Газовая хроматография: суть метода

Количественное определение барбитуратов

Количественное определение барбитуратов выполняется с применением химико-токсикологического анализа —тонкослойной хроматографии. Точные результаты дает газовая хроматография образцов мочи, она обнаруживает даже следы вещества. Исследование проводят в современных капиллярных кварцевых газохроматических колонках, на стенки которых наносят силиконовые фазы. Они инертны, поэтому дериватизация не требуется. Если нужны подтверждающие исследования с применением хромато-масс-спектрометрии или выявления метаболитов барбитуратов, ее проводят, используя метилирующие реактивы.

Колонки

Важнейший элемент аналитического устройства. Во время исследовательского процесса трубообразные емкости заполняются неподвижной фазой. В момент прохождения газов через трубы колонки происходит разделение на однокомпонентные элементы.

Колонки представлены двумя разновидностями:

1. Насадочные (набивные). Это трубки диаметром приблизительно до 2 мм. Они заранее наполняются адсорбентом. Изделия несложные, можно изготовить собственными усилиями.
2. Капиллярные. Комбинируются из трубок мини-диаметра от 0,1 до 0,53 мм. Мелкие емкости значительно снижают размытие пиков, которое происходит под воздействием диффузии. Дифференцирование газовых смесей происходит с большей эффективностью. Это отражается на скорости процесса и повышении качества аналитического процесса вследствие улучшенного деления газов на компоненты.

Метод абсолютной градуировки

Метод абсолютной градуировки в газовой хроматографии используется для количественного анализа разделенных компонентов на хроматограмме и определения массового или объемного содержания вещества или его абсолютной массы в анализируемой пробе (на оси абсцисс), на оси ординат — высоты хроматографических пиков . Если зависимость линейна, вычисляют угловой коэффициент или градуировочный множитель Ki. Методом делают расчет процентного содержания вещества в образце. Чтобы результаты были достоверными, соблюдают ряд условий:

• точное и легко воспроизводимое дозирование пробы;
• постоянные условия анализа, включая градуировку прибора.

Погрешность в результатах анализа проб жидких веществ больше, чем газообразных.

История

Дословно хроматография означает цветное письмо, но ни листы бумаги, ни карандаши при анализе не нужны. Такое название методу дал первооткрыватель — русский ученый Михаил Семенович Цвет в начале 20-го века. Изучая состав хлорофилла, он предположил его многокомпонентную природу.

С помощью придуманного им метода он разделял пигменты растений и получал в стеклянной трубке, заполненной инулином, желтое и зеленое кольца — разделенные пигменты, так появилась возможность провести их анализ. Носителем в самодельном хроматографе была жидкость — лигроин. Ученый испытал больше сотни адсорбентов, усовершенствовал технику разделения. М. С

Цвет номинировался на Нобелевскую премию, но важность его открытия не оценили. Больше чем на два десятка лет о методе забыли

История развития метода

• В начале 30-х годов 20-го века ученые Р. Кун, А. Винтерштейн и Е. Ледерер выделили разные фракции из сырого каротина, доказав ценность метода.
• В 1941 году разработан новый вид анализа: вещества разделяли, используя различия в коэффициентах распределения компонентов смеси в двух жидкостях, которые не смешиваются. Авторами метода, названного распределительной хроматографией, были Д. Мартин и Р. Синг. Ученые из Англии разработали теорию газожидкостной хроматографии, сконструировали газожидкостный хроматограф. За это открытие им присудили Нобелевскую премию.
• Параллельно с английскими учеными над этой темой работали и российские химики, в частности Сенявин, Туркельтауб, Жуховицкий, Вяхирев. В 40-х годах 20-го века они проводили исследования по газоадсорбционному разделению смесей.
• В 1947 году Ф. М. Шемякин и супруги Гапон доказали, что для разделения ионных веществ хроматографическим методом можно применить принцип ионного обмена. Так появилась ионная хроматография.
• В процессе изучения метода Гапоны доказали, что можно разделять вещества, образующие осадки, если их растворимость различается. Появился метод осадочной хроматографии.
• В 1951 году Б. В. Айвазов и А. А. Жуховицкий воздействовали на разделяемую смесь и сорбент изменяющимися температурами, что улучшило разделение. Появилась хроматермография.
• Методу капиллярной хроматографии мир обязан американцу М. Голею. Открытие сделано в 1957 году.

