Общие сведения о газожидкостной распределительной хроматографии.

Сущность метода газожидкостной хроматографии (ГЖХ) состоит в следующем. Анализируемая смесь летучих компонентов (обычно – рас-твор) переводится в парообразное состояние и смешивается с потоком инертного газа-носителя, образуя с ним подвижную фазу. Эта смесь проталкивается далее новой порцией непрерывно подаваемого газа-носителя и попадается в хроматографическую колонку, заполненную неподвижной (стационарной) жидкой фазой. Разделяемые компоненты распределяются между фазами в соответствии с их коэффициентами распределения K_р, определяемыми по уравнению (3.5). Равновесный обмен хроматографиру-емого вещества между подвижной и неподвижной фазами осуществляется в результате многократного повторения актов сорбция ↔десорбция по мере движения подвижной фазы вдоль неподвижной внутри хроматографической колонки.

Поток газа-носителя увлекает с собой разделяемую парообразную смесь вдоль хроматографической колонки, так что процессы сорбция↔десорбция разделяемых компонентов повторяются многократно, причем каждый раз в системе между фазами устанавливается динамическое равновесие. Эти многократные переходы разделяемых веществ из подвижной фазы в неподвижную и обратно совершаются по всей длине хроматографической колонки до тех пор, по пары разделяемых веществ не покинут колонку вместе с газом-носителем.

Поскольку сродство различных разделяемых веществ к неподвижной фазе различно, то в процессе сорбционно-десорбционных процессов они задерживаются в неподвижной фазе неодинаковое время. Чем выше температура кипения и относительная растворимость вещества в неподвижной фазе, тем дольше оно в ней находится, тем позже покидает хроматографическую колонку. В конце концов из хроматографической колонки вместе с газом-носителем выходят зоны (объемы) парообразных хроматографируемых веществ, разделенных полностью или частично.

Если для двух компонентов смеси коэффициенты распределения K_р одинаковы, то они не разделяются. Если же их коэффициенты распределения различны, то разделение происходит, причем первым покидает колон-ку тот компонент, у которого температура кипения ниже.

Пары разделенных компонентов вместе с газом-носителем поступа-ют в детектор хроматографа, генерирующий электрический сигнал – тем больший, чем выше концентрация компонента в парогазовой смеси. Электрический сигнал усиливается и фиксируется регистратором хроматографа в виде хроматограммы, записываемой на диаграммной ленте. Эти хроматограммы и используются для качественной и количественной обработки результатов анализа разделяемой смеси компонентов.

Газы-носители. В качестве газов-носителей используются инертные газы (гелий, аргон), а также азот, диоксид углерода и водород. Выбор газа-носителя отчасти определяется детектором. Для удаления следов воды газ иногда пропускают через молекулярные сита. Поток газа обеспечивается избыточ-ным давлением газового баллона, поэтому можно работать без насоса. Чтобы получать воспроизводимые результаты измерений, поток носителя следует поддерживать неизменным.

Система ввода пробы. Газообразные и жидкие пробы обычно вводят с помощью специаль-ных шприцев, прокалывая в месте ввода пробы диафрагму из силиконовой резины (септу). Для газообразных проб применяются газовые шприцы, для жидких – микрошприцы.Микрошприцы позволяют вводить в хроматограф пробы объемом от долей до десятков микролитров. Твердые пробы вводят в хроматограф или после перевода их в раствор, или непосредственным испарением пробы в нагреваемом дозаторе, куда она вводится с помощью игольного ушка. Температура испарителя обычно задается примерно на 50 ^оС выше температуры кипения наименее летучего компонента вводимой смеси.

Качественный анализ методом газожидкостной хроматографии. Качественный анализ, т.е. идентификация разделяемых компонентов с помощью хроматографической методики проводится преимущественно двумя методами: с использованием веществ-свидетелей и времени удерживания.

Метод использования веществ-свидетелей. В тех же условиях, в которых получают хроматограмму разделяемой смеси, записывают хроматограммы веществ-свидетелей, наличие которых предполагается в анализируемой смеси. Фиксируют время удерживания веществ-свидетелей и сравнивают их со временем удерживания компонен-тов разделяемой смеси. Совпадение на хроматограмме разделяемой смеси времени удерживания вещества-свидетеля со временем удерживания того или иного компонента может свидетельствовать о том, что данный компо-нент смеси и вещество-свидетель идентичны.

Иногда вещество-свидетель вносят непосредственно в пробу анали-зируемой смеси (метод метки). Записывают в одинаковых условиях хро-матограммы такой пробы и пробы анализируемой смеси, не содержащей вещества-свидетеля. Если число пиков остается одним и тем же, а интен-сивность (высота) пика того или иного компонента на хроматограмме при внесении вещества-свидетеля в пробу возрастает, то это означает, что данный компонент и вещество-свидетель идентичны.

Некоторые родственные вещества могут иметь практически одинако-вые времена удерживания при использовании данной хроматографической колонки с определенной неподвижной фазой. Для более надежной иденти-фикации определяемых веществ следует проводить хроматографирование с использованием двух или нескольких неподвижных фаз различной полярности.

