Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Газовая хроматография
Gaschromatograph.jpg
Газовый хроматограф с пробоотборником
АкронимGC
КлассификацияХроматография
АналитыОрганические
Неорганические
Должны быть летучими
Другие техники
СвязанныйТонкослойная хроматография
Высокоэффективная жидкостная хроматография
С переносомГазовая хроматография-масс-спектрометрия

Газовая хроматография ( ГХ ) - это распространенный тип хроматографии, используемый в аналитической химии для разделения и анализа соединений, которые могут испаряться без разложения . Типичные применения ГХ включают проверку чистоты конкретного вещества или разделение различных компонентов смеси (также можно определить относительные количества таких компонентов). В некоторых ситуациях ГХ может помочь в идентификации соединения. В препаративной хроматографии ГХ можно использовать для получения чистых соединений из смеси. [1] [2]

В газовой хроматографии подвижная фаза (или «движущаяся фаза») представляет собой газ- носитель , обычно инертный газ, такой как гелий, или инертный газ, такой как азот . Гелий остается наиболее часто используемым газом-носителем примерно в 90% приборов, хотя водород предпочтительнее для улучшенного разделения. [3] стационарная фаза представляет собой микроскопический слой жидкости или полимера на инертном твердую поддержку, внутри куска стекла или металла этого шланг называется колонной (дань к ректификационной колоннеиспользуется в перегонке). Прибор, используемый для проведения газовой хроматографии, называется «газовый хроматограф» (или «аэрограф», «газоотделитель»).

Анализируемые газообразные соединения взаимодействуют со стенками колонки, покрытой неподвижной фазой. Это приводит к тому, что каждое соединение элюируется в разное время, известное как «время удерживания» соединения. Сравнение времен удерживания - вот что придает ГХ аналитическую ценность.

Газовая хроматография в принципе аналогична колоночной хроматографии (а также другим формам хроматографии, таким как высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ) или тонкослойная хроматография.(TLC), но имеет несколько заметных отличий. Во-первых, процесс разделения соединений в смеси осуществляется между жидкой или твердой неподвижной фазой и подвижной газовой фазой, тогда как в колоночной хроматографии неподвижной фазой является твердая фаза, а подвижной фазой - жидкость. (Отсюда полное название процедуры - «газожидкостная хроматография», относящаяся к подвижной и неподвижной фазам соответственно.) Во-вторых, колонка, через которую проходит газовая фаза, расположена в печи, где температура газа может быть контролируемый, тогда как колоночная хроматография (обычно) не имеет такого контроля температуры. Наконец, концентрация соединения в газовой фазе является исключительно функцией от давления паров газа. [1]

Газовая хроматография также иногда известна как парофазная хроматография (VPC) или разделительная газожидкостная хроматография (GLPC). Эти альтернативные названия, а также их соответствующие сокращения часто используются в научной литературе. Строго говоря, GLPC - наиболее правильная терминология, поэтому многие авторы предпочитают ее. [1]

История [ править ]

Хроматографические даты к 1903 году в работе русского ученого, Михаил Семенович Tswett , [4] , которые отделяют растительные пигменты с помощью хроматографии на колонке с жидкой. Немецкий физико-химик Эрика Кремер в 1947 году вместе с австрийским аспирантом Фрицем Прайор разработали теоретические основы ГХ и построили первый жидкостно-газовый хроматограф, но ее работа считалась неуместной и долгое время игнорировалась. [5] Арчер Джон Портер Мартин , удостоенный Нобелевской премии.за его работу по развитию жидкостно-жидкостной (1941 г.) и бумажной (1944 г.) хроматографии, поэтому ему приписывают основание газовой хроматографии. Популярность газовой хроматографии быстро возросла после разработки пламенно-ионизационного детектора. [6]

Анализ ГХ [ править ]

Газовый хроматограф представляет собой химический анализ инструмент для разделения химических веществ в комплексном образце. В газовом хроматографе используется проточная узкая трубка, известная как «колонка», через которую различные химические компоненты образца проходят в потоке газа (газ-носитель, «подвижная фаза») с разной скоростью в зависимости от их различных химических и физических свойств. и их взаимодействие с определенным заполнением колонки, называемое «стационарной фазой».. Когда химические вещества выходят из конца колонки, они обнаруживаются и идентифицируются электронным способом. Функция стационарной фазы в колонке заключается в разделении различных компонентов, заставляя каждый из них выходить из колонки в разное время («время удерживания»). Другие параметры, которые можно использовать для изменения порядка или времени удерживания, - это скорость потока газа-носителя, длина колонки и температура.

