Противоточный (пропитка в кипящем слое)

Данный метод может быть осуществлён с использование установки, позволяющей приводить дисперсную массу твёрдого материала в псевдоожижженное состояние или состояние кипящего слоя.

V_слоя – объём, занимаемый сыпучем материалом.

Сорбент приводится в состояние кипящего слоя потоком сухого подогретого газа, а сверху производится распыление раствора неподвижной жидкой фазы. Одновременно идёт пропитка и просушка. Преимущество метода – создаётся условие для пропитки, достигается равномерность пропитки, а так же удаление мелких зёрен и пыли твёрдого носителя.

Практика показывает, что наиболее эффективные колонки получаются по последнему 4-му методу.

Лекция № 10 от 23.11.2011

После пропитки насадка просушивается, загружается в колонку и колонка кондиционируется (колонка подсоединяется к входу газоносителя, а выход остаётся свободным – детектор отключается). Далее через колонку продувается с небольшой скоростью газ-носитель, и Т поднимается до Т, на 10..20°С ниже верхнего рабочего предела данной НЖФ с последующей выдержкой колонки. В ходе кондиционирования выдуваются остатки растворителя и низкомолекулярные компоненты НЖФ.

Критерием хорошего кондиционирования является ровная нулевая линия, но со временем количество НЖФ в колонке уменьшается вследствие её уноса, и это выражается в сжимании хроматограммы.

Количество НЖФ и показатель работы хроматографической колонки

Количество наносимой на твёрдый носитель НЖФ (степень пропитки твёрдого носителя) должно быть оптимальным, поскольку оно определяет ряд характеристик колонки и зависит от величины и структуры поверхности этого носителя. С одной стороны, пропитка не должна быть чрезмерной, чтобы гранулы насадки не склеивались, а с другой, количество НЖФ должно обеспечивать достаточное покрытие поверхности сорбента с целью исключения вредного влияния остаточной активности поверхности твёрдого носителя. Принципиальная взаимосвязь времени удерживания от степени пропитки отражается кривой:

В области малых значений степени пропитки время удерживания быстро уменьшается с α до минимального значения времени удерживания для данной НЖФ. При этом сорбционные свойства поверхности сорбента постепенно ослабляются жидкой фазой. Левая часть графика – область газо-адсорбционной хроматографии. К моменту достижения минимума на кривой, можно считать всю поверхность дезактивированной посредством жидкой фазы, и становится преобладающим распределительный механизм хроматографического разделения.

Увеличение времени удерживания в этом случае связано с увеличением толщины плёнки НЖФ на поверхности сорбента. Чаще всего степень пропитки определяют как массу НЖФ, отнесённой к 100 грамм носителя. Такой подход может быть достаточно приемлем для сравнения лишь в случае использования одного и того же сорбента и одной и той же НЖФ, увеличение содержания которой приводит к линейному росту времени удерживания.

Для носителей, имеющих различные показатели удельной поверхности и пористости одинаковые степени пропитки ведут к образованию плёнок НЖФ различной толщины на поверхности этих носителей. Средняя толщина плёнки может быть определена:

Требования к НЖФ

1. Химическая инертность по отношению к газу-носителю, материалу колонки, поверхности твёрдого носителя и разделяемым компонентам.

2. Малая летучесть, узкая молекулярно-массовое распределение.

3. Термическая стабильность

4. Низкая вязкость при рабочих температурах

5. Хорошая смачиваемость поверхности носителя и способность к образованию равномерных плёнок

6. НЖФ должна быть хорошим растворителем для разделяемых веществ, но и должна обладать избирательной растворимостью для компонентов пробы.

Химическая природа НЖФаз

НЖФ делятся на несколько групп хим. орг. соединения, в соответствии с общей классификацией.

1. Углеводороды: . Один из представителей – сквалан (молярная масса – 410,7; С₃₀H₆₂), вазелиновое масло, апьезоны L, K, N, M c массами 950..1300.

2. Сложные эфиры: .

Бисэтоксиэтилвтолат, пентоиритрито бензоат.

