Microsoft Word Zamonaviy tahlil usullari

78-Bet
MA’RUZA-9
XROMATOGRAFIK TAHLIL USULLARINING NAZARIY ASOSLARI
ULАRNING TURLАRI
Reja
1. Xromatografik tahlilning mohiyati
2. Xromatografik tahlilda xromatogrammaning o‘lchamlari
3. Xromatografiyada adsorbentlar va ularni qo‘llash usullari
Tayanch iboralar: Xromatografiya tekshiriluvchi ob’ektlarni sifat va miqdoriy
tahlil qilishga, moddalarning fizik-kimyoviy xossalarini o‘rganishga,
texnologik jarayonlarni nazorat qilish va avtomatik boshqarishga imkon
beradi
Neft va gaz mahsulotlaridan olingan kimyoviy birikmalarni ajratish, tahlil
qilish va ularning xossalarini tekshirishning kimyoviy, fizikaviy va fizik-
kimyoviy usullari orasida xromatografik tahlil usullari muhim o‘rinni
egallaydi.Xromatografik tahlil usullari soddaligi, samaravorligi, tanlovchanligi,
tezkorligi, shuningdek, uni boshqa fizik-kimyoviy usullar bilan birgalikda
avtomatlashtirish mumkinligi tufayli keng tarqalgan.
Xromatografiya usullarining o‘ziga xos xususiyati ularning universal-
ligida bo‘lib, turli konsentratsiyalarda olingan anorganik va organik qattiq,
suyuq hamda gazsimon moddalarni ajratish va aniqlashga imkon beradi. Bu
usullarning yana bir muhim tomoni shundaki, ular yordamida xossalari
birbiriga yaqin bo‘lgan birikmalarni to‘la va oson ajratish mumkin.
Xromatografiya tekshiriluvchi ob’ektlarni sifat va miqdoriy tahlil qilishga,
moddalarning fizik-kimyoviy xossalarini o‘rganishga, texnologik jarayonlarni
nazorat qilish va avtomatik boshqarishga imkon beradi. Keyingi vaqtlarda
xromatografiya atrof muhitni nazorat qilishning asosiy usullaridan biri bo‘lib
qoldi.
Xromatografiyaga birinchi bo‘lib rus botanik olimi M.S. Svetning tadqiqot-
lari va uning 1903 yilda bosib chiqarilgan «Adsorbsion hodisalarning yangi
kategoriyasi va ularning biokimyoviy tahlilda qo‘llanilishi» «nomli maqolasi
asos soldi.
O‘zi taklif etgan usulning asoslarini Svet quyidagicha ta’riflaydi:
«Aralash eritma adsorbent ustuni orqali filtrlanganda pigmentlar... turli
rangdagi alohida zonalarga ajraladi. Murakkab pigmentning turli tarkibiy
qismlari spektrdagi yorug‘lik nurlari singari adsorbent ustunida ma’lum qonuni-
yat asosida bir-biridan har xil rangli qavatma-qavat bo‘lib ajraladi va ularni sifat
jihatdan aniqlash imkoni tug‘iladi. Bunday rangbarang preparatni men xromato-
gramma deb, tegishli usulni esa xromatografik usul deb atadim».
Moddalarni xromatografik ajratish usullari sorbsiya jarayon-lariga
asoslangan. Bu erda sorbsiya deganda gaz, bug‘ yoki erigan moddalarning qattiq
yoki suyuq yutuvchilarga (sorbentlar) yutilishi tushuniladi. Teskari jarayon de-
sorbsiya deyiladi. Sorbsiya tushunchasi umumiy bo‘lib, u adsorbsiya (fazaning sir-
tiga yutilish) va absorbsiya (fazaning hajmiga yutilish) dan iborat.
79-Bet
Sorbsiyani ikki yo‘l bilan: statik va dinamik sharoitda amalga oshirish mum-
kin. Statik sorbsiya ikkala fazaning nisbiy harakatsiz holatida ro‘y beruvchi
sorbsion jarayon bo‘lib, moddaning fazalar orasida taqsimlanish muvozanati qaror
topishi bilan yakunlanadi. Dinamik sorbsiya harakatchan faza harakatsiz fazaga
nisbatan bir yo‘nalishda siljiydigan sorbsion jarayondir. Moddalar aralashmasini
xromatografik ajratish usuli dinamik sorbsiya jarayoniga asoslangan. Barcha xro-
matografik usullarning mohiyati shundaki, tarkibiy qismlarga ajratiladigan modda
harakatchan faza (suyuq yoki gazsimon) bilan birgalikda harakatsiz sorbent (hara-
katsiz faza) qatlami orqali o‘tadi, yutilishi turlicha bo‘lgani uchun sorbent orqali
turlicha tezlikda o‘tadi. Aralashmalarni ajratishning ba’zi turlaridan farqli ravishda
xromatografik usullarning o‘ziga xos xususiyati sorbsiya va desorbsiya jarayon-
larning sorbentning yangi qatlamlarida ko‘p marta takrorla-nishidadir. Bu esa
ajratishning juda samarali bo‘lishini ta’minlaydi. Demak, xromatografiya
aralashmalarni ajratishning dinamik, sorbsion usuli bo‘lib, u moddalarni ikki faza
orasida taqsimlanishiga asoslangan (fazalardan biri harakatchan bo‘lib, ikkinchisi
qo‘zg‘almas) va sorbsiya hamda desorbsiya jarayonlarining ko‘p marta takrorlani-
shi bilan bog’‘liq.
Xromatografik usullarni klassifikatsiyalashning turli yo‘llari mavjud.
1. Qo‘zg‘almas va harakatchan fazalarning fizik tabiatiga qarab suyuqlik
xromatografiyasi (harakatchan faza suyuq bo‘lganida) va gaz xromatografiyasi
(harakatchan faza gaz bo‘lganida). Suyuqlik xromatografiyasini o‘z navbatida
qo‘zg‘almas fazaning agregat holatiga qarab qattiq-suyuq fazali xromatografiyaga
(QSX) (qo‘zg‘olmas faza qattiq modda) va suyuq-suyuq fazali xromatografiyaga
(SSX) (qo‘zg‘almas fazasi suyuqlik) ajratish mumkin. «Suyuqlik-suyuqlik»
xromatorgafiyasi (SSX) ko‘pincha, taqsimlovchi xromatografiya, deb yuritiladi.
