Хроматография

Качественный и количественный анализ сложных смесей осуществляется методами хроматографии. В их основу положено разделение смеси на компоненты под воздействием одновременно протекающих массообменных процессов - сорбции (поглощения смеси сорбентом) и десорбции (выделения) с последующим анализом разделенных компонентов.

Для этого анализируемую смесь пропускают через сорбент, перемещая ее потоком вещества-носителя, химически нейтрального по отношению как к компонентам смеси, так и к сорбенту. Из ряда методов можно выделить адсорбционную хроматографию (сорбент пористое вещество) и жидкостную (сорбент - твердое - жидкий нелетучий растворитель).

По агрегатному состоянию анализируемой смеси выделяют газовую хроматографию, жидкостную хроматографию и газожидкостную хроматографию (изначально жидкая смесь в приборе испаряется и анализируется в газообразном состоянии). Приборы, на которых реализуются хроматографические методы анализа, называются х роматографами.

Упрощенная схема газового хроматографа:

Жидкостной хроматограф будет отличаться по конструкции лишь в той части, которая отвечает за создание стабильного потока жидкости-носителя, а также ее хранения в приборе. Через дозатор (1) отбирается калиброванный объем анализируемой смеси, который захватывается потоком носителя и переносится в разделительную колонку (2), заполненную сорбентом. Колонка - это трубка диаметром 4... 6 мм из нержавеющей стали, длиной до нескольких метров. Вследствие различной степени поглощения сорбентом компоненты перемещаются вдоль колонки носителем с разными скоростями и в результате разделяются. Они образуют с носителем бинарные смеси и выходят из колонки в определенной последовательности: сначала «легкие», т.е. менее сорбируемые, а затем более «тяжелые». Бинарные смеси разделяются зонами чистого газа-носителя. Чем больше различаются компоненты по сорбируемости, тем меньшей длины потребуется колонка для их разделения.

Эффективность работы колонки зависит также от ее температуры, типа сорбента, носителя и его расхода. Компоненты анализируемой смеси обнаруживаются детектором (3), в который они поочередно поступают из колонки. Обнаружение их основано на разной степени проявления ими какого-либо физического свойства на фоне того же свойства носителя. Несмотря на разнообразие типов детекторов их можно представить состоящими из двух камер: измерительной (ИК) и сравнительной (СК). Через измерительную проходят бинарные смеси, а через сравнительную - чистый носитель.

Прохождение каждого компонента смеси через измерительную камеру детектора вызывает появление напряжения на выходе его электрической схемы. Основным параметром детектора является чувствительность, от величины которой зависит его способность различать близкие по свойствам компоненты. Электрические сигналы с выхода детектора записываются регистратором (4). График изменения выходного напряжения детектора, записанный за время одного цикла анализа, называется хроматограммой. Результатом обработки хроматограммы являются данные о качественном составе анализируемой смеси и количественном содержании компонентов. Хроматограмма представляет собой совокупность так называемых пиков, соответствующих обнаруженным детектором компонентам смеси.

В современных хроматографах все вычисления в хроматограмме выполняются автоматически при помощи специальных устройств - Дешифраторов хроматограмм. Качество разделения компонентов тем выше, чем дальше один от другого расположены пики на хроматограмме и чем уже их основания. Этого добиваются оптимизацией режима работы хроматографа, в частности, используют метод программирования температуры, при котором температура колонки изменяется по заданной программе в течение одного цикла анализа с учетом свойств компонентов смеси.

По назначению хроматографы могут быть лабораторными и промышленными. Отличительной особенностью промышленных хроматографов является автоматически повторяемый цикл работы от ввода пробы до записи хроматограммы. При этом специальное вычислительное устройство «запоминает» концентрацию так называемого «ключевого» (определяемого) компонента смеси, при помощи регулирующего устройства хроматограф может воздействовать на технологический процесс так, чтобы концентрация этого компонента поддерживалась в заданных пределах.