Повна версія

Головна arrow Екологія arrow ЕКОЛОГІЧНИЙ МОНІТОРИНГ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

ЗАВДАННЯ

5.1. На хроматограмі отримали піки при 0,84 хв (нестримуваний компонент Н), при 10,60 хв (компонент 1) і 11,08 хв (компонент 2). Ширина піків компонентів 1 і 2 відповідає 0,56 і 0,59 хв. Довжина колонки - 28,3 см, об'єм газової фази 12,3 мл, рухомий фази - 17,6 мл.

Розрахуйте: а) число теоретичних тарілок колонки; б) висоту, еквівалентну висоті теоретичної тарілки, вкажіть, що характеризує це число; в) коефіцієнт утримування для компонентів 1 і 2; г) коефіцієнти розподілу компонентів 1 і 2; д) коефіцієнт селективності і дозвіл піків компонентів 1 і 2. Зобразіть хроматограму.

Рішення

  • 2 9
  • а) за формулою (5.9), JV, = 16 (^ | н = 5700, iV 2 = 16 ^^ J = 5600, ДГ ср = 5681. Число теоретичних тарілок - завжди ціле число;

Є й інший спосіб вирішення. Значення V s і V m нам відомі, а значення V R компонентів 1 і 2 можна розрахувати, попередньо обчисливши об'ємну швидкість по-

У т 17,6

струму рухомий фази F = - = --- = 20,95 мл / хв, звідки V Rl = Ft RX = 20,95 * 10,6е =

= 222,1 мл, V R2 = Ft R2 = 20,95 * 11,08 = 232,1 мл.

Розрахуємо коефіцієнти розподілу D x і D 2 :

D 2 17,4

д) коефіцієнт селективності а - - = - = 1,04. Величина дозволу (5.13)

Pi 16,7

  • 2 (11,08-10,60)
  • 7? .. = ------- = 0,86. Оскільки Я .. = 0,86 <1,5, піки компонентів 1 і 2 раз-
  • 0,59 + 0,56

ділилися в повному обсязі.

Хроматограмма має такий вигляд (див. Рис. 5.17).

5.2. При поділі на хроматографічної колонці з об'ємом нерухомої фази 1,5 мл і обсягом пеудержіваемого компонента 2,5 мл з'єднання 1 і 2 мають коефіцієнти розподілу 5,0 і 15,0 відповідно. Ефективність колонки - 20 теоретичних тарілок.

Розрахуйте, чи буде повним поділ речовин 1 і 2? Яка повинна бути ефективність колонки, щоб отримати ба-раздслсніс компонентів 1 і 2?

хроматограмма

Мал. 5.17. хроматограмма

Рішення

Для відповіді на перше питання необхідно розрахувати величину R s і порівняти її з 1,5.

Попередньо розрахуємо утримувані обсяги 1 і 2 за основним рівнянням хроматографії (5.6):

D 15

Коефіцієнт селективності а = -7- = - = 3. Коефіцієнт ємності більш

1J) 5

,, V R2 -V m 25-2,5 Л утримуваного компонента 2 дорівнює до 2 = --- = --- = У.

До 2 > 5

Знайдемо тепер значення R $ = 0,25> / 20 - - = 0,67 і R $ = 0,25 л / 20 - =

про У +1 про

= 0,75.

Оскільки значення R s відрізняються помітно, коефіцієнтами ємності нехтувати не можна.

Щоб обчислити дозвіл, знайдемо спочатку ширину піків компонентів 1 і 2

XV = тоді XV { = 8,95 мл, XV 2 = 22,4 мл. Отже, R s = = 0,96.

y] N 22,4 + 8,9е

З розрахунків видно, що всі три значення R s істотно розрізняються, але їх величина значно менше 1,5, тобто поділ піків неповне.

При досягненні Ga-поділу дозвіл дорівнює 1,5. Розрахуємо число теоретичних тарілок, яке забезпечить цей дозвіл:

5.3. На колонці А з 256 теоретичними тарілками обсяги утримування двох сусідніх піків 1 і 2 рівні 5,0 і 6,2 мл. Число теоретичних тарілок колонки Б вдвічі більше і дорівнює 512, а обсяги утримування не змінилися.

Розрахуйте, у скільки разів змінилися ширина кожного піка біля підніжжя і дозвіл піків при переході з колонки А на колонку Б.

