Журнал аналитической химии, 2019, T. 74, № 7-app, стр. 40-47
Эффекты дискриминации состава проб при их дозировании в капиллярные газохроматографические колонки с делением потока
И. Г. Зенкевич 1, *, Д. А. Олисов 1
1 Санкт-Петербургский государственный университет, Институт химии
198504 Санкт-Петербург, Университетский просп., 26, Россия
* E-mail: izenkevich@yandex.ru
Поступила в редакцию 01.01.2018
После доработки 31.03.2018
Принята к публикации 16.11.2018
Аннотация
Обсуждается проявление заметных эффектов дискриминации состава проб при их дозировании в короткие капиллярные колонки большого диаметра с делением потока при малых его значениях. Они заключаются в аномально сильной зависимости площадей пиков даже летучих компонентов от температуры испарителя, природы используемых растворителей и, в меньшей степени, от дозируемых количеств образцов. В качестве критериев оценки степени проявления этих факторов предложено рассматривать: 1) зависимость абсолютных площадей пиков разных аналитов от температуры испарителя и 2) аналогичную зависимость относительных площадей пиков одних и тех же компонентов в разных растворителях. При этом относительные площади пиков различных компонентов в одних и тех же растворителях сохраняются практически постоянными вне зависимости от температуры испарителя. Указанные эффекты осложняют количественные определения, основанные на измерении абсолютных площадей пиков (способ внутренней нормализации и определение коэффициентов распределения в хромато-распределительном методе). Для этих целей предпочтительнее применение стандартных капиллярных колонок с достаточно большим делением потоков при дозировании проб.
Анализ современной литературы по газовой хроматографии [1] показывает, что в настоящее время более 95% аналитических задач решают этим методом с использованием капиллярных хроматографических колонок. В отличие от насадочных колонок, их применение чаще всего предполагает дозирование проб с делением потока, при котором в колонку попадает только их незначительная часть. Эффекты дискриминации состава проб (или, иначе, нелинейность деления потока), приводящие к искажениям результатов количественных определений11, были известны еще с момента появления такой техники дозирования. Чаще всего под этим понимают уменьшение площадей пиков высококипящих компонентов относительно площадей пиков низкокипящих компонентов, как это схематически изображено на рис. 1. Если массовые концентрации гомологов (например, н-алканов) в дозируемом образце одинаковы, то соответствующие им площади пиков могут уменьшаться по мере увеличения числа атомов углерода в молекулах. В наибольшей степени такие эффекты выражены при дозировании проб шприцем в нагретый испаритель хроматографа именно при определении высококипящих аналитов.
Если выбранный способ количественного определения (внешнего стандарта, абсолютной градуировки, внутреннего стандарта или стандартной добавки) предполагает предварительную градуировку прибора по целевым аналитам в тех же условиях, что и анализ, то это исключает необходимость учета эффектов дискриминации. По-видимому, именно с этим связано отсутствие их упоминаний во многих руководствах, как специально посвященных работе с капиллярными колонками, например [2, 3], так и в современных справочных изданиях [4]. Однако существуют задачи, предполагающие измерение абсолютных площадей пиков, но исключающие предварительную градуировку, в частности, количественный анализ методом внутренней нормализации, широко применяемый для представления результатов анализа многокомпонентных образцов. Другим примером является так называемый “хромато-распределительный метод” определения коэффициентов распределения аналитов по отношениям абсолютных площадей пиков при дозировании равных объемов ограниченно смешивающихся растворителей [5]. В подобных случаях эффекты дискриминации играют существенную роль.
Обсуждению эффектов дискриминации с момента начала широкого использования капиллярных колонок (конец 1970-х гг.) посвящено заметное число публикаций [6–11]. При этом обращает на себя внимание явная недостаточность упоминаний этих эффектов в учебной и научной литературе на русском языке. Они рассмотрены только в переводных изданиях [12, 13], причем во втором из них под неудачным названием “фракционирование компонентов пробы” [13, C. 59]. Кратко такие эффекты упомянуты в руководстве [14], а в монографии [15] отмечено лишь, что прямой ввод проб в колонки (без сброса) позволяет их исключить. Современное обсуждение таких эффектов в значительной степени сосредоточено в предлагаемых различными компаниями и доступных в Интернете практических руководствах для пользователей (в том числе так называемых “Troubleshooting Guides”), например [16]. При этом из существующей литературы сложно составить представление об истинных масштабах эффектов дискриминации и особенностях их проявления.