Метод относительных удерживаний. К анализируемой пробе прибавляют вещество сравнения и хроматографируют смесь строго в тех условиях, которые указаны в методике анализа. По формуле определяют относительное исправленное вре-мя удерживания:

где t, t_S, t₀ – время удерживания соответственно определяемого компо-нента, вещества сравнения и несорбируемого компонента смеси. Сравнивают относительное исправленное время удерживания с указанным в методике.

Количественный анализ в хроматографии. Количественный хроматографический анализ основан на измерении различных параметров пика, зависящих от концентрации хроматографиру-емых веществ: высоты, ширины, площади, удерживаемого объема или про-изведения удерживаемого объема на высоту пика. При достаточной ста-бильности условий хроматографирования и детектирования определяю-щим параметром пика можно считать его высоту. Расчет по площади пика позволяет несколько снизить требования к стабильности условий хроматографирования по сравнению с расчетом по высоте пика, однако само измерение площади вызывает появление новых источников ошибок. В слу-чае узких пиков некоторые преимущества имеет измерение произведения удерживаемого объема на высоту пика. При неполном разделении пиков ошибки возрастают из-за наложения и искажения контуров пиков. При работе с такимихроматограммами используют специальные приемы, опирающиеся главным образом на измерение высоты пиков.

Основными в количественной хроматографии являются методы: нормировки, нормировки с калибровочными коэффициентами, внутренней стандартизации и абсолютной калибровки.

Газовый хроматограф.

Любая газохроматографическая установка обязательно должна содержать следующий перечень узлов:

- источник газа-носителя;

- вентиль тонкой регулировки скорости потока газа-носителя;

- устройство для ввода пробы;

- хроматографическая колонка;

- детектор;

- термостат колонки и термостат детектора;

- регистратор;

- измеритель скорости потока газа-носителя.

Характерными особенностями газовой хроматографии являются:

- Высокая разделительная способность: по своим возможностям анализа многокомпонентных смесей газовая хроматография не имеет конкурентов. Ни один другой метод не позволяет анализировать фракции нефти, состоящие из сотен компонентов, в течение одного часа.

- Универсальность: разделение и анализ самых различных смесей - от низкокипящих газов до смесей жидких и твердых веществ с температурой кипения до 500^оС и выше - характеризует универсальность метода. В нефтехимической и газовой промышленности 90-100 % всех анализов можно выполнять методом газовой хроматографии.

- Высокая чувствительность: высокая чувствительность метода обусловлена тем, что применяемые детектирующие системы позволяют надежно определять концентрации 10^-8 - 10^-9 мг/мл. Используя методы концентрирования и селективные детекторы, можно определять микропримеси с концентрациями до 10^-10%.

- Экспрессность: экспрессность газовой хроматографии подчеркивается тем, что продолжительность разделения в большинстве случаев составляет 10?15 минут, иногда при разделении многокомпонентных смесей 1?1.5 часа. Однако за это время анализируется несколько десятков или сотен компонентов. В некоторых специальных случаях время разделения может быть меньше одной минуты.

- Легкость аппаратурного оформления: газовые хроматографы относительно дешевы, достаточно надежны, имеется возможность полной автоматизации процесса анализа.

- Малый размер пробы: газовая хроматография по существу метод микроанализа, поскольку для анализа достаточно пробы в десятые доли мг.

- Высокая точность анализа: погрешность измерений ± 5 % относительных легко достигается практически на любой газохроматографической аппаратуре. В специальных условиях достигается погрешность ±0.001?0.002% относительных.

Следует отметить и существующие ограничения метода газовой хроматографии:

- невозможность разделения и анализа смесей нелетучих соединений;

- осложнения при разделении и анализе термически нестабильных соединений;

- невозможность разделения и анализа соединений, способных к диссоциации в анализируемых растворах (разделение ионов).

Контрольные вопросы 1. В чем состоит принцип хроматографического разделения? 2. Какие требования предъявляют к неподвижному носителю и непо-движной жидкости в ГЖХ? 3. Абсолютные и приведенные характеристики хроматограммы. 4. Как проводят качественный анализ в газовой хроматографии? Что такое индекс удерживания Ковача? 5. Как проводят количественный анализ в газовой хроматографии? Опишите основные методы. 6. Для анализа каких объектов применяют газожидкостную хромато-графию? Оцените точность и воспроизводимость ГЖХ. Тема самостоятельной работы студентов (СРС): 1. Обьяснить причины использования органических реагентов в химическом анализе 2 Современные типы методов хроматографии 3. Теоретические основы физико-химических методов   Литература 1. Гольдберг, К.А. Курс газовой хроматографии / К.А. Гольдберг, М.С. Вигдергауз. М.: Химия, 1974. 375 с. 2. Столяров, Б.В. Руководство к практическим работам по газовой хроматографии / Б.В. Столяров, И.М. Савинов, А.Г. Витенберг. Л.: Химия, 1988. 336 с.

3. Вяхирев, Д.А. Руководство по газовой хроматографии / Д.А. Вяхирев, А.Ф. Шушунова. М.: Высш. школа, 1987. – 335 с.