Газова хроматографія

Загальні положення

Газовою хроматографією називається хроматографічний процес, у якому рухомою фазою є газ або пара. Розрізняють газоадсорбційну хроматографію, газорідинну хроматографію, а також проміжні методи.

В газоадсорбційній хроматографії нерухомою фазою є твердий адсорбент, а рухомою – газ.

До проміжних методів відноситься хроматографія на модифіко­ваному сорбенті, яка базується на тому, що нерухомою фазою є твердий адсорбент, модифікований невеликою кількістю рідини. У даному разі відіграє роль як адсорбція на поверхні газ–тверде тіло і в певній мірі на поверхні рідина – тверде тіло, так і розчинність в рідині. Існують і інші проміжні варіанти. У порівнянні з іншими видами хроматографії, газова хроматографія відрізняється такими якостями:

§ можливістю ідентифікації і кількісного визначення індивідуальних компонентів складних сумішей;

§ можливістю вивчення різних властивостей речовин та фізико-хімічних взаємодій в газах, рідинах і на поверхні твердих тіл;

§ високою чіткістю розділення речовин та малою тривалістю процесу, що обумовлено низькою в’язкістю рухомої фази;

§ можливістю дослідження мікропроб і автоматичного запису отриманих результатів із застосуванням високочутливих приладів для визначення властивостей елюата;

§ можливістю аналізу широкого кола об’єктів – від летких газів до високомолекулярних органічних сполук і деяких металів;

§ можливістю препаративного виділення чистих речовин.

З визначення варіантів газової хроматографії зрозуміло, що для проведення процесу необхідно використовувати газ-носій (газова фаза), нерухому рідину (рідка фаза) та твердий носій або адсорбент (тверда фаза).

Газ-носій є рухомою фазою, він служить для елюювання компонентів проби через колонку. Зазвичай, як газ-носій використовують гелій, аргон, водень, карбон(IV) оксид, азот. В деяких випадках рекомендується використовувати водяну пару, а також пари органічних речовин.

Нерухомою фазою в газорідинній хроматографії є практично нелетка при температурі колонки рідина, нанесена на твердий носій, яка розчиняє компоненти суміші, що розділяються. Маса в грамах нерухомої рідини, що припадає на 100г твердого носія, називається ступенем просочення твердого носія.

Твердим носієм, зазвичай, є практично інертна тверда речовина – подрібнена цегла, відповідно оброблена глина і ін., на який наносять нерухому рідину. В капілярних колонках як твердий носій виступають внутрішні стінки капілярів.

У якості адсорбента – пористої твердої речовини – в газовій хрома­то­графії, зазвичай, використовують алюміній оксид, силікагель, синте­тичні цеоліти та активоване вугілля, а також пористі синтетичні полімери.

Маса адсорбента або просоченого нерухомою рідиною твердого носія (г), що припадає на 1см³ об’єму насадочної колонки, називається щільністю набивки. Прилад для газохроматографічного процесу називається газовим хроматографом.

Рис. 11. Принципова схема газового хроматографа.

1 – дозатор; 2 – колонка; 3 – детектор; 4 – регістратор

Дозатор служить для введення в хроматографічну колонку газової, рідкої або твердої проби. Пробу можна вводити або безпосередньо в потік газу-носія, або в обмежений об’єм, з якого вона транспортується газовим потоком в колонку. Розділення компонентів суміші відбувається в хроматографічній колонці.

Рекомендують наступні позначення параметрів колонки: L – довжина, см; S – поперечний переріз, см²; W – частка об’єму колонки, яку займає газова фаза; W₁ – частка об’єму колонки, яку займає рідка фаза (в газорідинній хроматографії) або твердий адсорбент (в газоадсорбційній хроматографії W₁=1–W); V_р – об’єм нерухомої рідини в колонці, см³; V_г – об’єм газової фази, см³; V_т – об’єм твердого носія, см³. Значення V_р та V_т розраховують за формулами:

V_р = W₁ L S; V_г = W L S.

Зазвичай, насадочні колонки мають довжину від 1 до 10м і внутрішній діаметр 3-6мм. Капілярна колонка являє собою трубку довжиною 25-100м з внутрішнім діаметром 0,2-0,5мм, виготовлену з нержавіючої сталі, скла, міді, полімерних матеріалів і ін.

Оскільки основним способом визначення складу досліджуваної суміші в газовій хроматографії є метод вихідної кривої, після колонки встановлюється детектор, який фіксує зміну складу суміші (елюата), що виходить з колонки.