Что такое газовая хроматография

Газовая хроматография

Газовая хроматография — разновидность хроматографии, метод разделения летучих компонентов, при котором подвижной фазой служит инертный газ (газ-носитель), протекающий через неподвижную фазу с большой поверхностью. В качестве подвижной фазы используют водород, гелий, азот, аргон, углекислый газ. Газ-носитель не реагирует с неподвижной фазой и разделяемыми веществами.

Различают газо-твёрдофазную и газо-жидкостную хроматографию. В первом случае неподвижной фазой является твёрдый носитель (силикагель, уголь, оксид алюминия), во втором — жидкость, нанесённая на поверхность инертного носителя.

Разделение основано на различиях в летучести и растворимости (или адсорбируемости) компонентов разделяемой смеси.

Этот метод можно использовать для анализа газообразных, жидких и твёрдых веществ с молекулярной массой меньше 400, которые должны удовлетворять определённым требованиям, главные из которых — летучесть, термостабильность, инертность, лёгкость получения. Этим требованиям в полной мере удовлетворяют, как правило, органические вещества, поэтому газовую хроматографию широко используют как серийный метод анализа органических соединений.

Содержание

Оборудование для газовой хроматографии

Главным прибором для этого метода исследований является газовый хроматограф:

Схема газового хроматографа

1 — источник газа-носителя (подвижной фазы)
2 — регулятор расхода газа носителя
3 — устройство ввода пробы
4 — хроматографическая колонка в термостате
5 — детектор
6 — электронный усилитель
7 — регистрирующий прибор (самописец, компьютер)
8 — расходомер

Источник газа-носителя

Чаще всего это — баллон со сжатым или сжиженным газом, который обычно находится под большим давлением (до 150 атмосфер). Чаще всего при хроматографии используют гелий, реже азот, ещё реже водород и другие газы.

В России принята цветовая маркировка баллонов, содержащих различные газы.

Регулятор расхода газа

Предназначение этого компонента газового хроматографа — контроль расхода газа в системе, а также поддержка необходимого давления газа на входе в систему. Обычно в качестве регулятора расхода газа используются редуктор или дроссель.

Устройство ввода пробы

Предназначено для подачи пробы анализируемой смеси в хроматографическую колонку.

В том случае, если хроматограф предназначен для анализа жидких проб, устройство ввода проб совмещается с испарителем.

Проба вводится в испаритель при помощи микрошприца путём прокалывания эластичной прокладки. Испаритель обычно нагрет до температуры, превышающей температуру самой колонки на 50 °C. Объём вводимой пробы — несколько микролитров

Хроматографические колонки

Под колонкой подразумевается сосуд, длина которого значительно больше диаметра. Для газовой хроматографии обычно используют U-образные или спиральные колонки. Внутренний диаметр колонок — 2-15 мм, а длина — 1-20 м. Материалом для изготовления колонок служит стекло, нержавеющая сталь, медь, иногда фторопласт. В последнее время наибольшее распространение получили капиллярные колонки изготовленные из плавленного кварца, с нанесенной внутри неподвижной фазой. Длина подобных колонок может достигать сотен и даже тысяч метров, хотя чаще используются колонки длиной 30-50 м.

Крайне важно плотное наполнение колонок неподвижной фазой, а также обеспечение постоянства температуры колонки в течение всего процесса хроматографирования. Точность поддержания температуры должна составлять 0,05-1 °C. Для точного регулирования и поддержания температуры используют термостаты.

Детекторы

Детекторы предназначены для непрерывного измерения концентрации веществ на выходе из хроматографической колонки. Принцип действия детектора должен быть основан на измерении такого свойства аналитического компонента, которым не обладает подвижная фаза.

