Газовая хроматография
Газовая хроматография используется для разделения многокомпонентных газовых смесей органических (и неорганических газообразных) веществ. С ее помощью можно выделять очень малые количества примесей (до 10-5%) и определять их. Возможность автоматизации и малая продолжительность анализа обусловливают широкое применение газовой хроматографии для непрерывного контроля технологических процессов в химической и нефтехимической промышленности.
Методы газовой хроматографии проникают в медицину, биохимию, агрохимию, геологию, фармакологию, пищевую промышленность, в космические исследования. Анализ состава атмосферы планеты Венера был проведен специально сконструированным хроматографом, установленным в космическом корабле «Венера». Данные анализа были переданы на Землю.
В газовой хроматографии подвижной фазой является газ-носитель, неподвижной фазой - адсорбент, твердое вещество или жидкость, нанесенная тонким слоем на гранулированный инертный материал-носитель или на стенку капиллярной колонки.
Наибольшее распространение имеет проявительный (элюантный) метод хроматографии, так как он дает возможность полностью разделить многокомпонентную смесь. При этом методе в колонку вводят порцию газовой смеси, затем колонку промывают газом-носителем (проявляют). На выходе из колонки детектор фиксирует концентрацию компонентов смеси, а регистрирующий прибор записывает выходную кривую в виде ряда пиков, число которых соответствует числу определяемых компонентов. Размеры (площади) пиков характеризуют количественное содержание компонентов.
Сущность метода. На рис. 133 представлена принципиальная схема газового хроматографа. Вся система продувается непрерывно газом-носителем (водород, азот, диоксид углерода) из баллона 1. Проба анализируемого газа вводится в газовый поток с помощью устройства 2. Газ-носитель продвигает смесь через колонку 3 и детектор 4. Колонка - основная часть прибора, так как в ней газовая смесь разделяется на составляющие компоненты. После разделения компоненты анализируемого образца поступают в детектор, который фиксирует (обнаруживает) их и подает сигнал, записываемый на ленте автоматического регистратора 5. Колонка заполняется измельченным сорбентом (неподвижная фаза).
Допустим, что анализируемая смесь состоит из трех компонентов: А, Б и В, отличающихся строением, и это различие в строении компонентов обусловливает их различную адсорбционную способность по отношению к данному адсорбенту, т.е. каждый компонент обладает своим коэффициентом адсорбции. В каждый данный момент времени часть молекул любого компонента адсорбируется на поверхности адсорбента, другая часть находится в движении в газовой фазе. Предположим, что сорбируемость молекул компонента А равна 50%, т.е. молекулы поровну распределяются между неподвижной и подвижной фазами. Те молекулы, которые находятся в газовой фазе, будут увлекаться газом-носителем в более высокие слои адсорбента и там будут задерживаться адсорбентом. Так как молекулы попеременно меняются местами, вытесняя друг друга, то каждая из них движется со скоростью, вдвое меньшей скорости газа-носителя. Если другие компоненты обладают другими коэффициентами сорбируемости, то и скорость их движения будет иной; чем больше сорбируемость, тем скорость движения будет меньше, и наоборот. Неподвижная фаза в хроматографической колонке тормозит (задерживает) движение молекул разных газов, обусловливая разную скорость их движения через колонку.
Неодинаковая сорбируемость молекул газов, составляющих анализируемую смесь, обусловливает различное распределение их между двумя фазами. Это вызывает разную степень торможения продвижения их по колонке при пропускании совместно с газом-носителем и в связи с этим неодинаковую скорость движения компонентов пробы. Так как скорость движения молекул различна, то при достаточной длине колонки компоненты распределяются в пространстве на отдельные движущиеся полосы, которые одна за другой выходят из колонки в смеси с газом-носителем.
На рис. 134 представлена схема хроматографического разделения трех компонентов А, Б и В с момента впуска пробы газа и до полного разделения компонентов на выходе. При разделении компонентов в промежутках между ними из колонки выделяется только газ-носитель. При выделении из колонки какого-либо компонента пробы газ-носитель разбавляет его, и тем больше, чем дольше он выделяется, т.е. медленнее движется по колонке. Чем больше различаются компоненты пробы по адсорбционным свойствам, тем скорее наступает их полное разделение, тем меньше требуется длина колонки.