Газовая хроматография

Газовая хроматография – когда анализируемая смесь находится в газообразном состоянии.

В зависимости от характера сорбции различают две разновидности газовой хроматографии;

1. Газо-адсорбционная, когда сорбентом служит твердое вещество.

2. Газо-абсорбционная (газо-жидкостная) хроматография (ГЖХ) заключается в разделении компонентов газовой смеси между газообразной и жидкой фазами. Причем последняя является неподвижной.

Жидкая фаза в ГЖХ наносится на твердый инертный носитель, задача которого состоит в локализации жидкости в пространстве и в таком состоянии, при котором обеспечивается лучшая массопередача.

Отношение концентрации анализируемого вещества в жидкой неподвижной фазе к его концентрации в газовой фазе Y играет первостепенную роль в распределении смеси веществ. Это отношение называется коэффициентом распределения (или коэффициентом Генри).

Если линейная скорость газа – носителя по колонке W, см/сек, то эффективная скорость перемещения вещества по колонке выразится как:

W_эфф = , см/с.

Поэтому, если проба есть смесь нескольких веществ и для данной неподвижной фазы коэффициенты Генри различны для этих веществ, то вещества будут двигаться по колонке с различными скоростями. При достаточной длине колонки это приведет к их полному разделению. В случае, если коэффициенты Генри для компонентов смеси незначительно различаются, разделения можно достигнуть, увеличив в длину колонки или применив более селективную неподвижную фазу.

В ГЖХ неподвижный фазой является чаще всего малолетучая органическая жидкость, наносимая на твердый инертный носитель с достаточно большой поверхностью. Количество неподвижной фазы колеблется от 1 до 30% (чаще 10%). Одним из основных требований к неподвижной фазе является ее полная химическая инертность по отношению к компонентам разделяемой смеси и твердому носителю. Другие требования – малая вязкость, малая летучесть, высокая селективность. Некоторые представители жидкой фазы: вазелиновое масло (смесь жидких парафинов), октадекан, апиезон (вакуумная смазка), авиационное масло, фталаты и др.

В качестве твердых инертных носителей применяются природные диамониты, диамонитовые кирпичи, крупнопористое стекло, а также некоторые полимерные вещества. Кроме того, носитель не должен обладать каталитической активностью.

Хроматограмма (выходящая кривая) представляет собой график появления примесей вещества в газе-носителе, выходящем из колонки, в зависимости от объема газа-носителя, пропущенного через колонку с момента ввода пробы. Хроматограмма описывается уравнением:

C_вых = С₀ ´ f(Y, V),

где С_вых – концентрация вещества в газе-носителе на выходе из колонки;

С₀ – концентрация вещества в газе-носителе на входе в момент пуска пробы;

V – объем газа-носителя.

Из анализа уравнения выходной кривой следует, что для появления на выходе из колонки максимальной концентрации вещества в газе – носителе через нее необходимо пропустить строго определенный объем газа-носителя, равный:

v_R = Y ´ L ´ S,

где L – длина колонки;

S – сечение сорбента.

Этот объем является качественной характеристикой вещества и называется удерживаемым объемом. Так как скорость газа 0 носителя постоянна, то удерживаемый объем пропорционален времени. Время, через которое с момента выпуска пробы на выходе из колонки появляется максимальная концентрация вещества в газе-носителе, называется временем удерживания. Тогда:

v_R = V ´ t_R,

где t_R – время удерживания;

V – объемная скорость газа-носителя, приведенная к нормальным условиям.

На практике часто пользуются относительным удерживаемым объемом v_отн:

v_отн = ,

где v_Rст – удерживаемый объем некоторого вещества, принятого на стандарт.

Относительный удерживаемый объем зависит только от природы сорбента и температуры. Значения v_отн многих веществ приводятся в литературе. Если учесть, что параметры колонки не влияют на величину v_отн, и что скорость диаграмной ленты постоянна, то:

v_отн = ,

где: l и l_ст – расстояния на диаграммой ленте от момента впуска пробы до максимумов пиков исследуемого вещества и стандарта соответственно.

Из уравнения выходной кривой также следует, что площадь, ограниченная пиком, пропорциональна абсолютному количеству вещества, прошедшего через колонку (в граммах или молях). Коэффициент пропорциональности определяется чувствительностью детектора к данному конкретному веществу и называется калибровочным коэффициентом. Если известны калибровочные коэффициенты для всех компонентов смеси, то процентное содержание i-го компонента в смеси из j компонентов определяется:

% i-го компонента = .

Калибровку проводят относительно одного из компонентов смеси, приняв для него К = 1,0. Для этого снимают хроматограммы бинарных смесей вещества, принятого за стандарт, и вещества, для которого измеряют К. Причем для такой бинарной смеси должно быть известно весовое соотношение компонентов. Калибровочный коэффициент рассчитывают по формуле:

,

где g – навески.

Площадь пика равна половине произведения высоты пика (от нулевой линии) на его основание:

S = 1/2 ´ H ´ b,

где b – основание

либо S = H ´ b_0,5,

где b_0,5 – ширина пика на половине высоты.