В настоящее время применение коротких капиллярных колонок большого внутреннего диаметра с толстыми пленками неподвижных фаз (типа narrow bore) приобретает все б'ольшую популярность. Однако в свойствах этих колонок проявляется ряд неожиданных аномалий. Например, зависимость газохроматографических индексов удерживания от соотношения количеств целевых аналитов и реперных компонентов для них отличается от аналогичной зависимости для обычных (типа narrow bore) капиллярных колонок [17]. Другой аномалией оказывается рассматриваемое в настоящей работе неожиданно сильно выраженное проявление эффектов дискриминации состава проб при их дозировании в такие колонки с малыми делениями потока. Эти эффекты заметны даже для сравнительно низкокипящих органических соединений и ответственны за существенную зависимость результатов газохроматографического анализа от таких факторов как природа растворителя, деление потока и температура испарителя. Рассмотрению этих вопросов посвящена настоящая работа.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Приготовление растворов. К 5 мл гексана или пропанола-2 (х. ч. для хроматографии) в пенициллиновом флаконе емк. 10 мл добавляли по 100 мкл толуола и гептанона-3 (а), тетрахлорида углерода и пентанола-1 (б), либо гептанона-3 и изопропилбензола (в) (все х. ч.). Полученные растворы непосредственно анализировали на газовом хроматографе. Для хромато-масс-спектрометрического анализа их разбавляли соответственно гексаном или пропанолом-2 в 400 раз.
Газохроматографический анализ образцов проводили на хроматографе Кристалл 5000.2 с пламенно-ионизационным детектором (ПИД) на колонке ВРХ-1 длиной 10 м, внутренним диаметром 0.53 мм с толщиной пленки неподвижной фазы 2.65 мкм. Температура колонки: изотерма 70 или 80°C; газ-носитель азот: а) расход 5.9 мл/мин (линейная скорость 45.5 см/с), деление потока 1 : 3 (режим А) и б) расход 5 мл/мин (линейная скорость 43.2 см/с), сброс 1 : 6 (режим Б). Испаритель содержал вкладыш из стекловаты (~4 см), температуру испарителя варьировали в интервале 120–210°C с шагом 30°C.
Для дозирования использовали микрошприц МШ-10, объем дозируемых проб от 0.5 до 2 мкл, число параллельных дозирований каждого из образцов в каждом из режимов составляло от 2 до 5. Для исключения влияния “человеческого фактора” дозирование всех образцов выполнял один исполнитель. Дополнительно проверяли возможности упоминаемого в литературе дозирования “с воздушной подушкой”. В этом способе после отбора пробы в шприц его заполняют ~2 мкл воздуха так, чтобы в момент ввода иглы в нагретый испаритель она была пустой. Однако установлено, что такой способ не устраняет обнаруженных эффектов, а лишь приводит к снижению воспроизводимости результатов. Дозируемые количества всех аналитов при всех значениях деления потока не превышали границы массовой перегрузки используемой колонки (17 ± 4 мкг).
Хромато-масс-спектрометрический анализ проводили на хромато-масс-спектрометре Shimadzu QP 2010 SE на колонке Optima 5 MS длиной 30 м, внутренним диаметром 0.32 мм, с толщиной пленки неподвижной фазы 0.25 мкм. Режим детектирования: ионизация электронами, энергия 70 эВ, регистрация хроматограмм по полному ионному току. Температура колонки: изотерма 80°C, газ-носитель гелий, расход 1.84 мл/мин (линейная скорость 49 см/с), сброс 1 : 10 (режим В), температуру испарителя варьировали в интервале 120–210°C с шагом 30°C. Объем дозируемых проб 1 мкл.
Обработка результатов. Для статистической обработки площадей пиков и вычисления их отношений использовали программное обеспечение Excel (Microsoft Office 2010); для вычисления параметров регрессионных уравнений и построения графиков – ПО Origin (версия 4.1).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Обсуждение эффектов дискриминации при дозировании в капиллярные газохроматографические колонки целесообразно начать с примера, иллюстрирующего конкретные экспериментальные данные. В табл. 1 сопоставлены абсолютные площади пиков толуола и гептанона-3 при дозировании их растворов с одинаковыми массо-объемными концентрациями в гексане и пропаноле-2 в режиме А (использовали короткую капиллярную колонку большого диаметра с толстой пленкой неподвижной фазы при делении потока 1 : 3):
Таблица 1.