Схема газового хроматографа.

При ГХ-анализе известный объем газообразного или жидкого аналита вводится во «вход» (головку) колонки, обычно с помощью микрошприца (или волокон для твердофазной микроэкстракции, или системы переключения источника газа). Когда газ-носитель перемещает молекулы аналита через колонку, это движение тормозится адсорбцией молекул аналита либо на стенках колонки, либо на упаковочных материалах в колонке. Скорость, с которой молекулы продвигаются по колонке, зависит от силы адсорбции., что, в свою очередь, зависит от типа молекулы и материалов неподвижной фазы. Поскольку каждый тип молекул имеет разную скорость развития, различные компоненты смеси аналитов разделяются по мере их продвижения по колонке и достижения конца колонки в разное время (время удерживания). Детектор используется для контроля потока на выходе из колонны; таким образом, можно определить время, в которое каждый компонент достигает выхода, и количество этого компонента. Обычно вещества идентифицируются (качественно) по порядку, в котором они выходят (элюируются) из колонки, и по времени удерживания аналита в колонке.

Физические компоненты [ править ]

Автосэмплеры [ править ]

Автоматический пробоотборник обеспечивает средства для автоматического ввода пробы во входные отверстия. Ручное введение образца возможно, но уже не является обычным явлением. Автоматическая вставка обеспечивает лучшую воспроизводимость и оптимизацию времени.

Автосэмплер для жидких или газообразных проб на основе микрошприца.

Существуют разные виды автосэмплеров. Автосэмплеры можно классифицировать в зависимости от емкости образца (авто-инжекторы и автосэмплеры, где авто-инжекторы могут работать с небольшим количеством образцов), роботизированных технологий (робот XYZ [7] против вращающегося робота - наиболее распространенный) или к анализу:

  • Жидкость
  • Статическое пространство над головой благодаря шприцевой технологии
  • Динамическое свободное пространство за счет технологии Transfer-Line
  • Твердофазная микроэкстракция ( ТФМЭ )

Входы [ править ]

Вход с разделением / без разделения.

Вход колонки (или инжектор) обеспечивает средства для ввода пробы в непрерывный поток газа-носителя. Впускное отверстие - это аппаратный элемент, прикрепленный к головке колонки.

Распространенные типы входных отверстий:

  • Инжектор S / SL (split / splitless); образец вводится в небольшую нагретую камеру шприцем через перегородку - тепло способствует улетучиваниюобразца и матрицы образцов. Затем газ-носитель направляет либо всю (режим без разделения), либо часть (режим разделения) пробы в колонку. В режиме разделения часть смеси пробы и газа-носителя в камере нагнетания выпускается через разделенное вентиляционное отверстие. Разделенная инъекция предпочтительна при работе с образцами с высокими концентрациями аналитов (> 0,1%), тогда как без разделения лучше всего подходит для анализа следовых количеств с небольшими количествами аналитов (<0,01%). В режиме без разделения разделительный клапан открывается по прошествии заданного времени для продувки более тяжелых элементов, которые в противном случае могли бы загрязнить систему. Это предварительно установленное (без разделения) время должно быть оптимизировано, более короткое время (например, 0,2 мин) обеспечивает меньшую задержку, но потерю ответа, более длительное время (2 мин) увеличивает хвостовую часть, но также и сигнал. [8]
  • Впуск на колонке; здесь образец вводится непосредственно в колонку целиком без нагрева или при температуре ниже точки кипения растворителя. Низкая температура конденсирует образец в узкую зону. Затем колонку и вход можно нагреть, выпуская образец в газовую фазу. Это обеспечивает минимально возможную температуру для хроматографии и предохраняет образцы от разложения выше их точки кипения.
  • Инжектор ПТВ; Ввод образца с программированием температуры был впервые описан Фогтом в 1979 году. [ Необходима ссылка ] Первоначально Фогт разработал метод как метод введения больших объемов образца (до 250 мкл) в капиллярную ГХ. Фогт вводил образец в лайнер с контролируемой скоростью впрыска. Температура лайнера была выбрана немного ниже точки кипения растворителя. Растворитель с низкой температурой кипения непрерывно выпаривали и выпускали через разделительную линию. Основываясь на этой методике, Пой разработал инжектор испарения с программируемой температурой; PTV. Вводя образец при низкой начальной температуре футеровки, можно обойти многие недостатки классических методов горячего впрыска. [ необходима цитата ]
  • Вход источника газа или газовый переключающий клапан; газообразные пробы в сборных бутылях подключены к тому, что чаще всего является переключающим клапаном с шестью портами. Поток газа-носителя не прерывается, в то время как образец может быть расширен в ранее откачанный контур для образца. После переключения содержимое пробоотборного контура вводится в поток газа-носителя.
  • Система P / T (Purge-and-Trap); Через водный образец барботируют инертный газ, в результате чего нерастворимые летучие химические вещества удаляются из матрицы. Летучие вещества «улавливаются» абсорбирующей колонкой (известной как ловушка или концентратор) при температуре окружающей среды. Затем ловушка нагревается, и летучие вещества направляются в поток газа-носителя. Образцы, требующие предварительного концентрирования или очистки, могут быть введены через такую ​​систему, обычно подключенную к порту S / SL.

