книги из ГПНТБ / Современное состояние жидкостной хроматографии

зависит от природы продуктов пиролиза. Так, этот детектор весьма чувствителен к высокомолекулярным углеводородам и относитель­ но нечувствителен к карбогидратам.

для веществ, превращаемых в двуокись углерода, которая, реаги­ руя затем с водородом, образует метан, детектируемый пламенноионизационным детектором [10]. Осадок вещества на проволоке сжигается при 850 °С в кварцевой трубке, через которую проду­ вается воздух или кислород. Образующаяся двуокись углерода распределяется в потоке водорода с помощью молекулярного на­ соса (трубка Вентури). Эта смесь затем проходит над катализато­ ром при температуре 350 °С. Катализатор превращает двуокись углерода в метан, который поступает в пламенно-ионизационный детектор. Для этой системы, зная содержание углерода в детекти­ руемом веществе, можно заранее рассчитать сигнал. Кроме того, фактор отклика детектора равен 0,98—1,02 в диапазоне концент­ раций, перекрывающем пять порядков.

Транспортные детекторы имеют линейный отклик в широком диапазоне концентраций и обладают абсолютной чувствительно­ стью примерно 2—3 мкг/мл [11]. Главное неудобство существующих транспортных детекторов — их большие размеры и относительная нечувствительность. Последнее объясняется главным образом тем, что на проволоку попадает только малая часть элюента, вытекаю­ щего из колонки. Некоторые шумы в детекторе могут быть связаны с неравномерным покрытием проволоки. Причиной потери вещества может также быть течь в изоляции в конце камеры. Для получе­ ния хороших результатов скорость протяжки проволоки и скорость потока газа-носителя должны тщательно контролироваться.

3. Дифференциальный рефрактометр

Дифференциальный рефрактометрический детектор — устрой­ ство, непрерывно измеряющее разность показателей преломления между сравнительной и анализируемой подвижными фазами на выходе из колонки. При соответствующих условиях его чувстви­ тельность достигает 3 мкг/мл.

Рефрактометр является универсальным прибором, он исполь­ зуется для детектирования самых различных образцов, но имеет ряд недостатков. Наиболее существенный из них заключается в том, что показатель преломления чрезвычайно чувствителен к из­ менениям температуры; температура должна поддерживаться с точ­ ностью до 0,001 °С, если рабочая чувствительность равна Ю - 5 р. е. единиц показателя преломления на всю шкалу при шумах ± 1 % . Рефрактометр чувствителен к изменениям скорости потока раство­ рителя, особенно при повышенных температурах. Чувствительность

по каждому веществу зависит от разности в показателях пре-

\ломления этого вещества и подвижной фазы.

Дифференциальный рефрактометр нельзя использовать при гра­ диентной подаче растворителя, если только работа не ведется при очень низкой чувствительности или в тех редких случаях, когда можно подобрать растворители с одинаковыми коэффициентами преломления.

Промышленность выпускает несколько модификаций приборов этого типа в зависимости от принципа их действия: на основании отклонения луча при прохождении через кювету или на основании использования закона Френеля.Чувствительность обоих типов при­ боров Ю - 5 р. е. на всю шкалу.

/. Рефрактометр Френеля

В рефрактометре этого типа используется закон отражения (закон Френеля), который гласит, что процент света, отраженного или прошедшего через границу двух веществ (жидкости и стекла),

3 4

Р и с . 3.13. Рефрактометр Френеля (фирма «Du Pont Instruments*).

пропорционален углу падения и разности показателей преломления для этих двух веществ. Чтобы получить максимальную чувстви­ тельность для приборов этого типа, необходимо работать при угле, немного меньшем критического угла границы раздела стекло — жидкость. Шумы и температурные эффекты снижаются при использовании дифференциальных измерений показателя прелом-

ления. Сигнал в обе кюветы поступает от одной лампы и проходит через один набор линз и фильтров; это позволяет исключить до­ полнительные ошибки, накладываемые источником света и оптиче­ ской схемой.

На рис. 3.13 дана схема оптической системы. Свет от лампы SL проходит через щель Ml, инфракрасный блокирующий фильтр /7 , далее — через щель М2 и собирается линзой L1. Щель М2 выре­ зает два луча, которые через призму ячейки попадают на границу поверхности раздела стекла и жидкости. Рабочая и сравнительная жидкостные камеры изготовлены из тефлона, зажатого между призмой кюветы и платой из нержавеющей стали. Объем кюветы около 3 мкл.