Вариации абсолютных площадей пиков толуола (c = 16.7 мг/мл) и гептанона-3 (с = 15.7 мг/мл) при дозировании их растворов в гексане и пропаноле-2 при разных температурах испарителя (режим разделения А, сброс 1 : 3)
| Аналит | Растворитель | S ± s(S) × 103 (sr), мВ мс | S210/S120 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 120°С | 150°С | 180°С | 210°С | |||
| Толуол | Гексан | 311.5 ± 16.4 (0.052) | 325.2 ± 8.4 (0.026) | 360.3 ± 11.2 (0.031) | 393.8 ± 29.1 (0.074) | 1.26 |
| Пропанол-2 | 225.6 ± 2.7 (0.012) | 298.1 ± 28.0 (0.093) | 367.3 ± 14.2 (0.039) | 465.6 ± 29.1 (0.062) | 2.06 | |
| Гептанон-3 | Гексан | 203.4 ± 9.6 (0.047) | 219.9 ± 7.5 (0.034) | 243.9 ± 5.4 (0.022) | 270.8 ± 16.0 (0.059) | 1.33 |
| Пропанол-2 | 136.7 ± 6.2 (0.046) | 188.9 ± 19.4 (0.103) | 240.5 ± 7.3 (0.030) | 309.3 ± 15.3 (0.049) | 2.26 | |
Первое, что обращает на себя внимание при рассмотрении приведенных данных – их отчетливо выраженная зависимость от температуры испарителя: при ее увеличении от 120 до 210°С площади пиков толуола и гептанона-3 для растворов этих аналитов в гексане (отношения S210/S120) монотонно возрастают в 1.26 и 1.33 раза, а для растворов в пропаноле-2 – в 2.06 и 2.26 раза соответственно. Такой эффект известен и обсуждался в литературе [12], но, как отмечено выше, интерес представляет оценка реальных особенностей и масштабов его проявления. Необходимо отметить, что все значения температур испарителя превышают температуры кипения выбранных растворителей (68.7°С для гексана, 82.3°С для пропанола-2). Обычно полагают, что подобные зависимости обусловлены испарением б'ольшeй части проб при их дозировании при более высоких температурах. Однако контроль остаточных объемов растворителей, остающихся в шприце после дозирования 1 мкл растворов, показал, что они практически не зависят ни от природы растворителя, ни от температуры испарителя и близки к техническим характеристикам шприцев МШ-1 (объем иглы ~0.7 мкл). Таким образом, значительное увеличение абсолютных площадей пиков определяется именно изменением режима работы делителя потока. Сложности описания этого эффекта еще и в том, что в зависимости от конструкции делителя потока (модели хроматографа) его проявления могут заметно различаться.
Для более наглядного представления наблюдаемых вариаций состава проб, попадающих в хроматографическую колонку при их дозировании с делением потока в различных условиях, рассмотрение зависимостей абсолютных площадей пиков целесообразно дополнить анализом относительных величин, прежде всего, зависимостью отношений площадей пиков одного и того же компонента в разных растворителях от температуры испарителя. Для стандартизации этой операции будем рассматривать отношения площадей пиков аналитов в менее летучем растворителе к значениям для более летучего растворителя, т.е. в нашем случае величины Si(пропанол-2)/Si(гексан). В табл. 2 представлены средние значения таких отношений для толуола и гептанона-3, монотонно возрастающие в 1.6–1.7 раза при повышении температуры испарителя от 120 до 210°С. Таким образом, при относительно низкой температуре испарителя количества аналитов, попадающие в хроматографическую колонку при использовании пусть даже незначительно менее летучего растворителя, оказываются меньшими, чем при использовании более летучего растворителя. Однако при повышении температуры ситуация неожиданно изменяется на прямо противоположную: дозирование растворов с одинаковыми концентрациями аналитов в менее летучем пропаноле-2 приводит к бóльшим площадям пиков, чем дозирование их растворов в гексане.
Таблица 2.
Средние значения вариаций отношений площадей пиков толуола (с = 16.7 мг/мл) и гептанона-3 (с = 15.7 мг/мл) в пропаноле-2 и гексане при разных температурах испарителя (режим разделения А, сброс 1 : 3)
| Аналит | Температура испарителя, °С | ${{S_{{{\text{о т н }}}}^{{210}}} \mathord{\left/ {\vphantom {{S_{{{\text{о т н }}}}^{{210}}} {S_{{{\text{о т н }}}}^{{120}}}}} \right. \kern-0em} {S_{{{\text{о т н }}}}^{{120}}}}$ | |||
|---|---|---|---|---|---|
| 120 | 150 | 180 | 210 | ||
| Толуол | 0.72 | 0.92 | 1.02 | 1.18 | 1.64 |
| Гептанон-3 | 0.67 | 0.86 | 0.99 | 1.14 | 1.70 |
Возможен и третий критерий выявления и контроля эффектов дискриминации, основанный на оценке зависимости отношений площадей пиков разных компонентов в различных растворителях от температуры испарителя. Как и в предыдущем случае, с целью стандартизации этой операции будем рассматривать отношения площадей менее летучего компонента (гептанон-3, Ткип = 147°С) к более летучему (толуол, Ткип = = 110.6°С). Такие отношения, вычисленные по данным табл. 1, приведены в табл. 3.