Выбор газа-носителя (подвижная фаза) важен. Водород имеет диапазон скоростей потока, сравнимый по эффективности с гелием. Однако гелий может быть более эффективным и обеспечивать лучшее разделение, если скорость потока оптимизирована. Гелий негорючий и работает с большим количеством детекторов и старых инструментов. Поэтому гелий является наиболее распространенным используемым газом-носителем. Однако цена гелия за последние годы значительно выросла, в результате чего все большее число хроматографов переходят на газообразный водород. Историческое использование, а не рациональное рассмотрение, может способствовать продолжающемуся предпочтительному использованию гелия.

Детекторы [ править ]

Дополнительная информация: Хроматографический детектор

Наиболее часто используемые детекторы - пламенно-ионизационный детектор (FID) и детектор теплопроводности (TCD). Оба чувствительны к широкому спектру компонентов, и оба работают в широком диапазоне концентраций. Хотя TCD по сути универсальны и могут использоваться для обнаружения любого компонента, кроме газа-носителя (при условии, что их теплопроводность отличается от теплопроводности газа-носителя при температуре детектора), FID чувствительны в первую очередь к углеводородам и более чувствительны. им, чем TCD. Однако FID не может обнаружить воду. Оба детектора также довольно прочные. Поскольку TCD является неразрушающим, его можно использовать последовательно перед FID (деструктивным), обеспечивая, таким образом, дополнительное обнаружение одних и тех же аналитов. [9]Другие детекторы чувствительны только к определенным типам веществ или хорошо работают только в более узких диапазонах концентраций.

Детектор теплопроводности (ДТП) основан на теплопроводности вещества, проходящего вокруг вольфрамово-рениевой нити с током, проходящим через нее. [10] В этой установке гелий или азот служат в качестве газа-носителя из-за их относительно высокой теплопроводности, которая обеспечивает охлаждение нити и поддерживает равномерное удельное сопротивление и электрический КПД нити. [10] [11] Однако, когда молекулы анализируемого вещества элюируются из колонки в смеси с газом-носителем, теплопроводность уменьшается, и это вызывает срабатывание детектора. [11] Отклик происходит из-за снижения теплопроводности, вызывающего повышение температуры и удельного сопротивления нити накала, что приводит к колебаниям напряжения. [10]Чувствительность детектора пропорциональна току накала, но обратно пропорциональна непосредственной температуре окружающей среды этого детектора, а также скорости потока газа-носителя. [10]

В пламенно-ионизационном детекторе (FID) электроды размещаются рядом с пламенем, подпитываемым водородом / воздухом, возле выхода из колонны, и когда углеродсодержащие соединения выходят из колонки, они подвергаются пиролизу пламенем. [10] [11] Этот детектор работает только с органическими / углеводородными соединениями из-за способности углерода образовывать катионы и электроны при пиролизе, который генерирует ток между электродами. [10] [11] Увеличение тока транслируется и появляется в виде пика на хроматограмме. ПИД имеют низкие пределы обнаружения (несколько пикограмм в секунду), но они не могут генерировать ионы из карбонилсодержащих углеродов. [10]Газы-носители, совместимые с FID, включают гелий, водород, азот и аргон. [10] [11]

Детектор щелочного пламени (AFD) или детектор ионизации щелочного пламени (AFID) имеет высокую чувствительность к азоту и фосфору, как и NPD. Однако ионы щелочного металла поступают с газообразным водородом, а не с каплей над пламенем. По этой причине AFD не страдает «утомляемостью» NPD, но обеспечивает постоянную чувствительность в течение длительного периода времени. Кроме того, когда в пламя не добавляются ионы щелочных металлов, AFD работает как стандартный FID. Каталитического сжигания детектора (ПЗС) измеряет горючие углеводороды и водород. Детектор ионизации разряда (DID) использует высоковольтный электрический разряд для образования ионов.

