 |
Узлы и системы хроматографа
|
|
|
|
Источник подвижной фазы. Выбор вещества для подвижной фазы диктуется как характером ее взаимодействия с неподвижной фазой, так и уровнем сигнала, генерируемого ею в детекторе.
В ГХ применяется процесс свободной сорбции, когда природа и плотность газа-носителя практически не оказывают влияния на удерживание веществ; единственное требование к газу-носителю в этом плане – не взаимодействовать с НФ и компонентами пробы химически, меняя их свойства. Так в восстановительной, как правило, среде ГХ нельзя применять в качестве ПФ газы-окислители.
В ВЭЖХ применяется процесс конкурентной сорбции, когда сорбируемость и концентрации компонентов ПФ сильно влияют на хроматографическое удерживание веществ; требование по отсутствию химических взаимодействий между фазами не столь жесткое, как в ГХ: в элюент могут вноситься добавки-модификаторы, химически взаимодействующие с НФ.
Другое требование к природе ПФ связано с процессом детектирования. Возможны два варианта:
· ПФ дает очень низкий сигнал в детекторе и не мешает определению аналитов,
· малейшие отклонения в концентрации ПФ вызывают изменение сигнала достаточно большое, чтобы применять косвенное (непрямое) детектирование.
Помимо химической характеристики важнейшими параметрами для ПФ являются давление и расход (объемная скорость). Узел, подающий ПФ, должен обеспечивать необходимые давление и расход, контролировать и выдерживать заданные значения с высокой точностью.
В ГХ для этой цели обычно используют баллон с газом-носителем высокой чистоты (водород, гелий, азот, аргон и т.п.) и ряд газовых редукторов (устройств для поддержания постоянного давления на более низком уровне, чем входное давление), ротаметров (измерителей расхода), автоматических датчиков и пневматических устройств.
|
|
|
В ВЭЖХ для подачи элюента используют насосы высокого давления, программируемые смесители низкого и высокого давления, датчики давления (манометры) и расхода. Смесители используются для онлайнового приготовления элюентов требуемого качественного и количественного состава для осуществления изократических и, особенно, градиентных режимов элюирования.
Дозатор для ввода пробы (инжектор). Пробу можно вводить двумя способами: непосредственно в верхнюю часть разделяющей колонки или в поток ПФ, перед колонкой. Наиболее удобно вводить пробу в поток ПФ, вблизи от входного патрубка разделяющей колонки (именно этот вариант реализуется в современных хроматографах), так как только в этом случае становится возможным проведение ряда важных для обеспечения анализа операций: очистка дозатора перед новым вводом пробы (для предотвращения эффекта памяти), онлайновое концентрирование и разбавление пробы и т.п.
Дозирующие устройства часто сочетаются с системами онлайновой пробоподготовки. Так, в ГХ широко используется инжекция с делением потока. Осуществляющие ее сплит-системы (рис. 4.4) позволяют вводить в хроматографическую колонку строго определенную часть от общего количества пробы, поступившей из дозатора в газ-носитель (отношение сбрасываемого потока к потоку, поступающему в колонку, может достигать 100 и более). Эта функция не просто упраздняет очень ответственную операцию разбавления пробы перед анализом, но и исключает помехи при анализе, вносимые избытками разбавителя.
Рис. 4.4. Схема дозирующего устройства газового хроматографа: вход газа-носителя (1) в инжектор, диафрагменный вход (септа) для иглы дозирующего шприца (2), поток обдува для выноса остатков пробы (3), поток сплит-системы (4), разделяющая колонка
|
|
|
Другой тип дозатора, применяемый, главным образом, в жидкостной хроматографии, - петлевой дозатор. Его главными элементами являются шестиходовой кран и петля (рис.4.5). Поворотом ручки крана в положение «Отбор пробы» петля выводится из потока элюента, продолжающего поступать в разделяющую колонку. В этой позиции дозирующая петля подвергается промывке и заполнению пробой, избыток которой сливается. Начало хроматографического эксперимента соответствует повороту ручки крана в положение «Анализ». В этот момент петля включается в линию высокого давления, по которой проходит поток элюента, проба попадает в этот поток и вместе с ним поступает на вход разделяющей колонки.
