CHROMATOGRAFIA CIECZOWA

Ćwiczenie CH - 1 i CH - 2

Oznaczanie fenoli w mieszaninie: (fenol, 2-amino-4,6-dinitrofenol, p-nitrofenol, m-nitrofenol, o-nitrofenol, 1-naftol) oraz oznaczanie w mieszaninie benzenu i pochodnych (benzen, toluen, chlorobenzen, jodobenzen, nitrobenzen, o-ksylen).

Chromatografia jest grupą metod analizy, w których podstawowym elementem jest rozdzielenie mieszanin jednorodnych substancji na składniki. Odbywa się to na podstawie podziału mieszaniny między fazę nieruchomą (stacjonarną) i ruchomą układu chromatograficznego. Rozdzielenie to następuje w skutek różnej dla poszczególnych składników dynamiki wymiany masy pomiędzy fazami: ruchomą i nieruchomą. Warunkiem analizowania próbek jest ich rozpuszczalność w odpowiednich rozpuszczalnikach.

Celem ćwiczenia jest ilościowe oznaczenie składników mieszaniny. Metoda opiera się na fakcie, że wielkość powierzchni piku jest proporcjonalna do stężenia odpowiedniego składnika w mieszaninie.

Aparatura i odczynniki:

1. chromatograf cieczowy Hewlett Packard Model 1050 z dekoderem absorpcji UV

2. mikrostrzykawka

3. roztwory wzorcowe fenoli w alkoholu metylowym

4. roztwory benzenu i pochodnych w alkoholu metylowym

5. roztwór (zadanie) zawierające fenole o nieznanym składzie

6. roztwór (zadanie) zawierające benzen i jego pochodne o nieznanym składzie

7. kolbki miarowe, pipety, metanol, woda.

Wykonanie ćwiczenia

Wykonanie ćwiczenia sprowadzało się do wykonania roztworów analizowanych próbek. W tym celu odmierzono pipetą 0,5 cm³ badanej mieszaniny fenoli i dopełniono w 3 kolbach miarowych o pojemności 10 cm³ do kreski roztworem składającym się z 60% metanolu i 40% wody. Do wykonania roztworów benzenu i jego pochodnych wzięto 0,7 cm³ badanego roztworu i dopełniono w 3 kolbach miarowych o pojemności 10 cm³ do kreski mieszaniną 75% metanolu i 25% wody. Następnie wykonano chromatogramy mieszanin wstrzykując po 20 μl każdego z roztworów do chromatografu. Z chromatogramu odczytano na podstawie czasu retencji nazwy poszczególnych składników mieszanin a na podstawie liczby impulsów każdej substancji odczytano z wykresu (lub z równania) stężenia poszczególnych składników mieszaniny.

Wyniki pomiarów:

Mieszanina fenoli: pompa: faza ruchoma: 60% MeOH / 40% H₂O

przepływ: 1 cm³ / min ciśnienie ok. 130 bar

Czasy retencji [min] : stężenie [μg/cm³] :

fenol - (1,6 - 1,8) y = 39,4 ⋅ x + 0,5

m-nitrofenol - (1,8 - 2,0) y = 238,1 ⋅ x +14,9

o-nitrofenol - (2,1 - 2,3)

1-naftol -(2,8 - 3,1) y = 175,3 ⋅ x + 17,5

Mieszanina benzenu: pompa: faza ruchoma: 75% MeOH / 25% H₂O

przepływ: 0,6 cm³/min ciśnienie: ok. 75 bar

Czasy retencji [min] : Stężenie [μg/cm³] :

nitrobenzen - (2,5 - 2,7) y = 1644,2 ⋅ x +7,2

benzen - (3,1 - 3,3)

toluen - (3,8 - 4,0) y = 15,1 ⋅ x - 18,6

jodobenzen - (4,5 - 4,7) y = 24,0 ⋅ x - 18,6

o-ksylen - (5,0 - 5,2)

Analiza wyników

Średnia arytmetyczna zbiorowości próbnej:

Odchylenie standardowe pojedynczego wyniku

Odchylenie standardowe średniej arytmetycznej

Przedział ufności:

95% dla k = 2 t_studenta = 4,303

[ ]

fenol:

x = (1,7 + 2,055 + 0,532) / 3 = 1,429

S = (1,27 / 2)^1/2 = 0,7968

Sx = 0,7968 / √3 = 0,46

X = 1,429 ± 4,303 ⋅ 0,46 =1,429 ± 1,98 μg cm³ C_fenol = 1,429 ± 1,98 μg/cm³

m-nitrofenol:

x = (0,46 + 0,62) / 2 = 0,54

S = (0,013 / 1)^1/2 = 0,114

Sx = 0,114 / √2 = 0,081

X = 0,54 ± 4,303 ⋅ 0,081 = 0,54 ± 0,35 C_m-nitrofenol = 0,54 ± 0,35 μg/cm³

1-naftol:

x = (1,631 + 1,294 + 2,441) / 3 = 1,786

S = (0,695 / 2)^1/2 = 0,589

Sx = 0,589 / √3 = 0,34

X = 1,786 ± 4,303 ⋅ 0,34 = 1,786 ± 1,463 C_1-naftol = 1,786 ± 1,463 μg/cm³

Mieszanina benzenu

nitrobenzen:

x = (0,153 + 0,135 + 0,138) / 3 = 0,142

S = (0,0002/2)^1/2 = 0,01

Sx = 0,01 / √3 = 0,006

X = 0,142 ± 4,303 ⋅ 0,006 = 0,142 ± 0,026 C_nitrobenzen = 0,142 ± 0,026 μg/cm³

toluen:

x = (26,954 + 25,829 + 21,391) / 3 = 24,725

S = (17.303 / 2)^1/2 = 2,941

Sx = 2,941 / √3 = 1,698

X = 24,725 ± 4,303 ⋅ 1,698 = 24,725 ± 7,306 C_toluen = 24,725 ± 7,306 μg/cm³

jodobenzen:

x = (23,792 + 22,167 + 18,250) / 3 = 21,403

S = (16,232 / 2)^1/2 = 2,849

Sx = 2,849 / √3 = 1,645

X = 21,403 ± 4,303 ⋅ 1,645 = 21,403 ± 7,078 C_jodobenzen = 21,403 ± 7,078 μg/cm³

Wnioski:

Różnice w odczytach różnych próbek tych samych roztworów wynikały prawdopodobnie z niedokładnego odmierzenia mieszaniny fenoli do kolbek, oraz z niedokładnego dopełnienia kolb miarowych do kreski roztworem metanolu. Podczas badania mieszaniny fenoli w chromatografie było ustawione zbyt duże ciśnienie (powyżej 130 bar) co spowodowało niedokładne rozdzielenie składników (przesunięty czas retencji m-nitrofenolu). Na końcowy wynik miało wpływ również stosunkowo niskie stężenie poszczególnych składników, oraz czystość kolb użytych do analizy.

Wzory strukturalne:

OH - fenol

NO₂ - nitrobenzen

CH₃ - toluen

J - jodobenzen

---