Реактора полидуги является дополнением к новым или существующим ГХ-FID инструментов , который преобразует все органические соединения с молекулами метана до их обнаружения посредством FID. Этот метод может быть использован для улучшения отклика FID и позволяет обнаруживать гораздо больше углеродсодержащих соединений. [12] Полное преобразование соединений в метан и теперь эквивалентный отклик в детекторе также устраняет необходимость калибровки и стандартов, поскольку все факторы отклика эквивалентны таковым для метана. Это позволяет проводить быстрый анализ сложных смесей, содержащих молекулы, где стандарты недоступны.

Пламенный фотометрический детектор (FPD) использует фотоэлектронный умножитель для обнаружения спектральных линий соединений, когда они сгорают в пламени. Соединения, элюированные из колонки, переносятся в пламя, питаемое водородом, которое возбуждает определенные элементы в молекулах, а возбужденные элементы (P, S, галогены, некоторые металлы) излучают свет с определенной характерной длиной волны. [11] Излучаемый свет фильтруется и обнаруживается фотоумножителем. [10] [11] В частности, эмиссия фосфора составляет около 510–536 нм, а эмиссия серы - 394 нм. [10] [11] С помощью атомно-эмиссионного детектора (AED) образец, элюируемый из колонки, попадает в камеру, которая возбуждается микроволнами, которые индуцируют плазму. [11]Плазма вызывает разложение пробы аналита, и определенные элементы генерируют спектры атомной эмиссии. [11] Спектры атомной эмиссии дифрагируют на дифракционной решетке и регистрируют с помощью ряда фотоумножителей или фотодиодов. [11]

Детектор захвата электронов (ECD) использует источник радиоактивных бета-частиц (электронов) для измерения степени захвата электронов. ECD используются для обнаружения молекул, содержащих электроотрицательные / отводящие элементы и функциональные группы, такие как галогены, карбонил, нитрилы, нитрогруппы и металлоорганические соединения. [10] [11] В этом типе детектора в качестве газа-носителя подвижной фазы используется либо азот, либо 5% метана в аргоне. [10] [11] Газ-носитель проходит между двумя электродами, расположенными в конце колонны, а рядом с катодом (отрицательным электродом) находится радиоактивная фольга, такая как 63Ni. [10] [11]Радиоактивная фольга испускает бета-частицу (электрон), которая сталкивается с газом-носителем и ионизирует его, генерируя больше ионов, в результате чего возникает ток. [10] [11] Когда молекулы аналита с электроотрицательными / отводящими элементами или функциональными группами захватываются электронами, что приводит к уменьшению тока, вызывающему отклик детектора. [10] [11]

Азотно-фосфорный детектор (NPD), форма термоэлектронного детектора, в котором азот и фосфор изменяют работу выхода на шарике со специальным покрытием, и измеряется результирующий ток.

Детектор сухой электролитической проводимости (DELCD) использует воздушную фазу и высокую температуру (v. Coulsen) для измерения хлорированных соединений.

Масс-спектрометр (МС), также называемый ГХ-МС ; очень эффективен и чувствителен даже при небольшом количестве пробы. Этот детектор можно использовать для идентификации аналитов на хроматограммах по их масс-спектру. [13] Некоторые ГХ-МС подключены к ЯМР-спектрометру, который действует как резервный детектор. Эта комбинация известна как ГХ-МС-ЯМР . [ необходима цитата ] Некоторые ГХ-МС-ЯМР подключены к инфракрасному спектрофотометру, который действует как резервный детектор. Эта комбинация известна как GC-MS-NMR-IR. Однако следует подчеркнуть, что это очень редко, поскольку большинство необходимых анализов можно сделать с помощью чисто ГХ-МС.[ необходима цитата ]

Вакуумный ультрафиолет (ВУФ) представляет собой новейшую разработку детекторов газовой хроматографии. Большинство химических веществ поглощают и имеют уникальные сечения поглощения газовой фазы в контролируемом диапазоне длин волн ВУФ около 120–240 нм. Если для аналитов известны поперечные сечения поглощения, детектор ВУФ позволяет абсолютное определение (без калибровки) количества молекул, присутствующих в проточной ячейке, в отсутствие химических помех. [14]