Метод продолжает совершенствоваться.

Устройство хронографа

Конструктивно газовый хроматограф в своем составе имеет подвижные и неподвижные части. Между ними в процессе работы распределяется вещество, которое подлежит разделению. Под подвижной частью имеют в виду газ или пар. Если речь идет про газ, то обычно это: водород, гелий или азот.

В состав газового хроматографа входят такие составляющие:

• элемент — источник газа-носителя;
• контролер, регулирующий расход газа;
• устройство ввода проб;
• колонки (они же сосуды);
• усилитель электронного сигнала;
• детектор;
• расходомер — прибор для фиксации расхода газа;
• регистратор, который строит хроматограммы.

Каждая из этих частей имеют определенный функционал. Так, например, хроматографические колонки с сосудами, которые заполняются неподвижной фазой, бывают капиллярными и насадочными. Газовые аппараты применяются для смесей органического и неорганического происхождения.

Устройства этого прибора надежное и поэтому аппарат отличается продолжительным сроком эксплуатации. Это лабораторное оборудование по всему миру применяется в аналитических исследованиях.

Источником газа-носителя обычно выступает 40-литровый баллон с газом, находящимся в сжатом или сжиженном состоянии под высоким давлением. Вместо регистратора может использоваться персональный компьютер или самописец.

Колонки газового хроматографа — важный элемент препарата. В процессе лабораторных исследований такие трубки наполняются неподвижной фазой. Именно в этих колоннах и происходит расщепление вещества на составляющие компоненты. Колонки бывают двух типов — капиллярные или насадочные.

Последний тип колонки представляют собой трубки небольшого диаметра, которые заранее наполняют адсорбентом. Второй тип — капиллярные колонки бывают открытыми и полыми. Они состоят из мелких капилляров небольшого диаметра. Применение капиллярных колонок существенно уменьшает времени, отведенного на анализ.

Детекторы в хроматографии отвечают за определение качественных и количественных характеристик веществ, анализ которых проводится.

Сорбенты

Сорбенты в твердом или жидком виде поглощают из окружающей среды вещества в парообразном, газообразном или жидком состоянии. Они делятся на два класса:

• абсорбенты растворяют поглощаемое вещество внутри себя;
• адсорбенты сгущают вещество на своей поверхности, чаще всего пористой.

В газовой хроматографии используют 4 вида сорбентов:

• непористые (в виде графитированной сажи, мелкодисперсного диоксида кремния или кристаллов солей);
• однородные микропористые — они получаются после обработки силикагеля высокотемпературным ( 700 градусов) водяным паром;
• однородные тонкопористые, так называемые молекулярные сита (высокопористый углерод и цеолиты);
• неоднородные пористые — содержат поры разных размеров (силикагель и активированный уголь).

В газожидкостной хроматографии основные сорбенты — на основе силикагеля с привитыми фазами.

Детекторы

При помощи детектора измеряют состав газа, выходящего из колонки. В настоящее время используют дифференциальные детекторы, которые позволяют измерять концентрацию компонента в данный момент. При выходе чистого газа-носителя такой детектор дает нулевой сигнал. Наибольшее распространение получили катарометр и пламенно-ионизационный детектор (ДИП). Катарометр регистрирует изменение теплопроводности газа-носителя, вызванное появлением анализируемого вещества. При работе пламенно-ионизационного детектора происходит ионизация анализируемых веществ в процессе их сгорания в пламени водорода. Образующиеся ионы рекомбинируют на электродах. Возникающий при этом ток пропорционален концентрации ионов и напряжению на электродах. Катарометр проще по устройству и удобнее в работе, но значительно менее точен, чем ионизационный детектор.

