1.3. ГАЗОВАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ (ОФС 42-0095-09)

Газовая хроматография – это метод колоночной хроматографии, в ко-

тором подвижной фазой служит газ, движущийся через колонку, заполнен-

ную неподвижной фазой.

Применяют как газоадсорбционную, так и газожидкостную (преиму-

щественно) хроматографию.

Анализ проводят на специальных приборах – газовых хроматографах.

Основные узлы газового хроматографа: источник подвижной фазы,

устройство ввода пробы, колонка с термостатом, детектор, система сбора и обработки данных. Требуемые температурные режимы устройства ввода про-

бы, колонки и детектора устанавливаются в соответствующих термостатах.

Подвижная фаза

В качестве подвижной фазы используются азот, гелий или водород.

Эти газы-носители могут подаваться в систему либо из баллонов, либо из га-

зогенераторов, позволяющих получать газ высокой чистоты. Газ проходит через блок регулировки и стабилизации потока газа, обеспечивающий воз-

можность измерения его скорости и давления на входе в хроматограф.

Ввод пробы

Наиболее распространен способ ввода жидкой пробы (раствора) в ис-

паритель шприцем через самоуплотняющуюся мембрану. Однако хромато-

граф может быть укомплектован дозатором (в том числе, автоматическим)

для ввода газообразных, жидких или твердых веществ.

Инжектирование методом выдувания и накопления (purge and trap) ис-

пользуется для извлечения легколетучих компонентов и накопления их в специальной адсорбционной ловушке (колонке) с последующей быстрой те-

пловой десорбцией и вводом в хроматографическую колонку.

Устройство парофазного концентрирования (head-space) позволяет по-

высить чувствительность определения летучих соединений.

Колонки

Используются три типа аналитических колонок: насадочные (набив-

ные), микронасадочные и капиллярные.

Насадочные колонки (НК) изготавливаются из металла (нержавеющая сталь, никель, медь), стекла, тефлона и других материалов. Для разделения неустойчивых соединений (каталитически разлагающихся при контакте с ме-

таллической поверхностью) используют стеклянные или тефлоновые колон-

ки. По форме НК бывают прямые, U-образные, W-образные и спиральные.

Внутренний диаметр НК составляет от 2 до 4 мм, а длина – от 1 до 4–5 м.

Внутренний диаметр микронасадочных колонок 0,5–1 мм и длина от 0,5 до

3 м.

Капиллярные колонки изготавливаются из кварца и имеют форму спи-

рали. По своим характеристикам (внутреннему диаметру, d) они делятся на капиллярные (d = 0,2–0,3 мм, длина от 5 до 100 м), узкие капиллярные

(d = 0,05–0,2 мм, длина от 5 до 100 м), капиллярные широкого диаметра

(d = 0,3–0,8 мм, длина от 10 до 60 м) и поликапиллярные (d = 0,04 мм, длина

0,2 или 1 м).

В насадочных и микронасадочных колонках набивка сорбента внутри трубки должна быть плотной и однородной, без пустот. Чем плотнее и одно-

роднее набивка, тем меньше размывание пиков и больше эффективность ко-

лонки.

В капиллярных колонках слой сорбента наносится на внутреннюю по-

верхность капилляра в виде слоя жидкой неподвижной фазы или в виде слоя адсорбента толщиной от 0,1 до 5,0 мкм, роль которого чаще всего выполняет полимерная пленка. В зависимости от характеристик капиллярных колонок и концентрации анализируемых соединений в образце введение пробы в ко-

лонку осуществляется с делением потока или без деления пот ока.

Системы программирования температуры колонки позволяют улуч-

шить разрешение и сократить время анализа.

Детекторы

Наиболее важные характеристики детекторов – чувствительность, ли-

нейный динамический диапазон (диапазон концентраций определяемого ве-

щества, в котором наблюдается линейная зависимость сигнала детектора от концентрации) и селективность.

Чаще всего применяют пламенно-ионизационный детектор (ПИД). Это обусловлено его высокой чувствительностью к большинству органических соединений и чрезвычайно широким линейным динамическим диапазоном

(6–7 порядков), что крайне важно при проведении количественных анализов.

Применяют также детекторы других типов – детектор по теплопроводности

(катарометр), термоионный (ТИД), электронно-захватный (ЭЗД), масс-

спектрометрический. В зависимости от конкретной задачи могут быть ис-

пользованы и детекторы других типов – пламенно-фотометрический, фото-

ионизационный, Фурье-инфракрасный и др.

Чувствительность ТИД по отношению к азот- и фосфорсодержащим соединениям выше чувствительности ПИД примерно на 2 и 3 порядка, соот-

ветственно.

ЭЗД – высокоселективный детектор, чувствительный к соединениям,

содержащим галогены, серу, фосфор, нитраты, кислород.

Неподвижные фазы

В газоадсорбционной хроматографии в качестве сорбентов (адсорбен-

тов) используют неорганические (силикагель – Сферосил, Порасил, Сили-

хром и др.; графитированная термическая сажа – Карбопак С и В, Карбосив,

Карбосфер; молекулярные сита – алюмосиликаты натрия и кальция) и порис-

тые полимерные сорбенты.

В газожидкостной хроматографии неподвижная фаза (сорбент) пред-

ставляет собой жидкость, нанесенную на твердый носитель. Носитель – от-

носительно инертный адсорбент с низкой удельной поверхностью, на кото-

рой должна удерживаться неподвижная фаза в виде пленки равномерной

толщины. Носитель должен быть механически прочным, иметь по возможно-

сти сферическую форму и макропористую структуру. Применяют минераль-

ные и полимерные носители. Большинство минеральных носителей пред-

ставляют собой переработанные диатомиты. Обычно используются носители с размерами частиц в интервалах от 125 до 150 мкм или от 150 до 180 мкм.

Неподвижные фазы – это обычно высококипящие жидкости. Они раз-

личаются по температурному пределу использования (низкотемпературные – до 100 С; среднетемпературные – до 200 С; высокотемпературные – до

350 °С) и по полярности. Все неподвижные фазы делят на 4 группы – непо-

лярные, слабополярные, среднеполярные и сильнополярные.

По химическому составу неподвижные фазы в своем большинстве принадлежат к следующим классам: алифатические и ароматические углево-

дороды; фталаты и фосфаты; простые и сложные эфиры, полиэфиры; поли-

гликоли; силоксаны с неполярными, среднеполярными и полярными радика-

лами; нитрилы и нитрилэфиры. Разработаны также привитые неподвижные фазы, которые представляют собой нанесенную химическим путем почти монослойную пленку. Такие сорбенты называются бондапаками. Они харак-

теризуются высокой термостойкостью, большей инертностью и обеспечива-

ют более высокую эффективность колонок по сравнению с другими сорбен-

тами.

Методика

В описании методики должны быть указаны: тип детектора, тип колон-

ки (насадочная или капиллярная), материал и размеры колонки, сорбент (тип твердого носителя и его характеристики, неподвижная жидкая фаза и ее ко-

личество), метод введения пробы и его параметры, температура испарителя,

колонки и детектора, газ-носитель и его расход.