В газовой хроматографии используют следующие виды детекторов:

Источники

Ссылки

Полезное

Смотреть что такое «Газовая хроматография» в других словарях:

газовая хроматография — ГХ Хроматография, в которой подвижная фаза находится в состоянии газа или пара. [ГОСТ 17567 81] Тематики газовая хромотография Обобщающие термины виды газовой хроматографии Синонимы ГХ … Справочник технического переводчика

ГАЗОВАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ — ГАЗОВАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ, вид ХРОМАТОГРАФИИ, при котором переносящей средой является газ. Используется для анализа или разделения газовой смеси, часто образованной из нагретой жидкости. «Несущий» газ (изменчивая фаза) чаще всего водород проходит по… … Научно-технический энциклопедический словарь

газовая хроматография — dujų chromatografija statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Chromatografija, kai judanti fazė – dujos. atitikmenys: angl. gas chromatography; vapor phase chromatography; vapour phase chromatography vok. Gaschromatographie, f… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

газовая хроматография — dujų chromatografija statusas T sritis chemija apibrėžtis Chromatografija, kai judanti fazė – dujos. atitikmenys: angl. gas chromatography; GC; vapor phase chromatography; vapour phase chromatography rus. газовая хроматография … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

ГАЗОВАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ — хроматография, в к рой подвижной фазой служит газ (пар), а неподвижной тв. в во (газоадсорбционная хроматография) или жидкость, нанесённая тонким слоем на тв. носитель (газо жидкостная хроматография). Используется для разделения, анализа и… … Естествознание. Энциклопедический словарь

ГАЗОВАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ — (ГХ), вид хроматографии, в к рой подвижной фазой служит газ (пар). В зависимости от агрегатного состояния неподвижной фазы различают газоадсорбционную хроматографию (неподвижная фаза твердое тело) и газо жидкостную хроматографию (неподвижная фаза … Химическая энциклопедия

газовая хроматография с программированием расхода газа-носителя — Газовая хроматография, при которой расход газа носителя изменяется в течение процесса по заданному закону. [ГОСТ 17567 81] Тематики газовая хромотография Обобщающие термины виды газовой хроматографии … Справочник технического переводчика

газовая хроматография с программированием температуры — ГХПТ Газовая хроматография, при которой температура колонки изменяется в течение процесса по заданному закону во времени. [ГОСТ 17567 81] Тематики газовая хромотография Обобщающие термины виды газовой хроматографии Синонимы ГХПТ … Справочник технического переводчика

газовая хроматография с регулированием температуры — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN temperature controlled gas chromatography … Справочник технического переводчика

Источник

Что такое хроматография? Типы и применения

Слово «хроматография» означает «цветное письмо», но оно является неправильным, потому что оно часто не включает бумагу, чернила, цвет или письмо.

Михаил Семёнович Цвет (1872-1919)— русский ботаник-физиолог и биохимик растений, создатель хроматографического метода.

M.С. Цвет использовал хроматографичекий метод для разделения пигментов растений. Для разделения хлорофиллов Цвет наполнял стеклянную трубку (колонку) твердым адсорбентом (например, инулином) и наносил на верхний слой экстракт хлорофиллов в лигроине. Затем промывал колонку лигроином. Цвет писал так – «Из нижнего конца воронки вытекает сначала бесцветная, потом желтая жидкость (каротин), в то время как в поверхностных слоях инулинового столба возникает интенсивное зеленое кольцо, на нижнем крае которого быстро образуется желтая кайма.

При последующем пропускании через инулиновый столб чистого лигроина, оба кольца, зеленое и желтое, значительно расширяются и распространяются вниз до известного предела». «Как цветные лучи солнечного спектра различные компоненты из смеси пигментов были выделены и могли анализироваться дальше количественно и качественно». 2 Результат разделения, а именно последовательность различных цветовых зон Цвет назвал – хроматограммой. Для разделения пигментов Цвет использовал более ста различных адсорбентов, детально отработал технику разделения и предложил различные варианты аппаратов для своего метода (хроматографов).

Последнее время появилось ряд сообщений авторитетных российских химиков о том, что практически параллельно с западными учеными первые работы в области аналитической газовой хроматографии выполнили в 1940-е г.г. советские исследователи М.М. Сенявин, Н.М. Тулькертауб, А.А. Жуховицкий и Д.А. Вяхирев. Это были работы по газо-адсорбционному разделению, выполненные задолго до широко известной публикации А. Джеймса и А. Мартина в 1952 г., от которой официально ведет отсчет история газовой хроматографии. 4