Рішення

Дану задачу простіше вирішити в загальному вигляді. При переході від колонки А до колон-

до W A 1 ^ 7/512 г-

ке Б ширина оооіх піків зміниться однаково, тому = J-- = V2.

W у А'д V 206

Дозвіл пов'язано з числом теоретичних тарілок N і утримуваними обсягами компонентів V R рівнянням

За умовою завдання V Rl і V R2 , а значить і AV R , не змінюються при переході з до-

^ [До / 206 1

ломки А до колонки Б, тому-г-=. = J - = =.

  • ? R sB Jn б V 512 4i
  • 5.4. Визначення вуглеводнів проводили на хроматографічної колонці довжиною 2 м, варіюючи швидкість потоку. Для трьох різних швидкостей потоку мертве час становило 18,2, 8,0 і 5,0 с. При цьому час утримування декана - 2020 року, 888 і 558 с, а ширина піка біля підніжжя - 223,99 і 68 с.

Визначте: а) швидкості потоку газу-носія для кожного випадку; б) число теоретичних тарілок і величину Я; в) константи А, В і С в рівнянні Ван-Деемтера;

г) оптимальну швидкість потоку.

Рішення

а) швидкість потоку розрахуємо за формулою v = -, тоді v = 11,25 і 40 см / с;

hn

  • б) ЛГ = 1310, тисячі двісті вісімдесят шість і 1068;
  • в) складаємо систему рівнянь

В результаті рішення цієї системи отримуємо Л = 0,059, В = 0,699, С = 2,8-10 -3 ;

  • г) обчислюємо а опт = 15,8 м / с.
  • 5.5. Стандартні відхилення хроматографічного піку, пов'язані з його розмиванням, складають 0,0041,0,0011, 0,091 і 0,0470 см.

Обчисліть: а) стандартне відхилення ширини піку; б) ефективність колонки (Я, мкм) довжиною 15 см; в) число теоретичних тарілок N, необхідне для 4а-поділу двох речовин, якщо коефіцієнт селективності а = 1,03.

Рішення

а) з 2а6л = про 2 + а 2 + а 2 + а 2 = 0,0041 2 + 0,0011 2 + 0,091 2 + 0,0470 2 = 24,296 • 10 " 4cm 2 ,

CT " a &. = 4.93 10 2 CM;

^ "24,296 lO -4

  • б) // = - = 0,162 mkm;
  • 15
  • в) якщо не зачитувати коефіцієнт ємності, отримуємо

5.6. Стандартні відхилення хроматографічного піку через розмивання становлять 0,015, 0,009, 0,025 і 0,030 см.

Обчисліть: а) стандартне відхилення ширини піку; б) ефективність колонки (Я, мкм) довжиною 20 см; в) час утримування піку, хв, якщо коефіцієнт утримування дорівнює 0,25, а лінійна швидкість потоку становить 5 см / с.

Рішення

а) а 2АБЛ = а 2 + + а§ + а 2 = 0,015 2 + 0,009 2 + 0,025 2 + 0,030 2 = 18, змо " 4 см 2 ,

ст набл = 4,28 40-2 см;

в) знаючи довжину колонки і лінійну швидкість потоку, розрахуємо час перебу-

L 20 t m

ні я речовини в рухомій фазі t m = - = - = 4 хв. Час утримування t R = - =

v 5 ' R

= Ok ' Wam -

і 2

Можливо також інше рішення. Оскільки N = - при умові, що t R і а

V ст

виражені в одних одиницях, то t R (хв) = а (хв). Щоб змінити розмірність,

а

використовуємо формулу а = -. Підставляючи чисельні значення, отримуємо а =

Rv

= ^ = 3,42-10 -2 хв. Розрахуємо число теоретичних тарілок N = 77 =

  • 0,25 • 5 Н
  • 20

= - г = 22 000.

9,16 10 " 5

Знаючи Я і а в хвилинах, обчислимо t R = I ~ N g = 722000 -3,42 10-2 = 16 хв.

5.7. При поділі вуглеводнів за допомогою газо-рідинної хроматографії було встановлено, що на хроматографічної колонці в певних умовах час утримування повітря (неутримуючими компонент) становить 1,72 хв, вуглеводнів: н-гептану - 9,53 хв, 2-метілгептана - 12,40 хв, циклогексана - 13,19 хв, н-октану - 14,21 хв. Розрахуйте індекси утримування Ковача для 2-метілгептана (МГ) і циклогептан (ЦГ).