Таблица 4. Наиболее распространенные неподвижные фазы, применяемые в ГЖХ.

Усиленный сигнал детектора записывается на движущейся диаграммной бумаге в виде хроматографических пиков (см. рис. 24). В основе количественного хроматографического анализа лежит измерение площади регистрируемого пика, которая пропорциональна концентрации вещества в пробе. На современных приборах площадь пика определяется с помощью интегратора. При отсутствии интегратора площадь может быть определена как произведение высоты пика на его полуширину (ширина пика на половине его высоты).

Расчет концентрации анализируемого вещества производят различными методами. При использовании метода абсолютной калибровки предварительно строят калибровочные кривые, связывающие площадь хроматографического пика с концентрацией анализируемого вещества. Затем определяют площадь пика для пробы с неизвестной концентрацией и находят концентрацию по калибровочной кривой. Необходимо точно выдерживать постоянство условий анализа, так как площадь пика зависит от скорости газа-носителя, температуры, метода ввода пробы и других факторов. При соблюдении всех правил относительная ошибка определения составляет менее 1%.

Если постоянство условий проведения анализа по каким-либо причинам выдержать невозможно, используют метод внутреннего стандарта. Калибровка производится при добавлении определенных количеств вещества — стандарта к смеси с известной концентрацией анализируемых веществ. На основании полученных данных строят кривую зависимости содержания исследуемого вещества и отношения площадей пиков исследуемого вещества и стандарта.

Советская промышленность выпускает большое число моделей хроматографов. Одними из наиболее совершенных и распространенных приборов являются хроматографы серии «Цвет-100» (Цвет-101, 102, 103, … 120 … 150 и т. д.). Каждая из модификаций представляет определенную комбинацию стандартных блоков (блоки детекторов, блок подготовки газов и т. д.).

«Цвет-ПО» является одной из наиболее универсальных моделей хроматографов, предназначенных для количественного и качественного анализа органических и неорганических веществ и определения микропримесей в широком диапазоне температур кипения, а также для анализа агрессивных и неустойчивых соединений на стеклянных колонках. В приборе использована двухколоночная газовая схема с независимой установкой расхода газа-носителя. Колонки набивные U-образные, микронабивные, капиллярные и препаративные. Специальное аналитическое оборудование, поставляемое в комплекте (оборудование для пиролиза), дает возможность анализировать высокомолекулярные вещества, выделять отдельные компоненты для идентификации. Хроматограф снабжен набором детекторов. Максимальная температура колонок 400 С, а испарителя — 450 С. Порог чувствительности ионизационно-пламенного детектора и детектора электронного захвата 1*10в-7, катарометра — 1*10в-3, плотномера — 1*10в-2.

Более новые модели «Цвет-134» и «Цвет-152» могут работать в режиме программирования температуры колонок в диапазоне температур от 50 до 400 С, так как они снабжены не только стеклянными и капиллярными, но и фторопластовыми колонками; порог чувствительности детектора повышен до 1*10в-8.

Виды хроматографов

В зависимости от того, какой элюент используется в качестве подвижной фазы, различают газовые и жидкостные устройства.

Газовый хроматограф – это прибор, в котором исследуемое вещество растворяется в газовой среде (водород, аргон, азот, гелий). Используется в основном для разделения летучих смесей. Это почти 80% продуктов промышленного производства.

Газовый хроматограф

Особенностью жидкостного хроматографа является то, что образец поступает в органический растворитель, воду или водный раствор. От его выбора зависит правильность исследования и его достоверность. Такие устройства применяют для анализа проб воды, почвы, воздуха, выявления наличия пестицидов в сельхозпродукции.

Жидкостный хроматограф

Ознакомиться с описанными видами хроматографов вы можете в нашем каталоге.