Метод хроматографии основан на динамическом процессе распределения веществ между двумя фазами — неподвижной (твёрдая фаза или жидкость, связанная на инертном носителе) и подвижной (газовая или жидкая фаза, элюент). В зависимости от природы взаимодействия компонентов смеси с неподвижной и подвижной фазами и индивидуальных свойств, компоненты движутся с различной скоростью, что позволяет разделять их между собой.
Основные термины и понятия, относящиеся к хроматографии, а также области их применения были систематизированы и унифицированы специальной комиссией ИЮПАК. Согласно рекомендациям ИЮПАК, термин «хроматография» имеет три значения и используется для обозначения специального раздела химической науки, процесса, а также метода. 6

Существуют различные способы классификации хроматографических методов: по физическому состоянию подвижной фазы (газовая и жидкостная хроматографии), по технике выполнения хроматографического разделения (колоночная, плоскостная, хроматография в полях сил), по природе взаимодействия разделяемых компонентов с неподвижной фазой (адсорбционная, ионообменная, эксклюзионная и др.) и др.
Современная хроматография имеет много разновидностей, наиболее популярные их них, которые помогут вам получить более полное представление о процессе представлены ниже. Мы попытались объяснить их очень простым языком.

Основы хроматографии

По своей сути хроматография включает взаимодействие двух разных фаз. Химическое соединение в одном состоянии вещества (например, жидкость или газ) перемещается по поверхности другого вещества в другом состоянии вещества (например, твердое вещество или жидкость).

Движущееся соединение известно как подвижная фаза, в то время как устойчивое вещество (которое вообще не движется) называется стационарной фазой. Компоненты подвижной фазы отделяются, когда она движется по стационарной фазе. Затем химики могут анализировать отдельные компоненты один за другим.

4 разных типа хроматографии

Существует несколько видов хроматографии, каждый из которых имеет свой вид подвижной и стационарной фазы. Хотя основной принцип остается тем же самым, способ взаимодействия различных компонентов с подвижной фазой и стационарной фазой может варьироваться в зависимости от используемого хроматографического метода.

Ниже приведен список основных типов хроматографии, которые помогут вам получить более полное представление о процессе. Мы попытались объяснить их очень простым языком.

1. Бумажная хроматография

Бумажная хроматография является наиболее распространенным и простым аналитическим методом для разделения и обнаружения цветных компонентов, таких как пигменты. Хотя в современных лабораториях чаще используют тонкослойную хроматографию, он все еще является мощным учебным пособием.

В этом методе каплю образца смеси (например, чернил) помещают вблизи края фильтровальной бумаги, а затем бумагу подвешивают вертикально, при этом ее край погружают в растворитель (вода или спирт). Бумагу подвешивают таким образом, что пятно чернил не должно касаться растворителя и остается немного над ним.

Через некоторое время растворитель (подвижная фаза) начинает постепенно продвигаться вверх по бумаге (неподвижная фаза) посредством капиллярных сил. Поскольку растворитель движется вверх, он увлекает красители, присутствующие в чернилах, вместе с ним.

Когда он поднимается, мы видим разные цвета на фильтровальной бумаге. Эти цвета представляют различные красители, присутствующие в чернилах. Поскольку разные красители имеют разные уровни растворимости и движутся с разной скоростью, когда растворитель поднимается, мы видим полосы разного цвета на разной высоте.

Вот как бумажная хроматография используется для разделения разных компонентов чернил. В некоторых случаях смеси не содержат цветных компонентов, поэтому химики добавляют другие вещества для идентификации.

2. Тонкослойная хроматография

Тонкослойная хроматография очень похожа на бумажную хроматографию. Основное отличие состоит в том, что вместо куска бумаги у нас есть предметное стекло, покрытое слоем силикагеля (неподвижная фаза). В этом методе на нижний край предметного стекла с силикагелем наносятся капли раствора исследуемой смеси, лежащие на отрезке, параллельном нижнему краю и отстоящем от него на такое расстояние, чтобы капли не погружались в элюент.

Когда они подсохнут, предметное стекло нижним краем погружается в слой растворителя (элюент). Предметное стекло с неподвижной фазой удаляется из резервуара с растворителем, когда растворитель (подвижная фаза) достигает верхнего края стекла. Различные соединения в смеси перемещаются вверх по слою силикагеля с различной скоростью в виде пятен. Эти отделенные пятна затем визуализируются в ультрафиолетовом свете.