Другие детекторы включают детектор электролитической проводимости Холла (ElCD), детектор ионизации гелия (HID), инфракрасный детектор (IRD), фотоионизационный детектор (PID), детектор ионизации импульсного разряда (PDD) и детектор термоэлектронной ионизации (TID). [15]

Методы [ править ]

Это изображение выше показывает внутреннюю часть газового хроматографа GeoStrata Technologies Eclipse, который работает непрерывно с трехминутными циклами. Два клапана используются для переключения тестового газа в пробоотборный контур. После заполнения пробоотборного контура контрольным газом клапаны снова переключаются, обеспечивая давление газа-носителя на пробоотборный контур и проталкивая пробу через колонку для разделения.

Метод представляет собой совокупность условий, в которых ГХ работает для данного анализа. Разработка метода - это процесс определения того, какие условия являются адекватными и / или идеальными для требуемого анализа.

Условия, которые могут быть изменены для проведения необходимого анализа, включают температуру на входе, температуру детектора, температуру колонки и температурную программу, скорость потока газа-носителя и газа-носителя, стационарную фазу колонки, диаметр и длину, тип входа и скорость потока, размер образца и ввод. техника. В зависимости от детектора (ов) (см. Ниже), установленного на ГХ, может существовать ряд условий детектора, которые также можно изменять. Некоторые ГХ также включают клапаны, которые могут изменять маршрут потока пробы и носителя. Время открытия и закрытия этих клапанов может иметь важное значение при разработке метода.

Выбор газа-носителя и его расход [ править ]

Типичные газы-носители включают гелий , азот , аргон , водород и воздух . Какой газ использовать, обычно определяется используемым детектором, например, для DID требуется гелий в качестве газа-носителя. Однако при анализе проб газа носитель иногда выбирается на основе матрицы пробы, например, при анализе смеси в аргоне, носитель аргон предпочтителен, потому что аргон в пробе не отображается на хроматограмме. Безопасность и доступность также могут влиять на выбор носителя, например, водород воспламеняется, а гелий высокой чистоты может быть трудно получить в некоторых регионах мира. (См .: Гелий - возникновение и производство.) В результате того, что гелий становится все более дефицитным, водород часто заменяется гелием в качестве газа-носителя в нескольких приложениях.

Чистота газа-носителя также часто определяется детектором, хотя необходимый уровень чувствительности также может играть важную роль. Обычно используется чистота 99,995% или выше. Наиболее распространенными степенями чистоты, требуемыми современными приборами для большинства чувствительности, являются степени 5,0, или чистота 99,999%, что означает, что в газе-носителе содержится всего 10 ppm примесей, которые могут повлиять на результаты. Наиболее часто используемые классы чистоты - это 6,0, но потребность в обнаружении на очень низких уровнях в некоторых криминалистических и экологических приложениях вызвала потребность в газах-носителях с чистотой 7,0, и теперь они коммерчески доступны. Торговые наименования типичной чистоты включают «нулевой класс», «сверхвысокий уровень чистоты (UHP)», «класс 4,5» и «класс 5,0».

Линейная скорость газа-носителя влияет на анализ так же, как и температура (см. Выше). Чем выше линейная скорость, тем быстрее анализ, но тем меньше разделение между аналитами. Таким образом, выбор линейной скорости - это такой же компромисс между уровнем разделения и продолжительностью анализа, что и выбор температуры колонки. Линейная скорость будет реализована посредством расхода газа-носителя относительно внутреннего диаметра колонны.

В ГХ, выпущенных до 1990-х годов, скорость потока носителя контролировалась косвенно, контролируя давление на входе носителя или «давление в головке колонны». Фактический расход измерялся на выходе из колонки или детектора с помощью электронного расходомера или пузырькового расходомера, и это могло быть сложным, трудоемким и неприятным процессом. Невозможно было изменить настройку давления во время эксперимента, и, таким образом, поток был практически постоянным во время анализа. Связь между расходом и давлением на входе рассчитывается с помощью уравнения Пуазейля для сжимаемых жидкостей .

Однако многие современные газовые хроматографы измеряют скорость потока электронным способом и регулируют давление газа-носителя, чтобы задать скорость потока. Следовательно, давление носителя и скорость потока можно регулировать во время цикла, создавая программы давления / расхода, аналогичные программам температуры.

