2.10.3. Газо-адсорбционная хроматография (гах)

ГАХ отличается большей термической стабильностью неподвижных фаз – адсорбентов – и может успешно применяться как при высоких температурах для анализа высококипящих соединений, так и при низких для анализа природных и нефтяных газов.

В газо-адсорбционной хроматографии в качестве неподвижной фазы используются адсорбенты. К адсорбенту предъявляются следующие требования: он должен быть химически инертен к компонентам разделяемой смеси, обладать развитой поверхностью, характеризоваться ли­нейной изотермой адсорбции. В газовой хроматографии применяют следующие виды адсорбентов: неполярные (активированный уголь, сажа); полярные (оксид алюминия, оксид кремния, алюмосиликаты); органические полимеры.

В практике хроматографического анализа часто используются мо­дифицированные адсорбенты. Поверхность обычных адсорбентов неод­нородна и состоит из участков с сильно различающейся адсорбцион­ной способностью. Наличие участков с повышенной активностью обусловливает размывание зоны компонента в колонке за счет более прочной адсорбции какой-то части компонента, поэтому пик такого компонента на хроматограмме оказывается несимметричным. Модификацию адсорбентов проводят с целью выравнивания адсорбционной активности различных участ­ков поверхности. В качестве модификаторов используют в небольшом количестве (несколько процентов) малолетучие органические жид­кости (например, вазелиновое масло). Модификатор адсорбируется на наиболее активных участках поверхности (блокирует их), и в результате активность поверхности адсорбента выравнивается. Такая модификация называ­ется физической.

Некоторые адсорбенты (оксид алюминия, алюмосиликаты) содер­жат каталитически активные центры, на которых возможны превраще­ния углеводородов в процессе хроматографии. Цель модификации при использовании таких адсорбентов состоит в подавлении таких центров с помощью химических реагентов. В качестве модифика­торов в этом случае применяются щелочи и другие химические реаген­ты. Так, для модификации поверхности силикагеля применяют триметилхлорсилан. В процессе модификации происходит замена протонов гидроксильных групп поверхности на триметилсилильные группы:

Для анализа слабоадсорбирующихся молекул газов и легкокипящих углеводородов используют адсорбенты с большой удельной поверхностью — цеолиты, тонкопористые силикагели. По мере увеличения объема анализируемых молекул необходимо применять более макропористые адсорбенты с менее развитой поверх­ностью.

Анализ нефтяных газов может быть проведен мето­дом ГАХ в системе из двух колонок. Первая колонка с цеоли­том служит для определения содержания неуглеводород­ных компонентов и низкокипящих углеводородов, элюирующихся в следующем порядке: Н₂, О₂, N₂, CH₄, СО, С₂Н₆, С₃Н₈, СО₂, С₂Н₄. Анализ проводят в режиме программирования тем­ператур. Вторая колонка содержит в качестве адсорбента тре­пел Зикеевского карьера (ТЗК), модифицированный вазелино­вым маслом. На этой неподвижной фазе анализируют углево­дороды состава С₂–С₅, в том числе цис- и транс-изомеры, алкадиены, алкины. ТЗК – единственный адсорбент, на котором, не приме­няя низких температур, можно отделять изобутены от бутенов.