2.9 Общая схема жидкостного хроматографа и назначение отдельных блоков

Для обеспечения анализа многокомпонентных смесей с высокой чувствительностью жидкостный хроматограф должен иметь в своем составе ряд блоков (рисунок 11)

Рис. 11. Общая схема жидкостного ионного хроматографа.

В его состав входят пять обязательных блоков:

1. насос для подачи подвижной фазы (элюента) через колонку;

2. дозатор для введения пробы в колонку;

3. разделительная (аналитическая) колонка;

4. детектор - устройство для получения аналитического сигнала, пропорционального концентрации определяемого компонента;

5. блок автоматики служит для преобразования аналитического сигнала в форму, необходимую для автоматического управления и расчета концентрации искомого аналита.

В состав хроматографа для удобства работы и расширения его аналитических возможностей могут входить дополнительные устройства. В том числе:

• Устройство подготовки подвижной фазы. Перед использованием элюент фильтруют (обычно через металлокерамический фильтр с размером пор 0.2-0.5 мкм) и дегазируют (вакуумированием или пропусканием через элюент инертного газа, например, азота).

• Термостат. Для стабилизации условий разделения, чтобы получить воспроизводимые времена удерживания и амплитуды хроматографических пиков желательно термостатирование колонок (и кондуктометрического детектора). Обычно температура термостата 20 - 30°С (± 0.3 - 0.5°С). Вместе с тем, некоторые жидкостные хроматографы не имеют термостатов, так как колебания температуры в пределах 1 – 2°С сказывается незначительно.

• Постколоночный реактор. Иногда трудно найти подходящий способ прямого детектирования выходящих из колонки компонентов с низким пределом обнаружения (например, при определении ионов переходных элементов). В этом случае после колонки помещается реактор, в котором смешивается раствор реагента и элюат, содержащий разделенные ионы металлов. При этом получают интенсивно окрашенные соединения, регистрируемые спектрофотометрическим детектором.

• Автоматический дозатор (автосамплер). Автоматический дозатор необходим в случае многократного повторения анализа большого числа образцов. При этом используется одна и та же хроматографическая система. После окончания анализа (выхода последнего пика) осуществляется ввод следующей пробы. Сами пробы предварительно заливаются в ампулы, которые устанавливаются на специальном столике. Насос засасывает пробу из ампулы и прокачивает ее через пробоотборную петлю дозатора. При повороте крана-дозатора петля промывается элюентом и проба попадает в колонку.

• Градиентное устройство. Его применяют для разделения смесей, содержащих большое число компонентов, времена удерживания которых существенно различаются. Тогда в процессе хроматографирования с целью улучшения разделения и ускорения анализа изменяют состава элюента по определенному закону. [6]

Все основные узлы жидкостного хроматографа связаны между собой гидравлическими линиями (насос - дозатор - детектор). Для этих целей обычно используются капилляры из отоженной (для придания гибкости) нержавеющей стали внутренним диаметром 0.2-0.3 мм. Однако если в качестве элюентов применяют растворы минеральных кислот, коррозионная стойкость нержавеющей стали недостаточна. Происходит реакции ионов железа, марганца, никеля, кобальта с компонентами подвижной фазы, что вносит существенные помехи при определении ионов этих металлов в пробе. В этом

случае капилляры выполняются из титан-циркониевых сплавов. В последнее время за рубежом получили распространение капилляры из полиэтерэтеркетона (РЕЕК).

Сорбенты, используемые в ИХ, должны характеризоваться высокой скоростью массопередачи, что достигается, главным образом, уменьшением размера частиц сорбента. Тогда необходимый расход подвижной фазы (до 2 мл/мин) может быть реализован при давлении 50 – 200 атм. Отсюда – соответствующее требование к герметичности гидравлических (капиллярных) линий, разъемных соединений и бесперебойной (непульсирующей) работе насоса.

Для обеспечения экспрессности разделения колонки в ионной хроматографии имеют небольшие размеры. Чем меньше колонка, тем меньше должен быть объем вводимой пробы. При этом уменьшается и объем растворителя, содержащего определяемый компонент.

Суммируя вышеприведенные рекомендации, можно сформулировать общие требования к ионному хроматографу. В таблице 1 представлены характеристики "типичной" хроматографической колонки (а отсюда и характеристики прибора в целом).

Таблица 1. Основные характеристики "типичной" хроматографической колонки для ИХ

Успех ионообменной хроматографии обусловлен не только синтезом перспективных сорбентов, но и применением высококачественных колонок, учитывающих особенности процессов разделения ионов. Наиболее важным является создание максимального однородного слоя сорбента и сведение к минимуму "мертвых" объемов в колонке и соединительных разъемах.

Аналитическая колонка представляет собой трубку из нержавеющей стали или титана, заполненную сорбентом и закрытую с обеих сторон фильтрами (2 –5 мкм) для предотвращения высыпания сорбента. Для получения высокой эффективности колонок необходимо соблюдение некоторых условий:

– внутренняя поверхность колонок должна быть полированной;

– гранулы сорбента должны быть сферическими и однородными по размеру;

– стенки колонки должны быть достаточно прочными, чтобы выдержать давление до 200 – 300 атм;

– между торцом колонки и фильтром не должна быть "мертвого" объема.

Учитывая уникальные свойства сорбентов, конструкцию колонок, тщательность их набивки и тестирования, стоимость колонок может составлять 5 – 10 % от стоимости жидкостного хроматографа. [6]