Газовая хроматография. 
Технические измерения и приборы в 2 т. Том 2 в 2 кн. Книга 1

Г азовая хроматография — процесс разделения компонентов смеси, основанный на различии в равновесном распределении компонентов между двумя фазами — газом-носителем (подвижная фаза) и либо твёрдой фазой, либо жидкостью, нанесённой в виде тонкой плёнки на поверхность твёрдого носителя или стенки хроматографической колонки. В первом случае метод называется газоадсорбционной хроматографией, во втором — газожидкостной (распределительной) хроматографией. Из этих двух вариантов газовой хроматографии наиболее распространена распределительная газожидкостная хроматография, которая и рассматривается далее.

Сущность метода состоит в следующем. Анализируемая смесь (обычно — раствор) летучих компонентов переводится в парообразное состояние и смешивается с потоком инертного газа-носителя, образуя с ним подвижную фазу. Эта смесь проталкивается далее новой порцией непрерывно подаваемого газаносителя и попадает в хроматографическую колонку, заполненную неподвижной (стационарной) жидкой фазой. Разделяемые компоненты распределяются между подвижной и неподвижной фазами в соответствии с их коэффициентами распределения.

Процесс разделения основан на различии в летучести и растворимости (или адсорбируемое™) разделяемых компонентов. Так, в случае газожидкостной хроматографии через хроматографическую колонку быстрее движется тот компонент, растворимость которого в неподвижной фазе меньше, а летучесть (упругость пара) при данной температуре больше.

Газохроматографическим методом могут быть проанализированы газообразные, жидкие и твёрдые вещества с молекулярной массой меньше 400, удовлетворяющие определённым требованиям, главные из которых — летучесть, термостабильность, инертность и легкость получения.

Требования к неподвижным жидким фазам:

• — избирательность (селективность) по отношению к компонентам смеси;
• — температурная устойчивость и малая летучесть при температуре работы колонки;
• — не растворять газ-носитель;
• — химическая стабильность (инертность) по отношению ко всем компонентам хроматографируемой системы.

Газовые хроматографы — универсальные приборы, на одном приборе можно разделять и анализировать несколько тысяч разных смесей, меняя хроматографические колонки и детекторы.

Классическая схема газовой хроматографии принципиально нс меняется в течение последних десятилетий.

Типовая схема газового хроматографа изображена на рис. 8.5.

Рис. 8.5. Принципиальная блок-схема газового хроматографа:

1 — баллон с газом-носителем; 2 — блок подготовки газа;

J — испаритель; 4 — термостат; 5 — хроматографическая колонка;

6 — детектор; 7 — усилитель; 8 — регистратор Для создания перепада давления через колонку хроматограф подсоединяют к источнику со сжатым газом /, что позволяет получить стабильный поток без флуктуаций, характерных для насосов. Через колонку поток газа-носителя должен проходить с постоянной и определённой скоростью, поэтому на входе в колонку на линии газа-носителя устанавливают регулятор и стабилизатор расхода газа-носителя и измеритель расхода газа. Если газноситель загрязнен нежелательными примесями, то устанавливают ещё и фильтр. Таким образом, на входе в колонку подключается ряд устройств, часто объединяемых в один блок подготовки газа 2, назначение которого — установка, стабилизация, измерение и очистка потока газа-носигеля. Перед входом в колонку устанавливают устройство для ввода анализируемой пробы в колонку — дозатор-испаритель 3. Обычно анализируемую пробу вводят микрошприцем через самозатскающсс термостойкое резиновое уплотнение в дозаторе или дозирующим шестиходовым краном.

Анализируемая проба, введённая в дозатор, захватывается потоком газа-носителя (если анализируемая проба — жидкость, то она предварительно в дозаторе-испарителе переводится в парообразное состояние) и направлясгся в хроматографическую колонку 5. За счёт различной сорбируемое™ компоненты смеси будуг с разной скоростью продвигаться по колонке. Вещества, которые сорбируются слабо, будут продвигаться по колонке с большей скоростью и выходить из колонки первыми. Сильносорбируемые вещества будут продвигаться по колонке медленнее. Если выбран достаточно селективный сорбент и подобраны оптимальные условия, то на выходе из колонки компоненты смеси будуг полностью разделены. Детектор б регистрирует присутствие разделённых компонентов в газе-носителе. Эти сигналы усиливаются усилителем 7 и регистрируются самопишущим прибором в или дисплеем ЭВМ в виде хроматограмм. Сорбируемость веществ существенно зависит от температуры. Для исключения влияния колебания температуры на результаты разделения колонку помещают в специальную камеру-термостат, температура которой устанавливается и поддерживается термостатом 4. В случае необходимости температура колонки в процессе разделения может изменяться по определённой программе с помощью блока программирования температуры.

Для расширения аналитических возможностей газовые хроматографы комплектуют набором дополнительных устройств: устройствами для концентрирования проб (устройствами твёрдофазной, микротвёрдофазной, сверхкритической, газовой экстракции, системами выдувания и улавливания и др.), дополнительными системами ввода проб (автоматическими дозаторами, криофокусировкой, газовыми кранами), пиролизными устройствами, устройствами для дои послеколоночной дериватизации (от лат. derivatio — отведение) (в частности, метанаторы) и другими.

На рис. 8.6 показан промышленный газовый хроматограф.

Рис. 8.6. Промышленный газовый хроматограф.