Рішення

Розрахуємо виправлене час вуглеводнів. Воно дорівнює для: «-гептан - 7,91 хв,« -октана - 12,49 хв, МГ - 10,68 хв, ЦГ - 11,47 хв. Далі за формулою (5.10) знайдемо значення індексів Ковача:

5.8. Визначте утримуваний обсяг н-пентанол, якщо при температурі 77 ° С і швидкості потоку газу-носія 90 мл / хв отримані наступні значення часу утримування спиртів: метанол - 72,3 с, етанол - 126 с, бутанол - 509 с. Пік не- утримуваного компонента з'являється на хроматограмі через 50 с.

Рішення

Для вирішення завдання скористаємося залежністю lgt ' R = а + bn, де п - число атомів вуглецю в спирті, і складемо допоміжну таблицю.

п

t R , з

* Я.С

^ & R

1

72,3

42,3

1,63

2

126

96

1,98

4

509

479

2,68

Використовуючи дані таблиці, складемо систему рівнянь

рішення якої дає: а = 1,28, b = 0,35.

Таким чином, утримування спиртів описується рівнянням lgt R = 1,28 + 0,35 «.

Отже, для і-пентанол lgt R = 1,28 + 0,35-5 = 3,03, звідки t R = 1071,5 с, тоді t R = 1071,3 + 30 = 1101,5 з * 18,36 хв. Звідси V R = t R F = 18,36-90 = 1,65 л.

Завдання можна вирішити і графічно.

5.9. Лікарський препарат, що складається з d, 1-ментолу і з-d, 1-ментолу з незначною домішкою Heo-d, l-ментолу, проаналізували на газовому хроматографе з полум'яно-іонізаційним детектором за таких умов: довжина колонки - 3000 мм, її внутрішній діаметр - 3 мм, нерухома рідка фаза - поліетіленглікольадіпінат, газ-носій - гелій, його швидкість - 60 мл / хв, температура випарника - 220 ± 5 ° С, колонки - 125 ± 5 ° С, обсяг введеної проби (розчин суміші в 95 % -м етанолі в співвідношенні 1: 1 - від 0,5 до 1 мкл), тривалість аналізу - до 30 хв.

Параметри хроматограми наведені у 2-4-м шпальтах таблиці.

компонент суміші

/, Мм

« 1/2 , мм

/ Г, мм

R s

N

Я, мм

W, %

Heo-d, l-ментол

81

3

2

2,36

4,042

0,742

0,59

d, l-ментол

97,5

4

198

3,295

0,910

78,26

з-d, 1-ментол

107

4

53,5

1,19

3,968

0,756

21,15

хроматограмма

Мал. 5.18. хроматограмма

Визначте: а) ступінь поділу R s ; б) число теоретичних тарілок N; в) масову частку W кожного компонента в суміші.

Рішення

а) R s 19 = --- / ^ ч- = ^ = 2,36. Аналогічно R ч . 93 = 1,19 (п'ятий стовпець

fl (l) i / 2 + fl (2) 1/2 3 + 4

таблиці);

  • 2 ^
  • б) N { = 0,545 - = 0,545 = 4042, //, = тт = 7 ^ 7 "= 0,742 мм, аналогічно

[ А / 2) V 3 ) N 4042

N 2 = 3295,; V 3 = 3968, Н 2 = 0,910 мм, # 3 = 0,756 мм (шостий і сьомий стовпчики таблиці);

в) масову частку W кожного компонента розрахуємо методом внутрішньої нормалізації. Площі піків 5) = а ( 1) i / 2 ^ i = 3-2 = 6 мм 2 , 5 2 = 4-198 = 792 мм 2 , 5 3 = 4-53,5 = = 214 мм 2 . Сума площ трьох ників X 5 / = 6 + 792 + 214 = 1012 мм 2 , тоді масова

частка = y ^ - ^ 100% = 0,6%, W 2 = 78,3%, = 21,1% (останній стовпець таблиці);

5.10. Пік з'єднання А на хроматограмі виявлений через 15 хв після введення проби, пік неутримуючими компонента Б з'явився через 1,32 хв. Пік речовини А має форму кривою Гаусса з шириною біля основи 24,2 мм. Довжина колонки - 40,2 см, об'єм стаціонарної фази - 9,9 мл, обсяг нерухомої фази - 12,3 мл.