Все детали схемы от источника света до линзы 2' монтируются на отдельной оптической скамье, которая может вращаться, так что в случае необходимости угол падения можно изменить. Свет, пропущенный через обе границы раздела, проходит через тонкий слой жидкости и попадает на поверхность платы кюветы. Лин­ за 7 фокусирует этот свет на спаренный фотодетектор 8. Элек­ трический сигнал с детектора усиливается и поступает на са­ мописец.

Поскольку эффект Френеля проявляется на границе жидкости

Когда пучок света проходит через ячейку рефрактометра, в ко­ торой находятся две жидкости с различным показателем прелом­ ления, то он отклоняется на величину, пропорциональную разности показателей преломления этих жидкостей. Свет лампы проходит через щель, собирается линзой и проходит через ячейку, которая имеет сравнительную и рабочую кюветы, разделенные по диаго­ нали стеклом; как только меняется состав подвижной фазы, луч света отклоняется. (В случае температурных флуктуации сравни­ тельная кювета компенсирует изменения в показателе преломле­ ния подвижной фазы.) Затем луч света отражается от зеркала, возвращается через кювету и опять отклоняется. Линза фокусирует луч света на высокочувствительном, жестко закрепленном фото­ детекторе, который выдает электрический сигнал, пропорциональ­ ный количеству света, попадающего на него. Этот сигнал усили­ вается и подается на самописец. Для изменения угла падения света и настройки прибора используется оптическая плоскость D.

Преимуществом этого рефрактометра следует считать то, что его диапазон линейности охватывает большой интервал концен­ траций, однако она весьма чувствительна к относительному поло­ жению луча света в ячейке и детекторе. Кювета не настолько мала и не так чисто вымывается, как в рефрактометрах типа Френеля.

типов возникают шумы и дрейф. Температуры рабочего и сравни­ тельного потоков должны быть уравнены прежде, чем потоки по­ падут в рефрактометр. Для этого подводящие трубки потоков про­ пускают через толщу металла, имеющего высокую теплопровод­ ность, или через хорошо термостатируемую водяную баню. Оба

2

потока должны иметь такую же температуру, как и термостаты. Конструкция системы теплопереноса должна быть такой, чтобы мертвый объем рабочего потока был минимальным, так как это позволит уменьшить уширение пика [12]. Подводящие трубки должны иметь как можно меньший внутренний диаметр (~0,3 мм) и достаточную длину, чтобы жидкость могла термостатироваться. Скорость потока должна поддерживаться постоянной, так как из­ менения в скорости также будут приводить к флуктуациям тем­ пературы.

И.Другие детекторы

Вжидкостной хроматографии применяется и ряд других детек­ торов, принцип действия которых основан на различии в свойствах подвижной фазы и растворенного вещества. Все эти детекторы тре­ буют тщательного контроля температуры и скорости потока и ряда других компенсаций. Обычно они недостаточно чувствительны, чтобы детектировать следы веществ в высокоскоростной хромато­ графии, и большинство из них нельзя применять при градиентной подаче растворителя.

/. Детектор по проводимости

Проводимость подвижной фазы можно измерить с помощью детектирующей системы, работающей на постоянном или высо­ кочастотном переменном токе. При работе детектирующей системы на постоянном токе электроды поляризуются, что приводит к дрей­ фу нуля и нелинейной зависимости.

При работе на переменном токе, где используется простая мо­ стовая схема, поляризация электродов снижается; так как подвиж­ ная фаза имеет большую диэлектрическую проницаемость, чем

исследуемое вещество, то появляется реактивная составляющая (внефазовая). Этот эффект может быть снят при использовании фазочувствительных детекторов, измеряющих активный, или про­ водящий ток из ячейки.—

Электроды ячеек изготавливаются из платины, нержавеющей стали или других инертных металлов. На рис. 3.15 дана схема ячейки. Температура такой ячейки должна тщательно контроли­ роваться, так как при изменении температуры на один градус проводимость может изменяться на 2% (от общей проводимости раствора). Термистор, показанный на рисунке, предназначен для осуществления температурной компенсации. Детекторы по прово­ димости изготавливают фирмы «Nester-Faust», «Chromatronics» и «LDC». Детекторы по проводимости целесообразнее всего исполь­ зовать для анализа водных растворов и ионных веществ. С по­ мощью этого детектора можно определить до 10— 6 % соли в воде.

