1.2. Принципиальное аппаратурное оформление газового хроматографа

Принципиальное аппаратурное оформление газового хроматографа включает несколько блоков:

Рисунок 2 — Схема газового хроматографа: 1 – баллон с газом-носителем; 2 – редуктор; 3 – блок подготовки газов; 4 – колонка сравнения; 5 – детектор; 6 – рабочая колонка; 7 – термостат колонок; 8 – манометры; 9 – пенный расходомер; 10 – испаритель; 11 – потенциометр или экран монитора

Баллон (1): выбор газа-носителя определяется доступностью и обеспечение высокой чувствительности детектора. Редуктор (2): понижает давление до 0,15-0,5 МПа, входной манометр показывает давление в баллоне, выходной давление на входе в блок подготовки газов. Блок подготовки газов (3): включает систему очистки (фильтры для очищения от пыли и колонки с адсорбентом для очистки от воды, масла) и регуляторы расхода газа-носителя для поддержания определенной объемной скорости газа.

Система ввода проб включает в себя испаритель (10) и дозирующее устройство. Анализируемую смесь (жидкость) вводят в рабочую колонку хроматографа с использованием микрошприца (1-10 мкл) прокалывая им мембрану – прокладку инжектора в испарителе. Проба мгновенно испаряется, подхватывается потоком газа-носителя и поступает на вход хроматографической колонки. Ввод газа осуществляется с использованием либо шприца, либо крана-дозатора. Для быстрого испарения пробы температура испарителя должна быть выше на 30-50 ºС температуры кипения самого высококипящего компонента.

Рисунок 3 – Схема испарителя: 1 – вход газа- носителя; 2 – прокладка инжектора; 3 – шприц; – 4 – корпус испарителя; 5 –хроматографическая колонка	Рисунок 4 – Делитель потока при работе с капиллярными колонками: 1 – подача газа-носителя; 2 – резиновая прокладка; 3 – игла микрошприца; 4 – корпус испарителя; 5 – линия сброса; 6 – вентиль; 7 – капиллярная колонка

При работе с капиллярными колонками требуемый расход газа- носителя во много раз меньше, чем при использовании насадочных колонок, поэтому очень часто в хроматографах предусмотрен делитель потока, часть потока сбрасывается в атмосферу (линия 5). Иногда пробу вводят без делителя, в этом случае вся проба попадает в колонку, что повышает чувствительность детектора.

В хроматографах колонки располагаются между дозатором и детектором. Колонка служит для разделения смеси на отдельные составляющие компоненты. Ниже представлены основные типы аналитических колонок:

• Насадочные, которые изготавливаются из нержавеющей стали, стекла, фторопласта, которым придается спиральная форма. Такие колонки заполняют либо адсорбентом (ГАХ) либо инертным твердым носителем с нанесенной на него нелетучей жидкостью (ГЖХ).

• Микронасадочные отличаются длиной и диаметром (таблица 1)

• Капиллярные, в которых неподвижную фазу (твердую или жидкую) наносят в виде тонкого слоя (несколько мкм) на внутреннюю стенку колонки, остальное пространство полое. Изготавливают из нержавеющей стали, меди, стекла, кварца (гибкие колонки из плавленого кварца). Поток газа-носителя движется с большой линейной скоростью, т.к. гидравлическое сопротивление капилляра невелико. Поликапиллярные колонки состоят из большого числа тонких параллельных капилляров).

Таблица 1 — Типы и характеристики хроматографических колонок

Для хроматографического анализа сложных смесей нефтепродуктов (бензинов, керосинов, дизельных топлив, растворителей нефтяной природы) наиболее эффективными являются капиллярные колонки. Как правило, все фирмы выпускают примерно одни и те же кварцевые капиллярные колонки с иммобилизованными неподвижными жидкими фазами (НЖФ) на основе различных силоксанов или полиэтиленгликолей. Чем меньше диаметр колонки, тем выше ее эффективность.

После колонки индивидуальные компоненты в смеси с газом- носителем последовательно подаются в детектор – устройство, позволяющее обнаруживать выходящие из колонки компоненты смеси, измеряя какое-либо их физико-химическое свойство (теплопроводность, плотность, способность к ионизации). Детектор преобразует возникающие изменения физических или физико-химических свойств бинарных смесей компонент – газ-носитель в электрический сигнал. Величина и форма сигнала зависит как от природы компонента, так и от содержания его в анализируемой смеси. На экране компьютера регистрируется серия пиков, соответствующих отдельным компонентам анализируемого вещества, называемая хроматограммой.

Выбор неподвижной фазы.

1. Провести анализ примеров применения колонок для разделения аналогичных или близких по составу смесей в каталоге Agilent Technologies.

2. Полярность. Необходимо помнить, что с увеличением полярности фазы времена выхода полярных соединений увеличиваются, а максимальная рабочая температура колонок уменьшается.

3. Выбрать внутренний диаметр колонок. С увеличением внутреннего диаметра колонки, большее ее емкость, следовательно выше возможная загрузка пробы (без ухудшения разрешения). Например, для колонок с внутренним диаметром 0.2 мм (толщина фазы 0.25 мкм) емкость составляет 35-70 нг, а для колонок 0.53 мм - 1000-2000 нг. Однако увеличение внутреннего диаметра приводит к потере разрешения при прочих равных условиях. Колонки с большим внутренним диаметром требуют меньшего давления газа-носителя на входе для получения той же линейной скорости потока.

4. Выбрать длину колонки. Увеличение длины колонки приводит к увеличению её разрешения (пропорционально квадратному корню длины) но увеличивает также время анализа и требуемое давление на входе в колонку. Необходимо выбрать оптимальное разрешение не ухудшая производительность всей системы.

5. Выбрать толщину неподвижной фазы. Увеличение толщины пленки неподвижной фазы увеличивает времена удерживания анализируемых соединений, поскольку возрастает время пребывания вещества в неподвижной фазе, повышает емкость колонок и разрешение для легколетучих соединений, при этом увеличение толщины пленки способствует о снижению рабочей температуры колонки и большему уносу фазу, что особенно наглядно проявляется в конце хроматограммы, когда унос фазы при высоких температурах приводит к подъему нулевой линии.