Адсорбенти газоадсорбційної хроматографії

Якщо в газорідинній хроматографії адсорбційна здатність є негативним фактором, то в газоадсорбційній хроматографії вона являє собою основну властивість сорбента, що забезпечує розділення компонентів досліджуваної суміші. Використання твердого адсорбента, який має більшу, ніж нерухома рідина, сорбційну ємність, дозволяє розділяти низькокиплячі речовини при кімнатній і навіть підвищеній температурі. Крім того, застосовуючи витіснювальний метод аналізу, можна досягти звуження смуг мікродомішок речовин, які сильно адсорбуються, і тим самим підвищити чутливість методу.

Стійкість твердого адсорбента при високій температурі дозволяє аналізувати висококиплячі сполуки та застосовувати високочутливі детектори, не боячись зниження їх чутливості внаслідок леткості нерухомої рідини.

Адсорбент газоадсорбційної хроматографії повинен мати такі основні властивості:

§ необхідну селективність;

§ відсутність каталітичної активності та бути хімічно інертним до компонентів суміші, що розділяється;

§ достатню механічну міцність;

§ лінійність ізотерми адсорбції.

Адсорбенти поділяються на три типи. До першого типу відносять неспецифічні, на поверхні яких немає функціональних груп або йонів (вугілля, неполярні пористі полімери), до другого типу – адсорбенти, що мають на поверхні позитивні заряди (силікагель, катіони молекулярних сит), до третього – адсорбенти, що мають на поверхні групи атомів з електронною густиною. Адсорбентами третього типу є деякі полярні пористі полімери, що містять, наприклад, нітрильні групи. Основними факторами, що визначають взаємодію між речовинами, що розділяються, та адсорбентом, є дисперсійні сили (які проявляються при розділенні, наприклад, на колонці з активованим вугіллям), водневі зв’язки (що виникають при розділенні на силікагелі чи алюміній оксиді), а також інші типи полярних взаємодій.

Основною причиною розмивання смуг речовин, які добре адсорбуються, є зовнішня дифузія, так як пори адсорбента достатньо вузькі. Таким чином, розширення пор і досягнення їх однорідності є ефективним засобом збільшення чіткості і скорочення тривалості розділення.

Основними адсорбентами, що застосовуються в газоадсорбційній хроматографії є активоване вугілля, силікагелі, алюміній оксид, синтетичні цеоліти (молекулярні сита), пористе скло, різні солі, а також пористі полімери.

Адсорбенти мають ряд недоліків, серед яких – нелінійність ізотерм та каталітична активність. Тому адсорбенти модифікують шляхом обробки розчинами кислот, лугів, солей, зв’язують гідроксильні групи хлорсиланами чи іншими речовинами, проводять дезактивацію водою, наносять нелеткі органічні рідини, пил адсорбента на інертний носій.

Як вже зазначалось, нерухома рідина повинна бути при температурі розділення практично нелеткою. Інакше з часом вона буде видалятися з колонки, що викличе зменшення часу утримання речовини та погіршення ефективності розділення внаслідок нерівномірності розподілення вздовж колонки, а також це позначиться на робочих характеристиках детекторів, особливо високочутливих. Зазвичай, рекомендується, щоб тиск пари рідкої фази при робочій температурі не перевищував 0,5 кПа. Хоча при застосуванні високочутливих детекторів навіть така леткість є дуже великою. В таких випадках верхньою температурною межею нерухомої фази слід вважати температуру, при якій концентрація нерухомої фази в газі-носії становить 10^-6 г/см³.

Необхідно також враховувати, що леткість нерухомої фази в колонці визначається не тільки тиском її насиченої пари, а також і її термічною стабільністю та сорбційною каталітичною активністю твердого носія, який, сорбуючи рідину, знижує її леткість, а, крім того, каталітична активність носія може викликати розпад нерухомої фази з утворенням летких продуктів.

Також треба мати на увазі, що домішки кисню в газі-носії можуть значно знизити верхню температурну межу нерухомої фази інколи більш, ніж на 100⁰С.

Існує і нижня температурна межа використання нерухомої рідини, яка зв’язана з підвищенням в’язкості і фазовими переходами. Якщо підвищення в’язкості дійсно погіршує ефективність процесу, то перехід рідкої фази у твердий стан інколи може бути навіть корисним в залежності від завдань розділення.