Gaz xromatografiyasi qo‘zg‘almas fazaning agregat holatiga qarab «gaz-
adsorbsion» (GAX) va «gaz-suyuqlik» xromatografiyasiga (GSX) yoki gaz
taqsimlovchi xromatografiyaga bo‘linadi.
2. Sorbsiya mexanizmiga qarab xromatografiya molekulyar va xemo-
sorbsion xromatografiyaga bo‘linadi. Molekulyar xromatografiyada
qo‘zg‘almas faza (sorbent) bilan ajratilayotgan aralashmaning tarkibiy
qismlari orasidagi o‘zaro ta’sir kuchlari tabiati bo‘yicha molekulalararo Van-der-
Vaals kuchlaridir. Xemosorbsion xromatografiyaga ion almashish, cho‘ktirish,
kompleks hosil qilish (yoki ligand almashish), oksidlanish-qaytarilish xromato-
grafiyasi kiradi. Xemosorbsion xromatografiyada tegishli kimyoviy reaksiyalar
sorbsiyaga sabab bo‘ladi.
3.Xromatografiyalash usullari bo‘yicha frontal, ochiltirish (elyuent) va si-
qib chiqarish xromatografiyalariga bo‘linadi. Tahliliy kimyoda ko‘pincha,
ochiltirish usuli qo‘llaniladi.
4.Bajarish texnikasi bo‘yicha kolonkali (nayli) xromatografiya
(qo‘zg‘almas faza nayda joylashtirilgan) va yuza qog‘oz xromatografiyasi
hamda yupqa qatlamli xromatografiyalarga (qo‘zg‘almas faza sorbent
qog‘oz varag‘iga yoki shisha va metall plastinkaga yupqa qatlam qilib joy-
lashtirilgan) ajratiladi.
80-Bet
Xromatografik tahlilning mohiyati quyidagilardan iborat. Kolonkaga
(sorbentning yupqa qatlamiga, yoki kog‘oz lentaga) ajratiladigan aralashmadan
ozgina (qo‘zg‘almas faza sig‘imidan juda kichik hajmda) solinadi. Aralashmaning
tarkibiy qismlari sorbentning yuqori qatlamlarida (tekis yuzadagi xromatografi-
yada esa namuna solingan joyda) yutila boshlaydi. Bunda yaxshi yutilmaydigan
komponent kolonka bo‘ylab keyingi qatlamlarga (qog‘ozda dog‘ning chekkalari
tomon) yaxshi yutiladiganlariga nisbatan kattaroq tezlik bilan o‘tadi. Dastlabki
xromatogramma hosil bo‘ladi, unda aralashma tarkibiy qismlarga hali to‘liq
ajralmagan bo‘ladi. Aralashmani tarkibiy qismlariga to‘liq ajratish uchun dastlabki
xromatogrammani ochiltirish (aralashma tarkibiy qismlarini erituvchida eritish)
kerak. Buning uchun xromatografik kolonka biror erituvchi bilan yuviladi. Xroma-
togramma ochiltirilganda aralash zonalar alohida zonalarga ajraladi, ularning har
birida alohida modda bo‘ladi, keyin bu zonalar kolonka bo‘ylab aralashib ketadi.
(60-rasm).
60-rasm. Xromatografik kolonka
1- adsorbent (yutuvchi modda); 2-3- harakatchan ( tekshirilayotgan) faza
Bunda qo‘zg‘almas va harakatchan fazalar orasida taqsimlanish koeffitsienti
katta bo‘lgan moddalar kolonka bo‘ylab tezroq harakatlanadi va kolonka hara-
katchan faza bilan etarli darajada yuvilganda kolonkadan birinchi bo‘lib chiqadi.
Kolonkadan chiqayotgan elyuat filtrat tarkibida aralashmaning alohida komponent-
lari bo‘ladi, ularni biror idishga yig‘ish va mos keluvchi usullar bilan tekshirish
mumkin.
Har qanday sorbsiya jarayonining o‘ziga xos taqsimlanish konstantasi (K
taqs.
)
bo‘ladi. Bu konstanta ma’lum bir shakldagi moddaning qo‘zg‘almas fazadagi mu-
vozanat konsentratsiyasining (S
1
) moddaning harakatchan fazadagi konsentratsiya-
siga (S
2
) nisbatidan iborat;
81-Bet
K
taqs
= S
1
/ S
2
Xromatografiyada aniqlanuvchi modda ikkala fazada ham bo‘lishi mumkin.
Bu holda taqsimlanish koeffitsienti K
D
aniqlanuvchi modda A ning muvozanat ho-
latida fazalar orasida taqsimlanishini belgilaydi va quyidagi ifodalovchi koeffitsi-
entdan foydalaniladi:
K
D
= C
A qo‘zg‘.
/ S
A har.
bunda S
Aqo‘zg‘
va S
Ahar
turli shakllardagi A moddaning (miqdorining) tegishlicha
qo‘zg‘almas va harakatchan fazalardagi umumiy tahliliy konsentratsiyasi. Taqsim-
lanish koeffitsienti aniqlanuvchi modda tabiatiga, qo‘zg‘almas va harakatchan
fazalar tabiatiga, haroratga, rN ga, suyuqlik xromatografiyasida esa eritmaning
konsentratsiyasi va ion kuchiga bog’‘liq bo‘ladi.
Ayni modda zonasining harakatlanish (siljish) tezligi taqsimlanish koeffitsienti
K
D
ga teskari mutanosibdir. K
D
ning qiymati katta bo‘lganda moddaning ko‘proq
qismi harakatsiz fazada bo‘lib, juda sekin siljiydi. K
D
kichik bo‘lganida modda ko-
lonka bo‘ylab harakatchan faza bilan birga tez harakatlanadi. K
D
qiymati turlicha
bo‘lgan har qanday ikkita modda turli tezlik bilan harakatlanadi va bu xromato-
grafik ajratish usulining asosiy omili hisoblanadi.