В некоторых случаях для визуализации пятен используются химические процессы: например, серная кислота обугливает большинство органических компонентов, оставляя темное пятно на предметном стекле. Это простая и быстрая техника для разделения смесей органических соединений. Она часто используется для определения пигментов, анализа состава красителей в волокнах и выявления инсектицидов или пестицидов в пищевых продуктах.

По сравнению с бумажной хроматографией, применение тонкослойной хроматографии приводит к лучшему разделению.

3. Газовая хроматография

Обычно количество пробы газа невелико, порядка микролитров. Подвижную фазу в газовой хроматографии называют газом-носителем. Поскольку мы не хотим, чтобы газ-носитель (подвижная фаза) реагировал с образцом, это должен быть инертный газ, такой как гелий, или нереакционноспособный газ, такой как азот. Колонка для газовой хроматографии (металлическая или стеклянная трубка) содержит неподвижную фазу тонкий слой жидкости или полимера на инертной твердой подложке.

Разделение компонентов в смеси происходит за счет разницы в их температурах кипения – соединения с низкой температурой кипения движутся быстрее компонентов с более высокой температурой кипения, а также за счет полярности и других специфических взаимодействий с подвижной фазой.

Это приводит к тому, что каждый компонент элюируется в разное время, также называемое временем удерживания компонента. Сравнивая времена удерживания разделенных компонентов с временами удерживания известных соединений, химики могут анализировать соединения в смеси.

4. Жидкостная хроматография

Колонка обычно представляет собой металлическую или пластиковую трубку, заполненную крошечными частицами сорбента с определенным химическим составом поверхности. Поскольку каждое соединение в смеси по-разному реагирует с сорбентом (из-за различий в размерах, адсорбции и ионного обмена), они движутся в колонке с разными скоростями, что обеспечивает разделение их между собой. Выбор состава подвижной фазы зависит от свойств неподвижной фазы и анализируемых веществ.

Химики проводят серию тестов и отрабатывают методику разделения, чтобы найти оптимальный метод жидкостной хроматографии для смеси, который может обеспечить идеальное разделение пиков.

Применение

За научные исследования в области хроматографии или с применением хроматографического метода были присуждены несколько Нобелевских премий.

Более 60 процентов химических исследований во всем мире проводится с помощью различных видов хроматографии. Современные хроматографы способны разделить и идентифицировать несколько сотен соединений за один анализ. Некоторые хроматографические детекторы могут определять количество вещества в масштабе ppb.

Благодаря этим преимуществам, хроматография в настоящее время широко используется в

Помимо этого, хроматография также используется для расшифровки ДНК и в биоинформатике, клинической диагностике заболеваний и расстройств, а также в различных исследовательских целях.

1 Е.М. Сенченкова. Михаил Семенович Цвет. Москва: Издательство «Наука», 1973
2 М.С. Цвет «Хроматографический адсорбционный анализ. Избранные работы. Под ред. А.А. Рихтера и Т.А. Красносельской. Изд-во АН СССР. 1946
3 Измайлов Н.А., Шрайбер М.С.. Капельно-хроматографический метод анализа и его применение в фармации. Фармация. 1938, №3.с.1-7
4 Р.Х. Хамизов, В.Ф. Селеменев. Кто открыл газовую хроматографию? // Сорбционные и хроматографические процессы. 2018. Т. 18. № 2. С 128-130
5 «Сто лет хроматографии» В. А. Даванков, Я. И. Яшин // Вестник РАН, 2003, том 73, № 7, с. 637-646
6 Nomenclature for Chromatography // Pure and Appl. Chem. 1993.Т. 65, № 4. С. 819—872

Источник

Газовые хроматографы

Газовый хроматограф представляет собой устройство для анализа сложных газовых веществ путем их дифференцирования на монокомпоненты. Далее компоненты смеси подвергаются анализу на предмет качественных и количественных характеристик. При этом исследования можно проводить с применением любых физических и химических способов. Если хроматографу не удалось разделить пробу на элементы, то вещество принято считать однородным. Газовые хроматографы являются неотъемлемой частью хроматографии и широко используются в исследовательской деятельности различных профилей, начиная от фармацевтики и заканчивая добывающей промышленностью. В этой статье мы подробно рассмотрим следующие моменты, связанные с газовыми хроматографами:

Принцип работы газового хроматографа

Газовый хроматограф работает согласно общим принципам хроматографии. Это значит, что элементы смеси распределяются между двумя фазами: подвижной (элюентом) и неподвижной. Для газового хроматографа характерно проведение исследований, где в качестве подвижной фазы выступает газ или пар. Чаще всего в качестве элюента выступают гелий, водород и азот. Неподвижной фазой может быть как твердое тело (тогда речь идет о газообсорбционной хроматографии), так и жидкое вещество (в таком случае, принято говорить о газожидкостной хроматографии).

Порядок исследования

Само исследование смесей в газовом хроматографе выглядит следующим образом:

Устройство

Хроматограф газа имеет достаточно сложную конструкцию, где каждый элемент выполняет определенную функцию. Стандартный прибор состоит из следующих узлов:

Конструкция газового хроматографа включает в себя также расходомер, отвечающий за контроль расхода газа, и регистратор, который служит для построения хроматограммы. В качестве регистратора в современных приборах чаще всего используется ПК, реже — самописец.

1 — источник газа-носителя;
2 — регулятор расхода подвижной фазы;
3 — устройство ввода образца;
4 — колонка;
5 — детектор;
6 — электроусилитель;
7 — регистратор;
8 — расходомер.

Колонки газового хроматографа

Хроматографические колонки можно считать одним из важнейших элементом хроматографа. В ходе исследования трубки наполняют неподвижной фазой. Разделение вещества на компоненты происходит именно в хроматографических колонках. Различают два типа колонок:

Детекторы в газовой хроматографии

Детекторы также считаются важнейшими элементами газового хроматографа, поскольку именно эти элементы отвечают за определение качественных и количественных характеристик анализируемых веществ. В данной таблице приведены наиболее распространенные виды детекторов, используемых в газовых приборах.

Объекты анализа

Объекты анализа для газового хроматографа должны обладать рядом свойств, а именно — летучестью, термостабильностью, инертностью, молекулярной массой не более 400 единиц, простотой получения. Все эти характеристики в совокупности обычно присутствуют в органических веществах. Однако хроматограф газа может использоваться и для исследования смесей неорганической природы.

Сферы применения

Использование газовых хроматографов актуально в различных промышленных отраслях, медицине и криминалистике. С помощью таких хроматографов обычно исследуют:

Источник

Хроматография. Лекция 5. Газовая хроматография

Газовая хроматография (ГХ) – метод разделения летучих соединений, в котором подвижной фазой является газ.

Разновидности газовой хроматографии

Требования к веществам для газовой хроматографии

Достоинства газовой хроматографии

Газо-адсорбционная хроматография

Газо-адсорбционная хроматография (ГАХ) – адсорбционная хроматография.
Разделение в газо-адсорбционной хроматографии достигается за счет различной адсорбции на НФ.

Неподвижная фаза

НФ определяет селективность.

Типы НФ

Особые требования к адсорбентам в ГАХ

Применение газо-адсорбционной хроматографии

Преимущества и недостатки газо-адсорбционной хроматографии

Газо-жидкостная хроматография

ГЖХ – распределительная хроматография.
НФ – высокомолекулярная жидкость, нанесенная на твердый носитель.
Разделение достигается за счет различной растворимости компонентов образца в ПФ и НФ.
Наиболее распространенный метод аналитической ГХ.

Решающий фактор – селективная абсорбция компонентов смеси неподвижной жидкой фазой (абсорбентом).
Абсорбция сводится к избирательному растворению газа или пара хроматографируемого вещества пленкой жидкости (НФ).
Насадочная колонка, либо по внутренней поверхности тонкого капилляра (капиллярная колонка).

Неподвижная фаза

Основная характеристика – температурные пределы применения (минимум и максимум).

Требования к жидкой фазе

Вещества, используемые в качестве жидкой фазы:

Носители НЖФ

Применяются те же сорбенты, используемые в других видах хроматографии.
Главное назначение — удержание пленки НЖФ.

