4. Хроматографические методы анализа

Теоретические основы хроматографии были заложены русским ученым Цветом в 1903 г. при изучении неоднородности состава зеленого пигмента хло-рофилла.

Хроматография представляет собой метод, сущность которого заключается в многократном повторении актов адсорбции и десорбции анализируемого компонента при перемещении его в потоке подвижной фазы относительно неподвижного сорбента.

Таблица 4.1

Классификация хроматографических методов по агрегатному состоянию фаз

Неподвижная фаза	Подвижная фаза
	жидкость	Газ
Твердое тело	Адсорбционная Ионообменная Осадочная Тонкослойная (ТСХ)	Адсорбционная Ионообменная
Жидкая фаза	Жидкостная	Газо-жидкостная (ГЖХ)

Хроматографические методы классифицируют по следующим признакам:

– аппаратурное оформление процесса;

– способ перемещения фаз относительно друг друга;

– агрегатное состояние фаз (см. табл. 4.1).

При анализе продуктов питания наиболее широкое распространение нашли методы ГЖХ и ТСХ.

4.1. Газо-жидкостная хроматография

Сущность метода ГЖХ заключается в том, что проба пищевого продукта под действием потока инертного газа, выступающего в качестве подвижной фазы, перемещается вдоль хроматографической колонки, взаимодействуя с тон-ким слоем жидкой фазы на поверхности носителя (сорбента). При этом молекулы газа многократно растворяются в жидкой пленке и вновь испаряются в газовую фазу. Газы с различной растворимостью в жидкой пленке пере-двигаются вдоль хроматографической колонки с различной скоростью.

Г₁ < Г₂ < Г₃ < Г₄ < Г₅

увеличение растворимости газов в пленке

увеличение скорости движения газов

Каждый анализируемый элемент в виде смеси с газом (аргон, гелий и др.) перемещается вдоль колонки и выходит из нее через определенное время (τ).

Схема газо-жидкостного хроматографа представлена на рис. 4.1.

На хроматограмме наблюдается ряд пиков, каждый из которых отвечает тому или иному разделяемому компоненту смеси (рис. 4.2). Поскольку коэф-фициенты распределения компонентов между неподвижной жидкой и подвиж-ной газообразной фазами различаются, для любого компонента характерно определенное время удерживания в хроматографической колонке (τ_R), фикси-руемое от момента ввода пробы до проявления максимума пика на хрома-тограмме.

Рис. 4.1. Схема газо-жидкостного хроматографа:

1 – баллон с газом-носителем; 2 – редуктор; 3 – манометр; 4 – дозатор; 5 – колонка; 6 – детектор; 7 – самописец

В целом τ_R = f (Q, L, t_г-н ,V_г-н), (4.1)

где Q – совокупность физико-химических свойств компонентов;

L – длина колонки;

t_г-н и V_г-н – соответственно температура и скорость потока газа-носителя.

Иногда для анализа пользуются также такой характеристикой, как удер-живаемый объем (V_R), представляющий собой объем газа-носителя, пропус-каемый от момента ввода пробы до проявления максимума пика компонента смеси на хроматограмме. При этом V_R не является функцией скорости потока газа-носителя.

До момента ввода пробы на хроматограмме наблюдается линия аe, соответствующая «мертвому» времени разделительной колонки (τ₀), в течение которого осуществляется выход газа-носителя. После ввода пробы до появле-ния максимума пика проходит некоторое время (τ₁, отрезок ес), который отве-

Рис. 4.2. Пик на хроматограмме, отвечающий разделяемому компоненту

чает времени удер­живания данного компонента. В свою очередь, прошедший через колонку за время τ₁ объем газа-носителя есть удерживаемый объем (V₁) того же компонента.

Время удерживания и уточненный удерживаемый объем компонента (V_ут) вычисляют исходя из соотношений:

τ₁ = τ₂ – τ₀ , (4.2)

V_ут = a_s (τ₂ – τ₀), (4.3)

где a_s – объемная скорость газа-носителя;

V₀ и V₁ – удерживаемые объемы газа-носителя в период «мертвого» времени и компонента соответственно.

Отношение удерживаемого объема вещества к удерживаемому объему стандарта V_cт называется относительным удерживаемым объемом V_отн. Эта характеристика вводится по той причине, что она независима от других параметров опыта (длины колонки, скорости потока газа-носителя), при этом

V_отн = (V₁ – V₀)/ (V_ст –- V₀) = (τ₂ – τ₀)/ (τ_ст – τ₀)= τ₁ (τ_ст – τ₀). (4.4)

Таким образом, относительный удерживаемый объем определяется време-нами удерживания анализируемого компонента и стандарта (с учетом того, что «мертвое» время автоматически отмечается пером самописца).

Основной характеристикой для количественных анализов в хроматографии является высота пика (h_i) либо площадь пика (S_i) для i-компонента.

S_i = h_i ·b_i , (4.5)

b_i . (4.6)

Анализ пищевых продуктах основан на двух основных методах:

1. Метод абсолютной калибровки.

Его сущность заключается в установлении зависимости между высотой (площадью) пика от концентрации анализируемого компонента. При этом используется градуировочный график зависимости высоты (площади) пика от концентрации для стандартных веществ.

2. Метод внутреннего стандарта.

Сумма площадей всех пиков принимается за 100%, количество i-компонента (X_i) вычисляют:

; (4.7)

; (4.8)

. (4.9)

Достоинства метода ГЖХ:

– универсальность;

– быстрота анализа;

– высокая чувствительность (10^–6…10^–10 моль/л);

– простота аппаратурного оформления, возможность автоматизации [2].