Xromatografik tahlilda xromatogrammaning o‘lchamlari
Agar harakatchan faza oqimining ma’lum xossasini sorbent qatlamidan chiqi-
shida vaqt birligida yoki harakatchan faza hajmida o‘zgarishi qayd qilib turilsa,
registrator lentasida chiqish xromatografik egri chizig‘i-xromatogramma yoziladi
(61-rasm). CHiqish egri chizig‘ining tutib qolish parametrlari deb ataluvchi par-
ametrlari aralashmadagi moddalarni ajratish natijalarini ifodalash vositasi
bo‘lib xizmat qilishi mumkin.
Ajratiluvchi moddalarga nisbatan qo‘zg‘almas fazaning sorbsion qobiliyati
tutib turish vaqti t
R
bilan tavsiflanadi. Bu xromatogrammada moddani sorbent
qatlamiga kiritish paytidan moddaning serbent qatlamidan maksimal konsen-
gratsiyada harakatchan faza oqimida chiqishini ochiltirish paytigacha bo‘lgan
oraliqni ko‘rsatadi. Bunda harakatchan fazaning serbent qatlamidan o‘tgan hajmi
tutib qolish hajmi t
R
deyiladi:
υ
R
= t
R
•υ
bu erda υ- harakatchan fazaniyg hajmiy tezligi.
t
R
(υ
R
) orqali yutilmaydigan komponentning tutilib qolish vaqti (hajmi) bel-
gilanadi.
82-Bet
61-rasm. Differensial xromatografiya egri chiziqlari
1-nol chiziq; 2- sorbsilanmaydigan komponentga xos chiziq; 3, 4-tahlil
qilinayotgan komponentlarga tegishli chiziqlar.
Chiziqni egri chizig‘ining (cho‘qqining) balandligi h cho‘qqining maksi-
mumidan nol chizig‘igacha tushirilgan tik chiziqdir. Nol chizig‘i xromatogram-
maning bir qismi bo‘lib, kolonkadan toza holdagi harakatchan faza chiqishi pay-
tidagi detektor signalini qayd etish natijasida olinadi. Cho‘qqi kengligi μ-egri
chiziqning bukilish nuqtalarda egri chiziqqa o‘tkazilgan urinmalarning nol
chiziqda kesgan kesmasi yoki balandlik o‘rtasidagi μ
0,5
cho‘qqi konturi nuqtalari
orasidagi masofa.
Xromatografik ajratishning samaradorligi. Xromatografiyalash jarayonida
modda sorbent qatlamlari orqali harakatlanib, qo‘zg‘almas va harakatchan fazalar
orasida taqsimlanadi. Bunda modda zonasi yuvilib aralashib ketadi. Ikki yonma-
yon komponent zonalari qancha ko‘p yuvilib ketgan bo‘lsa, ularni bir-biridan ajrat-
ish shuncha qiyin bo‘ladi. Xromatografiya zonasining yuvilib ketish o‘lchami
ekvivalent nazariy tarelkalar balandligi ENTB yoki N hisoblanadi.
Kolonkali xromatografiya uchun nazariy tarelkalar soni N quyidagi formula-
larga asoslanib hisoblab topiladi:
N = 5,54( t
R
/ μ
0,5
)
2
N = 15( t
R
/ μ)
2
(29)
ENTB quyidagi formuladan hisoblab topiladi: ENTB = L / N bu yerda L- ko-
lonkaning uzunligi, mm.
ENTB ning qiymati qancha kichik bo‘lsa, kolonka shuncha samarali ishlaydi
va xromatogrammada cho‘qqilar shuncha tik bo‘ladi.
Ajratishni baholash mezoni. Xromatografik ajratishni miqdoriy jihatdan
baholash uchun tajriba parametrlariga: sorbent tabiatiga, xromatografiyalash haro-
rati va boshqalarga bog’liq ravishda ajratish sifatini tavsiflovchi mezonlardan foy-
dalaniladi. Ular qatoriga ajratish darajasi (omili) α, tanlovchanlik mezoni K
t
,ajratish mezoni R kiradi. Ajratish darajasi α ajratiluvchi aralashmadagi kompo-
83-Bet
nent-larning nisbiy tutib qolinishini, qo‘zg‘almas fazaning tanlovchanligini tavsi-
flaydi. α quyidagi formula yordamida hisoblab topiladi:
1
2
1
2
1
2
)
/(
)
)
/(
)
(
D
D
R
R
R
R
R
R
R
R
K
K
t
t
t
t
o
o
o
o
(30)
Ajratish darajasi α birdan cheksizgacha o‘zgaradi. Tanlovchanlik mezoni K
t
sorbentning tanlovchanligini tavsiflaydi, u quyidagi formuladan hisoblab topiladi:
)
/(
)
(
)
/(
)
(
0
2
1
2
1
2
2
R
R
R
R
R
R
R
R
T
t
t
t
t
K
o
(31)
Tanlovchanlik mezoni K
t
ning qiymatlari 0 dan 1 gacha o‘zgaradi. K
t
=0,4
bo‘lganida komponent to‘liq ajratilgan bo‘ladi.
Ajratish mezoni R ajratish to‘liqligiga kolonka samaradorligining va sorbent
tanlovchanligining ta’sirini hisobga oladi. U quyidagi formuladan hisoblab topi-
ladi:
)
/(
2
2
1
1
.
2
R
t
R
(32)
Ajratish mezoni R noldan cheksizgacha qiymatlarga ega bo‘lishi mumkin.
R=1 bo‘lganda komponentlar to‘liq ajratiladi.
Xromatografiyada adsorbentlar va ularni qo‘llash usullari
Hozirgi tez bajariladigan suyuqlik adsorbsion xromatografiyasida (SAX)
yuqori tanlovchanlik va samaradorlikni ta’minlabgina qolmay, shuningdek, xroma-
tografiya jarayonini gaz xromatografiyasidagi kabi tezlikda olib borishni ham
ta’minlovchi adsorbentlardan foydalani-ladi. Buning uchun adsorbent sirtining
tegishli yutish xossalaridan tashqari, ma’lum o‘ziga xos tuzilishi (g‘ovaklarining
diametri, chuqurligi, soni) ham muhimdir. Bulardan tashqari, adsorbent yana
quyidagi xossalarga ega bo‘lishi kerak: 1) yetarli darajada tanlovchi, 2) kimyoviy
va katalitik jihatdan inert; 3) adsorbsiya izotermasi to‘g‘ri chiziqlikka yaqin; 4)
mexanik pishiqligi ancha katta bo‘lishi kerak.
