ЗАКЛЮЧЕНИЕ...........................................................................................................................104

5 ВЫВОДЫ....................................................................................................................................106

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.............................................................................................................108

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ ИУ - индексы удерживания

ГХ - газовая хроматография

ПАУ - полициклические ароматические углеводороды

НФ - неподвижная фаза

ГЖХ - газожидкостная хроматография

НЖФ - неподвижная жидкая фаза

ЦТАБ - бромид цетилтриметиламмония

ДЭА - диэтаноламин

ЭДТА - динатриевая соль этилендиамин-N, N, N', N'-тетрауксусной кислоты ГХ - газовая хроматография

ОФ ВЭЖХ - обращенно-фазовая высокоэффективная жидкостная хроматография

ТСХ - тонкослойная хроматография

МЭКС - мицеллярная электрокинетическая хроматография

УФ-детектирование - ультрафиолетовое детектирование в диапазоне длин волн

190-700 нм

ВЭЖХ - высокоэффективная жидкостная хроматография КЭ - капиллярный электрофорез

WCOT- wall coated open tubular column обозначение высокоэффективных капиллярных колонок со слоем неподвижной фазы на внутренней поверхности капилляра

у - соотношение площадей пиков характеризуемых и реперных компонентов

ВВЕДЕНИЕ

Проблемы хроматографической идентификации неизвестных соединений относятся к числу наиболее сложных в современной аналитической органической химии. В общем случае следует иметь в виду не выбор из сравнительно небольшого числа заранее известных веществ, а, в первую очередь, такие задачи, когда априорные сведения о природе объектов минимальны и практически всю информацию приходится извлекать из совокупностей различных аналитических сигналов.

Из всех известных параметров удерживания, индексы удерживания, являются наиболее воспроизводимой хроматографической характеристикой аналитов и на их основе проводят как идентификацию органических соединений, так и определение их физико-химических характеристик.

Концепция индексов удерживания широко применяется в хроматографии более 50 лет. Использование таких инвариантов позволяет заменить сопоставление параметров удерживания идентифицируемых аналитов с данными для образцов сравнения операцией их сопоставления со справочными значениями индексов удерживания.

Повышение надежности хроматографической идентификации с использованием индексов удерживания предполагает подробную характеристику возможных факторов, которые влияют на их воспроизводимость. Основными факторами, снижающими межлабораторную воспроизводимость индексов удерживания, являются их температурная зависимость и, в значительно большей степени, влияние адсорбции определяемых веществ на поверхности раздела фаз в насадочных и капиллярных колонках.

Эффекты первого типа определяют разброс значений индексов, измеренных на близких по параметрам колонках при различных температурах, вторые - при использовании различных колонок или различающихся по инертности хроматографических систем. Кроме того, на воспроизводимость

индексов удерживания влияет способ их расчета и возможная нелинейность зависимостей индексов реперных компонентов от их времен удерживания.

Однако существует еще один фактор, влияющий на межлабораторную воспроизводимость индексов удерживания. Как ни парадоксально, но его принимали во внимание исключительно редко. Это известная, но далеко не всегда учитываемая зависимость индексов от соотношения количеств реперных и анализируемых компонентов. Вероятно, что одной из причин некоторого пренебрежения влиянием относительных количеств компонентов смесей на их индексы оказалось отсутствие обсуждения этого эффекта в исторически первой работе Ковача (1958 г.).

Одно из основных предназначений хроматографических методов разделения состоит в идентификации компонентов смесей веществ без их препаративного выделения. Идентификация на основе хроматографических параметров удерживания, в частности индексов удерживания, широко используется в практике газовой хроматографии (ГХ). Для эффективного использования информации по ИУ необходимо развитие и пополнение баз данных, разработка соответствующих алгоритмов работы с ними, формирование критериев надежности идентификации на основе использования индексов удерживания.

Один из примеров подобных баз данных это база данных МБТ, которая содержит информацию об ИУ из оригинальных статей, технических отделов и интернет-ресурсов за период более чем 50 лет. Соответственно, в БД присутствуют ИУ различных систем (изотермические индексы Ковача, линейные индексы). Каждому значению ИУ в БД соответствует следующая дополнительная информация:

- тип колонки (насадочная или капиллярная);

- спецификация неподвижной фазы;

- параметры колонки;

- толщина слоя неподвижной фазы (для капиллярных колонок);

- характеристика носителя (для насад очных колонок);

- газ-носитель;

- описание температурных условий; режим анализа может быть изотермическим, с линейным программированием температуры, или со сложной температурной программой;

- литературными источниками.

Многообразие исходных данных не может не отразиться на методе их использования при оценке ИУ. Критерии отбора справочных значений ИУ должны учитывать количество имеющихся исходных значений ИУ, а также режим хроматографического анализа при их регистрации. Если в базе данных представлено единственное значение ИУ для соединения, и, соответственно, такую выборку невозможно обработать статистически, то такое значение можно использовать только как ориентировочное. Приведем простой пример: если бы ИУ бензола, простейшего ароматического углеводорода, был представлен единственным значением, то он мог бы варьировать в диапазоне значений от 630 до 694. Между тем среднее значение по выборке состоящей из 280 значений составляет: 658 ± 14.

