Презентация по химии на тему "Экспериментальные методы исследования: анализ выделяющегося газа, газовая хроматография, масс-спектрометрия "

• 1 слайд

  Экспериментальные методы исследования: анализ выделяющегося газа, газовая хроматография, масс-спектрометрия
  

• 2 слайд

  Газовая хроматография
  Хроматография – метод разделения, основанный на многократном распределении смеси веществ между двумя фазами (подвижной и неподвижной), которые не смешиваются между собой.
  Неподвижная фаза- (НФ) – твердый сорбент или несмешивающаяся с подвижной фазой жидкость, на которых осуществляется дифференцированное удерживание и разделение компонентов смеси.
  Основные понятия
  

• 3 слайд

  Для анализа и разделения веществ, переходящих без разложения в парообразное состояние, наибольшее применение получила хроматография, где в качестве элюента (газа-носителя) используются гелий, азот, аргон, и др. газы. Для газо-адсорбционного варианта хроматографии в качестве сорбента (частицы диаметром 0,1 – 0,5 мм) используют силикагели, алюмогели, молекулярные сита, пористые полимеры и др. сорбенты. Для газо – жидкостной хроматографии сорбент готовят нанесением жидкости в виде плёнки. Как правило это высококипящие углеводороды, сложные эфиры толщиной несколько мкм на твёрдый носитель. Рабочие температурные пределы для газо – адсорбционного варианта от -70 до 600 °С, для газожидкостного от – 20 до 400 °С.
  В зависимости от агрегатного состояния неподвижной фазы газовая хроматография бывает газо – адсорбционной (неподвижная фаза – твёрдый адсорбент) и газо-жидкостной (неподвижная фаза – жидкость).
  В соответствии с агрегатным состоянием элюента различают газовую и жидкостную хроматографию.
  

• 4 слайд

  Устройство газового хроматографа
  1-баллон с инертным газом;
  2-устройство для ввода пробы в хроматографическую колонку;
  3-хроматографическая колонка;
  4-термостат;
  5-детектор;
  6-преобразователь сигналов;
  7-регистратор.
  

• 5 слайд

  Ввод газообразной пробы осуществляется либо вручную (газовым шприцем), либо автоматически – при помощи микродозаторов. В хроматографической колонке происходит разделение исходной многокомпонентной смеси на ряд бинарных смесей, состоящих из газа-носителя и одного из анализируемых компонентов.
  В результате происходящих в детекторе процессов (изменения теплопроводности), фиксируется изменение концентрации выходящих компонентов: преобразованные в электрический сигнал, эти процессы записываются в виде выходной кривой.
  В практике наибольшее значение приобрел и имеет до настоящего времени самое широкое применение детектор по теплопроводности (катарометр).
  

• 6 слайд

  ХРОМАТОГРАММА
  Графическим результатом хроматографического процесса является хроматограмма. Хроматограмма - кривая, описывающая зависимость концентрации анализируемых веществ в элюэнте от времени. Хроматограммой (с точки зрения аппаратурного оформления) можно назвать зависимость отклика детектора хроматографа от времени при прохождении элюэнта через ячейку детектора. Хроматограмма состоит из ряда пиков, каждый из которых при полном разделении соответствует одному компоненту анализируемой пробы. Площадь пика при небольшой нагрузке колонки прямо пропорциональна концентрации компонента в элюэнте. 
  

• 7 слайд

  Нулевая (базовая) линия хроматограммы - линия, соответствующая нулевой концентрации анализируемых веществ в элюате.
  Мертвое время, t0 - время пребывания несорбируемого вещества в хроматографе. На практике мертвое время определяют от момента ввода пробы несорбируемого вещества в хроматограф до момента регистрации максимума сигнала детектора.
  tRx, tRy – время удерживания др. компонентов смеси.
  Абсолютное время удерживания вещества, tR - время пребывания исследуемого вещества в хроматографе. Практически время удерживания определяют от момента ввода пробы вещества в хроматограф до момента регистрации максимума соответствующего хроматографического пика.
  Приведенное время удерживания, tR’ - абсолютное время удерживания за вычетом мертвого времени:
  tR'= tR- t0.
  