Arsorbentning tanlovchanligi birinchi novbatda uning sirtining yutiluvchi
modda bilan o‘zaro ta’sir kuchiga bog’liq. Qutbsiz adsorbentlarda bu o‘zaro ta’sir
kuchlari dispersion kuchlar bo‘ladi. Moddaning qutbli adsorbent sirtiga yutilishida
vodorod bog’lanish hosil bo‘lishi yoki boshqa qutbli o‘zaro ta’sir kuchlari muhim
ahamiyatga ega bo‘ladi.
Klassifikatsiyalash jihatdan adsorbentlarni uch turga bo‘lish mumkin:
Birinchi turi: nospetsifik adsorbentlar, ularga grafitlangan qurum kiradi. Bu
turdagi adsor, bentlar sirtida almashinishga qodir funksional guruh va ionlar
bo‘lmaydi. Yuqori molekulyar uglevodorodlarni, masalan, polietilenni ham shu
turga kiritish mumkin.
Ikkinchi turi: spetsifik adsorbentlar, ularning sirtida) ma’lum joylarda musbat
zaryadlar, masalan silikagellarda gidroksil guruhlar, seolitlarda kationlar
to‘plangan bo‘ladi. Bu turdagi adsorbentlarga ayrim chetki zvenolarida elektron
zichligi to‘plangan molekulalar bilan o‘ziga xos ta’sirlanish xarakterlidir.
Uchinchi turi: sirtida elektron zichligi to‘plangan bog’‘lanishlar yoki atomlar
guruhlari bo‘lgan spetsifik adsorbentlar. Bunday adsorbentlar nospetsifik adsor-
bentlar sirtiga elektron zichligi to‘plangan molekulalarning monoqatlamini joy-
lashtirish yo‘li bilan olinadi. Bu turdagi adsorbentlarga qutbli serg‘ovak po-
limerlar kiradi.
84-Bet
Adsorbentlardagi xromatografik zonalarning yuvilib ketish sabablarini
ko‘rib chiqishda shuni nazarda tutish kerakki, adsorbsiya izotermasi ko‘pincha
to‘g‘ri chiziq shaklida bo‘lmaydi, natijada zonaning orqa tomoni asimmetrik yu-
vilib ketadi va xromatogrammada «dum» lar paydo bo‘ladi.
Yaxshi adsorbilanuvchi moddalarning xromatografik zonalari yuvilib ket-
ishining sabablaridan biri adsorbsiya izotermasining to‘g‘ri chiziqli bo‘lmagani tu-
fayli yuvilib ketishidan tashqari, tashqi diffuzion massa o‘tkazishning sekin bor-
ishidir. Bu adsorbentlarda tor g‘ovaklar mavjudligi orqali tushuntiriladi. Adsorbent
g‘ovaklarini kengaytirish yuvilib ketishni kamaytirish va tahlil tezligini oshirish-
ning samarali vositasidir, Adsorbentlar kamdan-kam hollarda barcha aytilgan tal-
ablarga javob beradi. Adsorbentlarning ayrimlari ba’zi moddalarni qaytmas tarzda
yutadi, boshqalari katalitik ta’sir ko‘rsatadi, uchinchilari xromatografiyalanuvchi
moddalarning polimerlanishiga imkon beradi. SHuning uchun gaz-adsorbsion
xromatografiyada, ko‘pincha, adsorbentlarni modifikatsiyalashdan foydalani-ladi.
Adsorbentlar quyidagicha modifikatsiyalanadi: 1) kislota, ishqor yoki anorganik
tuzlar bilan ishlov berish; 2) qutbli adsorbentlar sirtidagi gidroksil guruhlarni
xlorsilan yoki boshqa moddalar vositasida bog’‘lash; 3) suv bug‘i bilan
to‘yintirish; 4) geometrik modifikadiyalash.
Birinchi usul xalaqit beruvchi aralashmalarni, masalan silikagel kabi adsor-
bentlardagi metal oksidlarini chiqarib yuborishni ta’minlaydi.
Ikkinchi usulda adsorbent sirtda joylashgan faol guruhlar nofaol guruhlarga
almashtiriladi. Masalan, silikagelni silanlashda gidroksil guruhlar nofaol metall
guruhlarga almashinadi.
Uchinchi usulda adsorbentlarning dezaktivatsiyasi, ya’ni faolligining kama-
yishi sodir bo‘ladi. Masalan, suv bug‘lari miqdorini o‘zgartirish natijasida al-
yuminiy oksidining adsorbsion faolligini o‘zgartirish mumkin. Bundan tashqari,
adsorbent yuzasiga bug‘lanmaydigan organik suyuqliklar kiritish ularning faol-
ligini pasaytiradi. Bu usul quruq tashuvchi yuzasiga suyuq faza kiritish singaridir.
Geometrik modifikatsiya usuli adsorbentlarni 900-1000°S da qizdirishdan iborat
bo‘lib, bunda qovushib qolish natijasida adsorbentdagi g‘ovaklarning strukturasi
o‘zgaradi va ultrag‘ovaklar yo‘qolib, adsorbent sirtida faqat yirik g‘ovaklar qoladi.
Keyingi vaqtlarda qattiq inert tashuvchi yuzasiga adsorbent changini
o‘tkazish orqali adsorbentlarni modifikatsiyalash usuli keng tarqalmoqda. Adsor-
bent changini kapillyarning ichki devorlariga ham shimdirish mumkin. Bunda gaz-
suyuqlik kapillyar xromatografiyasi gaz-adsorbsion kapillyar xromatografiyasiga
aylanadi.
Gaz-adsorbsion xromatografiyada turli markali silikagellar, faollantirilgan
ko‘mir, grafitlangan qurum singari qutbli adsorbentlar ishlatiladi. Molekulalarining
geometrik o‘lchamlari turlicha bo‘lgan moddalar aralashmasini tarkibiy qismlarga
ajratish uchun, ko‘pincha molekulyar elaklardan-seolitlardan foydalaniladi. Key-
ingi vaqtlarda adsorbentlar sifatida g‘ovak polimerlar tobora kengroq ish-
latilmoqda.
