Хроматографические методы анализа. Газовая хроматография

ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА

Аналитическая химия. Васюкова А., Веденяпина М.– 2019

  • 5.1. Основные принципы и виды хроматографических методов анализа
  • 5.2. Газовая хроматография
  • 5.3. Жидкостная хроматография
    • 5.3.1. Понятие. Основные виды
    • 5.3.2. Бумажная, тонкослойная хроматография
    • 5.3.3. Высокоэффективная жидкостная хроматография
    • 5.3.4. Ионная хроматография
  • 5.4. Качественный и количественный хроматографический анализ

5.1. Основные принципы и виды хроматографических методов анализа

Хроматография — это динамический метод разделения и определения веществ, основанный на распределении компонентов между двумя фазами — подвижной и неподвижной. Вещество поступает в слой сорбента вместе с потоком подвижной фазы. При этом вещество сорбируется, а затем при контакте со свежими порциями подвижной фазы десорбируется. Перемещение подвижной фазы происходит непрерывно, поэтому постоянно происходят сорбция и десорбция вещества.

Часть вещества находится в неподвижной фазе в сорбированном состоянии, а часть — в подвижной фазе и перемещается вместе с ней. В результате скорость движения вещества оказывается меньше, чем скорость движения подвижной фазы. Чем сильнее сорбируется вещество, тем медленнее оно перемещается.

Если анализируют смесь веществ, то скорость перемещения каждого из них различна из-за разного сродства к сорбенту, в результате чего вещества разделяются одни компоненты задерживаются в начале пути, другие продвигаются дальше. Хроматографический метод анализа впервые был применен русским ботаником М. С. Цветом для анализа хлорофилла. Название метода происходит от греческого слова «хроматос» — цвет, хотя метод позволяет разделять любые (окрашенные и неокрашенные) соединения. В настоящее время хроматография является одним из наиболее перспективных и широко используемых методов анализа.

Она применяется:

  • 1) для анализа смесей газообразных, жидких и твердых веществ в различных отраслях промышленности;
  • 2) для мониторинга состояния окружающей среды;
  • 3) в научных исследованиях.

Около 30 % анализов по контролю состояния окружающей среды выполняется газохроматографическими методами. В нефтехимической и газовой промышленности на долю хроматографии приходится 90 % всех выполняемых анализов. В промышленном синтезе, например, аммиака по реакции N2 + 3H2 = 2NH3 определяют степень образования аммиака в колонне синтеза. Хроматографические методы анализа настолько разнообразны, что единой классификации их не существует.

Чаще всего используют несколько классификаций, в основу которых положены следующие признаки:

  • 1) агрегатное состояние подвижной и неподвижной фаз;
  • 2) механизм взаимодействия вещества с сорбентом;
  • 3) техника выполнения анализа (способ оформления процесса);
  • 4) способ хроматографирования (способ продвижения вещества через колонку);
  • 5) цель хроматографирования.

В зависимости от агрегатного состояния фаз различают газовую (подвижная фаза — газ или пар) и жидкостную (подвижная фаза — жидкость) хроматографию. По механизму взаимодействия вещества с сорбентом выделяют следующие виды хроматографии адсорбционную, распределительную, ионообменную, осадочную, окислительно-восстановительную, комплексообразовательную и др. В зависимости от способа оформления процесса хроматография подразделяется на колоночную и плоскостную. В колоночной процесс разделения ведут в колонках, заполненных сорбентом, плоскостная включает в себя две разновидности на бумаге и тонкослойную на пластинках.

В зависимости от способа хроматографирования существует следующая классификация элюентная (проявительная); вытеснительная; фронтальная хроматография. Чаще всего используется проявительный способ хроматографирования. В непрерывный поток подвижной фазы (элюента) вводят смесь веществ, которые сорбируются лучше элюента. По мере движения последнего через колонку с сорбированными веществами они перемещаются вдоль слоя сорбента с различной скоростью и выходят из нее отдельными зонами, разделенными элюентом.

