2. Хроматографические методы анализа. Схемы хроматографов с детектором теплопроводности (катарометром) и пламенно-ионизационным детектором.

Хроматография (от гречесого chromatos – цвет, +графия - описание) – метод разделения и анализа смесей, заключается в сорбции компонентов смеси твердым носителем и последовательном вымывании их; при пропускании смеси пигментов через слой бесцветного сорбента пигменты, поглощаясь, располагаются в виде отдельных окрашенных зон.

Один из методов хромотографического анализа показан на рисунке 206. Раствор капается на фильтровальную бумагу. Чем меньше энергия связи, тем дальше от центра располагается компонент.
	Рисунок 206

17.1 Хромотографической установка и ее основные элементы

1 – баллон с газом носителем; 2 – редуктор давления; 3 и 11 – регулировочные вентили, 4 – манометр, 5 – регистратор; 6 – устройство для ввода анализируемой пробы; 7 – детектор; 8 – колонка; 9 – термостат; 10 – ротаметр Рисунок 207 – Принципиальная схема установки для хромотографии газов

С помощью устройства для ввода пробы 6 смесь периодически вводится в поток газа-носителя. Анализируемая проба смешивается с потоком газа-носителя. Газ – носитель транспортирует пробу в хромотографическую колонку 8. В виду различной собцонной способности сорбента по отношению к компонентам образцов смеси происходит разделение пробы на сопоставляющие компоненты. На выходе из хромотографической колонки установлен детектор 7, который обнаруживает эти компоненты в порядке их выхода из колонки. Регистратор 5 обеспечивает запись сигнала детектора на диаграмме.

Хромотографическая колонка представляет собой обычно трубку диаметром 4-8 мм и длиной 0,5 м.
	1 –металл или стеклянная трубка, 2 – сорбент, 3 - газопроницаемые пробки Рисунок 208

Принцип хроматографического разделения показан на рисунке 209.

Рисунок 209 – Схема хроматографического разделения смеси

Порция анализируемого газа, состоящая например из компонентов А, Б, и В вводится в колонну (состояние а) и перемещается газом – носителем через слой сорбента колонки. При движении смеси происходят неоднократные акты сорбции (поглощения компонента сорбентом) и десорбции (выделение компонента из сорбента). Если компонента А, Б и В обладают различной сорбируемостью (поглощаемостью) по отношению к сорбенту, то скорости продвижение этих компонентов будут различны. С наименьшей скоростью будет двигаться наиболее сорбирующийся компонент. На начальном участке колонки зоны компонентов А, Б и В взаимно перекрываются (состояния б и в), но при дальнейшем их продвижении процесс заканчивается окончательным разделением этих зон (состояние г). В результате из хромотографической колонки будут выходить раздельно составляющие компоненты газовой смеси.

Детектор – один из наиболее важных элементов хромотографа, преобразующих изменение состава газа, который выходит из хромотографической колонки в электрический сигнал. В промышленных хромотографах применяются следующие типы детекторов

1) Каторометр (рисунок 210)

В металлическом корпусе 1 расположены две камеры: рабочая (2) и сравнительная (3). Через рабочую камеру проходит чистый газ-носитель I. Через сравнительную – компоненты газа II после хромотографической колонки. Если через обе камеры каторометра проходит газ одинакового состава, то выходной сигнал сбалансированного моста равен нулю и потенциометр 4 записывает «нулевую линию». При изменении состава газа-носителя вследствие появления в нем компонента анализируемой смеси изменяется его теплопроводность, температура, а следовательно, сопротивление рабочего плеча меняется. На выходе мостовой схемы появляется сигнал и потенциометр 4 фиксирует выход компонента.

Рисунок 210 – Принципиальная электрическая схема каторометра	Рисунок 211 – Принципиальная схема пламенно-ионизационного детектора

2) Пламенно-ионизационный детектор

Основан на измерении электропроводности водородного пламени, в котором сжигается анализируемая газовая смесь.

Водород I и воздух II, предварительно очищенные в блоке 1 от органических примесей, непрерывно поступают в горелку 6. Сгорая в воздухе водород, почти не образует ионов. Для измерения ионного тока используют два электрода: одним из них является непосредственно металлическая горелка 6, а вторым – электрод -коллектор 4. На электроды подается напряжение от источника G. Под действием этого напряжения возникает ионный ток, который создает падение напряжение на выходном высокоомном сопротивлении R усилителя постоянного тока 7. Выходной сигнал усилителя регистрируется автоматически потенциометром 8 в виде «нулевой линии». Нихромовый нагреватель 5 служит для зажигания водородного пламени. Контроль наличия пламени осуществляется с помощью термопары 3 и блока управления 2. Анализируемая газовая смесь III после разделительной колонки вводится в поток водорода и вместе с ним поступает в пламя. Молекулы органических соединений, попадающие в водородное пламя, сгорают, образуя ионизированные продукты горения, в результате чего ионный ток в пламени возрастает и потенциометр фиксирует выход компонента в виде пика.

В качестве газа-носителя может применяться водород, азот, гелий. Воздух в качестве газа носителя не используется, так как при этом нарушается режим сгорания водорода.

Хромотограмма

Выход компонента фиксируется в виде хромотограммы.

Нулевая линия соответствует выходу из колонки чистого газа носителя. Положение пика 1 соответствует выходу несорбирующего компонента (инертный газ). Пик 2 записывается при выходе из колонки одного из определяемых компонентов. В виде одного пика
	Рисунок 212 – Вид хромотограммы

выходят и несколько компонентов, если они вообще не разделились в колонке. При частичном разделении двух компонентов регистратор фиксирует их в виде пика 3.

Площади под пиками хромотограммы пропорциональны концентрации компонентов в исследуемой системе.