Количественный анализ и его точность

Количественные расчеты в газовой хроматографии основаны на простом принципе: чем больше вещества в пробе, тем выше пик (или больше его площадь) на хроматограмме. Если нужно опре­делить количество лишь одного или нескольких компонентов, то вначале в колонку вводят смеси известного состава (эталонные, или калибровочные смеси) и по получении хроматограмм строят графики зависимости между высотой (или площадью) пика и ко­личеством вещества. Теперь можно анализировать неизвестную смесь и по высоте (или площади) пика найти содержание искомо­го компонента.

Обычная точность хроматографического анализа такова, что ошибка составляет не более 3—5 относительных процентов. Но если проводит анализ на приборе высокого класса и с достаточ­ной аккуратностью отбирать пробу и вводить ее в колонку, то ошибки могут быть уменьшены до одного и даже до десятых долей процента. Повышению точности и быстроты обработки данных способствует применение автоматических интеграто­ров, измеряющих площади пиков, а также счетно-решающих устройств.

Препаративная хроматография

В том случае, когда цель хроматографического процесса — не анализ, а выделение чистых веществ, применяются более крупные, препаративные хроматографы. Если в аналитическом приборе диаметр колонки составляет обычно 3—6 мм, то для препаративного разделения в зависимости от требуемой про­изводительности нужны колонки диаметром порядка нескольких сантиметров. Соответственно вводится большее количество про­бы (в лабораторных препаративных хроматографах несколько кубических сантиметров жидкости). На выходе из колонки уста­навливают охлаждаемые ловушки, в которых улавливаются вы­деленные компоненты.

Вначале препаративная хроматография находила применение только в лабораторных условиях — для очистки вновь синтези­руемых веществ от примесей, при выделении эталонов для кали­бровки аналитических приборов и т.д. По мере усовершенство­вания аппаратуры производительность препаративных колонок неуклонно увеличивалась. Разумеется, эффективность колонок большого диаметра всегда ниже, чем аналитических колонок, тем не менее успешно эксплуатируются установки с диаметром колонки в десятки сантиметров, на которых можно получить ки­лограммы и даже тонны высокочистых продуктов. Очевидно, не далеко то время, когда хроматография станет в один ряд с круп­нотоннажными методами разделения

ЧТО ЕЩЕ МОЖЕТ

ГАЗОВАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ?

Еще одно свойство газовой хроматографии — возможность с ее помощью управлять технологическими процессами. На установ­ках нефтеперерабатывающей, химической и других отраслей промышленности часто наряду с обычными приборами, фикси­рующими параметры процесса, можно видеть и газовые хрома­тографы, которые автоматически через определенные промежутки времени отбирают пробу продукта из технологического потока и регистрируют ее состав на картограмме. Теперь опера­тору нет необходимости самому отбирать пробу и посылать ее в лабораторию на анализ. Оперативность автоматического ана­лиза позволяет резко увеличить экономическую эффективность различных производств. Хроматограф—сравнительно дорогой прибор, но он полностью окупается в течение одного-двух меся­цев эксплуатации. В некоторых случаях на установках исполь­зуют полностью автоматизированные регулирующие хромато­графы. Если содержание какого-либо вещества в пробе не соответствует норме и требуются изменения режима работы установки, то сигнал с хроматографа непосредственно поступает к устройству, которое регулирует тот или иной параметр работы технологической аппаратуры.

Возможности газовой хроматографии, ставшей универ­сальным методом анализа, этим не ограничиваются. Другими словами, газовая хроматография умеет не только «разделять», «узнавать», «считать'» и «управлять». Она умеет и «исследо­вать». С ее помощью можно определять свойства индиви­дуальных веществ и их смесей, а также изучать различные физи­ко-химические взаимодействия. Развилась целая область, назы­ваемая неаналипшческой газовой хроматографией. Неаналитиче­ская газовая хроматография занимается прежде всего изучением фазовых равновесий между газом и жидкостью, газом и твердым сорбентом, определением термодинамических величин. Возмож­ности здесь очевидны, ибо время удерживания связано с коэффи­циентом распределения сорбата.

Мы уже говорили о том, что коэффициент распределения сор­бата между газовой и сорбирующей фазами Г часто не остается постоянным и изменяется с концентрацией сорбата, что обусло­вливает получение асимметричных пиков. Зависимость между концентрациями сорбата в газовой фазе и в адсорбированном со­стоянии (изотерма адсорбции) может быть рассчитана из полу­ченного асимметричного пика. Это дает возможность исследо­вать свойства адсорбентов и катализаторов.

Методом газовой хроматографии можно также определять молекулярную массу вещества. В этом случае используют специальный детектор — плотномер, сигнал которого пропорциона­лен плотности газового потока, т. е. в конечном счете, дает воз­можность определить молекулярные массы сорбата и газа-носи­теля.

Следует указать также на метод изучения кинетики химиче­ских реакций в хроматографическом режиме, разработанный С.З. Рогинским с сотрудниками. В этом методе катализатор, на поверхности которого происходит химическая реакция, служит одновременно адсорбентом, разделяющим вещества в потоке газа-носителя.

Теперь становится ясным, почему в заголовке этой главы в шутку вынесены слова «мене—текел—упарсии», которые в переводе с древнего арамейского языка означают: исчислено — взвешено—разделено. Эти письмена огненными буквами за­жглись, по преданию, на стене во дворце вавилонского принца Валтасара во время его последнего пира. Такими же словами можно охарактеризовать и возможности хроматографии..

Золотой ВЕК

Уяснив элементарные основы методов хроматографии и возмож­ности, которые они представляют исследователю, мы можем те­перь более подробно рассмотреть те этапы развития, которые в своей совокупности дали основание считать период после 1952 года золотым веком хроматографии.