Выбор стационарного соединения [ править ]

Полярности растворенного вещества имеет решающее значение для выбора стационарного соединения, которое в оптимальном случае будет иметь такую же полярность, что и растворенное вещество. Обычными стационарными фазами в открытых трубчатых колоннах являются цианопропилфенилдиметилполисилоксан, карбовакс-полиэтиленгликоль, бисцианопропилцианопропилфенилполисилоксан и дифенилдиметилполисилоксан. Для насадочных колонн доступны другие варианты. [10]

Типы входов и скорости потока [ править ]

Выбор типа впускного отверстия и техники впрыска зависит от того, находится ли образец в жидкой, газовой, адсорбированной или твердой форме, а также от того, присутствует ли матрица растворителя, которая должна быть испарена. Растворенные образцы можно вводить непосредственно в колонку через инжектор COC, если условия хорошо известны; если матрица растворителя должна быть испарена и частично удалена, используется инжектор S / SL (наиболее распространенный метод впрыска); газовые пробы (например, воздушные баллоны) обычно вводятся с использованием системы клапанов переключения газа; адсорбированные образцы (например, на трубках с адсорбентом) вводятся с использованием либо внешнего (оперативного или автономного) десорбционного аппарата, такого как система продувки и улавливания, либо десорбируются в инжекторе (приложения для ТФМЭ).

Размер образца и техника введения [ править ]

Ввод образца [ править ]

Правило десяти в газовой хроматографии

Настоящий хроматографический анализ начинается с введения образца в колонку. Развитие капиллярной газовой хроматографии привело к множеству практических проблем с техникой впрыска. Метод впрыска в колонку, часто используемый с насадочными колонками, обычно невозможен с капиллярными колонками. В системе впрыска в капиллярном газовом хроматографе впрыскиваемое количество не должно перегружать колонку, а ширина впрыскиваемой пробки должна быть небольшой по сравнению с разбрасыванием из-за хроматографического процесса. Несоблюдение этого последнего требования снизит разделительную способность колонки. Как правило, вводимый объем V In и объем ячейки детектора V det, должна составлять около 1/10 объема, занимаемого частью образца, содержащей интересующие молекулы (аналиты), когда они выходят из колонки.

Некоторые общие требования, которым должна соответствовать хорошая методика впрыска, заключаются в том, что должна быть возможность получить оптимальную эффективность разделения колонки, она должна позволять точные и воспроизводимые инъекции небольших количеств репрезентативных проб, она не должна вызывать изменений в составе пробы, она не должна демонстрировать различение, основанное на различиях в температуре кипения, полярности, концентрации или термической / каталитической стабильности, и его следует применять для анализа следов, а также для неразбавленных образцов.

Однако существует ряд проблем, связанных с использованием шприцев для инъекций. Даже самые лучшие шприцы утверждают, что точность составляет всего 3%, а в неквалифицированных руках ошибок намного больше. Игла может отрезать небольшие кусочки резины от перегородки, когда через нее вводится образец. Они могут заблокировать иглу и помешать наполнению шприца при следующем использовании. Может быть неочевидно, что это произошло. Часть пробы может попасть в резину и высвободиться во время последующих инъекций. Это может вызвать появление паразитных пиков на хроматограмме. Возможна избирательная потеря более летучих компонентов пробы за счет испарения с кончика иглы. [16]

Выбор столбца [ править ]

Выбор колонки зависит от образца и активного измеряемого объекта. Основным химическим атрибутом, учитываемым при выборе колонки, является полярность смеси, но функциональные группы могут играть большую роль при выборе колонки. Полярность образца должна точно соответствовать полярности неподвижной фазы колонки, чтобы повысить разрешение и разделение при одновременном сокращении времени анализа. Разделение и время анализа также зависят от толщины пленки (неподвижной фазы), диаметра колонки и длины колонки.

Температура колонки и температурная программа [ править ]

Печь для газовой хроматографии, открытая, чтобы показать капиллярную колонку

Колонка (колонки) в ГХ находится в термостате, температура которого точно регулируется электронным способом. (Обсуждая «температуру колонки», аналитик технически имеет в виду температуру термостата колонки. Однако это различие не имеет значения и не будет проводиться впоследствии в этой статье.)

Скорость, с которой образец проходит через колонку, прямо пропорциональна температуре колонки. Чем выше температура колонки, тем быстрее проба движется по колонке. Однако чем быстрее проба движется по колонке, тем меньше она взаимодействует с неподвижной фазой и тем меньше разделяются аналиты.