Области применения газовой хроматографии

Метод ГХ — один из
самых современных методов многокомпонент­ного анализа, его отличительные
черты — экспрессность, высокая точность, чувствительность, автома­тизация.
Метод позволяет решить многие аналитические проблемы. Количественный ГХ
анализ можно рассматривать как самостоятельный аналитический метод, более эф­фективный
при разделении веществ, относящихся к одному и тому же классу (углево­дороды,
органические кислоты, спирты и т.д.). Этот метод незаменим в нефтехимии
(бензины содержат сотни соединений, а керосины и масла — тысячи), его
используют при определении пес­тицидов, удобрений, лекарственных препаратов,
витаминов, нар­коти­ков и др. При анализе сложных многокомпонентных смесей
успешно применяют метод капиллярной хроматографии, поскольку число тео­ретических
тарелок для 100 м колонки достигает (2—3)*10 5 .

Возможности метода
ГХ существенно расширяются при использова­нии реакционной газовой
хроматографии (РГХ), вследствие того что многие нелетучие, термонеустойчи­вые
или агрессивные вещества непос­редственно перед введением в хроматографиче­скую
колонку могут быть переведены с помощью химических реакций в другие — бо­лее
летучие и устойчивые. Химические превращения осуществляют чаще на входе в
хроматографическую колонку, иногда в самой колонке или на выходе из нее перед
де­тектором. Значительно удобнее проводить превращения вне хроматографа.
Недостатки метода РГХ связаны с появлением новых источников ошибок и
возрастанием времени анали­за.

Реакционную
хроматографию часто используют при определении содержа­ния микро­количеств
воды. Вода реагирует с гидридами металлов, с карбидом кальция или метал­лическим
натрием и др., продукты реакции (водород, аце­тилен) детектируются с высо­кой
чувствительностью пламенно-ионизационным детектором. К парам воды этот де­тектор
малочувствителен. Широко применяют химические превращения в анализе тер­мически
неустойчивых биологических смесей. Обычно анализируют производные ами­нокислот,
жирных кислот С ₁₀ — C ₂₀ , сахаров, стероидов. Для
изучения высокомолеку­лярных соединений (олигомеры, полимеры, каучуки. смолы
и т.д.) по продуктам их разложения используют пиролизную хроматографию. В
этом методе испарение пробы заменяют пиролизом. Карбонаты металлов можно
проанализировать по выде­ляюще­муся диоксиду углерода при обработке их
кислотами.

Методом газовой
хроматографии можно определять металлы, пере­водя их в летучие хелаты.
Особенно пригодны для хроматографирования хелаты 2-, 3- и 4-валентных ме­таллов
с b -дикетонами. Лучшие хроматографические свойства проявляют b -дикето­наты
Be ( II ), Al ( III ), Sc ( III ), V ( III ), Cr ( III ). Газовая
хроматография хелатов может конку­рировать с другими инструментальными
методами анализа.

ГХ используют также
в препаративных целях для очистки хими­ческих препаратов, вы­деления
индивидуальных веществ из смесей. Метод широко применяют в физико-хи­мических
исследованиях: для определения свойств адсорбентов, термодинамических
характеристик адсорбции и теплот адсорбции, величин поверхности твердых тел,
а также констант равновесия, коэффициентов активности и др.

При помощи газового
хроматографа, установленного на космичес­кой станции «Венера-12»,
был определен состав атмосферы Венеры. Газовые хроматографы устанавливают в
жилых отсеках космических кораблей: организм человека выделяет много вредных
ве­ществ, и их накопление может привести к большим неприятностям. При превыше­нии
допустимых норм вредных веществ автоматическая система хрома­тографа дает ко­манду
прибору, который очищает воздух.

Термически лабильные
вещества с низкой летучестью можно ана­лизировать методом сверхкритической
флюидной хроматографии (разновидность ГХ). В этом методе в ка­честве
подвижной фазы ис­пользуют вещества в сверхкритическом состоянии при вы­соких
давле­нии и температуре. Это могут быть диоксид углерода, н-пентан, изо-пропа­нол,
диэтиловый эфир и др. Чаще применяют диоксид углерода, который легче пере­вести
в сверхкритическое состояние, он нетоксичен, не воспламеняется, является деше­вым
продуктом. Преимущество этого метода, по сравнению с методами ГХ и ВЭЖХ, —
экспрессность, обус­ловленная тем, что вязкость фаз в сверхкритическом
состоянии мала, скорость потока подвижной фазы высокая и время удерживания
ком­понентов пробы сокращается более чем в 10 раз. В этом методе ис­пользуют
капиллярные ко­лонки длиной 10—15 м , спектрофотометрический или
пламенно-ионизационный де­тектор.

