Вплив основних факторів на чіткість розділення

 

1. Вид нерухомої фази (сорбента) відіграє основну роль у розділенні компонентів, оскільки від його властивості залежить коефіцієнт селективності. Якщо К_с»0, то ніяким збільшенням ефективності колонки розділення не досягнути. Якщо немає довідникових даних з абсорбційної або адсорбційної здатності нерухомої фази, користуються загальним принципом "подібне розчиняється у подібному", або "подібне споріднене до подібного". Наприклад, полярні речовини добре розчиняються в полярних і навпаки.

Крім селективності, до нерухомої рідкої фази ставляться такі вимоги: термічна стійкість та мала пружність насиченої пари в умовах аналізу.

Як рідкі нерухомі фази використовують: алкілові ефіри двоосновних органічних кислот (фталевої, себацинової, адипінової), полігліколі, ефіри полігліколів, високомолекулярні вуглеводні (сквалани, апієзони).

Рідкі нерухомі фази перед вміщенням у хроматографічну колонку наносять на зерна твердого носія. До твердих носіїв ставляться такі вимоги:

а) змочуваність рідкою фазою;

б) низька адсорбційна здатність;

в) розвинена питома поверхня (від м²/г до 100 м²/г);

г) однорідність частинок за розмірами;

д) механічна стійкість.

Як тверді носії використовують: кізельгури, діатоміти, молекулярні сита, синтетичні пористі носії (тефлон, дивінілстирольні полімери). Для зменшення адсорбційної здатності мінеральних носіїв їх обробляють спеціальними реактивами (переважно органічними похідними силіцію).

Твердими нерухомими фазами є зазвичай силікагелі, активоване вугілля, оксид алюмінію, природні та штучні цеоліти. До них ставляться тіж вимоги, що і до твердих носіїв, крім пунктів а) і б).

2. Природа газу-носія не відіграє вирішальної ролі, але для зручності детектування використовують переважно гелій, водень, азот, аргон.

3. Швидкість потоку газу-носія. Для кожної колонки є своя об'ємна швидкість газу-носія, яка відповідає мінімальній ВЕТТ, тобто максимальній ефективності колонки. Ця швидкість визначається експериментально.

4. Температура колонки. Хроматографічне розділення проводиться, у більшості випадків, при постійній температурі колонки (в ізотермічному режимі). З підвищенням температури зростає швидкість дифузійних процесів, які, залежно від визначальних стадій, можуть як збільшувати, так і зменшувати ефективність колонки. Підвищення температури зменшує сорбційні здатності компонентів. Це може по-різному впливати на коефіцієнт селективності нерухомої фази, тому оптимальна температура вибирається експериментально.

У випадку аналізу сумішей, компоненти яких мають велику різницю сорбційних властивостей, доцільно проводити розділення при поступовому збільшенні температури колонок (у програмованому режимі). При цьому час затримування компонентів з великою сорбційною здатністю зменшується і аналіз займає менше часу.

5. Матеріал, розміри і форма колонок. Матеріал колонок має бути інертний до речовин, з яких складається проба. Найчастіше це нержавіюча сталь, мідь, латунь, скло, полімерні матеріали. Внутрішній діаметр аналітичних колонок становить 2-10 мм. Треба мати на увазі, що діаметр зерен нерухомої фази повинен бути в 8-10 разів менший ніж діаметр колонки. Довжина колонки повинна бути такою, щоб забезпечити необхідне розділення компонентів, і вибирається експериментально. Зручною формою хроматографічної колонки є спіральна, бо дозволяє найкомпактніше розмістити її у термостаті. Однак треба мати на увазі, що для досягнення високої ефективності, діаметр спіралі не повинен бути меншим певної величини, яка пов’язана з внутрішнім діаметром колонки.