Таким образом, необходимо учитывать все возможные факторы, влияющие на воспроизводимость ИУ, с целью снижения их межлабораторного разброса для более надежного использования существующих баз данных.

Настоящая работа посвящена детальной характеристике зависимости газохроматографических РТУ от соотношения целевых аналитов и реперных соединений как в газовой хроматографии (распределительный и адсорбционный варианты), так и в высокоэффективной жидкостной хроматографии, а также в капиллярном электрофорезе. Во всех случаях главной целью было выявление возможностей компенсации зависимости газохроматографических РТУ от соотношения целевых аналитов от реперных компонентов [Ш(у)] с целью уменьшения межлабораторного разброса значений индексов удерживания.

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 1.1 Параметры удерживания

Разделение аналитов в хроматографии основано на различных скоростях их перемещения потоком подвижной фазы относительно слоя сорбента или неподвижной фазы в колонке. Если соединение не сорбируется, то оно не будет удерживаться сорбентом в колонке, и будет выходить из колонки со скоростью газа-носителя. Если же соединения сорбируются, то они будут удерживаться в колонке, причем время удерживания будет определяться их сорбционной способностью: чем сильнее сорбируется соединение, тем меньше будет скорость его движения в колонке и тем, дольше оно будет удерживаться в колонке [1,2].

Параметры удерживания, по существу, характеризуют сорбционную способность анализируемых соединений. Различия в сорбируемости, в конечном итоге, определяются различиями межмолекулярных воздействий.

Первичными экспериментально измеряемыми параметрами являются следующие эквивалентные характеристики аналитов в хроматографии [3]:

- полное время удерживания анализируемого вещества,

- полный объем удерживания анализируемого вещества,

- полное расстояние удерживания анализируемого вещества, (отрезок временной оси хроматограммы, соответствующий времени или объему удерживания).

На значения этих параметров оказывают влияние следующие факторы:

- состав, свойства и количество неподвижной фазы в распределительном варианте газовой хроматографии, а также природа твердого носителя;

- природа и состав подвижной фазы, перепад давления подвижной фазы на входе и выходе колонки;

- условия эксперимента (температура колонки и скорость подвижной фазы);

- конструктивные особенности используемой аппаратуры - свободные «мертвые» объемы колонки, испарителя (дозатора), детектора и соединяющих коммуникаций;

- метод дозирования и величина дозы, определяющие возможность перегрузки колонки и выхода из области линейной изотермы сорбции. Полное время удерживания (время удерживания) tR - это время от

момента ввода пробы в хроматографическую колонку до момента выхода из нее максимальной концентрации анализируемого вещества [4].

Полный объем удерживания (объем удерживания) Уд - объем подвижной фазы, прошедшей через хроматографическую колонку от момента ввода пробы до момента выхода максимальной концентрации анализируемого вещества. В газовой хроматографии полный объем удерживания находят по уравнению:

ГЯ=ЬЪ (1.1)

где Рс - объемная скорость подвижной фазы, измеренная на выходе из колонки при заданной температуре.

На рисунке 1.1 приведена схематическая иллюстрация параметров удерживания

Рисунок 1.1- Схематическая иллюстрация параметров удерживания

Описанные выше параметры (объемы, времена, расстояния) удерживания могут быть использованы для характеристики соединения лишь при проведении анализа в строго заданных условиях на одном и том же приборе [5].

Для сопоставления получаемых значений удерживаемых объемов с литературными данными или полученными на другом приборе, или в иных условиях (для той же неподвижной фазы и температуры колонки) необходимо вводить ряд поправок: на объем подвижной фазы, не принимающий участия в вымывании компонентов пробы, на градиент давления газа-носителя по слою неподвижной фазы и на количество неподвижной фазы в хроматографической колонке.

В зависимости от того какие поправки учитывают, различают следующие характеристики удерживания.

Исправленный объем удерживания анализируемого вещества, -полный объем удерживания, пересчитанный с учетом поправки на объем подвижной фазы, заполняющий хроматографическую систему (узел дозирования, колонку, детектор) к моменту начала эксперимента и не принимающий участия в элюировании анализируемого соединения, Ум [6]:

У\ = УК-УМ (1.2)

В соответствии с номенклатурой хроматографии, параметр Ум определен как объем пребывания в хроматографической системе вещества, концентрация которого в неподвижной фазе пренебрежимо мала по сравнению с его концентрацией в подвижной фазе. Иными словами, ¥м представляет собой объем подвижной фазы, необходимый для элюирования неудерживаемого вещества.

Исправленное время удерживания анализируемого вещества ¿'д находят по аналогии с определением параметра У\ по уравнению

= С1-3)

где ^ - время пребывания в хроматографической системе неудерживаемого вещества, называемое мертвым временем.

В газовой хроматографии численные значения ^ и ¥м в определенных условиях могут быть легко найдены дозированием вещества, для которого коэффициент распределения очень мал по сравнению с его значением для других компонентов [7, 8, 9].

1.2 Индексы удерживания

Характеристиками любого дифференциального хроматографического сигнала являются его площадь (5) и время удерживания (¿д). Однако обе эти характеристики без дополнительной информации не позволяют получить сведения ни о количествах веществ в анализируемой пробе, ни об их химической природе. Для этого требуется сравнения площадей пиков с данными для других образцов с известным содержанием компонентов (все методы количественного анализа) ил