Требования к НЖФ:

Химически связанные НФ

Получают химической модификацией поверхности твердого носителя (обычно силикагеля) для обеспечения более хорошей связи, для предотвращения испарения жидкости при высокой температуре, повышения термостойкости.

Подвижная фаза

Газы-носители: Ar, He, H₂, N₂

Параметры, на которые влияет газ-носитель:

Газ-носитель не оказывает влияния на селективность (удерживание).

Основная характеристика – линейная скорость потока газа-носителя. Измеряется на выходе из колонки (мл/мин).

Газовый хроматограф

Принципиальная схема газового хроматографа 1

Промышленные хроматографы

Блок подготовки газа-носителя

Разная оптимальная скорость потока для разных газов, обусловленная разницей в коэффициентах диффузии.

Инжектор

Колонки

Насадочные (набивные) – заполненные неподвижной фазой колонки из стекла или стали в форме спирали (1-5 м, диаметр 5-10 мм).

Капиллярные – кварцевые капилляры (длина 10-100 м, внутренний диаметр 100-500 мкм), на стенки которого нанесена жидкая фаза.

Предколонки (форколонки)

Задачи:

Температура колонки

Факторы, определяющие температуру:

Выбор температуры колонки сводится к достижению оптимального соотношения между скоростью хроматографического анализа, разрешающей способностью и чувствительностью.

Градиентное хроматографирование — изменение температуры (ступенчатое или линейное) в процессе хроматографии. Разделение сложной смеси компонентов путем варьирования температуры.

Градиентное изменение температуры является одним из способов решения основной проблемы хроматографии – уширение пика в процессе контакта с сорбентом. При изотерме пики уширяются со временем, при градиентном хроматографировании пики одинаково узкие.

Детекторы

Задача: регистрирование изменения физико-химических показателей.

Выбор детектора определяется природой хроматографируемых соединений, целями хроматографии, концентрацией веществ.

Классификация детекторов в газовой хроматографии

По виду зависимости сигнала детектора от скорости подвижной фазы

1) концентрационные – сигнал пропорционален концентрации, высота пика не меняется, площадь меняется

2) потоковые – сигнал пропорционален количеству вещества, высота пика меняется, площадь не меняется

Зависимость сигнала детектора от скорости потока ПФ

Диапазон линейности детектора – важная характеристика детектора, диапазон, в котором зависимость сигнала детектора от скорости потока ПФ остается лиейной.

По деструктивной способности

По чувствительности

Иногда используют последовательно несколько детекторов для увеличения чувствительности.

По селективности

Некоторые виды детекторов газовой хроматографии

Детектор по теплопроводности (катарометр)

основан на изменении сопротивления нагретой проволоки (W, Pt, Ni)

мост Уинстона, 4 спирали с высоким термическим сопротивлением

чем больше теплопроводность газа-носителя, тем больше чувствительность (очень высокую теплопроводность имеет водород, но его не используют ввиду взрывоопасности, а используют гелий)

Для повышения чувствительности катарометра перед ним устанавливают конвектор.

Углекислотный конвектор — органические вещества сжигаются на оксиде меди II, и сигнал становится пропорционален количеству вещества и количеству атомов углерода.
Водородный конвектор – газом носителем выступает азот, органические вещества переводят в воду.
Метановый конвектор – газом носителем выступает водород.

изменение сопротивления при сжигании образца

чувствительность пропорциональна числу атомов углерода (ацил катионы, CHO+)

стержень из соли щелочного металла

эмиссия увеличивает ток

Электронно-захватный детектор (ECD)

захват медленных электронов электроотрицательными атомами в молекуле – достраивание электронной оболочки элементов до октета убывание ионного тока

нечувствителен к углеводородам, спиртам

Гелиевый и аргоновый ионизационные детекторы

радиоактивный источник (тритий, стронций 90)

каталитическое окисление вещества на поверхности платиновой нити

измерение тепового эффекта сжигания

выделябщееся тепло повышает температуру нити (по аналогии с ПИД)

для горючих веществ

Масс-селективный (масс-спектрометрический)

для соединений, содержащих галогены, нитро-группы

Источник

• ← Что такое опосредованное наблюдение
• Что такое отпечаток браузера →