Хроматография и хроматографы

Содержание:

Что такое «хроматография»?
История хроматографии
Хроматография: классификация
Газовый хроматограф
Газохроматографический детектор
Газохроматографическая колонка

Хроматография сегодня широко применяется, прежде всего, в промышленности для контроля производства путем количественного и качественного анализа многокомпонентных систем. В частности, хроматография используется для экологического мониторинга атмосферы, воды, почвы, в фармацевтической, химической, топливной и пищевой отраслях промышленности, в криминалистике.

Что такое «хроматография»?

Хроматография (chromatography) – область науки, изучающая процессы, основанные на перемещении зоны вещества вдоль слоя сорбента в потоке подвижной фазы и связанные с многократным повто-рением сорбционных и десорбционных актов.

Хроматография — физический метод разделения смеси веществ. Хроматографический метод распределяет компоненты для разделения между двумя фазами – неподвижной (стационарной) и подвижной (элюент).

Хроматограф – прибор для проведения процесса хроматографии с целью разделения смеси веществ.

Хроматография решает аналитические задачи (определение, разделение) и препаративные (выделение, очистка).

Хроматография – комбинированный метод, позволяющий проводить одновременное определение и разделение нескольких компонентов смеси веществ.

Хроматография используется для анализа смесей веществ и исследования физико-химических свойств веществ.

Открытие хроматографического метода создало основу создания некоторых направлений аналитической химии.

История хроматографии

Создание хроматографического метода связано с русским ботаником Михаилом Цветом. В своих исследованиях Михаил Цвет продемонстрировал пропускание смеси растительных пигментов через слой бесцветного сорбента. При этом индивидуальные вещества размещаются в виде отдельных окрашенных зон, формируя послойно окрашенный столбик сорбента, который Михаил Цвет назвал хроматограммой, а сам метод был назван автором хроматографией. Соответственно, этимология слова «хроматография» от двух древнегреческих слов «цвет» и «пишу».

Апробации Михаилом Цветом использования адсорбции в биохимическом анализе перед научным сообществом относятся к 1901-1906 годам. В 1906 году Михаил Цвет в своих публикациях ввел термин «хроматография».

Дальнейшее развитие хроматография получила в исследованиях британских ученых А. Дж. П. Мартина и Р. Л. М. Синга. В 1952 году они были удостоены Нобелевской премии по химии за открытие метода распределительной хроматографии.

Хроматография: классификация

В соответствии с характером основных проявляющихся взаимодействий, определяющих распределение компонентов между подвижной и неподвижной фазами, хроматография подразделяется на следующие основные виды: адсорбционную (adsorption chromatography), ионообменную (ion exchange chromatography), осадочную (precipitation chromatography), распределительную (partition chromatography) и эксклюзионную (size-exclusion chromatography) (гель-проникающую (gel permeation chromatography), гель-фильтрационную (gel filtration chromatography), ситовую).

Хроматография делится на газовую (gas chromatography) и жидкостную (liquid chromatography) в зависимости от агрегатного состояния подвижной фазы (элюента).

Дальнейшая классификация хроматографии лежит в плоскости различного агрегатного состояния неподвижной фазы, газовая:

 — газоадсорбционная (газотвердофазная) хроматография (gas adsorption chromatography), если неподвижной фазой является твёрдый адсорбент (например, силикагель, уголь, оксид алюминия);

 — газожидкостная хроматография (gas-liquid chromatography), если неподвижной фазой является нелетучая вязкая жидкость, нанесённая на инертный носитель.

Жидкостная хроматография классифицируется по типу носителя неподвижной фазы на:

 — адсорбционную жидкостную (жидкостно-адсорбционную, твёрдо-жидкостную) хроматографию (liquid-solid chromatography), метод основан на взаимодействии разделяемого вещества с адсорбентом, в качестве неподвижной фазы чаще всего используется силикагель и оксид алюминия;

 — распределительную (жидкостно-жидкостную) хроматографию (liquid-liquid chromatography), метод основан на распределении вещества между двумя несмешивающимися жидкостями.

В зависимости от способа размещения сорбента хроматографию делят на плоскостную и колоночную.

Плоскостная хроматография (planar chromatography) – метод разделения и анализа веществ, при котором разделение проводится на специальной бумаге (бумажная хроматография, paper chromatography) или в тонком слое сорбента, нанесенного на пластину (тонкослойная хроматография, thin layer chromatography).

Колоночная хроматография (column chromatography) – разделение и анализ веществ проводится в специальных колонках. При этом методе сорбентом заполняются трубки (колонки). В колоночной хроматографии выделяется капиллярная, если слой сорбента располагается на внутренних стенках капиллярной трубки.

В колоночной и тонкослойной хроматографии используются все виды из приведенных выше механизмов разделения, в бумажной хроматографии обычно применяются ионообменный и распределительный механизмы.

В аналитических целях используются различные виды хроматографического разделения: газовая или жидкостная; колоночная или плоскостная; адсорбционная, ионообменная или распределительная хроматография.