6. Розмір проби. Чим більша маса або об'єм проби, тим більший сигнал детектора і тим більша чутливість хроматографа, але дуже велика проба викликає перевантаження колонки, спотворення форми піків і зменшує ефективність розділення. Величина проби повинна бути такою, щоб компоненти, які необхідно розділити, вміщалися на одній теоретичній тарілці колонки. Звичайно об'єм газової проби беруть 0,1-10 мл, об'єм рідкої - 0,1-10 мкл.

 

Способи детектування

 

В детектор поступають бінарні суміші компонентів проби з газом носієм, тому принцип детектування може грунтуватися на вимірюванні будь-якої фізичної властивості компонентів, яка відмінна від властивостей газу-носія, або специфічних властивостей речовин. У газовій хроматографії використовуються такі принципи детектування:

1. Залежність теплопровідності газової суміші від її складу (детектор за теплопровідністю).

2. Тепловий ефект спалювання горючих компонентів (термохімічний детектор).

3. Іонізація органічних сполук у полум'ї водню (полум'яно-іонізаційний детектор).

4. Іонізація органічних сполук під дією радіоактивного випромінювання (аргоновий детектор).

5. Захоплення електронів молекулами органічних сполук (детектор за захопленням електронів).

6. Зменшення іонізації полум'я з атомами лужних металів у присутності фосфор- і галогено-похідних (термоіонний детектор).

7. Залежність густини газової суміші від її складу (детектор за густиною).

8. Специфічне випромінювання фосфор- і сірковмісних сполук у полум'ї водню (полум'яно-фотометричний детектор).

9. Залежність перепаду тиску на діафрагмі від складу газової суміші (діафрагмовий детектор).

Крім цих методів, постійно розробляються нові принципи детектування для забезпечення більшої чутливості аналізу. Найбільш розповсюдженими детекторами є детектори за теплопровідністю і полум'яно-іонізаційні детектори.

 

3.7.1. Детектор за теплопровідністю (ДТП).

Принцип дії детектора грунтується на залежності теплопровідності газової суміші від її складу. Теплопровідність суміші газів є адитивною функцією і сигнал детектора залежить від різниці теплопровідностей газу-носія і компонента суміші. Для збільшення чутливості як гази-носії використовують He або H₂, які мають найбільшу теплопровідність.

Теплопровідність газової суміші вимірюється шляхом вимірювання опору провідника (W, Pt), вміщеного в потік елюату. Зміна теплопровідності газу навколо провідника призводить до порушення теплового балансу і зміни температури провідника, яка впливає на його опір. Опір провідника, пропорційний вмісту компонента в елюаті, вимірюється мостовою схемою і фіксується за допомогою самописця.

Цей детектор відрізняється простотою конструкції, надійністю і має достатню чутливість (10^-3 % об. за пропаном при використанні Не як газу-носія). Недоліком детектора є можливість корозії матеріалу провідника при підвищених температурах.

 

3.7.2. Полум'яно-іонізаційний детектор (ПІД).

На виході з хроматографічної колонки до елюенту домішується постійний потік водню. Суміш виходить крізь пальник і згоряє в атмосфері повітря між двома металічними електродами. До електродів прикладається постійна напруга 40-300 В. Якщо з колонки виходить тільки газ носій (Ar, N₂), полум'я слабко іонізоване і між електродами проходить струм порядка 10^-14 А. При попаданні з колонки в полум'я органічних сполук, вони іонізують­ся, внаслідок чого між електродами проходить струм іонізації, сила якого досягає 10^-10 - 10^-8 А. Іонізаційний струм пропорційний кількості заряджених частинок, а значить і концентрації органічних сполук. Висока чутливість ПІД (10^-4 - 10^-5 %), зробили його найрозповсюдженішим детектором для визначення мікродомішок і для роботи з капілярними колонками. Чутливість ПІД пропорційна кількості атомів вуглецю в молекулі вуглеводню.

Недоліком ПІД є нечутливість його до неорганічних сполук, таких як оксиди вуглецю, сірки, фосфору, H₂O, і деяких органічних сполук - CH₂O, HCOOH.