Колонки, применяемые в газовой хроматографии

Ввод пробы

Газы, применяемые в хроматографии

В подавляющем большинстве случаев применяются инертные газы (гелий, аргон), азот, водород и др., сжатые до давления 15 МПа и содержащиеся в баллонах емкостью 40 л. В случаях, когда невозможно или трудно транспортировать стальные баллоны с газами, применяются электролитические или химические генераторы водорода, кислорода, углекислого газа и др.

Если чистота поставляемого газа недостаточна для анализа, газы необходимо подвергать дополнительной очистке. Наиболее применимым газом-носителем является гелий. Чистота коммерчески доступного гелия является достаточной для большинства методов детекции. При применении в качестве детектора гелиевого ионизационного детектора требуется дополнительная очистка. Водород, используемый при применении пламенно-ионизационного детектора, как правило, получают электролитически непосредственно в лаборатории.

Инжектор является составной частью хроматографа, которая позволяет вводить пробу в поток газа-носителя. Сначала отмеряют объем пробы и вводят ее в пространство, в котором поддерживается заданная температура и через которое проходит газ-носитель.

Существуют несколько типов инжекторов, конструкция которых определяется агрегатным состоянием вводимых проб. Для ввода вручную газообразных, парофазных и жидких проб чаще всего используют микрошприцы. Обычные шприцы и микрошприцы с объемом свыше 5 мкл представляют собой цилиндрические трубки, выполненные из стекла или пластика, внутри которых находится поршень, укрепленный на толкателе. В шприцах меньшего номинала (1 и 2 мкл) к поршню прикреплена стальная или вольфрамовая проволока – плунжер, служащая большей точности дозирования. При этом проба набирается только в иглу. Поршень и цилиндр взаимно притерты и не требуют смазки. Герметичность шприца достигается за счет дозируемой жидкости, смачивающей соприкасающиеся поверхности цилиндра и плунжера. Недостатком микрошприцов является малая механическая прочность. Воспроизводимость введения проб составляет (в зависимости от опыта оператора) 1.5 – 2.5 %.

Хроматографическая колонка представляет собой трубку с закрепленной неподвижной жидкой фазой, через которую протекает подвижная фаза. В зависимости от расположения неподвижной фазы колонки делятся на: насадочные (набивные – жидкая фаза удерживается на крупинках твердого носителя) и капиллярные (неподвижная фаза удерживается за счет адгезии на стенках капиллярной трубки).

Насадочные колонки наполнены адсорбентом или инертным твердым носителем, удерживающим жидкую неподвижную фазу. Изготавливают насадочные колонки из нержавеющей стали, никеля, меди, алюминия, стекла или фторопласта (тефлона, перфторполиэтилена). Металлические колонки отличаются прочностью и удобны при термостатировании; перед использованием следует тщательно очищать. Не всегда пригодны для анализа жирных кислот. Медные и алюминиевые колонки используют для анализа углеводородов и других инертных соединений. При анализе полярных соединений возможны адсорбционные и каталитические процессы с участием как самих металлов, так и их оксидов. Колонки из фторопласта используют для анализа коррозионно-активных веществ и при выполнении анализов на содержание малых примесей высокополярных соединений (вода, аммиак и т.п.) при температуре не более 90 – 100 °С. Стеклянные (“пирекс”) колонки используют при анализе полярных соединений. Достоинством колонки является возможность визуального наблюдения за состоянием насадки как в процессе набивки, так и в процессе анализа. Недостатком является хрупкость. Эффективность этих колонок зависит от размеров зерен насадки, от способа нанесения НЖФ на твердый носитель и от тщательности набивки трубки сорбентом.

Капиллярные колонки имеют неподвижную фазу, твердую либо жидкую, нанесенную в виде тонкого слоя (толщиной максимум несколько мкм) на внутреннюю стенку капилляра, остальное пространство остается полой. Поток газа движется по такой колонке с большой линейной скоростью, не встречая значительного сопротивления. Несмотря на большую длину, для обеспечения необходимых расходов газа-носителя через капиллярную колонку оказывается достаточным примерно такое же входное давление, что и при работе с насадочными колонками. Отличительной особенностью капиллярных колонок является очень высокая эффективность (до нескольких тысяч теоретических тарелок на 1 м).

Капиллярные колонки изготавливают из нержавеющей стали, меди, стекла или кварца и применяют в тех случаях, когда насадочные колонки не позволяют достаточно хорошо разделять компоненты, либо когда для хорошего разделения требуется слишком длительное время. Наиболее широкое распространение получили капилляры из стекла, позволяющие анализировать термически и каталитически неустойчивые, а также высокомолекулярные соединения. Стекла (натрий - кальциевые, боросиликатные) наиболее дешевы и доступны, к тому же инертнее и стабильнее, чем металлические. К недостаткам относят высокую остаточную адсорбционную активность (особенно по отношению к полярным соединениям) и низкую механическую прочность. Перечисленные выше недостатки для стеклянных колонок отсутствуют у кварцевых капиллярных колонок. Низкая остаточная адсорбционная активность достигается использованием химически чистого SiO₂. За счет нанесения на колонку после ее вытяжки внешнего защитного слоя (полиамидного лака, алюминиевого или золотого), предотвращается статическая усталость колонки (гидролиз связи Si−O), влекущая за собой растрескивание и ломку капилляра. Если капилляры защищены полиамидной пленкой, то при работе с ними нельзя превышать температуру 300 °С.

Капиллярные колонки делят на:

– открытые (незаполненные);

– открытые с пористым слоем (ОКК-ПС);

– открытые с твердым носителем (ОКК-ТН).

ООК используют для разделения многокомпонентных смесей. Однако толщина пленки НЖФ (0.1 − 0.8 мкм) не позволяет достичь высокой емкости колонки при анализе концентрированных растворов. Нельзя разделить вещества с низкой молекулярной массой или инертные газы при обычных температурах (для этого используют ОКК-ПС и ООК-ТН).

ОКК-ПС – капиллярные колонки, на внутренние стенки которых нанесен слой адсорбента (Al₂O₃/KCl), молекулярные сита или пористые полимеры (порапак Q). К недостаткам этих колонок можно отнести меньшую эффективность по сравнению с ОКК-ТН, невысокую инертность и снижение стабильности и воспроизводимости во времени.

ОКК-ТН – капиллярные колонки, на внутренних стенках которых нанесен слой носителя с НЖФ. Последняя наносится на твердый носитель, прикрепленный к стенке колонки. Основным достоинством является применение широкого ассортимента НЖФ. Эффективность работы капиллярной колонки в значительной мере определяется чистотой и однородностью внутренней поверхности капилляра.

Дата добавления: 2014-01-13