  

• 8 слайд

  Масс-спектрометрия
  Масс-спектрометрический метод анализа основан на ионизации атомов и молекул изучаемого вещества и последующем разделении образующихся ионов в пространстве или во времени.
  Масс-спектрометрия до настоящего времени является одним из основных методов получения информации о массах ядер и атомов.
  Метод широко применяют для :
  идентификации и установления структуры органических соединений
  молекулярного анализа сложных смесей органических соединений, который целесообразно проводить после их хроматографического разделения
  элементного анализа твердых неорганических веществ и материалов
  
  

• 9 слайд

  Способы ионизации атомов и молекул
  Существуют различные способы ионизации атомов и молекул, специфичные для конкретной цели анализа.
  Несмотря на развитие альтернативных методов ионизации, наибольшее число исследований проводят с использованием ионизации электронным ударом.
  Способы ионизации :
  электронный удар
  химическая ионизация
  фотоионизация
  искровой разряд
  излучение лазера
  поток ускоренных первичных ионов
  
  
  

• 10 слайд

  Принципиальная схема масс-спектрометра
  1-устройство для ввода пробы
  2-ионный источник
  3-узел ускорения и фокусировки ионов
  4-вакуумная система
  5-масс-анализатор
  6-детектор
  7-усилитель
  8-ЭВМ
  Масс-спектрометры классифицируют по принципу, используемому для разделения ионов по массе. Наиболее распространены магнитные и квадроупольные масс-спектрометры, но применяют также масс-анализаторы, основанные на принципе «ионной ловушки» и времени пролета ионов. Любой из этих типов масс-спектрометра сочетается с газовым хроматографом.
  

• 11 слайд

  Магнитный масс-спектрометр
  В источнике ионов под воздействием ускоряющего потенциала V0 ионы приобретают кинетическую энергию E = zV0 = 1/2mV2, где z – заряд иона, m – масса иона, V – скорость иона. Отсюда
  
  
  
  
  
  На ион, движущийся по круговой траектории, действует центростремительная сила
  , где H – напряженность
  
  
  
  магнитного поля и центробежня сила
  Условием прохождения пучка ионов по траектории радиуса r является равенство центробежной и центростремительной сил. Отсюда имеем
  .
  

• 12 слайд

  Квадроупольный масс-спектрометр
  В квадроупольных масс-спектрометрах разделение ионов осуществляется при прохождении ионного пучка вдоль оси между четырьмя параллельными стержнями, к которым одновременно приложено постоянное и переменное высокочастотное напряжение.
  1-квадроуполь
  2-коллектор ионов
  

• 13 слайд

  После ионизации определяемых молекул образующихся ионы, имеющие значения m/z больше некоторого заданного, удерживаются в электронной ловушке полем квадроуполя. (Поле формируется за счет приложения радиочастотного напряжения между электродами).
  
  При увеличении амплитуды радиочастотного поля пропорционально растет нижняя граница m/z ионов, которые удерживаются в ловушке
  Рост амплитуды радиочастотного поля приводит к тому, что ионы по мере возрастания их m/z покидают область удерживания и достигают детектора
  

• 14 слайд

  Схема времяпролетного масс-анализатора
  1-сетка
  2-анализатор
  3-коллектор ионов
  
  Во времяпролетном масс-анализаторе образующиеся в ионном источнике ионы коротким электрическим импульсом «впрыскиваются» в анализатор длиной L. Так как скорость ионов, имеющих разную массу, неодинакова, то и время пролета t через анализатор
  
  определяется при постоянных L и U отношением m/z.
  
  

• 15 слайд

  Анализ выделяющегося газа
  Реагенты готовят в виде порошковой смеси, отходящий газ накапливается в ловушке, в которой установлен манометр.
  Метод можно использовать, если :
  образуется единственный летучий продукт,
  твердые вещества не сублимируют.
  При использовании данного метода необходимо учитывать способность газа конденсироваться.
  Примеры реакций, кинетика которых исследована методом измерения давления выделяющегося газа – разложение азидов, перманганатов, хлоратов и др.