Основными характеристиками, с помощью которых можно произвести качественный анализ смеси веществ, являются время удерживания вещества tu, удерживаемый объем VR и относительный удерживаемый объем V0.
Время удерживания tu – время от момента ввода пробы до момента регистрации максимума пика на хроматограме (см. рис.6.1.). Оно складывается из времени движения вещества с газом-носителем t0 вдоль колонки и суммарного времени нахождения в сорбированном состоянии tR (исправленное время удерживания).
tu= t0 +tR (6.1)
где t0 одинаково для всех веществ смеси и определяется скоростью потока газа-носителя u0, tR при постоянных условиях опыта (температуре и скорости газа-носителя) зависит от природы анализируемого вещества и неподвижной фазы. Компоненты смеси, различающиеся по энергии взаимодействия с данной неподвижной фазой, будут иметь различные значения tR.
Удерживаемый объем VR – это объем газа-носителя, прошедшего через колонку за время удерживания tR. Его значение рассчитывают по формуле:
VR = tRw, (6.2)
где w – объемная скорость газа-носителя (объем газа-носителя, проходящий через колонку за единицу времени). Величина VR зависит от объема неподвижной фазы в колонке Va и коэффициента распределения вещества между двумя фазами G = Ca /C (Са и С – концентрации анализируемого вещества в неподвижной фазе и газе-носителе, соответственно), который определяется температурой и природой вещества.
VR = VaG (6.2’)
Отношение удерживаемого объема вещества VR к удерживаемому объему вещества-стандарта VRst называют относительным удерживаемым объемом V0
V0 = VR /VRst = G/Gst (6.3)
Величина V0 зависит только от природы веществ и температуры и мало зависит от изменения других параметров опыта (размеров колонки, скорости потока и др.). Таким образом, относительный удерживаемый объем является более воспроизводимой качественной характеристикой вещества по сравнению с tu, tR, VR.
Для веществ одного гомологического ряда график зависимости lg VR от числа атомов углерода в молекуле nc обычно представляет собой прямую линию (рис.6.3). Наклон прямой определяется природой анализируемых веществ и неподвижной фазы, температурой колонки.
Линейная зависимость lg VR от числа атомов в углерода н-алканов используется для качественного анализа веществ, принадлежащих к разным классам с помощью индексов удерживания I (индексов Ковача). По определению, н-алканам приписываютя значения индексов Ковача, равные числу углеродных атомов в молекуле, умноженному на 100. Например, для метана I =100, для пропана I =300, для декана I = 1000 и т.д. Индекс Ковача Ix любого другого вещества для данной неподвижной фазы при заданной температуре колонки имеет промежуточное значение между значениями индексов Ковача н-алканов (In и In+1) выходящих из колонки до и после этого вещества.
Рис.6.3 а. Зависимость lgVR от числа атомов углерода в молекуле для представителей различных гомологических рядов.
Величину Ixможно определить графически (рис. 6.36). Более точные результаты получают, рассчитывая Ix по формуле:
(6.4)
где VRn, VRx, VR(n+1) - удерживаемые объемы анализируемого вещества X и н-алканов с числом углеродных атомов n и n+1.
Идентификация веществ производится на основании совпадения параметра удерживания чистого вещества и этого вещества в смеси в одних и тех же условиях (колонка, температура, расход газа-носителя). Однако, как показано выше, менее зависят от условий опыта V0 или I, поэтому вместо tu и VR лучше использовать эти величины, причем V0 и I для предполагаемых веществ можно использовать и из литературных источников.