Таблица 3.
Средние значения вариаций отношений площадей пиков (S1/S2) гептанона-3 (с = 15.7 мг/мл) и толуола (с = 16.7 мг/мл) в гексане и пропаноле-2 при разных температурах испарителя (режим разделения А, сброс 1 : 3)
| Растворитель | Температура испарителя, °С | Среднее значение | |||
|---|---|---|---|---|---|
| 120 | 150 | 180 | 210 | ||
| Гексан | 0.65 | 0.68 | 0.68 | 0.69 | 0.68 ± 0.02 |
| Пропанол-2 | 0.61 | 0.63 | 0.65 | 0.66 | 0.64 ± 0.02 |
Эта форма представления данных закономерно отражает отсутствие зависимости относительного содержания разных компонентов, попадающих в колонку в результате дозирования проб в разных растворителях, от температуры. Средние значения отношений площадей пиков гептанона-3 и толуола при дозировании их растворов в гексане и пропаноле-2 в пределах удвоенной суммы стандартных отклонений не отличаются друг от друга. Отличие этих величин от единицы обусловлено меньшими концентрациями гептанона-3 по сравнению с толуолом (16.7 и 15.7 мг/мл соответственно) и меньшей чувствительностью ПИД к кислородсодержащему соединению по сравнению с углеводородом.
Таким образом, для характеристики эффектов дискриминации целесообразно использовать не зависимость площадей пиков гомологов от их летучести (числа атомов углерода в молекуле), как изображено на рисунке, а следующие критерии оценки влияния температуры испарителя на результаты определений:
1. Зависимость абсолютных площадей пиков разных аналитов (включая летучие соединения) от температуры испарителя;
2. Зависимость относительных площадей пиков одного и того же компонента в разных растворителях от температуры испарителя;
3. Зависимость относительных площадей пиков различных компонентов в одних и тех же растворителях от температуры испарителя.
При этом собственно эффекты дискриминации иллюстрируют только первые два критерия, тогда как третий выбран для подтверждения закономерного отсутствия каких-либо вариаций.
Отчетливо проявляющиеся зависимости абсолютных и относительных площадей пиков летучих соединений от температуры испарителя представляют собой достаточно неожиданный факт, требующий дополнительного подтверждения. По этой причине приведенная в табл. 1 информация воспроизведена в табл. 4 на примере двух других соединений (четыреххлористый углерод и пентанол-1). Из-за существенно меньшей чувствительности ПИД к CCl4 концентрации компонентов в образце выбраны отличающимися в ~30 раз, что не сказывается на получаемых результатах. Как и в предыдущем случае, значения отношений S 210/S120 существенно превышают единицу и больше для менее летучего растворителя (пропанол-2), чем для гексана (2.4–2.8 против 1.4). В табл. 5 представлены отношения площадей пиков каждого из этих компонентов в разных растворителях, достигающие 1.8–2.0, что больше, чем аналогичные отношения в табл. 2. Отношения площадей пиков разных компонентов в одних и тех же растворителях (критерий 3) также не отличаются в пределах удвоенной суммы их стандартных отклонений (табл. 6).
Таблица 4.
Вариации абсолютных площадей пиков тетрахлорметана (с ≈ 91.5 мг/мл) и пентанола-1 (с ≈ 3.1 мг/мл), при дозировании их растворов в гексане и пропаноле-2 при разных температурах испарителя (режим разделения А, сброс 1 : 3)
| Аналит | Растворитель | S ± s(S) × 103 (sr), мВ мс | ${{S_{{}}^{{210}}} \mathord{\left/ {\vphantom {{S_{{}}^{{210}}} {S_{{}}^{{120}}}}} \right. \kern-0em} {S_{{}}^{{120}}}}$ | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 120°С | 150°С | 180°С | 210°С | |||
| CCl4 | Гексан | 95.7 ± 0.0 (0.00) | 113.1 ± 0.8 (0.007) | 131.5 ± 5.0 (0.038) | 132.7 ± 2.2 (0.017) | 1.39 |
| Пропанол-2 | 75.4 ± 1.0 (0.013) | 107.1 ± 3.9 (0.036) | 151.2 ± 6.2 (0.041) | 183.3 ± 6.7 (0.036) | 2.43 | |
| Пентанол-1 | Гексан | 38.7 ± 0.1 (0.003) | 47.1 ± 0.8 (0.017) | 55.6 ± 2.6 (0.047) | 54.0 ± 2.6 (0.048) | 1.40 |
| Пропанол-2 | 25.4 ± 0.5 (0.018) | 36.6 ± 2.1 (0.058) | 54.8 ± 0.8 (0.014) | 72.2 ± 2.3 (0.032) | 2.84 | |
Таблица 5.
