Жидкостная хроматография (тема 11.1)

1.

ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНЫЕ
МЕТОДЫ СУДЕБНОЭКСПЕРТНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
ТЕМА 11.1. «Жидкостная
хроматография»

2. Учебные вопросы

1. Основы жидкостной хроматографии
2. Оборудование для ВЭЖХ
3. Применение ВЭЖХ в судебной экспертизе

3. Литература

Основная
1. Аналитическая химия. В 3 т. Т.2. Методы разделения веществ и гибридные методы
анализа/ Под ред. Л.Н. Москвина. – М.: Издательский центр «Академия», 2008. - 567 с. Режим
доступа: http://elib.igps.ru/?13&type=card&cid=ALSFR-cc869fb2-d17a-47c0-a8d9-833e9d865060
Дополнительная
1. Методы и средства судебно-экспертных исследований: учебное пособие. / М.А. Галишев,
Т.С. Алексеева, Г.А. Сикорова.- СПб.: СПб УГПС МЧС России, 2012. - 164 с. Режим доступа:
http://elib.igps.ru/?28&type=card&cid=ALSFR-d7116e87-7dde-4b2e-b8ea-416d58521263
2. Физико-химические методы экспертного исследования. Лабораторный практикум: учебное
пособие. / В.А. Ловчиков, Ю.Н. Бельшина, Ф.А. Дементьев – СПб.: Санкт-Петербургский
университет ГПС МЧС России, 2012. - 164 с. Режим доступа:
http://elib.igps.ru/?34&type=card&cid=ALSFR-3ee51ae5-06bf-4d74-86f3-e430b04e6d27
3. Диагностика и идентификация горючих жидкостей при исследовании объектов пожарнотехнической экспертизы: Учебное пособие. / М. Ю. Принцева, Л. А. Яценко, И.Д. Чешко и др. –
СПб.: Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 2017. – 148 с. Режим доступа:
http://elib.igps.ru/?8&type=card&cid=ALSFR-c3f56aa6-61aa-4e5c-a7248b668e3c26d6&remote=false

4.

1. Основы жидкостной хроматографии
Жидкостная хроматография (ЖХ) - метод разделения и
анализа сложных смесей веществ, в котором подвижной
фазой является жидкость.
Смесь веществ, подходящая для ЖХ, должна полностью
растворяться в одном и сорбироваться на другом из двух
хроматографических
вспомогательных
веществ:
подвижной и стационарной фазах.

5.

Для эффективного хроматографирования в жидкой фазе
необходимы
(Мартин и Синдж (или Синг), 1941 год):
• очень мелкое зернение стационарной фазы,
• более высокое давление для прокачивания подвижной
фазы.

6.

Четыре тенденции определяют дальнейшее развитие ВЭЖХ.
• Более высокая эффективность (размер сорбента)
• Быстрые анализы (высокое давление, длина колонок)
• Экономия элюэнтов (толщина колонок 0,5-2 мм)
• Трех- и четырехкомпонентные градиенты растворителей

7. 2. Оборудование для ВЭЖХ

Основными составляющими оборудования для
ВЭЖХ:
• система ввода пробы,
• насос высокого давления для прокачивания
подвижной фазы,
• хроматографическая колонка,
• проточный детектор
• программное обеспечение

8.

Этапы хроматографического анализа:
•ввод пробы,
•разделение,
•детектирование,
•количественная обработка данных
Конструкция и составные части любого ВЭЖХ прибора не
зависят от того, какой используется принцип разделения. Из
отдельных комплектующих можно собрать оптимальный
прибор, удовлетворяющий конкретным потребностям.

9.

Практически все физические феномены хроматографии,
такие как сорбционное равновесие, диссоциация,
растворимость и вязкость зависят от температуры, и их
действие следует рассматривать как аддитивную величину.
Для достижения хорошей воспроизводимости результатов
необходима очень стабильная температура колонки.
Термостат, обеспечивающий температуру 25,0±0,5 оС.

10. Насосы для ВЭЖХ

Насосы для ВЭЖХ подразделяются на насосы,
работающие с постоянным давлением, и насосы,
работающие с постоянным потоком.
Шприцевые насосы периодического действия
Насосы непрерывного действия
•Мембранные насосы
•Поршневые насосы
Кулачковый механизм

11.

Принцип работы
двухпоршневого насоса с
коротким ходом поршня

12.

Для безупречного функционирования насосов высокого
давления необходима эффективная дегазация подвижной фазы.
Обычные методы дегазации элюентов - это нагревание
под вакуумом, обработка ультразвуком или вытеснение
растворенных газов с помощью малорастворимого
инертного газа гелия путем пропускания его через фритту в
емкости для элюента.

13. Градиентное элюирование – разделение с изменением состава подвижной фазы.

изократический
режим
с градиентом
растворителя

14.

Пять основных требований, которым должна удовлетворять
современная градиентная система:
• приготовление смесей с точно заданным соотношением
компонентов,
• незначительные колебания в соотношении компонентов
смеси,
• короткое время отклика при задании изменения
соотношения компонентов смеси,
• постоянная скорость потока и
• легкое обслуживание.