Применение

Г. х. – наи­бо­лее ши­ро­ко ис­поль­зуе­мый вид хро­ма­то­гра­фии. С по­мо­щью Г. х. про­во­дят ка­че­ст­вен­ный и ко­ли­че­ст­вен­ный ана­лиз тер­ми­че­ски ста­биль­ных ор­га­нич. и не­ор­га­нич. со­еди­не­ний, дав­ле­ние па­ра ко­то­рых при темп-ре ко­лон­ки обыч­но пре­вы­ша­ет 0,13 Па. Ме­тод по­зво­ля­ет оп­ре­де­лить со­еди­не­ния, на­хо­дя­щие­ся в ана­ли­зи­руе­мых про­бах в очень ма­лых кон­цен­тра­ци­ях – 10–8– 10–4%. Г. х. при­ме­ня­ет­ся в ме­ди­ци­не, пи­ще­вой, хи­мич., неф­те­хи­мич., га­зо­вой, фар­ма­цев­тич. и др. от­рас­лях пром-сти, для кон­тро­ля со­дер­жа­ния вред­ных ве­ществ в разл. объ­ек­тах ок­ру­жаю­щей сре­ды, при про­ве­де­нии кос­мич. ис­сле­до­ва­ний (напр., при изу­че­нии ат­мо­сфе­ры пла­нет) и пр. Ши­ро­ко ис­поль­зу­ет­ся Г. х. так­же для оп­ре­де­ле­ния фи­зи­ко-хи­мич. ха­рак­те­ри­стик: кон­стант меж­фаз­но­го рас­пре­де­ле­ния, ко­эф­фи­ци­ен­тов ак­тив­но­сти, кон­стант ско­ро­сти и рав­но­весия хи­мич. ре­ак­ций, ко­эф­фи­ци­ен­тов диф­фу­зии и др.

Газо-жидкостная хроматография

ГЖХ – распределительная хроматография.
НФ – высокомолекулярная жидкость, нанесенная на твердый носитель.
Разделение достигается за счет различной растворимости компонентов образца в ПФ и НФ.
Наиболее распространенный метод аналитической ГХ.

Решающий фактор – селективная абсорбция компонентов смеси неподвижной жидкой фазой (абсорбентом).
Абсорбция сводится к избирательному растворению газа или пара хроматографируемого вещества пленкой жидкости (НФ).
Насадочная колонка, либо по внутренней поверхности тонкого капилляра (капиллярная колонка).

Неподвижная фаза

Основная характеристика – температурные пределы применения (минимум и максимум).

Требования к жидкой фазе

1. должна хорошо растворять компоненты смеси
2. инертность
3. малая летучесть (чтобы не испарялась при рабочей температуре колонки)
4. термическая устойчивость
5. высокая селективность
6. небольшая вязкость (иначе замедляется процесс диффузии)
7. способность образовывать при нанесении на носитель равномерную пленку, прочно с ним связанную

Вещества, используемые в качестве жидкой фазы:

• Неполярные парафины (сквалан)
• вазелиновое масло, апиезоны
• кремнийорганические полимеры
• карборансиликоновые жидкие фазы (самые термостабильные)
• умеренно полярные жидкости, полярные (гидроксиламины, полиэтиленгликоли (карбоваксы))

Носители НЖФ

Применяются те же сорбенты, используемые в других видах хроматографии.Главное назначение — удержание пленки НЖФ.

Требования к НЖФ:

• умеренная удельная поверхность
• прочность
• изопористость
• низкая пористость, неглубокие поры – избежать застойных явлений, чтобы вещество не задерживалось
• химическая инертность (минимизировать адсорбцию на границе газ-носитель)
• термическая устойчивость

Химически связанные НФ

Получают химической модификацией поверхности твердого носителя (обычно силикагеля) для обеспечения более хорошей связи, для предотвращения испарения жидкости при высокой температуре, повышения термостойкости.

