4.4.3. Газовая хроматография

Хроматография - это метод разделения, обнаружения и определения веществ, основанный на различии их поведения в системе из двух несмешивающихся фаз - подвижной и неподвижной. Хроматографию используют для разделения сложных смесей.

При газовой хроматографии неподвижную фазу размещают в специальной колонке. Различают спиральные и капиллярные колонки. Вид спиральной колонки приведен на рис. 46. Эти колонки изготавливаются из трубки диаметром 2 - 6 мм и длиной до 20 м. Для обеспечения компактности оборудования трубки свернуты в форму спирали. Капиллярные колонки имеют диаметр 0,2 - 0,5 мм и длину до 10 см [17].

Подвижной фазой в газовой хроматографии является инертный газ, N₂, H₂, которые с постоянной скоростью прокачивается через хроматографическую колонку. Пробу объемом 0,01 - 50 мкл вводят в колонку шприцем или с помощью специального дозатора. При этом распределение концентрации С газов пробы и газа подвижной фазы по длине Х трубки колонки показано на левом графике рис.

В приведенном на рисунке примере исследуемая газовая смесь состоит из слабо сорбируемого оксида углерода СО и имеющего большую сорбционную способность диоксида углерода СО₂. Продвижение через сорбент колонки диоксида углерода будет замедленно. Поэтому произойдет пространственное разделение компонентов анализируемой смеси. Как видно из правого графика рис. 46, сначала на выходе колонки появится оксид углерода, а затем – СО₂.

В общем случае концентрации выходящих из колонки компонентов можно измерять различными способами. Известны фотоионизационный, электроннозахватный детекторы, детектор по теплопроводности. Для анализа сложных смесей органических веществ широко применяют пламенный детектор. Он представляет собой водородную горелку на которую направлен поток газа с выхода хроматографической колонки. Поступление в горелку очередного компонента смеси вызывает вспышку пламени, которая преобразуется оптико– электронным преобразователем в электрический сигнал и в простейшем случае фиксируется самопишущим прибором на бумажном носителе.

График зависимости выходного сигнала от времени состоит из ряда пиков. Местоположение пика на временной оси несет информацию о его принадлежности определенному компоненту анализируемой смеси. Концентрация этого компонента пропорциональна площади соответствующего пика.

Для проведения газовой хроматографии используют специальные приборы - газовые хроматографы различных моделей. Схема, поясняющая принцип действия газового хроматографа, приведена на рис. 47а. В общем случае хроматограф содержит: баллон Б с газом-носителем (подвижная фаза), термостат с устройством ввода анализируемых проб УВ, термостат с хроматографической колонкой ХК, термостат с блоком хроматографических детекторов БД, электронный блок с регистрирующим устройством РУ.

При работе с хроматографами особое внимание следует уделять стабилизации температуры колонки и правильному подбору материала неподвижной фазы.

До недавнего времени хроматографы состояли из отдельных, указанных на рис. 47а блоков. Работа с ними не была автоматизирована, требовала тщательности и высокой квалификации обслуживающего персонала. Современные хроматографы, как правило, оснащаются компьютерным устройством управления, имеют малые массу и габариты. Например, представленный на рис. 47б полностью автономный носимый хроматограф ФГХ-1 является современным автоматизированным средством экспресс- определения концентраций вредных веществ в воздухе. Он представляет собой кейс, в котором размещены хроматограф, ноутбук, системы подачи газа-носителя (азот) и электропитания. В приборе используются следующие детекторы: фотоионизационный, электронозахватный, по теплопроводности. Он позволяет определять содержание в воздухе предельных и непредельных углеводородов, спиртов, простых и сложных эфиров, ароматических углеводородов, кетонов, нефтепродуктов, растворителей, хлорпроизводных углеводородов, окиси азота и др. в диапазоне от ПДК до промышленных выбросов. Результаты анализа, комментарии к ним и сами хроматограммы автоматически документируются в памяти компьютера. Для работы на хроматографе в автоматическом режиме не требуются специальные знания и опыт работы на хроматографах.