Хроматографы газовые

Газовая хроматография — физико-химический метод разделения веществ, основанный на распределении компонентов анализируемой смеси между двумя несмешивающимися и движущимися относительно друг друга фазами, где в качестве подвижной фазы выступает газ-носитель, а в качестве неподвижной фазы — твердый сорбент или жидкость, нанесенная на инертный твердый носитель или внутренние стенки колонки. В газовой хроматографии разделение компонентов осуществляется в потоке газа-носителя за счет их неодинакового взаимодействия с неподвижной фазой при температуре колонки от комнатной до 300–350 °С.

Разделение компонентов основано:
  • на различии скоростей движения и размывания концентрационных зон исследуемых веществ, движущихся в потоке газовой фазы относительно слоя неподвижной, причем эти вещества распределены между обеими фазами;
  • на использовании в качестве газа-носителя (подвижной фазы) инертного газа таких как аргон, воздух, азот, углекислый газ, гелий, водород и т.д, которые обладают следующими свойствами:
    • небольшой вязкостью;
    • высокой чувствительностью детектирования;
    • отсутствие взаимодействия, как с разделяемыми веществами, так и с неподвижной фазой.

В зависимости от типа неподвижной фазы различают газоадсорбционную и газожидкостную хроматографию.

Газоадсорбционная хроматография — неподвижной фазой служит твердый адсорбент и разделение компонентов происходит за счет их различной способности адсорбироваться на поверхности твердых частиц.

Адсорбция может быть обусловлена:
  • неспецифическими (ориентационными, индукционными и дисперсионными) и специфическими взаимодействиями (комплексообразованием, либо образованием водородной связи);
  • зависит от природы адсорбента и сорбата.

В качестве адсорбентов используют пористые носители, которые обладают химической, физической и термической стабильностью; однородной поверхностью, равномерным распределением по размеру пор и известной адсорбционной активностью, которая зависит от удельной поверхности (определяется геометрической структурой носителя) и удельной поверхностной энергии (определяется химической структурой поверхности).

Адсорбенты бывают неорганическими (на основе углеродных материалов), полимерными (органические на основе пористых полимеров стирола и дивинилбензола и дивинилбензола) и модифицированные.

Достоинствами адсорбентов в качестве неподвижных фаз является:
  • способность выдерживать высокие температуры;
  • отсутствие фонового сигнала при работе с ионизационными детекторами;
  • высокая селективность.

Газожидкостная хроматография — неподвижная фаза представляет собой высококипящую жидкость, которая наносится в виде тонкой пленки на твердый носитель, в основе механизма разделения которой лежит различие в коэффициентах распределения веществ между жидкой и газообразной фазой.

Разделение компонентов пробы достигается:
  • за счет многократного повторения процессов распределения между движущейся газовой и неподвижной жидкой фазами;
  • от скорости миграции компонентов, которая зависит от их летучести и способности растворяться в стационарной жидкой фазе, когда компоненты с низкой растворимостью в жидкой фазе и наибольшей летучестью при данной температуре продвигаются по колонке быстрее, и, наоборот, компоненты с низкой летучестью и высокой растворимостью в стационарной фазе обладают малой подвижностью;
  • от подвижности фаз, чем она больше, тем меньше время удерживания;
  • от полярности разделяемых соединений и их способности образовывать водородные связи, где для разделения полярных сорбатов необходимы полярные неподвижные фазы, неполярных — неполярные.

  • В качестве носителя неподвижной фазы используют адсорбенты с поверхностью 0,5-3,0 м²/г и с размером пор (0,5-1,5)10-3 мм, такие как диатомитовые носители, стеклянные шарики, силикагель и политетрафторэтилен, которые должны быть химически и термически стабильны, смачивать носитель и наноситься на его поверхность равномерной пленкой.

    По химическому составу неподвижные фазы делятся на следующие классы:
    • углеводороды (предельные углеводороды, смеси предельных и непредельных углеводородов, ароматические углеводороды), например сквалан, парафиновое масло, апиезоновые смазки, алкилнафталины, полифениловый эфир;
    • силоксаны с радикалами различной полярности (неполярными, среднеполярными и полярными), например метилсилоксан, метилфенилсилоксан, нитрилсилоксан, полиэфирсиликоны;
    • эфиры простые и сложные, полиэфиры, полигликоли;
    • фталаты и фосфаты.

    Достоинства газовой хроматографии:
    • сравнительная простота аппаратурного оформления;
    • широкие границы применимости — можно использовать для анализа газообразных, жидких и твёрдых веществ с молекулярной массой меньше 400, которые должны удовлетворять определённым требованиям, главные из которых — летучесть, термостабильность, инертность, лёгкость получения;
    • возможность определения с высокой точностью малых количеств газов органических соединений с высокой точностью;
    • быстрота анализа;
    • широкий выбор сорбентов и неподвижных фаз;
    • высокая гибкость изменения условий разделения;
    • возможность осуществления химических реакций в хроматографической колонке или детекторе, что расширяет круг анализируемых соединений (реакционная газовая хроматография);
    • повышение информативности при сочетании с различными инструментальными методами (масс-спектрометрией и ИК (Фурье) спектрометрией).

    Приблизительная схема газового хроматографа:
    image001.jpg
    Источниками газа могут быть азот, водород, гелий, аргон, кислород, горючие газы. Для газовой хроматографии используют 2 типа колонок — капиллярные и насадочные. Насадочные колонки имеют внешний диаметр от 2 до 4 мм и длину от 1-го метра до 4-х метров. Внутренний диаметр капиллярных колонок — 0,15-0,53 мм, а длина — 15-100 м. Материалом для изготовления колонок служит стекло, нержавеющая сталь, медь, иногда фторопласт. Детекторы предназначены для непрерывного измерения концентрации веществ на выходе из хроматографической колонки. Принцип действия детектора должен быть основан на измерении такого свойства аналитического компонента, которым не обладает подвижная фаза.

    В газовой хроматографии используют следующие виды детекторов:
    • пламенно-ионизационный детектор — принцип действия основан на возникновении ионов при сгорании органических соединений, ионы объединяются в направленный пучок и измеряют получившийся ток ионизации;
    • детектор по теплопроводности (катарометр) — принцип действия основан на изменении сопротивления материалов от температуры;
    • детектор электронного захвата — применяется для определения соединений, обладающих большим сродством к электронам, эти вещества захватывают свободные тепловые электроны в камере с радиоактивным источником с образованием стабильных ионов;
    • пламенно-фотометрический детектор — принцип действия основан на измерении свечения водородного пламени при сгорании в нем фосфор- и серосодержащих соединений;
    • фотоионизационный детектор — принцип действия основан на ионизации молекул определяемых веществ под действием УФ-излучения и измерении возникающего ионного тока.

    Все производители

    Другое лабораторное оборудование и принадлежности: ph метр иономер, автоматический рефрактометр, амплификатор в реальном времени, анализатор co2.