Kvantitatiivne kromatograafiline analüüs

Kvantitatiivne analüüs on kromatograafias kasutatav meetod proovis sisalduva(te) komponendi (komponentide) kvantitatiivse sisalduse määramiseks, s.t ühendite koguse määramiseks.

Kromatograafia on tänapäeval keemias väga levinud analüüsimeetod. Kromatograafiat kasutatakse nii kvantitatiivseks kui ka kvalitatiivseks analüüsiks. Allpool on toodud ülevaade kasutatavatest meetoditest kvantitatiivses analüüsis.

Meetodid

Pindala normaliseerimine

Pindala normaliseerimine on arvutus piigi pindala protsendist, mis eeldatakse olevat võrdne massiprotsendiga. Kui X on tundmatu analüüt, siis

$pindala\%X=[{A_{x} \over \sum _{i}(A_{i})}]\times 100$,

kus $A_{x}$ on tundmatu analüüdi piigi pindala ja nimetaja on kõikide piikide pindalade summa. Et see meetod oleks täpne, peavad olema täidetud järgmised kriteeriumid:

• kõik analüüdid peavad olema elueerunud;
• kõik analüüdid peavad olema detekteeritud;
• detektori tundlikkus peab kõigi proovi komponentide suhtes olema sama.

Need kolm tingimust on harva täidetud, kuid see meetod on lihtne ja tihti kasulik, kui poolkvantitatiivne analüüs on piisav või kui mõni analüüt pole identifitseeritud või pole saadaval puhtas vormis (pole võimalik kasutada standardeid).

Pindala normaliseerimine tundlikkusfaktoriga

Kui standardid on saadaval, siis saab kolmanda piirangu eemaldada. Standardid tuleb kromatografeerida, et saada suhtelised tundlikkusfaktorid, f. Üks aine (võib olla analüüt proovis) valitakse standardiks ja tema tundlikkusfaktorile f antakse suvaline väärtus nagu 1,00. Standardist ja muudest analüütidest valmistatakse massi järgi lahused ja need kromatografeeritakse. Kahe piigi pindalad ($S_{s}$ ja $S_{x}$)mõõdetakse ja tundmatu aine tundlikkusfaktor $f_{x}$ arvutatakse järgmiselt:

$f_{x}=f_{s}\times {A_{s} \over A_{x}}\times {w_{x} \over w_{s}}$,

kus w_x/w_s on tundmatu aine massisuhe standardisse. Kui tundmatu proov lahutub, siis iga piigi pindala mõõdetakse ja korrutatakse läbi temale määratud faktoriga. Seejärel arvutatakse protsent nagu eelnevalt:

$massi\%X=[{A_{x}f_{x} \over \sum _{i}(A_{i}f_{i})}]\times 100$

Välisstandardimeetod ehk kalibreerimisgraafiku meetod

Seda meetodid kasutatakse tavaliselt graafiliselt. Teadaolevad analüüdikogused kromatografeeritakse, mõõdetakse piigi pindalad ja joonestatakse kalibreerimiskõver. Kui standardlahused varieeruvad üksteisest kontsentratsiooni poolest, siis peab kolonni süstima konstantse koguse proove ja standardeid. Käsitsi süstimine on sageli ebarahuldavate tulemustega ja limiteerib meetodit. Paremad tulemused saadakse proovi automaatsisestajaga (autosampleriga), mis süstib vähemalt ühe mikroliitri. Kui kalibreerimiskõverat ei tehta ja kasutatakse arvutusteks andmebaasi, järgneb natuke teistsugune metoodika. Puhastest standarditest valmistatakse massi järgi kalibreerimislahus ja kromatografeeritakse see. Iga analüüdi jaoks säilitatakse andmebaasis absoluutne kalibreerimistegur, mis on võrdne grammidega piigi pindala kohta. Kui tundmatu lahus lahutub, siis iga analüüdile vastav piigi pindala korrutatakse tema kalibreerimisteguriga, arvestades mitu korda on tundmatu aine signaal suurem või väiksem. See meetod on ühe-punkti-kalibreerimine ja võrreldes eelneva mitmepunktilise kõveraga, on see vähem täpne. Tuleb tähele panna, et need kalibreerimistegurid ei ole samad, mis olid suhtelised tundlikkusfaktorid normaliseerimise meetodi puhul.

Nii kalibreerimisgraafiku kui ka lisamismeetod põhinevad lineaarsel regressioonil. See on statistiline meetod, mis asetab sirge läbi punktiparve sedasi, et punktide y-telje-sihiliste

hälvete ruutude summa sirgest oleks minimaalne. Neid hälbeid nimetatakse jääkliikmeteks.

Lineaarse regressiooni sisendiks on punktide koordinaadid: C₁, C₂,..., A₁, A₂...