Для определения вещества, вымываемого из колонки элюентом, можно использовать такой параметр, как емкость. Диэлек­ трическая проницаемость измеряется с помощью тока высокой ча­ стоты, приложенной к параллельным пластинам или концентриче­ ским трубкам в ячейке малого объема. Для этих измерений можно использовать стандартные емкостные мосты или резонансные цепи. Исследуемое вещество и подвижная фаза должны как можно силь­ нее отличаться друг от друга, так как диэлектрическая проницае­ мость зависит от полярности раствора. Для уменьшения темпера­ турных флуктуации можно использовать сравнительную ячейку строго одного и того же размера, иначе даже небольшие измене­ ния в положении электродов могут явиться причиной больших ко­ лебаний в определяемой величине.

3. Прочие устройства

Имеется и ряд других детекторов, разработка которых еще не окончена. В число их могут быть включены детекторы по изме­ рению плотности с помощью электробаланса, упругости паров, скорости и прохождения звука, вязкости и термической проводи­ мости.

Безусловно, при детектировании соединений можно использо­ вать и другие их свойства. Все детекторы этих типов чувстви­ тельны к изменению температуры, и, кроме того, большинство из них не обладает достаточной чувствительностью для применения

ввысокоскоростной жидкостной хроматографии.

СП И С О К Л И Т Е Р А Т У Р Ы

1.General Electric Information Service Department, Book No. 802210, Programm

ed, Grune and Stratton, New York, 1970.

5.Hunt J. A., Anal. Biochem.. 23, 289 (1968).

6.Koen J. G , Huber J. F. К., Poppe H., pen Boef G , J. Chromatog. Sci, 8, 192 (1970).

7. Joynes P. L . , Maggs R. S , J. Chromatog. Sci, 8, 427 (1970).

8.Monk M. N., Raval D. NJ. Chromatog. Sci, 7, 48 (1969).

9.Davenport Т. В., J. Chromatog, 42, 219 (1969).

10.Scott R. P. W., Lawrence J. G , J. Chromatog. Sci, 8, 65 (1970).

11.Scott R. P. W., Course on Modern Practices of Liquid Chromatography Wil­ mington, Del, April 6, 1970.

12.Halasz /., Z. anal. Chim, 234, 97 (1968).

13.Condon R. D., Anal. Chem, 41, 4 (1969).

14.Huber J. F. K., J. Chromatog. Sci, 7, 172 (1969).

15.Monk M. N., J . Chromatog. Sci, 8, 491 (1970).

16.Ewing G. W., J. Chem. Educ, 47, 9 (1970).

98 Глава 4

емкости k'. Другими словами, нас интересует селективность разде- > ления, эффективность колонки и средняя скорость движения хро­ матографической полосы. На каждый из этих трех факторов важ­ ное влияние оказывает растворитель. Если предположить, что эти

термодинамическими свойствами растворителя. Изменение средней скорости движения хроматографической полосы от состава раство­

менее активные—к большим значениям k'. Зависимость селектив­ ности разделения а от состава растворителя сложнее.

Задача этой главы, как подчеркивалось выше, — детальное об­ суждение роли растворителя в ЖХ. Выбор подходящей системы растворителя для данного разделения затем может быть система­ тизирован и осуществлен логически. При работе легко исключить растворители, которые не подходят из практических соображений или из-за слишком большой вязкости. Однако и после этого пред­ варительного отсева остается большое число подходящих раство­ рителей, из которых нужно выбирать.

Отбор из этой оставшейся группы растворителей требуемой активности необходим для всех ЖХ работ, за исключением эксклюзионных методов. Основываясь на настоящем обсуждении, рас­ творитель требуемой активности может быть выбран правильно для распределительной и адсорбционной хроматографии. Контроль активности растворителя в ионообменной хроматографии обсуж­ дается в гл. 8.

В некоторых случаях два или более пиков образца будут раз­ решены не полностью даже после оптимизации активности рас­ творителя. Для многокомпонентных смесей это может быть свя­ зано с «основной проблемой элюирования», обсуждающейся в разд. 3 данной главы. Проблема эта состоит в том, что различным компонентам образца соответствуют самые разные значения k', так что с одним растворителем k' не будет оптимальным для всех компонентов. Общая проблема элюирования требует изменения хроматографической активности растворителя в процессе разделе­ ния (т. е. градиентной подачи растворителя) или некоторых экви­ валентных изменений в условиях разделения. Это усложняет выбор системы растворителя, но принципы отбора подобны тем, которыми руководствуются при выборе одного растворителя нужной актив­ ности.

И, наконец, мы можем столкнуться с проблемой неполного раз­ деления хроматографических полос, даже если k' оптимизировано для каждой пары соседних пиков. Тогда необходимо или увеличить эффективность колонки (как обсуждалось в гл. 1), или соответ­ ствующим образом изменить селективность разделения (т. е. а ) .