Основные узлы приборов для хроматографического анализа

Классификация методов хроматографии

Различные методы хроматографии можно классифицировать по агрегатному состоянию фаз, способу их относительного пере­мещения, аппаратурному оформлению процесса и т. д. По агре­гатному состоянию фаз хроматографические методы обычно классифицируют следующим образом (таблица 6).

Таблица 6 – Классификация хроматографических методов по агрегатному состоянию фаз

Неподвижная фаза	Подвижная фаза
газообразная	жидкая
Твердая	Газовая адсорбционная хроматография	Жидкостная адсорбционная, ионообменная, ион­ная, тонкослойная, осадочная хроматография
Жидкая	Газожидкостная распределительная хроматография, капиллярная	Жидкостная распределительная, высокоэффективная жидкостная, гельхроматография

По способу относительного перемещения фаз различают фронтальную проявительную, или элюэнтную, и вытеснительую хроматографию.

Фронтальный метод. Это простейший по методике вариант хроматографии. Он состоит в том, что через колонку с адсорбентом непрерывно пропускают анализируемую смесь, например, депонентов А и В в растворителе Solv. В растворе, вытекающем из колонки, определяют концентрацию каждого компонента и строят график в координатах концентрация вещества – объем раствора, прошедшего через колонку. Эту зависимость обычно и называют хроматограммой или выходной кривой (рисунок 20).

Рисунок 20 – Выходная кривая фронтального анализа

Вследствие сорбции веществ А и В сначала из колонки будет вытекать растворитель Solv, затем растворитель и менее сорби­рующийся компонент А, а затем и компонент В и, таким обра­зом, через некоторое время состав раствора при прохождении че­рез колонку меняться не будет. Фронтальный метод использует­ся сравнительно редко. Он применяется, например, для очистки раствора от примесей, если они сорбируются существенно лучше, чем основной компонент, или для выявления из смеси наиболее слабо сорбирующегося вещества.

Проявительный (элюэнтный) метод. При работе по этому ме­тоду в колонку вводят анализируемую смесь, содержащую ком­поненты А и В в виде порции раствора или газа и колонку непре­рывно промывают газом-носителем или растворителем Solv. При этом компоненты анализируемой смеси разделяются на зоны: хорошо сорбирующееся вещество В занимает верхнюю часть колон­ки, а менее сорбирующийся компонент А будет занимать ниж­нюю часть. Типичная выходная кривая изображена на рисунок 21.

Рисунок 21 – Выходная кривая проявительного анализа

В газе или растворе, вытекающем из колонки, сначала появ­ляется компонент А, далее — чистый растворитель, а затем компонент В. Чем больше концентрация компонента, тем выше пик и больше его площадь, что составляет основу количественного хроматографического анализа. Проявительный метод дает возможность разделять сложные смеси, он наиболее часто применяется в практике. Недостатком метода является уменьшение концентрации выходящих растворов за счет разбавления растворителем (газом-носителем).

Вытеснительный метод. В этом методе анализируемую смесь компонентов А и В в растворителе Solv вводят в колонку и промывают раствором вещества D (вытеснитель), которое сорбируется лучше, чем любой из компонентов анализируемой смеси.

Концентрация раствора при хроматографировании не умень­шается в отличие от проявительного метода. Существенным не­достатком вытеснительного метода является частое наложение зоны одного вещества на зону другого, поскольку зоны компонен­тов в этом методе не разделены зоной растворителя.

Отечественная промышленность и зарубежные фирмы вы­пускают большое число хроматографов самых различных типов. Однако сложные хроматографические установки требуются не всегда. Для проведения хроматографического разделения мето­дами бумажной, тонкослойной и некоторыми другими видами хроматографии используются простые установки, которые могут быть собраны в любой химической лаборатории. Независимо от сложности устройства основными узлами хроматографической установки являются дозатор (система ввода пробы), хроматографическая колонка и детектор. Кроме того, в установке имеются устройства для подачи газа-носителя или растворителя, для преобразования импульса детектора в соответствующий сигнал и некоторые другие.