Средние значения вариаций отношений площадей пиков тетрахлорметана (с ≈ 91.5 мг/мл) и пентанола-1 (с ≈ 3.1 мг/мл) в пропаноле-2 и гексане при разных температурах испарителя (режим разделения А, сброс 1 : 3)
| Аналит | Температура испарителя, °С | ${{S_{{{\text{о т н }}}}^{{210}}} \mathord{\left/ {\vphantom {{S_{{{\text{о т н }}}}^{{210}}} {S_{{{\text{о т н }}}}^{{120}}}}} \right. \kern-0em} {S_{{{\text{о т н }}}}^{{120}}}}$ | |||
|---|---|---|---|---|---|
| 120 | 150 | 180 | 210 | ||
| CCl4 | 0.79 | 0.95 | 1.15 | 1.38 | 1.75 |
| Пентанол-1 | 0.66 | 0.78 | 0.99 | 1.34 | 2.03 |
Таблица 6.
Средние значения вариаций отношений площадей пиков пентанола-1 (с ≈ 3.1 мг/мл) и тетрахлорметана (с ≈ 91.5 мг/мл) в гексане и пропаноле-2 при разных температурах испарителя (режим разделения А, сброс 1 : 3)
| Растворитель | Температура испарителя, °С | Среднее значение | |||
|---|---|---|---|---|---|
| 120 | 150 | 180 | 210 | ||
| Гексан | 0.40 | 0.42 | 0.42 | 0.41 | 0.41 ± 0.01 |
| Пропанол-2 | 0.34 | 0.34 | 0.36 | 0.39 | 0.36 ± 0.02 |
Таким образом, наблюдаемые аномальные зависимости абсолютных и относительных площадей пиков летучих компонентов не связаны с химической природой аналитов, а определяются иными причинами. Для их подтверждения на следующем этапе целесообразно выбрать другие растворители, а также варьировать деление потока при дозировании проб в колонку. В качестве модельного аналита выбран толуол, результаты представлены в табл. 7. Помимо отношения S210/S120 не менее информативными оказываются отношения S150/S120 или S180/S150. Как и для других растворителей, увеличение температуры при использовании хлороформа и ацетонитрила приводит к увеличению абсолютных площадей пиков, однако для первого из рассматриваемых отношений это увеличение составляет 1.4–1.9 (больше для более полярного ацетонитрила) при делении потока 1 : 3, но значительно меньше (1.0–1.2) при делении потока 1 : 6 (режим разделения Б). Этот факт подтверждает, что все наблюдаемые эффекты обусловлены именно дискриминацией состава проб в делителе потока и в наибольшей степени проявляются при малых отношениях расходов газа носителя на сброс и в колонку, т.е. при работе с короткими (типа Megabore) капиллярными колонками большого диаметра.
Таблица 7.
Средние значения вариаций абсолютных площадей пиков толуола (с = 16.7 мг/мл) (средние значения, при дозировании растворов в хлороформе и ацетонитриле при разных температурах испарителя, режимы разделения А и Б)
| Растворитель | Сброс | S × 103, мВ мс | S150/S120 | S180/S150 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 120°С | 150°С | 180°С | 210°С | ||||
| Хлороформ | 3 : 1 | 326.4 | 444.2 | 520.5 | 600.9 | 1.36 | 1.17 |
| 6 : 1 | 143.3 | 145.6 | – | – | 1.02 | – | |
| Ацетонитрил | 3 : 1 | 310.1 | 593.2 | 768.2 | 850.4 | 1.91 | 1.30 |
| 6 : 1 | 110.7 | 127.5 | 129.1 | 126.2 | 1.15 | 1.01 | |
Для подтверждения зависимости эффектов дискриминации состава проб от деления потока при их дозировании аналогичные эксперименты были воспроизведены на хромато-масс-спектрометре с использованием стандартной капиллярной колонки длиной 30 м, внутренним диаметром 0.32 мм с толщиной пленки неподвижной фазы 0.25 мкм (режим разделения В, сброс 1 : 10) на примере значительно более разбавленных растворов гептанона-3 и изопропилбензола в гексане и пропаноле-2 (табл. 8). Как и во всех рассмотренных выше примерах, наблюдается некоторое увеличение абсолютных площадей пиков по мере повышения температуры испарителя хромато-масс-спектрометра от 120 до 210оС, однако оно оказывается значительно меньшим, чем при меньших значениях сброса: значения S180/S150 составляют всего 1.02–1.06. Можно полагать, что дальнейшее увеличение деления потока приведет к еще большему нивелированию эффектов дискриминации.
