Хроматографический анализ

Хроматография - физико-химический метод разделения компонентов смеси при ее движении вдоль слоя сорбента. Этот метод заключается в многократном повторении актов сорбции и десорбции.

В этом случае, когда смесь переносится через сорбционный слой потоком газа (газ-носитель или подвижная фаза), хроматография называется газовой.

В газовой хроматографии в качестве сорбента могут быть использованы, как твердые вещества, так и жидкости. В зависимости от этого газовая хроматография разделяется на газо-адсорбционную и газо-жидкостную. Газо-адсорбционная хроматография основана на различной адсорбируемости компонентов газовой смеси твердым адсорбентом.

В качестве последнего применяют материалы, имеющие развитую пористость. К таким сорбентам относятся активированные угли, алюмогели, природные и синтетические цеолиты, силикагели.

Разделение компонентов газовой смеси методом газо-жидкостной хроматографии основана на различной растворимости этих компонентов в жидкости (неподвижной фазе), нанесенной на поверхность твердого инертного носителя – тефлона, цеолита, деатомитового кирпича.

В газо-жидкостной хроматографии обычно неподвижными фазами служат органические вещества, имеющие низкое давление паров при рабочей температуре и обладающие большой селективностью и химической стабильностью в условиях применения. Наиболее часто используют высокомолекулярные сложные эфиры, спирты, парафиновые углеводороды.

В зависимости от способа перемещения разделяемой смеси вдоль сорбента хроматографический газовый анализ делится на методы: фронтальный, вытеснительный, проявительный. Фронтальный метод- анализируемая смесь непрерывно подается в хроматографическую колонку, представляющую собой трубку, плотно набитую сорбентом. При этом только первый компонент, наименее сорбирующийся, выходит из колонки в чистом виде, а остальные компоненты в смеси друг с другом.

При вытеснительном методе специально вводимый наиболее сорбируемый компонент вытесняет все вещества анализируемой смеси.

Методы фронтальной и вытеснительной газовой хроматографии в настоящее время почти не применяются для аналитических целей, но ими пользуются для определения физико-химических характеристик сорбентов.

Основным методом в газо-адсорбционной и газо-жидкостной хроматографии является проявительный метод, которым широко пользуются при анализе.

/5. 21/

Теоретические основы процесса

Хроматография- физико-химический метод разделения компонентов смеси, основанный на распределении вещества между двумя фазами, одна из этих фаз является неподвижной, с большой поверхностью, а другая газ, протекающей через слой неподвижной фазы. В газовой хроматографии используется в основном различная адсорбируемость или обсорбируемость (растворение) компонентов газовой смеси, проявляющаяся при их продвижении с помощью инертного газа-носителя, через слой неподвижного сорбента.

Принцип хроматографического разделения показан на рисунке 1

Рисунок 1 Принцип хроматографического разделения

Образец газа, состоящий из трех компонентов, продувается с помощью инертного газа (водород, гелий, азот) через слой измельченного сорбента, помещенного в колонку. В силу того, что компонент смеси обладает различной сорбируемостью (растворяемостью) их движение в колонке будет замедляться по разному: чем больше сорбируемость молекул, тем сильнее будет их торможение и компоненты газа в связи с этим двигаются с различной скоростью.

Со временем «см. рис. 1, а, б, в» вперед уйдет компонент В, как менее сорбирующийся, за ним компонент Б и, наконец компонент А, как более сорбирующийся, поэтому движение его медленнее. В начальное время компонента не полностью отделились друг от друга. Однако через следующий промежуток времени различие в скоростях движения приведет к их полному разделению «см. рис. 1, в»

Из хроматографической колонки будет выходить бинарная смесь (газ-носитель + компонент), что фиксируется детектором, сигнал которого пропорционален концентрации компонентов смеси. Для каждого компонента при определенных постоянных условиях, время разделения постоянно всегда (используется для их идентификации), поэтому оно является качественным показателем при хроматографическом анализе.