Дозатор предназначен для точного количественного отбора пробы и введения ее в хроматографическую колонку.

Газообразные и жидкие пробы обычно вводят с помощью специальных шприцев, прокалывая в месте ввода пробы каучуковую мембрану. Применяются газовые шприцы для газообразных проб и микрошприцы для жидких. Микрошприцы позволяв вводить в хроматограф пробы объемом от долей до десятков микролитров. Нередко в лабораторной практике в качестве дозатора применяется медицинский шприц.

Твердые пробы вводятся в хроматограф или после перевода их в раствор, или непосредственным испарением пробы в нагретом дозаторе, куда она вводится с помощью игольного ушка. Известны и другие устройства.

В хроматографической колонке происходит разделение ком­понентов. Колонки различны по форме, размерам и конст­рукционным материалам. Применяются прямые, спиральные и другие колонки длиной от 1…2 м и менее до нескольких десятков метров. Внутренний диаметр колонок составляет обычно не­сколько миллиметров. В зависимости от свойств анализируемой системы в качестве конструкционных материалов для колонок чаще всего используют сталь, латунь, медь, стекло и др. Матери­ал колонки должен обладать определенной химической инертно­стью по отношению к компонентам пробы, например, медные ко­лонки будут непригодны при разделении ацетиленсодержащих смесей.

Адсорбент, наполняющий колонку, должен обладать рядом свойств: необходимой селективностью, достаточной механиче­ской прочностью, химической инертностью к компонентам смеси и быть доступным. Практически в качестве адсорбентов используются оксид алюминия, силикагели, активированные угли, по­ристые полимеры на основе стирола, дивинилбензола и т. д. и синтетические цеолиты. Широко используют модифицирован­ные адсорбенты, которые получают обработкой исходных адсор­бентов растворами кислот, щелочей, неорганических солей и т. д. Выбор адсорбента зависит от агрегатного состояния фаз, методики хроматографирования и других факторов.

Большое влияние на сорбируемость вещества оказывает тем­пература, поэтому хроматографические колонки, как правило, термостатируются, используя обогрев жидкостью или парами кипящей жидкости, воздушное термостатирование или какой-либо другой прием. Обычно термостатирование производится при температурах, значительно превышающих комнатные, однако в некоторых случаях создаются температуры ниже 0°С (при разделении низкокипящих газов). В бумажной, тонкослойной и некоторых других видах хроматографии функцию колонки выполняет хроматографическая бумага, тонкий слой сорбента на подложке и т. д.

Детектор предназначен для обнаружения изменений в соста­ве газа или раствора, прошедшего через колонку. Показания де­тектора обычно преобразуются в электрический сигнал и передаются фиксирующему или записывающему прибору, например на ленту электронного потенциометра. Основными характеристика­ми детектора являются чувствительность, пределы детектирования, инерционность и диапазон линейной зависимости между концентрацией и величиной сигнала. Детекторы подразделяются на дифференциальные, которые отражают мгновенное изменение концентрации, и интегральные, суммирующие изменение кон­центрации за некоторый отрезок времени.

В интегральных детекторах анализируемый газ на выходе из колонки поглощается каким-либо раствором, а затем анализиру­ется или поглощающий раствор или оставшийся непоглощенный газ. Если носителем является диоксид углерода, то после колонки газ барботируется через раствор щелочи и измеряется объем газа, не поглощенного этой жидкостью. Достоинствами интегральных детекторов являются их простота и широкая область линейной за­висимости показаний детектора от количества вещества. К недос­таткам относятся значительная инерционность и низкая чувстви­тельность, в связи с чем такие детекторы в настоящее время при­меняются редко.

К группе дифференциальных относятся детекторы по тепло­проводности (катарометр), по плотности, по электрической прово­димости, пламенный, пламенно-ионизационный (ПИД) и другие ионизационные детекторы, термохимический, пламенно-фотомет­рический и т. д. Детектор выбирают в зависимости от свойств изу­чаемой системы, агрегатного состояния фаз и других особенностей.

Дата добавления: 2014-01-07