3. Гликоли (полигликоли). Полипропиленгликоль. ПЭГ-300..600. ППГ 400жж – 600

Икон-50-ХБ2000.

4. Сложные эифиры полиэтиленгликоля и пролипробпилен, ПЕГ, реоплекс.

5. Метил силиконовые масла – кремний-органические жидкости - метил фенил селиконые. DS300…700. OV 1, 22, 225. Сиюда же - силоксановые каучуки – СКТФТ 500..100, СКТНв, SE 30 XE 60. Нитрилы. Β β’ окси дипропио метрил. Тетрацианэтилпетаэритрит.

Выбор НЖФ. Полярность НЖФ

При организации хроматографического анализа выбор НЖФ для разделения данной смеси является основной задачей. Выбранная НЖФ должна быть селективной по отношению к компонентам разделяемой смеси, т.е. константы распределения компонентов смеси при контакте с выбранной НЖФ отличаться друг от друга. Выбирая НЖФ хотелось бы уметь предсказывать параметры удерживания компонентов разделяемой смеси. В ранний период развития газовой хроматографии были предприняты неоднократные попытки найти соотношения, связывающие ТД, электро-, геометрические характеристики НЖФ и разделяемых веществ с их параметрами удерживания. Для ряда групп веществ были установлены определённые зависимости между дипольными моментами, диэлектрическими проницаемостью, поляризуемостью с одной стороны, и параметром удерживания с другой стороны. Много усилий было потрачено на поиск шкалы полярности, которая давала бы лёгкую возможность сравнения работы НЖФ по разделению определённой смеси. Несмотря на значительный прогресс в понимании природы межмолекулярного взаимодействия картина этого взаимодействия слишком сложна, чтобы можно было, пользуясь какой-либо 1 величиной определить будущую селективность колонки, поэтому при выборе НЖФ руководствуются накопленным опытом, литературными данными и практическим перебором НЖФ из предварительно определённого круга НЖФ. При выборе круга НЖФ существует хотя бы 2 подхода на опыте:

1. Анализируемые вещества поделены на несколько классов:

a. Вода, гликоли, аминокислоты, окси кислоты, двухосновные кислоты.

b. Спирты, жирные кислоты, фенолы, нитросоединения с NO_2.

c. Простые эфиры, сложные эфиры, кетоны, альдегиды, амины.

d. Галоген-углеводороды, а так же ароматические и непредельные углеводороды.

e. Парафины, меркаптаны

Лекция № 12 от 30.11.2011

2. С помощью понятия хроматографическая полярность. Ввел Рор Шнайдер в начале 60-х годов прошлого века (обозначается ПР). Хроматографическая полярность может быть определена: фаза считает тем более полярной, чем больше при её применении удерживании полярного компонента смеси по сравнению удерживание неполярного компонента вещества. Термин полярность определяет свойства веществ, обуславливающие селективность за счёт физического взаимодействия молекул с функциональными группами. Полярность компонентов, основанная на природе их межмолекулярных взаимодействий возрастает в ряду следующих групп веществ:

a. Молекулы, содержащие симметричные σ-связи, не имеющие не поделённых электронных пар или вакантных электронных оболочек. Сюда входят благородные инертные газы, алканы (насыщенные углеводороды), селаны.

b. Молекулы, имеющие локальные концентрации электрона, имеющие π-связи, и не поделённые электронные пары. В эту группу входят олефины, ацетиленовые углеводороды, ароматические углеводороды, а так же простые эфиры, альдегиды (карбонильная группа) и кетоны (--С=О).

c. Молекулы, имеющие локальные концентрации положительных зарядов – металлы, органические соединения.

d. Молекулы, имеющие локальные концентрации как положительных, так и отрицательных зарядов: вода, карбоновые кислоты, спирты, первичные и вторичные амины и сложные эфиры.