Таблица 8.
Средние значения вариаций абсолютных площадей пиков гептанона-3 (с ≈ 39.3 мкг/мл) и изопропилбензола (с ≈ 41.4 мкг/мл) при дозировании их растворов в гексане и пропаноле-2 при разных температурах испарителя от 120 до 210°С (режим разделения В, сброс 1 : 10)
| Аналит | Растворитель | S × 103, мВ мс | S180/S150 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 120°С | 150°С | 180°С | 210°С | |||
| Гептанон-3 | Гексан | 126.4 | 122.6 | 128.0 | 151.6 | 1.04 |
| Пропанол-2 | – | 80.0 | 81.4 | 90.0 | 1.02 | |
| Изопропилбензол | Гексан | 179.8 | 174.4 | 185.0 | 227.2 | 1.06 |
| Пропанол-2 | – | 144.4 | 147.0 | 159.3 | 1.02 | |
Таким образом, отчетливо выраженные эффекты дискриминации в наибольшей степени проявляются именно при малых отношениях потоков газа-носителя на сброс и в колонку при дозировании проб в короткие капиллярные колонки большого диаметра. Проявление этих эффектов включает зависимость абсолютных и относительных площадей пиков даже относительно низкокипящих соединений от природы растворителя, величины деления потока и температуры испарителя.
Бо'льшее или меньшее влияние изменения условий разделения на регистрируемые площади пиков достаточно хорошо известно в хроматографии. Так, показано, что результаты количественных определений методом внутренней нормализации зависят от температурного режима хроматографической колонки (изотермический или программирование температуры) [18, 19], однако такие вариации несопоставимо меньше, чем эффекты дискриминации, характеризуемые в данной работе. Следовательно, при использовании коротких капиллярных колонок большого диаметра при малых отношениях деления потоков газа-носителя на сброс и в колонку к применению метода внутренней нормализации следует относиться с крайней осторожностью, поскольку результаты могут сильно зависеть даже от таких факторов, как природа растворителя и температура испарителя. В любом случае точность получаемых оценок окажется невысокой.
В качестве другого примера принципиальной нежелательности применения коротких капиллярных колонок с малыми отношениями расходов газа-носителя на сброс и в колонку следует отметить хромато-распределительный метод [5], поскольку для оценки коэффициентов распределения (Kp) аналитов в гетерофазных системах ограниченно растворимых друг в друге жидкостей проще всего использовать отношения площадей пиков:
(1)
${{K}_{{\text{p}}}} = {{с }_{{\text{1}}}}{\text{/}}{{с }_{{\text{2}}}} \approx {{S}_{{\text{1}}}}{\text{/}}{{S}_{{\text{2}}}}.$Для устранения возможных погрешностей наиболее надежные значения коэффициентов распределения в системах гексан–ацетонитрил [20], гексан–нитрометан [21], гексан–2,2,2-трифторэтанол [22], перфтордекалин–ацетонитрил [23] и других были определены с использованием насадочных газохроматографических колонок (без деления потока при вводе проб), что исключает эффекты дискриминации [18, 19]. Возможности же определения Kр с использованием капиллярных колонок требуют проверки в каждом конкретном случае.
Еще одним важным практическим вопросом представляется проявление эффектов дискриминации при варьировании дозируемых количеств образцов. В табл. 9 сопоставлены вариации средних значений абсолютных площадей пиков тетрахлорметана и пентанола-1 в пропаноле-2 и гексане для проб объемом 0.5 и 2.0 мкл (использован один и тот же микрошприц МШ-10) в таком же как и ранее диапазоне температур испарителя (от 120 до 210°С, режим разделения А, сброс 1 : 3). Данные этой таблицы можно рассматривать вместе с данными для тех же аналитов в табл. 4 для объема проб 1 мкл.
Таблица 9.