Преимущества:

• возможность нанести более тонкий и равномерный слой на носитель (по сравнению с жидкой фазой)
• высокая эффективность
• высокая термическая устойчивость
• высокая устойчивость к растворителям (предотвращается смыв НФ с носителя, возможность регенерации)

Подвижная фаза

Газы-носители: Ar, He, H₂, N₂

Параметры, на которые влияет газ-носитель:

• эффективность системы – низкомолекулярные газы (He, H₂) имеют большие коэффициенты диффузии, поэтому обеспечивают эффективное и быстрое разделение
• устойчивость ПФ и НФ – не инертные газы (H₂, O₂) способны взаимодействовать с веществами и материалами деталей хроматографа
• сигнал детектора – некоторые детекторы требуют использования специальных газов

Газ-носитель не оказывает влияния на селективность (удерживание).

Основная характеристика – линейная скорость потока газа-носителя. Измеряется на выходе из колонки (мл/мин).

Устройство

Хроматограф газа имеет достаточно сложную конструкцию, где каждый элемент выполняет определенную функцию. Стандартный прибор состоит из следующих узлов:

• Источник газа-носителя (элюента). Как правило, в качестве источника газа-носителя используют баллон объемом 40 литров с сжатым или сжиженным газом, находящимся под большим давлением.
• Регулятор расхода элюента. Этот элемент отвечает за контроль расхода газа и обеспечение необходимого давления на входе в систему.
• Устройство ввода проб. Через него образец подается в колонку.
• Хроматографическая колонка — сосуды, диаметр которых намного меньше длины. В этом сосуде и происходит дифференцирование сложной смеси.
• Детекторы. На выходе из системы фиксируют концентрацию веществ и регистрируют отличные от газа-носителя свойства.
• Электронный усилитель. Служит для усиления электрического сигнала.

Конструкция газового хроматографа включает в себя также расходомер, отвечающий за контроль расхода газа, и регистратор, который служит для построения хроматограммы. В качестве регистратора в современных приборах чаще всего используется ПК, реже — самописец.

1 — источник газа-носителя;2 — регулятор расхода подвижной фазы;3 — устройство ввода образца;4 — колонка;5 — детектор;6 — электроусилитель;7 — регистратор;8 — расходомер.

Ссылки

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое «Газовая хроматография» в других словарях:

газовая хроматография — ГХ Хроматография, в которой подвижная фаза находится в состоянии газа или пара. Тематики газовая хромотография Обобщающие термины виды газовой хроматографии Синонимы ГХ … Справочник технического переводчика

газовая хроматография — dujų chromatografija statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Chromatografija, kai judanti fazė – dujos. atitikmenys: angl. gas chromatography; vapor phase chromatography; vapour phase chromatography vok. Gaschromatographie, f… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

газовая хроматография — dujų chromatografija statusas T sritis chemija apibrėžtis Chromatografija, kai judanti fazė – dujos. atitikmenys: angl. gas chromatography; GC; vapor phase chromatography; vapour phase chromatography rus. газовая хроматография … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

ГАЗОВАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ — хроматография, в к рой подвижной фазой служит газ (пар), а неподвижной тв. в во (газоадсорбционная хроматография) или жидкость, нанесённая тонким слоем на тв. носитель (газо жидкостная хроматография). Используется для разделения, анализа и… … Естествознание. Энциклопедический словарь

ГАЗОВАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ — (ГХ), вид хроматографии, в к рой подвижной фазой служит газ (пар). В зависимости от агрегатного состояния неподвижной фазы различают газоадсорбционную хроматографию (неподвижная фаза твердое тело) и газо жидкостную хроматографию (неподвижная фаза … Химическая энциклопедия

