Капиллярные колонки. Капиллярная хроматография

Колонки —капилляры изготовляют из металла, стекла или по­лимерного материала, их диаметр составляет обычно десятые доли миллиметра, а длина — от десятков до сотен метров (обыч­но капилляры наматывают на металлическую катушку). На вну­тренние стенки капилляра наносят тонкую пленку неподвижной жидкости. Так как капилляры внутри полые, их сопротивление примерно в десять тысяч раз меньше, чем сопротивление насадочной колонки, и чтобы получить достаточную скорость газа-носителя в длинной капиллярной колонке, нужен сравнительно небольшой перепад давления. Кроме того, пленка неподвижной фазы на капиллярах тонкая, что способствует увеличению эффек­тивности колонки. Однако так как пленка тонка, неподвижной фазы в колонке мало: на метр длины капиллярной колонки при­ходится в десятки раз меньше жидкости, чем на метр насадочной колонки, сечение которой больше, да и жидкость впитывается по­ристым носителем. Поэтому, чтобы капиллярная колонка не «за­хлебнулась», величина пробы должна быть во столько же раз меньше. А если проба мала, то нужно, чтобы детектор имел малый внутренний объем и высокую чувствительность. Вот и возникает парадокс. Но, к счастью, именно в эти же годы были предложены пламенно-ионизационный и ионизационный детек­торы. Такое гармоничное сочетание элементов аппаратуры сразу обеспечило большой скачок в аналитических возможностях газо­вой хроматографии. Достаточно сказать, что в 1961 г. Д. Дести и его сотрудники, применив для анализа бензиновой фракции из нефти Понка-Сити стеклянную капиллярную колонку длиной около 300 м и эффективностью миллион теоретических тарелок,

получили на хроматограмме 122 пика за время около 20 часов. Более половины из этих пиков были идентифицированы. А ведь исследователи этой нефти ранее определили лишь 175 углеводо­родов (из них в бензине — 89) за 33 года работы. Современные методики позволяют получить при анализе бензинов более 200 пиков за время менее двух часов, а если нужно проанализировать смесь нескольких компонентов, то используя специальную аппа­ратуру для быстрой регистрации, можно получить хроматограмму всего за секунду!

Благодаря высокой эффективности капиллярных колонок, можно провести очень «тонкое» разделение, например разделе­ние, так называемых диастереоизомеров, то есть изомеров, в мо­лекулах которых имеются два или более асимметричных угле­родных атомов. Так, на хроматограмме 2,3,4-триметилгексана выявилось два пика: то же самое наблюдалось и для 3,4-диме-тилгептана.

Тем не менее мы должны признать, что в области капилляр­ной хроматографии сделано далеко не все. К сожалению, не ^всег­да и не каждому исследователю удается добиться высокой эф­фективности колонки. Даже если один и тот же специалист будет последовательно подготавливать несколько одинаковых коло­нок с одной и той же неподвижной фазой, то они могут оказаться разными по разделяющей способности. Особенно трудно полу­чить идентичные стеклянные капилляры. До настоящего времени ученые не могут прийти к единому мнению о выборе методов обработки внутренних стенок капилляров и нанесения на них нег подвижных жидкостей, особенно полярных. Капиллярная хрома­тография еще остается искусством даже и в тех случаях, когда для анализа не требуется очень высокой эффективности. Может быть, поэтому многие предпочитают пользоваться более во­спроизводимыми насадочными колонками.

Одним из направлений дальнейших исследований в области усовершенствования хроматографических колонок является ра­бота с капиллярами, стенки которых покрыты тончайшим слоем пыли адсорбента или пропитанного жидкостью твердого носите­ля. Этот тип колонок как бы промежуточный между капил­лярными и насадочными, сочетающий достоинства обоих вариантов. Используются и насадочные колонки малого диаметра (1 мм и менее).

Интересно отметить еще одно обстоятельство, связанное с применением капиллярных колонок. В те годы, когда капилляр­ная хроматография стала ярко демонстрировать свои возможно­сти на примере анализа сложных смесей углеводородов, в каче­стве неподвижной фазы, как правило, использовали сквалан — изомерный парафиновый углеводород С₃₀Н_б2,. Поэтому среди некоторой части исследователей возникло мнение о том, что те­перь отпала необходимость в подборе неподвижных фаз: эффек­тивность колонок настолько велика, что можно разделить прак­тически любую смесь на колонке с одной и той же жидкой фазой. Однако по мере того, как хроматографическому анализу стали подвергать все новые и более сложные объекты, убеждались, что это мнение ошибочно и выбор подходящей неподвижной фазы для капиллярной колонки столь же важен, как и для насадочной.