Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Выделение индивидуальных химических соединений из смесей различного происхождения всегда было и остаётся одной из основных задач химии. Прежде чем начать подробное исследование какого-либо вещества, необходимо, как правило, выделить его в возможно более чистом виде и в достаточном количестве. В природных условиях вещества находятся главным образом в смесях, а продукты синтеза и других химических реакций обычно также не получаются сразу в чистом виде. Исходные смеси веществ могут быть чрезвычайно сложным по составу. Поэтому разделение смесей на отдельные компоненты является для химика одной из наиболее частых работ.
Таким образом, методы разделения имеют важное значение, как в промышленности, так и в лабораторных работах препаративного и аналитического характера.
Одним из методов разделения сложных смесей органических и неорганических веществ на отдельные компоненты является хроматографический метод.
Метод разработан в 1903 году Михаилом Цветом, который показал, что при пропускании смеси растительных пигментов через слой бесцветного сорбента индивидуальные вещества располагаются в виде отдельных окрашенных зон. Полученный таким образом послойно окрашенный столбик сорбента Цвет назвал хроматограммой, а метод – хроматографией.
Хроматография - физико-химический метод разделения и анализа смесей, основанный на распределении их компонентов между двумя фазами – неподвижной и подвижной (элюент), протекающий через неподвижную.
Ряд видов хроматографий осуществляется с помощью приборов называемых хроматографами. Хроматографы используют для анализа и для препаративного разделения смесей веществ.
Хроматографы – приборы или установки для хроматографического разделения и анализа смесей веществ. Основными частями хроматографа являются: система для ввода исследуемой смеси веществ (пробы); хроматографическая колонка; детектирующее устройство (детектор); системы регистрации и термостатирования; для препаративных (в т. ч. производственных) хроматографов, кроме того, отборные приспособления и приёмники для разделённых компонентов.
В соответствии с агрегатным состоянием используемой подвижной фазы существуют газовые и жидкостные хроматографы.
Для анализа и разделения веществ переходящих без разложения веществ, переходящих без разложения в парообразное состояние, получила газовая хроматография, где в качестве элюента (газа-носителя) используется гелий, азот, аргон, и др. газы.
В жидкостной колоночной хроматографии в качестве элюента применяют легколетучие растворители (напр., углеводороды, эфиры, спирты).
Принципиальная схема газового хроматографа приведена на рис.1.
В газовом хроматографе газ-носитель из баллона через регуляторы расхода и давления непрерывно с постоянной или переменной скоростью подаётся в хроматографическую колонку – трубку, заполненную сорбентом и помещённую в термостат позволяющий поддерживать заданную температуру.
Рис. 1
Ввод газообразной пробы (1 – 50 куб. см) и жидкой (неск. мкл.) осуществляется либо вручную (газовым шприцем или микрошприцем), либо автоматически – при помощи микродозаторов. В хроматографической колонке происходит разделение многокомпонетной смеси на ряд бинарных смесей, состоящих из газа – носителя и одного из анализируемых компонентов. Бинарные смеси в определённой последовательности, зависящей от сорбируемости компонентов, поступают в детектор. В результате происходящих в детекторе процессов (изменение теплопроводности, ионизационного тока и др.) фиксируется изменение концетрации выходящих компонентов; преобразованные в электрический сигнал, эти процессы записываются в виде выходной кривой.
Хроматографическая колонка – “сердце” хроматографа, в ней и происходит собственно разделение смеси. Колонки подразделяются на упаковочные (набивные) и капилярные. Изготавливают их из стеклянных, стальных, полиэтиленовых, тефлоновых и иногда медных трубок.
Подвижность разделяемых компонентов в колонке в большей степени зависит от температуры, поэтому, чтобы элюирование длилось приемлемое время, в колонке необходимо поддерживать выбранную температуру. Область рабочих температур чрезвычайно обширна – от температуры жидкого азота и до 400 С и более в соответствии с природой хроматографируемых соединений и конструкцией прибора.
Выбранная температура должна поддерживаться постоянной в очень узком интервале (± 0,1 С). Современные термостаты вполне позволяют поддерживать температуру с такой степенью точности. Хроматографические термостаты снабжены воздушным нагревателем и вентилятором. Преимущество таких термостатов – их чувствительность при работе при высоких температурах.
Хроматографический детектор – это прибор, преобразующий результаты разделения в форму, удобную для регистрации самописцем.
Поскольку принцип действия хроматографических детекторов может быть самым разным, детекторы трудно сравнивать. Однако существуют несколько общих критериев. Это селективность, чувствительность, реакция, шум, нижний предел детектирования (наименьшее детектирующее количество) и линейность отклика. Последняя характеристика зависит от принципа работы детектора. Для количественной работы почти каждый детектор требует калибровки, необходимой для определения поправочных коэффициентов.
Рис.2
ДТП – детектор по теплопроводности (катарометр, рис. 2) – принцип действия основан на сравнении теплопроводности чистого газа-носителя и бинарной смеси состоящей из газа-носителя и одного из компонентов анализируемой смеси, различие теплопроводности приводит к разбалансу моста, что служит сигналом детектора. Чувствительные элементы детектора включены по мостовой схеме (R1,R2,C1,C2), показанной на рис. 3.
Рис. 3
ДИП – детектор ионизации в пламени (рис. 4) – принцип действия основан на изменении электропроводности водородо-воздушного пламени.
Рис. 4
Существуют и другие детекторы (ДЭЗ, ТИД, ДИР, ДПР, ПФД и др.), но ДТП и ДИП наиболее чаще используемые (ОАО “КАУСТИК”) в газовой хроматографии.
Для жидкостной хроматографии используют детекторы: кондуктометрический, фотометрический (спектрофотометрический), рефрактометрический и др. Подачу подвижной фазы – растворителя осуществляют при помощи беспульсационных систем (давление до 50 МПа), а ввод пробы – микрошприцем или переключающимся краном
Рис. 5
Компонент смеси, поступаюший из колонки, с помощью детектора трансформируется в изменение некоторого электрического параметра, как правило, напряжения. Изменение этого параметра во времени регистрируется, и полученную хроматограмму можно обрабатывать как качественно, так и количественно. Регистрируют хроматограммы самопишущие потенциометры, которые дают длительную запись отклика детектора как функции времени.
В хроматографии можно применять лишь те самописцы, которые отвечают определённым требованиям: это высокая скорость регистрации; воспроизводимое отклонение пера при подаче одного и того же напряжения; линейная зависимость по всей шкале; высокая чувствительность, т.е. отклонение пера при очень маленьком изменении потенциала.
Основной недостаток самописцев – ограниченная линейная область. Именно по этой причине такое большое внимание уделялось разработке методов регистрации сигналов детекторов без применения переключения диапазонов. К приборам такого типа относятся, в частности, цифровые интеграторы.
В настоящее время выпускаются хроматографические комплексы отечественного производства на базе газового хроматографа “Кристалл – 2000м”.
Комплексы позволяют полностью автоматизировать процесс хроматографического анализа. Программное обеспечение “Хроматэк Аналитик” обеспечивает полное управление всеми режимами хроматографа, позволяет регистрировать хроматограмму в большой линейной области, производить полную обработку и расчёт хроматограмм, а так же управлять дополнительными устройствами хроматографического комплекса.