газовая хроматография с программированием расхода газа-носителя — Газовая хроматография, при которой расход газа носителя изменяется в течение процесса по заданному закону. Тематики газовая хромотография Обобщающие термины виды газовой хроматографии … Справочник технического переводчика

газовая хроматография с программированием температуры — ГХПТ Газовая хроматография, при которой температура колонки изменяется в течение процесса по заданному закону во времени. Тематики газовая хромотография Обобщающие термины виды газовой хроматографии Синонимы ГХПТ … Справочник технического переводчика

газовая хроматография с регулированием температуры — — Тематики энергетика в целом EN temperature controlled gas chromatography … Справочник технического переводчика

Газовый хроматограф представляет собой устройство для анализа сложных газовых веществ путем их дифференцирования на монокомпоненты. Далее компоненты смеси подвергаются анализу на предмет качественных и количественных характеристик. При этом исследования можно проводить с применением любых физических и химических способов. Если хроматографу не удалось разделить пробу на элементы, то вещество принято считать однородным. Газовые хроматографы являются неотъемлемой частью хроматографии и широко используются в исследовательской деятельности различных профилей, начиная от фармацевтики и заканчивая добывающей промышленностью. В этой статье мы подробно рассмотрим следующие моменты, связанные с газовыми хроматографами:

Где применяется газовая хроматография

С помощью этого метода можно проводить анализ как простых веществ, так и составных смесей. Основное условие — летучесть анализируемых веществ или возможность перевести их в летучее состояние. Исключение составляют вещества и смеси, разлагающиеся при высоких температурах до неспецифичных соединений. Практическое применение газовой хроматографии:

• при производстве пластмасс, фармацевтических и косметических продуктов, парфюмерии, продуктов питания;
• в нефтехимической промышленности;
• для экологического мониторинга, в том числе пестицидов;
• при добыче полезных ископаемых;
• для биологических исследований;
• в судебной экспертизе — медицинской и токсикологической.

Этот метод незаменим при проведении научных исследований.

Газовая хроматография в судебной экспертизе

В судебной экспертизе хроматографический анализ применяется для исследования:

• любых отравляющих веществ;
• продуктов взрыва и выстрела;
• веществ, содержащих алкоголь;
• промышленных товаров и продуктов питания;
• топливных и горюче-смазочных материалов;
• резинотехнических изделий;
• синтетических тканей;
• лекарственных препаратов.

С помощью газового хроматографа можно обнаружить даже малейшие следы синтетических и натуральных наркотиков, установить давность создания документов. Для проведения экспертизы с помощью хроматографа требуется минимальное количества исследуемого вещества.

Колонки

Колонка — «сердце» хроматографа, именно в ней происходят основные процессы разделения анализируемых смесей. Ее выбор определяется несколькими параметрами: соединениями, которые будут подвергаться анализу, их концентрациями и объемами, требованиями к точности проведения.

Хроматографические колонки (стеклянные трубки) бывают капиллярные и насадочные. Для решения практических задач в современном хроматографическом анализе больше подходят капиллярные колонки. С помощью насадочных устройств проводят хроматографию газов и летучих смесей с простым составом. Они пригодны для анализа проб большого объема. Свойства колонок определяются следующими параметрами:

• природой неподвижной фазы и ее толщиной;
• внутренним диаметром;
• длиной.

Если колонка выбрана правильно, анализы будут производиться в оптимальных условиях, а их результаты получатся более точными.

Основные принцип работы

Газовый хроматограф работает так: во входное отверстие устройства через дозатор поступает вещество. После этого жидкая составляющая этого вещества испаряется. Остатки попадают в колонку хроматографа и уже здесь смесь разделяется на компоненты. Именно так между двумя фазами проходит процесс сорбции-десорбции.

Данные преобразуются в электрический сигнал и таким образом результат исследования выводится на монитор прибора. Кроме этого результаты подобных манипуляций подаются в виде графика — хроматограммы.

Принцип работы газового хроматографа можно описать в виде двух основных фаз — это подвижная и неподвижная стадии. При подвижном этапе используется газ или пар. При неподвижном — жидкое вещество или или твердое тело.