Средние значения вариаций абсолютных площадей пиков тетрахлорметана (с ≈ 91.5 мг/мл) и пентанола-1 (с ≈ 3.1 мг/мл) в пропаноле-2 и гексане при варьировании их дозируемых количеств для разных температур испарителя (режим разделения А, сброс 1 : 3)
| Аналит | Растворитель | S × 103, мВмс | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 120°С | 150°С | 180°С | 210°С | ||||||
| 0.5 | 2.0 | 0.5 | 2.0 | 0.5 | 2.0 | 0.5 | 2.0 | ||
| CCl4 | Гексан | 43.0 | 246.1 | 44.5 | 298.8 | 52.6 | 342.6 | 52.6 | 338.4 |
| Пропанол-2 | 34.1 | 160.0 | 43.6 | 275.9 | 54.1 | 345.7 | 60.4 | 375.5 | |
| Пентанол-1 | Гексан | 17.6 | 99.1 | 18.5 | 121.5 | 22.5 | 140.0 | 22.1 | 139.3 |
| Пропанол-2 | 14.0 | 50.8 | 17.8 | 88.6 | 23.3 | 125.1 | 28.0 | 149.2 | |
Температурная зависимость относительных площадей пиков одних и тех же компонентов в разных растворителях при различных равных объемах дозируемых проб (критерий 2) для проб разного объема представлена в табл. 10. Наибольшими отличиями характеризуется дозирование при низких температурах испарителя при использовании более высококипящего полярного растворителя (пропанол-2). Последний критерий 3 в этом случае, как и ранее, закономерно подтверждает отсутствие зависимости относительных площадей пиков разных компонентов в одних и тех же растворителях от температуры испарителя.
Таблица 10.
Температурные вариации относительных площадей пиков тетрахлорметана и пентанола-1 в гексане и пропаноле-2 при различных равных объемах дозируемых проб (в соответствии с данными табл. 9)
| Аналит (объем пробы) |
Температура испарителя, °С | |||
|---|---|---|---|---|
| 120 | 150 | 180 | 210 | |
| CCl4 (0.5 мкл) | 1.26 | 1.02 | 0.97 | 0.87 |
| CCl4 (2.0 мкл) | 1.54 | 1.08 | 0.99 | 0.90 |
| Пентанол-1 (0.5 мкл) | 1.26 | 1.04 | 0.96 | 0.79 |
| Пентанол-1 (2.0 мкл) | 1.95 | 1.37 | 1.12 | 0.93 |
Хроматографический анализ выполнен с использованием оборудования Ресурсного образовательного центра по направлению “Химия” Института химии Санкт-Петербургского государственного университета. Авторы благодарят сотрудников Центра за содействие.
Список литературы
The NIST 17 Mass Spectral Library (NIST17/2017/EPA/NIH). Software/Data Version (NIST17); NIST Standard Reference Database, Number 69, June 2017. National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD 20899: http://webbook.nist.gov (дата обращения: декабрь 2017 г.).
Руденко Б.А. Капиллярная хроматография. М.: Наука, 1978. 222 с. (Rudenko B.A. Kapilliarnaia Khromarografia. M.: Nauka Publ., 1978.)
Тесаржик К., Комарек К. Капиллярные колонки в газовой хроматографии / Пер. с чешск. М.: Мир, 1987. 222 с. (Tesaric K., Komarek K. Kapilarni Koloni v Plinove Chromatografii. Praha: SNTL – Nakladatelstvi Technicke Literatury. 1984.)
Encyclopedia of Chromatography. 3rd ed. / Ed. Cazes J. New York: Taylor & Francis, 2010. V. 1–3.
Березкин В.Г., Лощилова В.Д., Панков А.Г., Ягодовский В.Д. Хромато-распределительный метод. М.: Наука, 1976. 112 с. (Berezkin V.G., Loschilova V.D., Pankov A.F., Yagodovskii V.D. Khromato-raspredelitel’nyi Metod. M.: Nauka Publ., 1976.)
Grob K., Neukom H.P. Dependence of the splitting ratio on column temperature in split injection capillary gas chromatography // J. High Resolut. Chromatogr. Chromatogr. Commun. 1979. V. 2. № 1. P. 15.
Chauhan J., Darbre A. Direct injection on capillary columns for gas chromatography // J. High Resolut. Chromatogr. Chromatogr. Commun. 1981. V. 4. № 6. P. 260.
Schomburg G., Hausig U., Husmann H. Quantitation in capillary gas chromatography with emphasis on the problems of sample introduction // J. Sep. Sci. 1985. V. 8. № 9. P. 566.
Barwick V.J. Sources of uncertainty in gas chromatography and high-performance liquid chromatography // J. Chromatogr. A. 1999. V. 849. P. 13.
Buser H.-R., Haglund P., Muller M.D., Poiger T., Rappe C. Discrimination and thermal degradation of toxaphene compounds in capillary gas chromatography when using split/splitless and on-column injection // Chemosphere. 2000. V. 41. P. 473.
Grob K. Split and splitless injection for quantitative gas chromatography: concept, processes, practical guidelines, sources of errors. New York: J. Wiley & Sons, 2008. 480 p.