Газовый хроматограф

Широкое использование газовой хроматографии объясняется следующими факторами:

1. Возможность разделения 70-80% известных органических соединений, используемых в различных сферах жизнедеятельности человека.

2. Относительно несложное производство газовых хроматографов, что определяет их сравнительно невысокую цену.

3. Высокая скорость анализа.

4. Выявление малого количества содержащихся веществ с высокой точностью.

5. Наличие достаточного ассортимента сорбентов и неподвижных фаз.

6. Широкий диапазон изменений условий разделения.

Газовый хроматограф — прибор для проведения процесса газовой хроматографии с целью качественного и количественного анализа смесей веществ, для выделения из смесей чистых компонентов или узких фракций, а также для физико-химических измерений.

Основными элементами газового хроматографа являются детектор и колонка.

Газохроматографический детектор

Система газохроматографического детектирования (система детектирования) — измерительная цепь газового хроматографа, предназначенного для измерения и (или) регистрации состава и свойств газообразных смесей на выходе из газохроматографической колонки.

Газохроматографический детектор (детектор) – преобразовательный элемент системы газохроматографического детектирования, в котором осуществляется преобразование изменения состава проходящей через него газообразной смеси в изменение выходного сигнала.

Потоковый газохроматографический детектор (потоковый детектор) — газохроматографический детектор, значение выходного сигнала которого пропорционально мгновенному значению массовой, скорости поступающего в него определяемого вещества.

Концентрационный газохроматографический детектор (концентрационный детектор) — газохроматографический детектор, значение выходного сигнала которого пропорционально мгновенному значению концентрации определяемого вещества в объеме детектора.

Ионизационный газохроматографический детектор (ионизационный детектор) – газохроматографический детектор, действие которого основано на зависимости электропроводности ионизированной газовой смеси от ее состава.

Пламенно-ионизационный газохроматографический детектор (пламенно-ионизационный детектор, ПИД) — ионизационный газохроматографический детектор, в котором источником ионизации является пламя и измеряется ток насыщения. Относится к числу потоковых детекторов. ПИД является практически универсальным и высокочувствительным детектором для органических соединений.

Термоионный газохроматографический детектор (термоионный детектор) — пламенно-ионизационный газохроматографический детектор с источником ионов щелочного металла, поступающих в пламя. Является модификацией ПИД.

Электронозахватный газохроматографический детектор (электронозахватный детектор) — ионизационный газохроматографический детектор, в котором источником ионизации является радиоизотопный излучатель, а выходной сигнал функционально связан с плотностью электроотрицательных молекул.

Фотоионизационный детектор — ионизационный газохроматографический детектор, в котором в качестве источника ионизации используется фотоионизация.

Газохроматографический детектор по теплопроводности (детектор по теплопроводности, недопустимое название — катарометр) — газохроматографический детектор, выходной сигнал которого функционально зависит от разности теплопроводностей анализируемого вещества и газа-носителя. Является универсальным детектором.

Газохроматографический детектор по плотности (детектор по плотности, недопустимое название – плотномер) — газохроматографический детектор, выходной сигнал которого функционально зависит от разности плотностей анализируемого вещества и газа-носителя. Похож по конструкции на детектор по теплопроводности.

Пламенно-фотометрический газохроматографический детектор (пламенно-фотометрический детектор) — газохроматографический детектор, выходной сигнал которого функционально связан с интенсивностью и длиной волны излучения вещества и пламени.

Газохроматографическая колонка

Газохроматографическая колонка (колонка) — часть газового хроматографа, в которой находится сорбент и происходит процесс газовой хроматографии.

В газовой хроматографии используются насадочные и капиллярные колонки.

Насадочная газохроматографическая колонка (насадочная колонка) — газохроматографическая колонка, наполненная сорбентом.

В настоящее время насадочные (набивные) колонки применяются для анализа газов и относительно простых по составу смесей легколетучих веществ. Преимуществом насадочных колонок является большая емкость, что позволяет анализировать большие объёмы проб.

Капиллярная газохроматографическая колонка (капиллярная колонка) — газохроматографическая колонка, стенки которой, а также жидкость или твердое тело, нанесенные на ее стенки, действуют как неподвижная фаза. Капиллярная колонка позволяет значительно увеличить эффективность разделения. К тому же использование капиллярных колонок снижает энергопотребление при анализе. Недостатком капиллярных колонок является значительное ограничение количества анализируемой пробы. Данный недостаток уменьшается за счет использования поликапиллярных (многоканальных) хроматографических колонок, что существенно уменьшает время разделения.

Получить дополнительную информацию о хроматографическом оборудовании и выбрать верное решение для вашего предприятия можно, связавшись со специалистами компании «АНАТЭК».

Источники

1. «ГОСТ 17567-81. Хроматография газовая. Термины и определения».

2. Шаповалова Е.Н., Пирогов А.В. Хроматографические методы анализа Методическое пособие для специального курса. МГУ им. М.В.Ломоносова