Розрахуйте: а) число теоретичних тарілок колонки; б) висоту, еквівалентну теоретичній тарілці; в) коефіцієнт утримування компонента А; г) коефіцієнт розподілу сполуки А; д) дозвіл піків сполук А і В (В утримується слабше), якщо коефіцієнт селективності А по відношенню до В дорівнює 1,011. Відповідь: a) N = 2,2-10 4 ; б) Н = 0,0183 мм; в) R = 0,088; г) D = 12,87; д) R s = 0,41.

5.11. Піки з'єднань А і Б на хроматограмі з'явилися через 8,5 і 9,6 хв після піку з'єднання В, не утримуваного колонкою (він з'явився через 1,5 хв після введення проби). Ширина піків А і Б в основі дорівнює 0,36 і 0,39 хв відповідно. Довжина колонки - 35,8 см, об'єм стаціонарної фази - 0,5 мл. Витрата рухомої фази - 1,0 мл / хв.

Розрахуйте: а) число теоретичних тарілок в колонці; б) висоту, еквівалентну теоретичній тарілці; в) коефіцієнти (індекси) утримування компонентів А і Б;

г) коефіцієнти розподілу сполук А і Б; д) коефіцієнт селективності і дозвіл піків сполук А і Б. Намалюйте хроматограму.

Відповідь : а) Я А = 1,2-10 *; Я в = 1,3-10 *; N cp = l ', 3-10 *; 6) Я = 1,310-3 мм; в) = 0Д5; Л в = ОД35; г) D a = 17,0; Я в = 19,2; д) R s = 2,93.

5.12. Розрахуйте, чи буде повним поділ речовин 1 і 2 на колонці з 100 теоретичними тарілками, якщо коефіцієнти розподілу рівні 5,0 і 15,0, утримуваний обсяг неутримуючими компонента дорівнює 2,5 мл, обсяг нерухомої фази - 1,5 мл. Розрахуйте число теоретичних тарілок, достатніх для кількісного визначення цих речовин (R v = 1).

Відповідь: Поділ буде повним, N A = 44.

5.13. Знайдіть довжину колонки, необхідну для розділення речовин А і Б, А і В з дозволом 1,0, якщо утримувані обсяги рівні 100,130 і 150 мл для А, Б і В відповідно. Утримуваний обсяг неутримуючими компонента - 5 мл. Висота, еквівалентна теоретичній тарілці, - 1 мм.

Відповідь : L = 27,3 см (для поділу А і Б) і 13,3 см (А і В).

5.14. Час утримування а- і (3-холестана на хроматографічної колонці довжиною 1 м і ефективністю 104 теоретичних тарілок відповідно рівні 4025 і 4100 с. Чому дорівнює дозвіл ників? Якщо ці сполуки потрібно розділити з дозволом 1,0, то скільки для цього буде потрібно теоретичних тарілок ? Якої довжини буде потрібно колонка, щоб отримати зазначений дозвіл, якщо висота, еквівалентна теоретичній тарілці, дорівнює 0,1 мм?

Відповідь : R $ = 0,46, N = 4,7 * 10 4 , L = 4,7 м.

5.15. Коефіцієнт утримування даної речовини дорівнює 1,0. Обсяг рухомої фази в колонці становить 2,0 мл, обсяг нерухомої фази - 0,5 мл. Чому дорівнює коефіцієнт ємності і t s , якщо швидкість потоку рухомої фази становить 10 мл / хв?

Відповідь : k = 9, t s = 1,8 хв.

  • 5.16. На хроматографічної колонці з'єднання 1 має коефіцієнт розподілу 10, а з'єднання 2 - 15. Обсяг нерухомої фази - 0,5 мл, а рухомий -
  • 1,5 мл, швидкість подачі рухомої фази дорівнює 0,5 мл / хв. Розрахуйте утримуваний обсяг, час утримування і коефіцієнт утримування кожного компонента.

Відповідь: V Rl = 6,5 мл, V R2 = 9,0 мл, t RX = 13 хв, t R2 = 18 хв, R x = 0,23, R 2 = 0,17.

5.17. Два сусідніх піку, отриманих при хроматографування на колонці з об'ємом нерухомої фази 2,0 мл, мають утримувані обсяги 10,8 і 13,2 мл відповідно. Розрахуйте значення утримуваного обсягу для цих піків, отримані на колонці з об'ємом тієї ж нерухомої фази, що дорівнює 1,0 мл. Як зміниться селективність поділу при переході з однієї колонки на іншу?

Відповідь: V R1 = 6,3 мм, V R2 = 7,5 мл, селективність не зміниться.