Silikagel: kapillyar strukturali gidrofil sorbent bo‘lib, uning adsorbsion
qobiliyati yuzasida joylashgan silanol ≡SiON guruhlarining mavjudligi tufaylidir,
bu guruhlar sorbat molekulalari bilan vodorod bog’‘lanish hosil qiladi.
85-Bet
Alyuminiy oksidi: katta solishtirma yuzali qutbli, sorbent bo‘lib, organik
adsorbentlarga nisbatan uning issiqqa chidamliligi yuqori va adsorbsion sig‘imi
kichikroq bo‘ladi.
Seolitlar: kristall panjarasidagi g‘ovaklarining o‘lchamlari muayyan va
o‘zgarmas bo‘lgan sintetik sorbentlar bo‘lib, ular molekulyar elaklar deyiladi.
G‘ovak shishalar: g‘ovaklari bir-biri bilan tutashib bir fazoviy panjara hosil
qilgan borosilikat shishalardir. Ular qattiq inert tashuvchilar sifatida gaz-suyuqlik
xromatografiyasida ishlatiladi. G‘ovak shishalarning adsorbsion xossalari ularda
silanol guruhlar mavjudligi tufayli bo‘lib, bu guruhlar molekulasida elektrodonor
funksional guruhlar bor moddalar bilan vodorod bog’‘lanish hosil qiladi. G‘ovak
shishalarning shu maqsadda ishlatiluvchi boshqa materiallardan asosiy farqi ularn-
ing kimyoviy inertligi, g‘ovaklariving o‘lchamlarini nazorat qilish mumkinligi va
regeneratsiya qilish osonligidadir.
Faollantirilgan ko‘mirlar: juda serg‘ovak tuzilgan adsorbentlar bo‘lib,
ular uglevodorodlar va ularning hosilalarini, aromatik birikmalarni, bo‘yoq modda-
larni tanlab adsorbilaydi (yutadi). Quyi spirtlar, karbonat kislotalar va murakkab
efirlarni kamroq yutadi.
Grafitlangan qurum: odatdagi qurumga 3000
0
S da vakuumda yoki inert
gaz muhitida ishlov berish orqali olinadi. Grafitlangan qurum sirtining adsorbsion
xossalari grafit guruhining adsorbsion xossalariga juda yaqin bo‘lib, ular nospetsi-
fik adsorbentlar qatoriga kiradi.
Polimer sorbentlar: keyingi vaqtlarda gaz xromatografiyasida keng ish-
latila boshlandi. Stirol, etilstirol va divinilbenzol asosida tayyorlangan g‘ovak ma-
teriallar eng ko‘p ishlatiladi. G‘ovak polamerlar mexanik jihatdan pishiq, sirti kat-
ta, tanlovchanligi kuchli va termik jihatdan ancha barqaror bo‘ladi.
G‘ovak polimerlar: juda tanlovchan adsorbentlar sifatida gaz-adsorbsion va
suyuqlik-adsorbsion xromatografiyasida ko‘p komponentli aralashmalarni tarkibiy
qismlarga ajratishda, shuningdek, gaz-suyuqlik xromatografiyasida tashuvchi sifat-
ida ishlatiladi.
Yuza qatlamli sorbentlar: keyingi vaqtlardagina ishlatila boshlandi. Faol
moddalari tashuvchining faqat tashqi yuzasida bir tekisda taqsimlangan sorbentlar
yuza qatlamli sorbentlar deyiladi. Faol modda sifatida qattiq yoki suyuq sorbent
xizmat qilishi mumkin. Sorbent qatlamining yupqaligi va yutiladigan moddalar
ning sorbentga etib borishi osonligi tufayli sorbentlarning sirt qatlamlarida massa
uzatishga qarshilik kamayadi va demak, sorbsion qatlamda turish vaqti qisqaradi.
Bu esa xromatografik kolonkaning samaradorligi ortishiga olib keladi.
Yuzasi g‘ovak adsorbentlarda (YUG‘A): chuqur g‘ovaklar bo‘lmagani
sababli g‘ovaklardagi harakatchan fazada moddalarning tutilib turish vaqti qis-
qaradi va massa almashish tezligi ortadi. YUG‘A jarayonni muvozanatga yaqin
sharoitlarda, yuvilib ketish tezligini susaytirmay olib borish imkonini beradi. Bu-
lardan tashqari, YUG‘A mexanik puxtaligi katta bo‘ladi, chunki ularning o‘zagi
odatda shisha soqqachalardan iborat bo‘ladi. YUG‘A juda yaxshi regeneratsiya-
lanadi va oqimga nisbatan oz qarshilikka ega.
YUG‘A ning adsorbsion xossalari yuza govak qatlami sifatida ishlatiluvchi
moddaning tabiatiga bog’liq. Masalan, faol qatlami silikagel bo‘lgan YUG‘A
86-Bet
hajmiy g‘ovak silikagellar kabi ishlatilaveradi. Ularda aminlar, amidlar, pestitsidlar
va qutbli ko‘pchilik boshqa moddalar tahlil qilinadi. Faol qatlami polimerlardan
iborat guruhalar ham ishlatiladi.
Xossalarining majmui jihatdan guruhalar selektiv va juda samarali adsorbent-
lar sifatida hozirgi yuqori tezlikli suyuqlik adsorbsion xromatografiyasi (SAX) da
ishlatish uchun eng yaroqli adsorbentdir.
Adsorbent tanlashda SAX da yuzaga keluvchi quyidagi uch muammoga
e’tiborni qaratish zarur:
1) aniqlanuvchi moddalarning kolonkada adsorbent bilan kimyoviy yoki
katalitik ta’sirlanishi natijasida yo‘qolishi yoki o‘zgarishi;
2) adsorbent ishlashini tiklash qiyinligi
3) kolonkaning barqaror ishlamasligi.
Ishlatiladigan adsorbentlar odatda kislota yoki asos xossalariga ega bo‘ladi.
SHu sababli muhit N iga sezgir xromatografiyalanuvchi moddalar o‘zgarib qolishi
mumkin. Masalan, adsorbent ishtirokida ko‘pincha moddalarning oksidlanishga
moyilligi ortib ketadi. Bunday hollar adsorbent tanlashda e’tiborga olinishi kerak.
SHuning uchun adsorbentlarga oldindan ishlov beriladi yoki modifikatsiyalanadi.