Газоадсорбционная хроматография основана на различной адсорбируемости компонентов газовой смеси твёрдым адсорбентом (алюмогели, цеолиты, силикагели).

В газожидкостной хроматографии неподвижными фазами служат органические вещества, имеющие низкое давление паров при рабочей температуре и обладающие большой селективностью и химической стабильностью в условиях применения.

Пиролитическая газовая хроматография основана на термодеструкции высокомолекулярного продукта в атмосфере инертного газа и анализа полученных продуктов пиролиза на хроматографе.

Аппаратно-программный комплекс на базе хроматографа «Хроматэк-Кристалл 5000» предназначен для качественных и количественных анализов и газообразных проб различных органических и некотрых неорганических соединений методом газожидкостной хроматографии. Область применения комплекса – научно-исследовательские и образовательные учреждения и в различных отраслях промышленности.

Измерения с использованием комплекса должны выполняться в соответствии с методиками выполнения измерений (аттестованными МВИ или другими документами, допущенные к применению в установленном порядке).

Комплекс образуют: газовый хроматограф с комплексом сменных детекторов и устройств ввода пробы; персональный компьютер; программное обеспечение; методики анализов записанные на компьютерных носителях информации; хроматографические колонки; сервисные устройства (компрессор, генератор водорода, дозаторы и др).

Эксплуатация комплекса осуществляется в закрытых взрыво и пожароопасных лабораторных помещениях при температуре окружающего воздуха от 10 до 35 ^оС, относительной влажности не более 80%, атмосферном давлении от 84 до 107кПа (от 630 до 800мм рт. ст.). Электрическое питание комплекса осуществляется от сети переменного тока напряжением 220вольт и частотой 50герц.

В качестве газа-носителя используется:

азот особой чистоты по ГОСТ 9293 (объёмная доля азота не менее 99,996%)

гелий газообразный марки А по ТУ 51-940 (объёмная доля гелия не менее 99,995%)

Для питания пламенных детекторов используют:

Водород марки А по ГОСТ 3022 (объёмная доля водорода не менее 99,99%)

Воздух по ГОСТ 17433

Рабочее давление газов:

газа носителя – от 0,36 до 1,25 МПа

водорода - от 0,14 до 0,64 МПа

воздуха - от 0,17 до 0,64 МПа

Аппаратно-програмный комплекс имеет в своём составе комплект арматуры газовой, применяемого для формирования потока негорючего газа-носителя от баллона со сжатым газом до газового хроматографа. Комплект может также использоваться для питания воздухом пламенных детекторов хроматографа из баллона.

Детали газовой арматуры, вступающие в соприкосновение с рабочими газами, выполнены из нержавеющей стали и медных сплавов.

Аппаратно-програмный комплекс имеет в своём составе микрошприцы предназначенные для дозированного введения в испаритель хроматографа газовой пробы.

Аппаратно-програмный комплекс имеет в своём составе регулируемое пневмосопротивление преднозначенное для регулирования расхода газовой смеси при отборе проб для хроматографических анализов.

Технические данные

Комплекс соответствует требованиям технических условий ТУ 9443-004-12908609-99.

Объёмы доз вводимых проб:

газовой – 0,125; 0,25; 0,50; 1,0; 2,0 мл краном-дозатором;

жидкой – от 0,5 до 5,0 мкл микрошприцем типа МШ-10М.

Колонки комплекса:

насадочные, длинной от 0,5 до 6,0 м, внутренним диаметром 2 или 3 мм.

капиллярные для газовой хроматографии, длинной до 100 метров, внутренним диаметром от 0,1 до 0,55 мм.

капиллярные для масс-спектрометрии, длинной до 100 метров, внутренним диаметром от 0,1 до 0,55 мм.

Время выхода на режим хроматографического комплекса не более 2^Х часов, режим работы непрерывный.

Мощность потребляемая хроматографом – 1,5 кВт.