Хроматографические колонки, сорбенты

Основы метода и классификация

Честь открытия хроматографии как метода разделения веществ принадлежит нашему соочественнику Цвету, который впервые применил хроматографию для анализа хлорофилла (1903 г.). Он назвал свой метод хроматографией, т.е. цветописью, хотя сам указывал, что можно разделять и бесцветные вещества. До 1914 Цвет опубликовал ряд статей по хроматографии, однако после его работ метод не развивался и не использовался вплоть до 1931 г, когда Кунрмом, Винтерштейном и Лидерером были воспроизведены опыты Цвета. В настоящее время хроматография является одним из ведущих методов исследования вещества.

Хроматографическим называют процесс, основанный на перемещении дискретной зоны вещества вдоль слоя сорбента в потоке подвижной фазы и связанный с многократным повторением сорбционных и десорбционных актов. Хроматографический процесс осуществляется при сорбционном распределении вещества между двумя фазами, одна из которых перемещается относительно другой. Смесь веществ, имеющих различные коэффициенты распределения между неподвижной и подвижной фазами, разделяется в процессе движения по слою сорбента.

Сорбция - поглощение газов, паров или растворенных веществ (сорбатов) твердыми или жидкими поглотителями (сорбентами). В зависимости от природы сорбционных процессов их разделяют на адсорбцию, абсорбцию и хемсорбцию.

Адсорбция - поглощение веществ на поверхности твердого или жидкого тела, адсорбирующее вещество - адсорбент. Например - поглощение вещества поверхностью активированного угля.

Абсорбция- поглощение газов, паров или растворенных веществ во всем объемом твердой или жидкой фазы. Например, поглощение газов металлами.

Хемсорбция- поглощение веществ твердыми или жидкими сорбентами с образованием химических соединений. Например, поглощение раствором КОН СО₂ из газов.

Классификация хроматографических методов

В зависимости от агрегатного состояния подвижной и неподвижной фаз различают варианты газовой и жидкостной хроматографии.

Газовой хроматографией называется хроматографический процесс, в котором подвижной фазой является газ (или пар). Варианты газовой хроматографии – газо-адсорционная и газо-жидкостная хроматографии.

Жидкостной хроматографией называется хроматогриарфический процесс, в котором подвижной фазой является жидкость.

Газовая хроматография с насадочными колонками

В настоящее время газовая хроматография является основным методом определения состава газообразных и парообразных веществ.

Выделяют несколько вариантов газовой хроматографии:

- газо-адсорбционная (точнее – газо-твердая) – неподвижной фазой служит твердый адсорбент, а подвижной – газ;

- газо-жидкостная – неподвижной фазой служит жидкость, нанесенная на инертный носитель, а подвижной – газ.

Классификация по технике выполнения - колоночная хроматография (неподвижная фаза находится в колонке) и плоскостная - бумажная и тонкослойная (неподвижная фаза на бумаге или стеклянной пластинке).

В колоночной хроматографии используют насадочные и капиллярные колонки. Насадочную колонку диаметром от 2 до 10 и длиной и 3-5 мм диаметром заполняют сорбентом (мелкий сорбент или носитель, пропитанный жидкостью). Капиллярная колонка обычно диаметром 1 мм и ниже и диной до 20-50 м, внутреннюю поверхность капиллярной колонки покрывают слоем жидкости или пылью сорбента.

Хроматографические колонки, сорбенты

Газ, используемый в качестве подвижной фазы, переносящий исследуемое вещество, называют газом – носителем. В качестве газа-носителя чаще всего используется аргон и гелий, а так же водород, СО₂, азот и воздух. Газ-носитель из баллона высокого давления через систему редукторов и осушителей поступает в хроматографическую колонку. Используемый в качестве газа носителя газ должен быть очищен от механических загрязнителей и от влаги. Для этого газ-носитель пропускается через систему очистителей и затем поступает в хроматографическую колонку. С помощью системы редукторов поддерживается постоянная скорость потока газа носителя, которая варьирует в пределах 20-60 см³/мин.

В качестве адсорбентов используются селикогель, молекулярные сита (цеолиты), алюмогель, активированный уголь, полимерные вещества (парапак) и др. Сорбент измельчается до фракции 0,5-0,25 мм и подвергается специальной подготовке, различной для каждого сорбента. Одной из основных операций подготовки сорбента – удаление влаги.

Используются различные типы насадных колонок, некоторые из которых представлены на рис. 6.1. Выбор типа, диаметра и длины колонки зависит от характера выполняемых анализов. Обычно используются колонки длиной от 0,5 до 3-5 м и диаметром от 2-3 мм до 10 мм.

Подготовленный сорбент засыпается в хроматографическую колонку. Важно заполнить колонку равномерно без пустот. Как правило, колонки засыпают под вакуумом или под давлением.