Дженнингс В. Газовая хроматография на стеклянных капиллярных колонках. М.: Мир, 1980. 234 с. (Jennings W. Gas Chromatography with Glass Capillary Columns. N.Y.: Acad. Press, 1978.)
Хайвер К., Ньютон Б., Сандра П., Уилсон М., Смит Э.Б., Снайдер У.Д., Гудли П., Лейбранд Р., Филипс Р.Дж., Гирхарт Р., Сандерс У.Дж. Высокоэффективная газовая хроматография / Под ред. Хайвера К. Пер. с англ. М.: Мир, 1989. 288 с. (High Resolution Gas Chromatography / Ed. Hyver K.J. Wilmington: Hewlett-Packard Co., 1989.)
Царев Н.И., Царев В.И., Катраков И.Б. Практическая газовая хроматография. Барнаул: Изд. Алтайского ун-та, 2000. 156 с. (Tsarev N.I., Tsarev V.I. Katrakov I.B. Prakticheskaia Gazovaia Khromatografia. Barnaul: Altai Univ. Press, 2000.)
Сакодынкий К.И., Бражников В.В., Волков С.А., Зельвенский В.Ю., Ганкина Э.С., Шатц В.Д. Аналитическая хроматография. М.: Химия, 1993. 464 с. (Sakodynskii K.I., Brazhnikov V.V., Volkov S.A., Zelvenskii V.Yu., Gankina E.S., Shats V.D. Analiticheskaia Khromatografia. M.: Khimia Publ., 1993.)
Trass M. Split injection in gas chromatography: how to reduce inlet discrimination by using a liner with glass wool. Phenomenex Technical Note. TN-2031. 2 p: a871120e-e9e5-4715-a4fd-5e34240eb86c.pdf (дата обращения: декабрь 2017 г.)
Павловский А.А., Зенкевич И.Г. Особенности зависимости газохроматографических индексов удерживания от соотношения количеств целевых аналитов и реперных компонентов для капиллярных колонок большой емкости // Сорбционные и хроматографические процессы. 2015. Т. 15. № 5. С. 607.
Зенкевич И.Г., Ещенко А.Ю., Климова И.О. Дискриминация относительных площадей пиков в различных температурных режимах газохроматографического анализа и критерий ее выявления // Лабораторный журн. 2002. № 1(1). С. 26.
Зенкевич И.Г., Ещенко А.Ю., Климова И.О. Характеристика межлабораторной воспроизводимости результатов количественного хроматографического анализа методом внутренней нормализации // Журн. аналит. химии. 2005. Т. 60. № 2. С. 137. (Zenkevich I.G., Eschenko A.Yu., Klimova I.O. Characterization of the interlaboratory reproducibility of results in quantitative gas-chromatographic analysis using the internal normalization method // J. Analyt. Chem. 2005. V. 60. № 2. P. 119.)
Зенкевич И.Г., Васильев А.В. Сравнительная оценка информативности дополнительных данных при газохроматографической идентификации. Новые возможности использования коэффициентов распределения в системе гексан-ацетонитрил // Журн. аналит. химии. 1993. Т. 48. № 3. С. 473. (Zenkevich I.G., Vasil’ev A.V. Comparative characterization of additional data for gas chromatographic identification. New possibilities of using the partition coefficients in hexane-acetonitrile system // J. Analyt. Chem. 1993. V. 48. № 3. P. 335.)
Зенкевич И.Г., Цибульская И.А. Групповая идентификация органических соединений по газохроматографическим индексам удерживания и коэффициентам распределения в системе гексан/нитрометан // Журн. физ. химии. 1997. Т. 71. № 2. С. 341.
Кушакова А.С., Зенкевич И.Г. Использование системы гексан-2,2,2-трифторэтанол в хромато-распределительном методе // Журн. аналит. химии. 2013. Т. 68. № 2. С. 113. (Kushakova A.S., Zenkevich I.G. Use of the hexane–2,2,2-trifluoroethanol system in partition chromatography // J. Analyt. Chem. 2013. V. 68. № 2. P. 100.)
Зенкевич И.Г., Кушакова А.С. Уникальные вариации коэффициентов распределения гомологов в гетерофазной системе перфтордекалин–ацетонитрил // Журн. общей химии. 2011. Т. 81. № 2. С. 237. (Zenkevich I.G., Kushakova A.S. Unique variations of the distribution coefficients of homologues in the perfluorodecalin-acetonitrile heterophase system // Russ. J. Gen. Chem. 2011. V. 81. № 2. P. 337.)
Дополнительные материалы отсутствуют.
Инструменты
Журнал аналитической химии
Пн.-пт.: 10.00-19.00