15.

Возможные режимы
градиентного элюирования

16. Системы ввода пробы

Ввод пробы должен обеспечивать воспроизводимую подачу
на колонку точно определенного объема раствора пробы без
прерывания потока элюента.

17.

1. Ввод пробы через прокладку (шприцы высокого давления)
2. Дозирующая петля
1 - дозирующая петля;
2 - канал ввода пробы;
3 - канал сброса избытка пробы;
4 - канал соединения с насосом
высокого давления;
5 - канал соединения с
хроматографической колонкой

18. Колонки для ВЭЖХ

• В современной ВЭЖХ используют сорбенты с
величиной зерна от 3 до 10 мкм.
• Наряду с узким гранулометрическим составом
сорбентов необходимо оптимальное заполнение ими
колонок, и все хроматографические материалы для
ВЭЖХ должны быть стабильны к давлению.

19.

В соответствии с используемыми сорбентами методы разделения
подразделяют на:
• нормальнофазовую хроматографию (адсорбционная
хроматография),
• обращеннофазовую хроматографию,
• эксклюзионную
хроматографию
(ситовая,
гельпроникающая, гель-фильтрационная хроматография) .

20.

Нормальнофазовая
хроматография

21.

Обращеннофазовая
хроматография

22.

Влияние типа ОФ сорбента на время удерживания

23.

Неполярное вещество требует неполярного
элюента и полярной стационарной фазы.
Полярное вещество требует полярного элюента и
неполярной стационарной фазы.

24.

Три подхода к решению проблемы оптимизации
растворителей:
• метод подбора - пользователь проводит многочисленные
эксперименты и выбирает условия для лучшего разделения;
• постепенная оптимизация - выбор условий основан на
результатах предыдущих экспериментов. Таким образом,
постепенно достигают оптимума;
• интерпретирующий метод - влияние изменения состава
растворителей на время удерживания представляют в виде
компьютерной модели. Оптимальная композиция
растворителей предсказывается тогда математически.

25.

Основными характеристиками подвижных фаз являются
ее элюирующая способность и селективность.
Элюирующая способность подвижной фазы – это ее
способность вступать в межмолекулярные взаимодействия с
разделяемыми соединениями и группами на поверхности
сорбента.
Селективность подвижных фаз связана с их
способностью к специфическим взаимодействиям с
сорбатами, определяемыми их структурными признаками.

26.

Элюотропный ряд – это перечень растворителей
расположенных в порядке возрастания элюирующей
способности, которая может быть охарактеризована
параметрами:
параметр адсорбционной силы растворителя ε0, который
представляет собой относительную энергию взаимодействия
молекул подвижной фазы с поверхностью адсорбента;

27.

параметр Р’ , характеризующий полярность растворителя
в первом, очень грубом приближении полярность
растворителя, содержащего два и более компонентов,
может быть записана как
P` V1 P`1 V2 P`2 ... Vn P`n
параметр S, который отражает чувствительность величин
удерживания к изменению состава подвижной фазы.

28.

Ионообменная хроматография
Стационарная фаза: ионообменные смолы
Подвижная фаза – буферные растворы.
Ионообменные смолы практически не имеют ограничений по
кислотности водных растворов, из которых выделяют разделяемые
вещества или которые используют в качестве элюентов.

29.

Для ионообменной хроматографии характерны два общих
подхода при выборе условий разделения.
В первом случае разделение основано на различии в прочности
сорбции ионов, определяемой их зарядом и радиусом
Второй подход - использование реакций комплексообразования
в жидкой фазе.

30.

Детекторы для высокоэффективной жидкостной хроматографии,
используемые в анализе объектов окружающей среды
Вид детектора
Измеряемый
параметр
Предел
обнаружения, г
Селективность
Спектрофотометрический
Оптическая
плотность
10-10
Высокая
Флуориметрический
Интенсивность
флуоресценции
10-11
Очень высокая
Кондуктометрический
Электропроводность
10-9
Низкая
Амперометрический
Величина тока
10-11-10-9
Очень высокая
Масс-спектрометрический
Величина
ионного тока
10-12-10-10
Очень высокая

31. 3. Применение ВЭЖХ в судебной экспертизе

• Обнаружение и идентификация наркотиков (морфин и его
производные, кокаин, каннабиноиды, ЛСД и др.) амфетамины,
барбитураты, различные лекарства, дихлорэтан и растворители.
• Исследование нефтепродуктов и горюче-смазочных материалов

32.

• Анализ лакокрасочных материалов и покрытий, в том числе
частицы окраски автомобилей, краски в чернилах для
выявления материалов письма или давности документов
• Анализ взрывчатых веществ, продуктов выстрела и др.
• Анализы биологических объектов, в частности крови,
сыворотки, мочи, слюны, пота выдыхаемого воздуха, волос
человека и др

33. Вопросы для самостоятельного изучения

1. Элюотрапные ряды, выбор подвижной фазы в
жидкостной хроматографии