Masalan, suvda uzoq yuvish bilan kislotalilik xossasi kamaytiriladi. Xromatografi-
yalashni azot muhitida olib borish yoki erituvchiga antioksidantlar (oksidlanishga
to‘sqinlik qiluvchi moddalar) qo‘shish yo‘li bilan oksidlovchilarning ta’sirini ka-
maytirish mumkin. Eng yaxshi antnoksidantlardan biri 2,6-diuchlamchi butil n-
krezoldir.
Gaz tashuvchi. Gaz tashuvchini tanlash, asosan, ikki muhim omilga ko-
lonkaning samaradorligi va sezgirligi, shuningdek, detektorning ilash prinsipiga
bog’‘liq. Biror gazni gaz tashuvchi sifatida ishlatish mumkinligi uning fizikaviy va
kimyoviy xossalariga qarab aniqlanadi. Bularga gazning diffuziyalanish koeffitsi-
enti, qovushoqligi, kimyoviy inertligi, sorbsion xossalari kiradi.
Gazning reaksiyaga kirishish qobiliyati muhim rol o‘ynaydi, bu
xususiyati faqat gaz tashuvchining emas, balki tahlil qilinadigan moddalar-ning
ham xossalariga bog’‘liq bo‘ladi. Masalan, havo uncha yuqori bo‘lmagan haro-
ratlarda aldegidlarni, olefinlarni oksidlaydi, lekin gaz sharoitda to‘yingan uglevo-
dorodlarga, ftorli birikmalarga va nolinchi guruh element-lariga nisbatan inert
bo‘lib qoladi. Vodorod to‘yinmagan birikmalarni gidrogenlashi mumkin. Bundan
tashqari, vodorodning portlash xavfi bo‘lgani sababli uni ishlatish ancha che-
klangan.
Tashuvchi gazlarga asosan quyidagi talablar qo‘yiladi. Ular: 1) kolonkaning
samaradorligini belgilovchi zaruriy diffuzion xususiyatlarni ta’minlashi: 2) talab
qilinuvchi sezgirlikka va detektorning ishlash prinsipiga mos bo‘lishi; 3) tekshiri-
luvchi moddalar va kolonka hamda detektor materialiga nisbatan inert bo‘lishi; 4)
mumkin qadar kamroq yutiladigan bo‘lishi; 5) arzon, oson topiladigan va
etarli darajada toza bo‘lishi kerak.
Tashuvchi gazlar sifatida ishlatish mumkin bo‘lgan gazlar geliy, azot, argon,
uglerod dioksid; kamroq hollarda havo, neon, kripton, metan va boshqalardir. Key-
ingi vaqtlarda tashuvchi gaz sifatida suv bug‘lari ishlata boshlandi.
87-Bet
Xromatografiyada ishlatiladigan kolonka va detektorlar
Xromatografik kolonkaga konstruksion jihatdan ham, ishlatishga oid ham tal-
ablar qo‘yiladi. Konstruksion talablarga kolonkaning uzunligi, ichki diametri,
shakli, qanday materialdan tayyorlangani kiradi. Ishlatishga xos talablarga ichiga
adsorbentning joylashtirilish zichligi, yuvib o‘tadigan suyuqlikning harakatlanish
tezligi, bosim gradienti, harorat, namunaning hajmi kiradi.
Kolonkaning uzunligi ajratish sharoitlarini tanlashda muhim ahamiyatga ega,
chunki u kolonkaning samaradorligiga va tanlovchanligiga, tahlilning davom etish
muddatiga ta’sir ko‘rsatadi. Kolonkaning uzunligi ikki marta oshirilganda tahlil
vaqti ham ikki marta ortadi, ajratish mezoni esa kolonka uzunligining kvadrat ild-
izdan chiqarilgan qiymatiga mutanosib ravishda ortadi. Xromatografik qurilmalar-
da ishlatiladigan kolonkalarning uzunligi 15-150 sm gacha (10 m gacha etadi-
ganlari ham bor), diametri 2 dan 12-15 mm gacha bo‘ladi. Diametrni kamaytirish-
ga to‘ldirish qiyinlashishi detektor sezgirligining pasayishi xalaqit beradi, orttirish-
ga esa harakatchan faza siljish tezligining kamayyashi xalaqit beradi.
Kalta kolonkalar odatda to‘g‘ri yoki U simon shaklda tayyorlanadi. Ularni
uzunligi 3-4 m dan ortiq bo‘lganda spiralsimon qilib tayyorlash tavsiya etiladi. Ko-
lonkalar yupqa devorli shisha naylardan yoki zanglamaydigan po‘latdan yasaladi.
SHisha naylar ishlatish kolonkalarning sorbent bilan to‘ldirilishini ko‘z bilan
ko‘rib nazorat qilish imkonini beradi.
Kolonkani adsorbent bilan bir tekisda va bir xil zichlikda to‘ldirish muhim
ahamiyatga ega. Shuning uchun adsorbent donachalari sferik shaklga hamda bir xil
diametrga (10-20 mkm) ega bo‘lishi kerak. Bunday donachalar kolonkaning bar-
cha hajmi bo‘ylab bir tekisda va zichroq joylashadi. Adsorbent kolonkada zich
joylashganda harakatchan faza va namuna ko‘ndalang yo‘nalishda yaxshi siljiydi,
shuningdek, suyuqlik oqimining tezligi o‘zgarmay bir xilda saqlanib turadi.
Kolonkaga kiritiluvchi namunaning hajmi adsorbentning joylashish zichligiga
va donachalarining o‘lchamiga bog’liq. Donachalar o‘lchamining kichrayishi va
joylashtirish zichligi ortishi bilan namuna xajmi ortadi va odatda 1 dan 10 sm/s ni
tashkil qiladi. Namuna kolonkaga dozator yordamida kiritiladi. Dozator namunani
aniq miqdorda o‘lchab olib, xromatografik kolonkaga kiritish uchun ishlatiladigan
asbob. Dozatorga quyiladigan asosiy talablardan biri kiritiladigan namunalar
o‘lchamini va ularni kolonkaga kiritish sharoitlarini bir xilda saqlashdan iborat.
Bundan tashqari, kolonkaga namuna kiritish kolonkaning xromatografik qurilma
boshqa qismlarining ishlash sharoitini keskin o‘zgartirmasligi, dozatorning ichki
yuzasi esa namunaga nisbatan adsorbsion va katalitik faol bo‘lmasligi kerak.