Рис.4.5. Схема работы петлевого дозатора. Петля обозначена ломаной линией, соединяющей диаметрально противоположные входы 6-ходового крана.
Меняя размеры петли (т.е. длину и/или диаметр капилляра), можно менять объем дозируемой пробы – от долей мкл до сотен мкл.
Детектирующая система. Задача детектирующей системы – проведение онлайновых измерений в количестве, достаточном для построения одной или нескольких хроматограмм. Детектирующие системы включают в себя одну или несколько ячеек детекторов, а в ряде случаев – еще и устройства для послеколоночного преобразования компонентов ПФ. Внутренний объем детектирующей системы должен быть намного меньше или, в крайнем случае, сравним с объемом разделяющей системы.
Для послеколоночного преобразования компонентов ПФ применяют устройства двух типов: химические микрореакторы и массообменные аппараты. В микрореакторах производится смешение ПФ и дополнительно вводимого реагента в строго контролируемых условиях (давление, температура, облучение и т.п.). К массообменным аппаратам обычно относятся ионообменные колонки и устройства с селективными мембранами.
Целями послеколоночной реакции являются:
· маскирование аналитического сигнала ПФ и/или матрицы пробы,
· усиление аналитического сигнала определяемых компонентов пробы.
В ряде удачных случаев одновременно достигаются обе цели.
Существует несколько классов детекторов для хроматографии, различающихся принципом работы:
|
|
|
· оптические;
· ионизационные;
· электрохимические;
· масс-спектрометры;
· термочувствительные.
Способы измерения подразделяются на относительные и абсолютные. В относительных способах имеется два датчика: один – рабочий, другой – холостой, – включенные в разностную (мостиковую) схему. Холостой датчик (или датчик сравнения), отличающийся от рабочего только тем, что среда, измеряемая им, не содержит аналитов, выдает базовый сигнал, от которого отсчитывается полезный сигнал рабочего датчика. Если такую разностную схему построить невозможно (или нецелесообразно), то используется один датчик, выдающий суммарную информацию по аналитам и матрице. Такой способ измерения является абсолютным.
В большинстве современных методов детектирования применяется абсолютный способ измерения – по двум причинам: во-первых, он технически проще, во-вторых, современные вычислительные средства и программное обеспечение позволяют в достаточной мере моделировать поведение холостого датчика или использовать другие методы преобразования сигнала с целью выделения полезной составляющей.
Регистрирующее устройство и программное обеспечение. Регистрирующее устройство используется для записи и обработки экспериментальной информации. Оно представляет собой либо аналоговый регистратор (самописец) - морально устаревший тип приборов, либо электронное устройство – аналого-цифровой преобразователь (АЦП) в сочетании с компьютером, на который установлено соответствующее программное обеспечение.
Программное обеспечение выполняет три функции:
· «регистрация сигнала»: коммутация компьютера с АЦП и запись уровня сигнала в системе координат «сигнал - время»;
· «фильтрация сигнала»: математическая обработка зависимости «сигнал - время» (т.е. хроматограммы) с целью отделения сигнала аналитов от шума, сигналов ПФ и матрицы пробы;
· «осмысление результатов анализа»: преобразование полученных данных в информацию о качественном и количественном составе анализируемой пробы.
Лекция 6 (2 часа)
Газовая хроматография
Как уже было сказано в главе 1, аналитическая газовая хроматография появилась на рубеже 1940-х и 1950-х годов благодаря работам Мартина, Джеймса, Янака, Голея [9], отечественных ученых: А.А. Жуховицкого, Н.М. Туркельтауба, А.В. Киселева и др. «Двигателями» быстрого прогресса нового метода анализа были революционные идеи по колонкам, неподвижным фазам, режимам и детекторам. Развитие метода подкреплялось растущей потребностью в анализе органических веществ. Достаточно отметить, что огромный качественный скачок, который сделала органическая химия во второй половине XX века, был бы невозможен без метода газовой хроматографии.
|
|
|
