14.4. Застосування методів газової хроматографії в автоматичному аналізі об’єктів довкілля

В автоматизованих методах контролю найчастіше застосовують різновиди газової хроматографії та рідинну розподільчу хроматографію.

Якщо розчини дуже розбавлені, то їх необхідно сконцентрувати, причому найчастіше застосовують екстракцію. Це потрібно і для забезпечення тривалості експлуатації колонок та підвищення чутливості визначення. Процедура очищення часто є джерелом помилок в аналізі. Безпосередньо пробу вводять у хроматограф дуже рідко.

Колонки можуть бути двох видів – набивна скляна колонка і капілярна колонка з плавленого кварцу.

Кварцові капілярні колонки мають довжину 30-105 м і внутрішній діаметр 0,20-0,75 мм. Всередині колонки міститься плівка з метилсилікону або метилфенілсилікону.

Використовуються універсальна та селективна системи введення проби. Універсальна система передбачає введення в колонку відразу всієї проби з наступним її нагріванням для переведення в пароподібний стан. Ведення буває з розділенням потоку та без розділення. Селективна система передбачає введення окремих фракцій проби, результат такого аналізу точніший, а техніка визначення повністю автоматизована.

Основна вимога до введення: проба повинна потрапляти в колонку без зміни складу, дозатор не повинен спричиняти розширення хроматографічних піків. Кращим є холодний ввід, однак він призводить до забруднення колонки. Тому перед колонкою поміщають випаровувач, який не пропускає в колонку нелетких речовин, однак тим самими змінює склад суміші.

Детектори можуть руйнувати речовину або залишати її без зміни. Найважливішим є чутливість детектора. Універсальні детектори реагують на усі компоненти рухливої фази; селективні – на групу речовин; специфічні – на одну речовину або на обмежену групу речовин з подібними хімічними властивостями

Універсальним чутливим детектором є полуменево-іонізаційний, тому що його відклик пропорційний до кількості атомів карбону в молекулі речовини.

У термоіонному детекторі (різновиді полуменево-іонного) селективно підвищується іонізація органічних сполук, що містять атоми N i P.

Фотоіонізаційний детектор використовують під час аналізу ароматичних та галогеновмісних сполук.

Для визначення галогеновмісних сполук найкращим є детектор електронного захоплення.

Мас-селективний детектор – один із найчастіше використовуваних в автоматизованому контролі. Органічні речовини у мас-спектрометрі перетворюються в іони внаслідок електронного удару з високою енергією (до 70 еВ) або хімічно. При електронному ударі утворюється молекулярний катіон М⁺ і (М+1)⁺. Молекулярний катіон дисоціює на фрагменти – іони, радикали, нейтральні частинки. Недоліком іонізації електронним ударом є надто сильна фрагментація молекулярного іона. Хімічна іонізація більш м’яка.

При досягненні певної напруги лише іон певної маси досягає детектор, тому для детектування всіх іонів необхідно протягом певного часу міняти напругу – сканувати. Дані накопичуються при повторенні сканування елюату, хроматограма є функцією іонного струму від часу. Мас-спектри записують комп’ютером та аналізують методом мас-спектрометрії, порівнюючи з банком даних для різних сполук.

Атомно-емісійний детектор селективний для аналізу металоорганічних сполук, вуглеводнів. Емісійне випромінювання елемента певної довжини хвилі перетворюється у фотострум. Якісний аналіз спрощений, оскільки кожному елементу притаманне характеристичне випромінювання.

ІЧ-детектор з перетворенням Фур’є. Елюат поступає у світлову трубку, в якій молекули поглинають інфрачервоне випромінювання відповідно до коливань груп у речовині. На виході з колонки реєструють ІЧ-спектри поглинання. Якщо поглинання інтенсивне, то можна виявити навіть нанограмові кількості речовини. Після комп’ютерної обробки даних спектру з перетворенням Фур’є його порівнюють зі спектрами в базі даних, а довжина хвилі максимуму поглинання вказує на наявність характеристичної групи, тобто, до якого класу відноситься сполука. Однак, поряд зі спектральними характеристиками речовини бажано використовувати хроматографічні параметри утримування.

Комбіновані детектори – ІЧ-, мас-спектрометричний, атомно-емісійний, характеризуються високою селективністю, особливо при використанні капілярних колонок з прищепленими функціональними групами. Ними одночасно реєструють різного типу спектри. Комбіновані методи доповнюють інформацію про речовину. ІЧ-спектри доповнюють інформацію, одержану за мас-спектрами. особливо у випадку аналізу ізомерів речовин.