Gazsimon va suyuq namunalar xromatografik kolonkaga, odatda, maxsus
shpritslar vositasida, kiritish joyida kauchuk membranani (pardani) teshish yo‘li
bilan kiritiladi. Bunda gazsimon namunalar uchun gaz shpritslari va suyuq namu-
nalar uchun mikroshpritslar ishlatiladi. Mikroshpritslar xromatografga mikrolitrn-
ing ulushlaridan tortib, to o‘nlab mikrolitrlar hajmida namuna kiritishga imkon be-
radi. Ba’zan laboratoriya amaliyotida dozator sifatida meditsina shpritslaridan foy-
dalaniladi.
88-Bet
Qattiq holatdagi namunalar xromatografga ularni oldindan suyuqlikda eritish
yo‘li bilan kiritiladi yoki dozatorning o‘zida bevosita qizdirib bug‘latilgandan
keyin kiritiladi.
Xromatografik kolonkaga to‘ldiriladigan adsorbentga bir qator talablar
qo‘yiladi: ular zaruriy tanlovchanlikka, etarli darajada mexanik pishiqlikka ega
bo‘lishi, tekshiriluvchi aralashma komponentlariga nisbatan kimyoviy inert va
oson topiladigan bo‘lishi kerak.
Adsorbentlarni tanlashda fazalarning agregat holatiga, xromato-grafiyalash
usuliga va boshqa omillarga e’tibor beriladi.
Detektorlar. Xromatografik kolonkadan chiqish joyida konsentratsiya-ning
taqsimlanishi detektor deb ataluvchi maxsus asboblar vositasida qayd qilinadi. Gaz
xromatograflarda detektor gaz oqimi yo‘lida bevosita kolonkadan chiqish joyiga
o‘rnatiladi. Detektorning vazifasi kolonkadan chiqish joyida konsentratsiyaning
vaqtga bog’‘liqligini uzluksiz qayd qilib turishdan iborat. Xromatografiyalash na-
tijalari detektor turini, uning konstruksiyasini to‘g‘ri tanlashga bog’‘liqdir. De-
tektorni tanlashda uning xromatografiyalanuvchi aralashmaning komponentlariga
nisbatan yuqori sezgirligi, inersionligi kamligi; signalining namuna miqdoriga
to‘g‘ri chiziqli bog’‘lanishda bo‘lishi, takroriy o‘lchashlarda bir xil natija berishi,
ko‘rsatishlarining barqarorligi, qurilmani soddaligi, ishlatishda qulayligi va arzon-
ligi asosiy ahamiyatga ega. Ikki turdagi differensial va integral detektorlar ishlati-
ladi. Differensial detektorlar xossalardan birining (konsentratsiya yoki oqim) vaqt
bo‘yicha oniy qiymatlarini qayd etadi (62-rasm, a). Integral detektorlar ma’lum
vaqt srasida chiqqan moddaning umumiy miqdorini qayd etadi (38-rasm, b). Dif-
ferensial detektorlarni o‘z navbatida ikki turga bo‘lish mumkin: konsentratsion de-
tektorlar kolonkadan chiqayotgan modda konsentratsiyasini qayd qiladi va oqim
detektorlari modda konsentratsiyasining oqim tezligiga ko‘paytmasini qayd qi-
ladi.
Ba’zan detektor ishining asosida yotuvchi jarayonning xususiyatiga
asoslangan klassifikatsiyalashdan ham foydalaniladi.
62-rasm. Differensial (a) va integral (b) detektorlar:
s - konsentratsiya; d - modda miqdori; τ- vaqt
Masalan, detektorlar kimyoviy, fizik-kimiyoviy, fizikaviy va biologik de-
tektorlarga bo‘linadi. Detektorda hosil bo‘luvchi signal va uni yozish shakli de-
89-Bet
tektor turiga bog’‘liq bo‘lgani sababli detektorlarni turiga qarab klassifikatsiyalash
prinsipial ahamiyatga ega. Xususan integral detektorlar o‘zidan o‘tuvchi moddan-
ing umumiy miqdorini qayd etadi. SHuning
uchun integral detektorda elyuent usu-
lida olinadigan hamda «vaqt-signal» koordinatalarida ifodalanadigan yozish
pog‘onali egri chiziq shaklida bo‘ladi (62-rasm, b). Bunda pog‘onaning balandligi
xromatografik kolonkadan ma’lum vaqt oralig‘ida chiqqan moddaning massasiga
mutanosibdir. Integral detektorlarni darajalash differensial detektorlarni dara-
jalashga nisbatan ancha oson bo‘ladi.
Eng ko‘p tarqalgan differensial detektorlardan biri katarometr bo‘lib, uning
ishlash prinsipi qizdirilgan platina yoki volfram tolaning qarshiligini o‘lchashga
asoslangan, u yuvib o‘tuvchi gazning issiqlik o‘tkazuvchanligiga bog’‘liq bo‘ladi.
Bir xil sharoitda qizdirilgan toladan ajraluvchi issiqliq miqdori gaz (tarkibiga
bog’‘liq). Aralashmadagi aniqlanuvchi komponentlarning issiqlik o‘tkazuvchanligi
tashuvchi-gazning issiqlik o‘tkazuvchanligidan qancha katta farq qilsa
katarometrning sezgirligi shuncha katta bo‘ladi. Shu nuqtai nazardan eng qulay
tashuvchi-gaz vodoroddir, chunki uning issiqlik o‘tkazish xususiyati ko‘pchilik
boshqa gazlarning issiqlik o‘tkazishdan ancha kattadir. Ammo xavfsizlik texni-
kasini nazarda tutib, ko‘pincha, issiqlik o‘tkazishi etarli darajada yuqori bo‘lgan
geliy ishlatiladi. Qeyingi vaqtlarda katarometrlarda metall tolalar o‘rniga elektr
o‘tkazuvchanligining harorat koeffitsienti metallarnikiga nisbatan yuqoriroq
bo‘lgan termostatlar ishlatila boshlandi. Katarometrning afzalliklari uning oddiyli-
gi, etarli darajada aniqligi va ishonchli ishlashidir. Lekin sezgirligi kuchli
bo‘lmagani tufayli u mikro aralashma-larni aniqlashda ishlatiladi.
