4.2. Газовая хроматография

 

В этом методе происходит распределение компонентов анализируемой смеси между газообразной и твердой или жидкой фазами. В установке для газовой хроматографии используют твердый инертный пористый носитель; эта жидкая или твердая фаза неподвижна. Подвижной фазой является газ-носитель, в котором содержится анализируемая проба. В качестве газа-носителя применяют инертные газы, не взаимодействующие с парами веществ – азот, диоксид углерода, гелий, аргон, водород.

При проведении анализа в нагретый до определенной температуры поток газа-носителя вводят пробу, вещества которой испаряются и вместе с потоком газа поступают в термостатированную колонку с неподвижной фазой (адсорбентом). На выходе из колонки смесь разделяется на индивидуальные вещества, поступающие с потоком газа на детектор. Схема газового хроматографа приведена на рис.4.2.

Детектор – наиболее ответственный узел газового хроматографа. Он реагирует на изменение состава газа при его выходе и передает эти данные регистрирующему прибору. Детекторы бывают интегральные и дифференциальные. Сигнал интегрального детектора пропорционален общей массе вещества в потоке газа. При прохождении через детектор чистого газа-носителя на ленте записывается горизонтальная линия; когда через детектор проходит компонент смеси, перо самописца перемещается, вычерчивая ступени, высота которых пропорциональна массе компонента. Работа дифференциальных детекторов основана на:

а) различии в теплопроводности определяемых компонентов и подвижной фазы – катарометры;

б) изменении электрической проводимости при ионизации компонентов анализируемой смеси – ионизационные детекторы;

в) разности плотности газа и пробы – денситометрические детекторы;

г) на измерении поглощения в монохроматическом свете – спектрофотометрические детекторы.

Рис.4.2. Схема газового хроматографа 1 – источник газа; 2 – регулятор потока газа; 3 – дозирующее устройство; 4 – термостатированная колонка; 5 – детектор; 6 – самописец; 7 – блок нагрева колонки

Для измерения и записи импульсов с детектора применяют милливольтметры и потенциометры. Регистрируя сигнал, получают график – хроматограмму.

 

4.3. Капиллярная хроматография

 

Это разновидность газовой хроматографии. В качестве хроматографирующей колонки используют капилляры диаметром 0,05–1 мм и длиной до 1000 м. Они выполняют функцию твердого носителя, стенки их покрыты жидкой или твердой фазой. Большая длина и малый диаметр обеспечивают высокую эффективность разделения смесей веществ, большую скорость разделения и высокую чувствительность.

Основными проблемами капиллярной хроматографии являются: изготовление тонких капилляров большой длины, нанесение на стенки капилляров тонкого слоя жидкой или твердой фазы. Капилляры делают из меди, алюминия, стекла, пластика и др. Неподвижную фазу растворяют в летучем растворителе и пропускают небольшое количество раствора (пробу) через колонку, используя давление газа. Раствор смачивает стенки капилляра, которые после удаления растворителя током азота покрывают тонким слоем неподвижной жидкой фазы, в качестве которой применяют высококипящие углеводороды – сквалан, октадецен, вазелиновое масло и др.

Детектирующие системы в капиллярной хроматографии должны иметь высокую чувствительность (до 10^–10 г), маленький объем рабочей камеры (10–20 мм³) и срабатывать очень быстро (0,1–0,01 с).

Чаще всего применяют детекторы пламенно-ионизационного и ионизационного типа. Для регистрации сигнала детектора используют скоростные самописцы или осциллографы. Ввод проб в хроматограф осуществляется микродозаторами шприцевого типа объемом 1–2 мм³.

Капиллярная хроматография обладает чрезвычайно высокой разрешающей способностью, например, за несколько минут можно разделить и количественно определить смесь изомерных углеводородов из 15–20 соединений.

Важнейшим достоинством капиллярного хроматографа является малый объем газа, необходимый для осуществления процесса. Это позволило успешно применить для детектирования разделенных веществ масс спектрометры. Разработаны совмещенные анализаторы типа газовый хроматограф – масс-спектрометр (Рис.4.3). В этих приборах газовый поток из хроматографа вводится в специальный сепаратор, где с помощью вакуумирования удаляется газ-носитель, а тяжелые молекулы веществ поступают в камеру, ионизируются и подвергаются масс-спектрометрическому определению. Подобные приборы объединяют с быстродействующей электронно-вычислительной машиной, которая производит расчет количества, определение типа вещества и автоматическую выдачу полученных данных в виде бланка с напечатанными результатами.

Рис.4.3. Схема хромато масс-спектрометра 1 – баллон с газом; 2 – ввод пробы; 3 – хроматографическая колонка; 4 – форкамера; 5 – масс-спектрометр; 6 – самописец