Lineaarse regressiooni väljundiks on regressioonisirge võrrandi $A=a\times C+b$ koefitsiendid:

• tõus ehk lineaarliige a,
• algordinaat ehk vabaliige b.

Proovi lahuse kontsentratsioon: saab leida valemi järgi: _{$C_{x}=(A_{x}-b)/a$}

Oluline on see, et A_x väärtusest nii üles kui ka alla peab jääma vähemalt üks kalibreerimispunkt.

Sisestandardimeetod

See ja järgmine meetod on eriti kasulikud tehnikate puhul, mis ei ole väga korratavad. Sisestandardimeetod ei nõua täpset või järjepidavat proovi kogust või tundlikkusfaktori kasutamist, kuna viimane on juba meetodisse sisse arvestatud. Seepärast on see meetod hea käsitsi süstimise puhul. Selle meetodi puhul ei tohi valitud standard olla proovi komponent ja ei tohi kattuda ühegi proovi piigiga. Teatud kogus standardit lisatakse igale proovile – sellest ka nimetus sisestandard. Sisestandard peab täitma mitmeid kriteeriume:

Näide kalibreerimisgraafikust kasutades sisestandardi meetodit

• Peaks elueeruma uuritavate ainete piikide lähedal, aga peab olema kindlalt eristatav nendest.
• Peab olema keemiliselt sarnane huvipakkuvate analüütidega ja ei tohi reageerida ühegi proovi komponendiga.
• Nagu iga standard, peab olema saadaval kõrge puhtusega.

Enne keemilist derivatiseerimist või muud reaktsiooni lisatakse proovile standardit, mille kontsentratsioon on ligilähedane analüüdi omale. Kui määratakse palju analüüte ja et täita eelnevaid kriteeriume, siis võib kasutada mitmeid sisestandardeid. Valmistatakse kolm või rohkem kalibreerimislahust analüüdi/analüütide puhastest proovidest. Teatud kogus sisestandardit lisatakse igasse kalibreerimislahusesse ja tundmatusse lahusesse. Tavaliselt lisatakse sama kogus standardit mahu järgi, näiteks 1,00 ml. Kõik piigid mõõdetakse ja viidatakse sisestandardi pindalale, kas siis läbi andmebaasi või käsitsi.

Kui kasutatakse mitmeid standardeid, siis saame kalibreerimisgraafiku, kus mõlemad teljed on suhtelised standardi suhtes, nagu on näidatud kõrvaloleval joonisel. Kui sama kogus sisestandardit on lisatud igale kalibreerimislahusele, siis tundmatu (abstsiss) kujutab absoluutset kontsentratsiooni, mitte suhtelist kontsentratsiooni. Tundmatu määratakse kalibreerimiskõveralt või kalibreerimisandmetest. Mõlemal juhul, ükskõik milline tingimuste muutus toimub erinevate mõõtmiste vahel, sisestandard tühistab nende mõju. See meetod annab tavaliselt parema täpsuse, kuid see nõuab rohkem etappe ja rohkem aega.

Lisamismeetod

Selle meetodi puhul lisatakse proovile samuti standardit, aga valitud kemikaal on sama mis uuritav analüüt. See nõuab hästi korratavat proovi kogust ja paneb piirangu käsitsi süstimisele.

Meetodi põhimõte: standardi poolt põhjustatud täiendav, kasvav signaal on proportsionaalne lisatava standardi kogusega ja seda võrdelisust saab kasutada analüüdi kontsentratsiooni määramiseks algses proovis. Vajalike arvutuste jaoks saab kasutada võrrandeid, aga kõige paremini näeb põhimõtet graafiliselt. Kõrvalolev joonis näitab tüüpilist lisamismeetodi kalibreerimisgraafikut. Tuleb tähele panna, et signaal on olemas ka siis, kui standardit pole veel lisatud; see esindab algset kontsentratsiooni, mis on kindlaks määratud. Kuna proovile lisatakse kasvav kogus standardit, siis suureneb ka signaal, kutsudes esile sirge kalibreerimisgraafiku. Et leida algne "tundmatu" kogus, siis ekstrapoleeritakse sirget seni, kuni see ristub abstsiss-teljega; abstsissi absoluutväärtus on otsitav kontsentratsioon.

Näide kalibreerimisgraafikust kasutades lisamismeetodit.

Vajaduse korratava proovi koguse vastu saab kõrvaldada kombineerides lisamismeetodit in situ sisestandardimeetodiga. Süsivesinike kvatitatiivsel analüüsil petrooleumis valisid nad etüülbenseeni lisatava standardina, aga nad kasutasid tundmatut kõrvalolevat piiki sisestandardina, millele nad viitasid oma andmetes. Sellise protseduuriga kõrvaldasid nad oma sõltuvuse proovi suurusest ja tagasid parema kvantiseerimise kui pindalade normaliseerimise meetodiga.