Объекты анализа

Объекты, которые подвергаются анализу в хроматографе газовом, должны обладать такими свойств, как:

• инертность;
• летучестью;
• термостабильность;
• простота получения.

Молекулярная масса должна быть не более 400 единиц. Совокупность этих характеристик присущи для органических веществах. Кроме этого газовый хроматограф используется для проведения исследований смесей неорганических веществ.

Виды GC

Разделение GC по агрегатному состоянию твердого носителя: газожидкостная (ГЖХ), газоадсорбционная хроматография и газораспределительная.

Вещества, которые разделяют, перемещаются вдоль сорбента разным образом. Деление по этому признаку:

• проявительный, иначе элюэнтный способ — порция исследуемого вещества вводится на входе хроматографа, затем поток ПФ перемещает ее по колонке, скорость движения каждого из веществ и их константы распределения связаны обратно пропорциональной зависимостью;
• при фронтальном способе перемещения смесь подается на поверхность сорбента постоянно и непрерывно из начальной точки, становясь ПФ;
• в электрохроматографии на заряженные частицы действуют электрическим полем, разные масса и заряд обуславливают различия в скорости перемещения.

Природа процесса тоже играет свою роль в классификации:

• когда разделение происходит за счет разной абсорбирующей способности составляющих смеси, говорят о адсорбционной хроматографии;
• разделение за счет разной растворимости — суть распределительного метода;
• если компоненты разделяются из-за различия в константах равновесия при обмене ионами — используется ионообменный способ;
• когда вещества образуют осадки, растворимость которых в жидкой фазе отличается — это осадочная хроматография;
• компоненты имеют различное взаимодействие с аффинным лигандом — так работает аффинная хроматография;
• если в основу разделения положена разница в величине молекул веществ, говорят о эксклюзионной хроматографии.

Анализы могут проводиться при различном давлении и температуре.

Сфера применения

Кроме перечисленных ранее сфер, газовый хроматограф используется в таких сферах, как криминалистика и промышленность.

Современные производители предлагают хроматографы разной комплектации и с разными технических характеристик. Различные модели таких приборов могут исследовать состав воздуха в помещениях складов или в рудниках. Также они широко используются для исследования продуктов горения, которые образуются в результате использования топлива разных видов.

Газовые хроматографы востребованы в промышленной отрасли, чтобы контролировать работу:

• паровых генераторов;
• топочных приборов;
• печей в промзонах.

Это устройство способно анализировать и контролировать результаты работы всевозможного техоборудования.
Кроме этого хроматографы могут проводить анализ количественного и качественного состава фармакологических препаратов.

Газо-адсорбционная хроматография

Газо-адсорбционная хроматография (ГАХ) – адсорбционная хроматография.
Разделение в газо-адсорбционной хроматографии достигается за счет различной адсорбции на НФ.

Неподвижная фаза

НФ определяет селективность.

Типы НФ

1. Твердые адсорбенты
2. Жидкости на твердом носителе
3. Химически связанные жидкие фазы

Особые требования к адсорбентам в ГАХ

• высокая удельная поверхность
• отсутствие каталитической активности
• химическая инертность
• малая летучесть
• термическая устойчивость
• физическая сорбция хроматографируемых соединений
• однородность структуры

Применение газо-адсорбционной хроматографии

• анализ газов
• анализ низкомолекулярных веществ (не должные содержать активных функциональных групп)
• определение воды в неорганических и органических материалах, анализ
• анализ летучих гидридов металлов

…

Преимущества и недостатки газо-адсорбционной хроматографии

Преимущества:

• большое время жизни колонок
• возможность разделения стереоизомеров, неорганических газов и других смесей соединений, которые проблематично хроматографировать другими методами

Недостатки:

• сильное удерживание полярных и высококипящих веществ ⇒ большое время анализа, низкие, широкие пики
• возможность протекания каталитических процессов на поверхности сорбента
• сложность получения однородных сорбентов ⇒ плохая воспроизводимость времен удерживания, асимметричность хроматографических пиков