Как правило, температура колонки выбирается таким образом, чтобы обеспечить компромисс между продолжительностью анализа и уровнем разделения.

Метод, при котором колонка поддерживается при одной и той же температуре на протяжении всего анализа, называется «изотермическим». Большинство методов, однако, увеличивают температуру колонки во время анализа, начальная температура, скорость повышения температуры (температурный «наклон») и конечная температура называются температурной программой.

Температурная программа позволяет анализируемым веществам, которые элюируются на ранней стадии анализа, адекватно разделяться, сокращая при этом время, необходимое для прохождения поздно элюируемых аналитов через колонку.

Обработка и анализ данных [ править ]

Качественный анализ [ править ]

Как правило, хроматографические данные представлены в виде графика зависимости отклика детектора (ось y) от времени удерживания (ось x), который называется хроматограммой. Это обеспечивает спектр пиков для образца, представляющего аналиты, присутствующие в образце, элюируемом из колонки в разное время. Время удерживания можно использовать для идентификации аналитов, если условия метода постоянны. Кроме того, характер пиков будет постоянным для образца при постоянных условиях и может идентифицировать сложные смеси аналитов. Однако в большинстве современных приложений ГХ подключается к масс-спектрометру или аналогичному детектору, который способен идентифицировать аналиты, представленные пиками.

Количественный анализ [ править ]

Площадь под пиком пропорциональна количеству аналита, присутствующего на хроматограмме. Посредством вычисления площади пика с использованием математической функции интегрирования можно определить концентрацию аналита в исходной пробе. Концентрация может быть рассчитана с использованием калибровочной кривой, созданной путем нахождения отклика для ряда концентраций аналита или путем определения относительного коэффициента отклика аналита. Коэффициент относительного отклика - это ожидаемое отношение аналита к внутреннему стандарту (или внешнему стандарту).) и рассчитывается путем нахождения реакции известного количества аналита и постоянного количества внутреннего стандарта (химического вещества, добавляемого в образец при постоянной концентрации с определенным временем удерживания аналита).

В большинстве современных систем ГХ-МС компьютерное программное обеспечение используется для рисования и интегрирования пиков и сопоставления спектров МС со спектрами библиотеки.

Приложения [ править ]

В общем, вещества, которые испаряются при температуре ниже 300 ° C (и, следовательно, стабильны до этой температуры), можно измерить количественно. Также требуется, чтобы образцы не содержали соли ; они не должны содержать ионов . Можно измерить очень незначительные количества вещества, но часто требуется, чтобы образец измерялся по сравнению с образцом, содержащим чистое подозреваемое вещество, известное как эталонный стандарт .

Можно использовать различные температурные программы, чтобы сделать показания более значимыми; например, чтобы различать вещества, которые ведут себя одинаково во время процесса ГХ.

Специалисты, работающие с GC, анализируют содержание химического продукта, например, при проверке качества продуктов в химической промышленности; или измерения токсичных веществ в почве, воздухе или воде. ГХ очень точен при правильном использовании и может измерять пикомоли вещества в жидкой пробе объемом 1 мл или миллиардные концентрации в газообразных пробах.

На практических курсах в колледжах студенты иногда знакомятся с GC, изучая состав масла лаванды или измеряя этилен, который выделяется растениями Nicotiana benthamiana после искусственного повреждения их листьев. Эти ГХ анализируют углеводороды (C2-C40 +). В типичном эксперименте насадочная колонка используется для разделения легких газов, которые затем обнаруживаются с помощью ТКД . Эти углеводороды раздел ют с использованием капиллярной колонки и обнаружил с FID . Усложнение при анализе легких газов, которые включают H 2заключается в том, что He, который является наиболее распространенным и наиболее чувствительным инертным носителем (чувствительность пропорциональна молекулярной массе), имеет почти такую ​​же теплопроводность, что и водород (это разница в теплопроводности между двумя отдельными нитями в схеме типа моста Уитстона, которая показывает когда компонент был элюирован). По этой причине часто используются приборы с двойным ТПД с отдельным каналом для водорода, использующим азот в качестве носителя. Аргон часто используется при анализе химических реакций в газовой фазе, таких как синтез FT, так что можно использовать один газ-носитель, а не два отдельных. Чувствительность снижена, но это компромисс в пользу простоты подачи газа.