5.18. Поділ спиртів методом газорідинної хроматографії проводили на колонці довжиною 1 м при трьох швидкостях потоку газу-носія. Було встановлено, що мертве час колонки в першому випадку дорівнює 10 с, у другому - 20 с і в третьому - 25 с. Час утримування етанолу становило 155, 245 і 325 с, а ширина хроматографічного піку - 20, 30 і 40 с. Визначте: а) швидкість потоку газу-носія для кожного випадку; б) число теоретичних тарілок і величину Я; в) константи А, В і С рівняння Ван-Дсемтсра; г) оптимальну швидкість потоку.

Відповідь: а) 10,5 і 4 см / с; б) N = 961, 1067, тисяча п'ятьдесят шість; Я = 0,104, 0,094, 0,095 см; в) Л = 8,4-10 -3 , В = 0,056, С = 0,004; г) 2,93 см / с.

5.19. При поділі вуглеводнів виявилося, що хроматографічна колонка довжиною 2 м має ефективність 2500 тарілок при швидкості потоку 20 мл / хв і ефективність 2350 тарілок при швидкості потоку 40 мл / хв. Чому дорівнює оптимальна швидкість потоку?

Відповідь: 26 мл / хв.

5.20. Стандартні відхилення хроматографічного піку, пов'язані з його розмиванням, складають 0,0090,0,0076,0,0200 і 0,0370 см. Обчисліть: а) стандартне відхилення ширини піку; б) ефективність колонки Н (мкм) довжиною 20 см; в) число теоретичних тарілок, необхідне для 4а-поділу двох речовин, якщо коефіцієнт селективності дорівнює 1,2.

Відповідь : а) а = 4,36 * 10 -2 см; б) Н- 0,95 мкм; в) N = 5,8 * 10 2 .

5.21. Стандартні відхилення хроматографічного ника, пов'язані з його розмиванням, складають 0,0130,0,0024,0,0067 і 0,0470 см. Обчисліть: а) стандартне відхилення ширини піку; б) ефективність колонки Я (мкм) довжиною 20 см; в) число теоретичних тарілок, необхідне для ба-поділу двох речовин, якщо коефіцієнт селективності дорівнює 1,10.

Відповідь : а) а = 4,93 * 10 ~ 2 см; б) Я = 1,21 мкм; в) Я = 4,4Ю 3 .

5.22. Стандартні відхилення хроматографічного піку, пов'язані з його розмиванням, складають 0,005, 0,011, 0,009 і 0,045 см. Обчисліть: а) стандартне відхилення ширини піку; б) ефективність колонки Я (мкм) довжиною 10 см; в) час утримування ника (хв), якщо коефіцієнт утримування дорівнює 0,30, а лінійна швидкість потоку - 3 см / с.

Відповідь: а) а = 4,75-10 -2 см; б) Я = 2,52 мкм; в) t R = 11,1 хв.

5.23. Часи утримування декана і ундекан в обраних умовах на хро- мато1рафіческой колонці складають 22,5 та 26,8 хв відповідно. Розрахуйте індекс Ковача для з'єднання А, якщо його час утримування становить 25,3 хв, а мертве час колонки - 5,0 хв.

Відповідь: 1 = 1070.

5.24. На колонці, заповненій хроматоном Ас 10% SE-30, розділили суміш метилових ефірів карбонових кислот і встановили, що час утримування н-октану складає 12,5 хв, а н-додекан - 20,8 хв. З'єднання А виходить з хроматографічної колонки за 13,4 хв, а Б - за 17,8 хв. Розрахуйте індекс Ковача для з'єднань А і Б, якщо мертве час колонки - 2,5 хв.

Відповідь: / А = 861, / Б = 1,076.

5.25. Хроматограмма суміші ацетону, бензолу і гексану на колонці довжиною 1000 мм показана в таблиці.

компонент

/, Мм

/ Г, мм

а 1/2 > мм

ацетон

35

87

4

гексан

48

104

4

бензол

58

164

6

Розрахуйте число теоретичних тарілок А, висоту, еквівалентну теоретичній тарілці Я, і масову частку W.

Відповідь : для ацетону N = 425, Я = 2,35 мм, W = 19,9%; для гексана N = 425, Я = = 2,35 мм, V = 19,9%; для бензолу А = 425, Я = 2,35 мм, W '= 19,9%.

 
<<   ЗМІСТ   >>