5.2. Газовая хроматография

Метод газовой хроматографии получил наибольшее распространение, поскольку для него наиболее полно разработаны теория и аппаратурное оформление. Газовая хроматография позволяет одновременно проводить и разделение, и определение компонентов смеси. В качестве подвижной фазы (газа-носителя) используют газы, их смеси или соединения, находящиеся в условиях разделения (в условиях проведения анализа) в газообразном или парообразном состоянии. В качестве неподвижной фазы используют твердые сорбенты (газоадсорбционная хроматография) или жидкость, нанесенную тонким слоем на поверхность инертного носителя (газожидкостная хроматография).

Достоинства аналитической газовой хроматографии:

  • возможность идентификации и количественного определения индивидуальных компонентов сложных смесей;
  • высокая четкость разделения и экспрессивность;
  • возможность исследования микропроб и автоматической записи результатов;
  • возможность анализа широкого круга объектов — от легких газов до высокомолекулярных органических соединений. Расчет хроматограмм. Хроматограмма (рис. 5.1) представляет собой зависимость сигнала прибора (nA) от времени.

Каждый пик на хроматограмме характеризуется двумя основными параметрами:

  • Временем удерживания (t R ); это время от момента ввода анализируемой пробы до момента регистрации максимума хроматографического пика. Оно зависит от природы вещества и является качественной характеристикой. Время удерживания складывается из двух составляющих — времени пребывания веществ в подвижной фазе (t m ); — времени пребывания в неподвижной фазе (t s ).

Типичная хроматограмма

Рис. 5.1. Типичная хроматограмма

  • Высотой (h) или площадью (S) пика S = ½ ω h. Высота и площадь пика зависят от количества вещества, эти величины являются количественными характеристиками.

Принципиальная схема соответствия хроматограммы и процесса хроматографирования на колонке приведена на рис. 5.2.

Принципиальная схема колоночного хроматографирования

Рис. 5.2. Принципиальная схема колоночного хроматографирования

Блок-схема газового хроматографа приведена на рис. 5.3. Блок 2 подготовки газов служит для регулировки и поддержания постоянного расхода газа-носителя, поступающего из баллона 1. Устройство 3 для ввода пробы позволяет вводить в поток газа-носителя непосредственно перед колонкой 5 определенное количество анализируемой смеси в газообразном состоянии. Оно включает испаритель и дозирующее устройство. Поток газа-носителя вносит анализируемую пробу в колонку 5, где осуществляется разделение смеси на отдельные компоненты.

Блок-схема газового хроматографа

Рис. 5.3. Блок-схема газового хроматографа 1 — баллон с газом-носителем; 2 — блок подготовки газов; 3 — устройство для ввода пробы; 4 — термостат; 5 — хроматографическая колонка; 6 — детектор; 7 — усилитель; 8 — регистратор

Требуемые температурные режимы испарителя, колонки и детектора достигаются помещением их в соответствующие термостаты 4, управляемые терморегулятором. Если необходимо повышать температуру колонки в процессе анализа, используют программатор температуры. Термостаты и терморегулятор с программатором составляют систему термостатирования, в которую входит устройство для измерения температуры. Сигнал детектора 6, преобразованный усилителем 7, записывается в виде хроматограммы регистратором 8. Часто в схему включают электронный интегратор или компьютер для обработки данных. При проведении хроматографического анализа необходимо выбрать оптимальные условия разделения анализируемых компонентов:

  • неподвижную фазу в газожидкостной или адсорбент в газоадсорбционной хроматографии;
  • твердый инертный носитель в газожидкостной хроматографии;
  • газ-носитель;
  • расход газа-носителя;
  • объем пробы;
  • температуру колонки.

 

Zdravcity RU
А Вам помог наш сайт? Мы будем рады если Вы оставите несколько хороших слов о нас.
Zdravcity RU
Категории
Рекомендации
Помощь проекту
Интересное
А знаете ли вы, что нажав сочетание клавиш Ctrl+F - можно воспользоваться поиском по сайту?
X
Copyrights © 2015: FARMF.RU - тесты, лекции, обзоры
Яндекс.Метрика
Рейтинг@Mail.ru