Для оценки относительной полярности неподвижной жидкой фазы по способу, предложенному Рор Шнайдером, в качестве количественной характеристики используют отношение удерживаемых объёмов двух веществ с различной электронной структурой молекул на характеризуемой жидкой фазе. Такая относительная полярность определяется относительно двух стандартных фаз. Полярность одной из них принимается равной 0. В качестве таковой в хроматографической практике выбран сквалан (точное химическое название – 2,6,10,15, 19,23-гексаметилтетракозан).

В качестве стандартной НЖФ, полярность которой = 100, выбирается β-β’-оксидипропиометрил:

Определение производится по средством отношения объёмов удерживания двух веществ. В качестве стандартных хроматографических веществ в тестах Рор Шнайдер использовал пару: бутан-бутадиен-1,3.

Определение относительной полярности можно производить либо аналитически, либо графически.

q – логарифм отношения исправленных объёмов удерживания.

Тема 5: Детекторы для газовой хроматографии

Система детектирования хроматографа предназначена для измерения и регистрации результата хроматографического разделения и состоит из 3-х составляющих:

1. Детектор

2. Усилитель

3. Регистратор

Назначением детектора в этой системе детектирования является непрерывная фиксация зависимости концентрации, потока или количества вещества на выходе из колонки от времени посредством установления различия в свойствах между чистым газоносителем и смесью газоносителя с веществом, выходящим из колонки и преобразование этой информации о химическом составе в электрический сигнал.

В хроматографической литературе существует такое мнение, что история развития газовой хроматографии в известной мере представляет собой историю развития детектора, так как именно детектор делает результаты хроматографии видимыми.

К настоящему моменту различие видов газо-хроматографических детекторов достаточно велико. В основу работы детектора положены различные физические принципы преобразования информации о химическом составе в электрический сигнал.

Так как детектор – измерительный прибор, то к нему предъявляются требования:

1. Детектор должен характеризоваться чувствительностью – отношение выходного сигнала к количеству вещества в пробе. На практике заменяется другим понятием, которое показывает минимальный уровень детектирования или предел обнаружения. Размерность – [мВ/мг].

2. Селективность – величина характеризует значение выходного сигнала детектора по отношению к различным классам органических соединений. Тут детекторы делятся на:

a. Универсальные – с чуствительностью, одинаковой к различным классом вещества – детекторп по тп=еплопроволности (катарометр), инфракрасный детекотор, масс-спектрометрический метод, атомно-эмисионный спектрометр.

b. Селективные – особо чувствительные к отдельным видам/классам хим соединений. Пламенно-ионизационный детектор реагирует на орг вещества и не реагирует на воду и неорганические газы.

c. Термо-ионизационный детектор – чувствительный к органическим веществам, содержащий атомы N или F.

d. Электронно-захватный – селективеен по отношению к полигалогенидам и металлорганическим соединениям.

e. Фотоионизационый – селективен по отношению оединений, способных ионизироваться под действием ультрафилолетового излучения.

f. Специфические (суперселективные) – селективны к определённым групам. Пламенно-фотометрический детектор (содержит серу или фосфор).

3. Динамический диапазон – область концентрации пробы, в которой сохраняется линейность отношений сигнал-количество веществ (коэффициент чувствительности постоянен).

4. Безинерционность – малое время релаксации. Влияет на чёткость разделения пиков на хроматограмме. Зависит от степени доп размытия концентрационных зон компонентов в камере детектора, и от инерционности собственного чувствительного элемента.

Типы детекторов

Детекторы бывают интегральные и дифференциальные. Интегральные детекторы просты, линейны, но инерционны и малочувствительно, поэтому используются дифференциальные детекторы.

Дифференциальные подразделяются на концентрационные:

Сигнал концентрационного детектора зависит от скорости газоносителя. В случае потоковых детекторов сигнал зависит от потока вещества:

Виды газохроматографических детекторов:

1. Катарометр (детектор по теплопроводности) – создан до появления газовых хроматографов как измеритель скорости газового потока. Это массивный металлический блок с 2-мя каналами для хода газа. В них установлено по 1 или по 2 чувствительных элемента, которые есть нити из вольфрамовой или платиновой проволоки, либо полупроводниковые сопротивления.