Termokimyoviy detektorning ishlashi platina simining qarshiligini o‘lchashga
asoslangan. Bu qarshilik yonuvchan gazlar yonganida haroratning o‘zgarishi na-
tijasida o‘zgaradi. Gazlar xromatografik kolonkadan chiqishda qizdirilgan platina
simga tegib katalitik ravishda yonadi. Termokimyoviy detektorning sezgirligi
katarometrnikiga nisbatan yuqoriroqdir. Termokimyoviy detektorning ishlatilishi
yonuvchan moddalarga bog’‘liq ravishda cheklangan.
Alangali detektornig ishlash prinsipi gorelkaning vodorod alangasi unga or-
ganik moddalar kiritilganda o‘zgarishiga asoslangan. Ionizatsion detektorlarning
sezgirligi eng yuqori bo‘ladi. Masalan, alangali-ionizatsion detektor (AID) 10
-12
gacha moddani aniqlashga imkon beradi. Bu detektorlarda vodorod gorelkasi alan-
gasining elektr o‘tkazuvchanligi o‘lchanadi. Toza vodorod alangasining elektr
o‘tkazuvchanligi juda kichik bo‘ladi. Vodorodda organik birikmalarning
aralashmalari paydo bo‘lganida alanga ionlanadi, ionlanish darajasi aralashmaning
konsentratsiyasiga mutanosib bo‘ladi va uni oson o‘lchash mumkin. Bu turdagi de-
tektorlarning juda sezgirligi ularning keng qo‘llanilishiga sabab bo‘ladi. Lekin
alanga-ionizatsion detektorlar (AID) ning juda sezgirligi faqat organik birikma-
larga nisbatan xos bo‘lib, ammiak, vodorod sulfid, oltingugurt oksidlari, kislorod,
azot va boshqa anorganik moddalarga nisbatan uning sezgirligi keskin pa-
sayadi.
Argonli detektorning sezgirligi juda kuchli bo‘lib, ularda aniqlanuvchi
modda molekulalari β nurlanish ta’sirida metastabil holatga kelgan argon atomlari
bilan to‘qnashganda ionlanish sodir bo‘ladi.
90-Bet
Termo ion detektorda gorelka alangasiga ishqoriy metallarning tuzlari kiri-
tiladi. Bunday alangaga fosfor birikmalari kirganida fosfor atomlari miqdoriga mu-
tanosib ionlar oqimi hosil bo‘ladi. Bu nihoyatda sezgir selektiv fosforli detektordir.
Ultratovush detektorida ultratovushning gazning tarkibi va zichligiga bog’liq
bo‘lgan tezligi o‘lchanadi. SHu sababdan tashuvchi gaz sifatida molekulyar mas-
sasi aniqlanuvchi birikmalarnikidan anchagina farqlanadigan gazlardan foyda-
lanish kerak. Sezgirlik chegarasi 10
-8
dan 10
-9
mol/s gacha. Bu detektorda har
qanday gazni ham detektorlash mumkin. Bunday turdagi detektorlarning muhim
kamchiligi ularning elektr sxemasi murakkabligi va ularga harorat o‘zgarishlari ju-
da tez ta’sir etishidir. Boshqa turdagi masalan, diagrammali, geliyli detektorlar
ham ma’lum.
63- rasm. Xromatografik detektorlar:
(a)-katarometr, (b)-ionizatsion detektor, (v)- elektron detektor.
1-gaz oqimi; 2-cho‘g‘langan sim; 3-alanga; 4- elektrodlar; 5-β nur
(elektronlar) tarqatuvchi manba
Ionizatsion detektorlarning sezgirligi ancha katta bo‘ladi. Ularning ishlash
prinsipi tok kuchini o‘lchashga asoslangan. Eng ko‘p tarqalgani alangali-
ionizatsion detektor bo‘lib, unda alangaga kiritilgan moddalarni ionlashtiruvchi el-
ektrodlar orasida hosil bo‘luvchi tok kuchi o‘lchanadi. Elektrodlarga kuchlanish
berilgach, alangada elektrodlar orasida ionlar paydo bo‘lib, ionlanish tokini hosil
qiladi (64; 65-rasmlar).
91-Bet
64- rasm Alangali-ionlanish detektorning tuzilishi:
1-gorelka; 2,3-elektrodlar.
Elektronni qamrab oluvchi detektorning ham sezgirligi kattadir. Alanga
ta’sirida gazda radikallar va erkin elektronlar hosil bo‘ladi. Aniqlanuvchi modda
alangaga kiritilganda ionlar hosil bo‘lish tezligi keskin ortadi va detektorda signal
toki paydo bo‘ladi, bu tok kuchaytirilib ro‘yxat qiluvchiga uzatiladi.
Detektordan chiquvchi impulslarni o‘lchash yoki yozib olish uchun sezgir
ko‘rsatuvchi millivoltmetrlar va potensiometrlardan foydalani-ladi. Signalni qayd
qilib, detektor signalini tashuvchi-gaz hajmi V yoki uning sorbsion kolonkadan
o‘tish vaqtiga t bog’‘liqlik grafigi olinadi. Bu grafik xromatogramma deyiladi.
Xromatogrammada tahlil qilinayotgan namunaning har bir tarkibiy qismiga mos
keluvchi cho‘qqilar bo‘ladi.
65-rasm. Xromatogramma:
A- tekshirilayotgan moddani asbobga kiritish; t- o‘tish vaqti
Namuna kiritilgan paytdan to cho‘qqi yozib olinguncha o‘tgan vaqt ayni
moddaning tutilib turish vaqti deyiladi. Bundan tashqari, harakatchan fazaning
tutilib turuvchi hajmi tushunchasidan ham foydalaniladi. Tutilib turish vaqti va
tutilib turuvchi hajmi moddaning sifat belgilaridir.
Xromatografiyada sifat tahlili
Gaz xromatografiyasida kolonkaning vazifasi aralashmani alohida tarkibiy
qismlarga ajratishdan iborat. Ularning sifat tarkibini esa kolonkadan tashqarida
ham aniqlash mumkin. Xromatografik kolonkada ajratilgan aralashmani sifat
tarkibini aniqlashning ikki usuli bor: tutilib turish xarakteristikalari bo‘yicha va
|