1. Характеристика хроматографічних методів аналізу
Методи аналізу сумішей речовин, які засновані на хроматографічному розділенні, називають хроматографічними методами аналізу.
Хроматографічні методи аналізу грунтуються на відмінностях у сорбційних чи міграційних властивостях компонентів суміші в динамічних умовах і є процесами фізико-хімічного розділення компонентів рухомої фази при її русі вздовж нерухомої.
Тобто, необхідними умовами розділення є відмінність сорбційних або міграційних властивостей визначуваних компонентів і рух однієї фази вздовж іншої.
Хроматографічне розділення здійснюється внаслідок багаторазового повторення процесів сорбції і десорбції речовин при проходженні компонентів суміші в потоці рухомої фази (газу або рідини) вздовж нерухомої фази (твердого адсорбенту або рідини, нанесеної на поверхню твердого носія).
Хроматографічні методи аналізу класифікуються за такими ознаками:
за агрегатним станом рухомої фази – газова або рідинна;
за механізмом розділення – адсорбційна, розподільча, іонообмінна, осадова;
за способом переміщення компонентів проби відносно сорбенту – елюентна, фронтальна, витиснювальна хроматографія;
за способом апаратурного оформлення процесу – колонкова (насадкова, капілярна), площинна (паперова і тонкошарова).
Перевагами газохроматографічних методів аналізу є: простота апаратурного оформлення; широкі межі застосування для аналізу сумішей газів або парів рідких і твердих речовин; мала кількість проби, необхідної для аналізу (0,001 – 1 мг); висока точність (до 1 %) і чутливість (до 10-6 г); короткий час аналізу (1 – 10 хв); можливість автоматизації аналізу та безпосереднього контролю складу технологічних потоків.
Найширшого розповсюдження набула газова хроматографія з використанням процесу адсорбції на твердих пористих речовинах (силікагелях, цеолітах, активованому вугіллі, полімерах) або абсорбції на поверхні рідини. В першому випадку хроматографія називається газо-адсорбційною, в другому – газорідинною.
Як правило, розділення відбувається в колонках з внутрішнім діаметром 3-4 мм, довжиною 1-10 м, заповнених дрібними зернами адсорбенту діаметром 0,1-0,5 мм або пористим твердим носієм, на поверхню якого нанесений шар рідкого абсорбенту. Інколи абсорбент наносять на стінку довгої (20-100 м) капілярної трубки з внутрішнім діаметром 0,2-0,5 мм. В цьому випадку хроматографія називається капілярною.
На рис. 1 зображено принципову схему газового хроматографа.
Рис. 1. Принципова схема газового хроматографа.
В потік газу-носія, що пройшов стабілізацію і очищення від води та вуглеводнів в блоці підготовки (1), через пристрій для введення проби (2) вводиться досліджувана суміш (газоподібна проба подається через газовий кран-дозатор, а рідка – мікрошприцем через випарник). Потік газу-носія переносить суміш речовин проби в хроматографічну колонку (3), де здійснюється їх розділення за рахунок багаторазового повторювання процесів сорбції компонентів суміші з потоку сорбентом і десорбції їх в потік свіжої порції газу-носія. Ефект розділення досягається за рахунок різної швидкості руху компонентів вздовж колонки, яка зумовлена різними сорбційними властивостями складових аналізованої суміші.
Внаслідок цього з хроматографічної колонки послідовно виходять бінарні суміші газу-носія та окремих компонентів проби, що розділені проміжками практично чистого газу-носія, які далі потрапляють в детектор (4). Детектор фіксує залежність фізичних властивостей суміші (теплопровідність, електропровідність, поглинання світла і т.д.) від концентрації компонентів. Електричний сигнал детектора зображується у вигляді хроматограми (рис. 2) за допомогою реєстраційного пристрою (5) (самописець, комп’ютер).
Рис. 2. Хроматограма суміші трьох компонентів.
1 – пік компоненту, що практично не сорбується; 2 – пік менш сорбційно-здатного компоненту; 3 – пік більш сорбційно-здатного компоненту.
При відсутності аналізованого компоненту в потоці газу-носія на реєстраційному пристрої фіксується базова лінія. При проходженні через детектор бінарної суміші газу-носія з аналізованим компонентом відбувається відхилення від базової лінії у вигляді піку на відстань, пропорційну концентрації цього компоненту. Таким чином фіксується ряд піків, число яких дорівнює кількості компонентів суміші. Цей запис називається хроматограмою. За результатами вимірювання параметрів хроматографічних піків здійснюється якісний та кількісний аналіз сумішей речовин.