Газовая хроматография широко используется в судебной медицине . Такие разнообразные дисциплины, как идентификация и количественная оценка твердой дозы наркотиков (форма перед употреблением), расследование поджогов, анализ кусков краски и токсикологические исследования, используют GC для выявления и количественной оценки различных биологических образцов и улик с места преступления.

В популярной культуре [ править ]

Фильмы, книги и телешоу имеют тенденцию искажать возможности газовой хроматографии и работу, выполняемую с помощью этих инструментов.

В телешоу США CSI , например, GC используются для быстрой идентификации неизвестных образцов. Например, аналитик может сказать через пятнадцать минут после получения пробы: «Это бензин, купленный на станции Chevron за последние две недели».

Фактически, типичный анализ ГХ занимает гораздо больше времени; иногда один образец необходимо запустить более часа в соответствии с выбранной программой; и еще больше времени необходимо, чтобы «нагреть» колонку, чтобы освободить ее от первого образца и использовать для следующего. В равной степени необходимо несколько прогонов, чтобы подтвердить результаты исследования - анализ ГХ одного образца может просто дать результат на случайность (см. Статистическую значимость ).

Кроме того, ГХ не позволяет точно идентифицировать большинство образцов; и не все вещества в образце обязательно будут обнаружены. Все, что вам действительно говорит ГХ, - это то, в какое относительное время компонент элюировался из колонки и что детектор был к нему чувствителен. Чтобы результаты были значимыми, аналитикам необходимо знать, какие компоненты и при каких концентрациях следует ожидать; и даже в этом случае небольшое количество вещества может скрываться за веществом, имеющим как более высокую концентрацию, так и такое же относительное время элюирования. И последнее, но не менее важное: результаты пробы необходимо часто сравнивать с ГХ-анализом контрольной пробы, содержащей только предполагаемое вещество.

ГХ-МС может удалить большую часть этой двусмысленности, так как масс - спектрометр будет определить молекулярный вес компонента. Но это все еще требует времени и навыков, чтобы сделать это должным образом.

Точно так же большинство анализов ГХ не являются кнопочными операциями. Вы не можете просто бросить флакон с образцом в лоток автоматического пробоотборника, нажать кнопку и заставить компьютер сообщить вам все, что вам нужно знать о образце. Операционная программа должна быть тщательно выбрана в соответствии с ожидаемым составом пробы.

Кнопка может использоваться для многократного анализа аналогичных образцов, например, в химической производственной среде, или для сравнения 20 образцов из одного и того же эксперимента для расчета среднего содержания одного и того же вещества. Однако в отношении тех расследований, которые изображаются в книгах, фильмах и телешоу, это явно не так.

Газовый хроматограф и его изобретатель Арчер Мартин были кратко упомянуты в 3-м сезоне Симпсонов , 9-й серии « Пылающий Мо » в ходе демонстрации в классе Барта .

См. Также [ править ]

  • Аналитическая химия
  • Хроматография
  • Газовая хроматография – масс-спектрометрия
  • Высокоэффективная жидкостная хроматография
  • Обратная газовая хроматография
  • Масс-спектрометрия реакции переноса протона
  • Вторичная ионизация электрораспылением
  • Масс-спектрометрия с проточной трубкой для выбранных ионов
  • Стандартное дополнение
  • Тонкослойная хроматография
  • Неразрешенная сложная смесь

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c Павия, Л., Гэри М. Лэмпман, Джордж С. Криц, Рэндалл Г. Энгель (2006). Введение в органические лабораторные методы (4-е изд.) . Томсон Брукс / Коул. С. 797–817. ISBN 978-0-495-28069-9.CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  2. ^ "Газовая хроматография" . Linde AG. Архивировано из оригинала 3 марта 2012 года . Проверено 11 марта 2012 года .
  3. ^ Grob, Konrad (1997). «Газы-носители для ГХ» . Restek Advantage, Restek Corporation . Проверено 9 марта 2016 года .
  4. ^ "Berichte der Deutschen Botanischen Gesellschaft v.24 1906" . HathiTrust . Проверено 19 апреля 2019 .
  5. ^ Эттре, Лесли С. (2008), Начало газовой адсорбционной хроматографии 60 лет назад , LCGC North America
  6. ^ RA Dewar; МакВИЛЬЯМ, И.Г. (март 1958 г.). "Детектор ионизации пламенем для газовой хроматографии". Природа . 181 (4611): 760. Bibcode : 1958Natur.181..760M . DOI : 10.1038 / 181760a0 . ISSN 1476-4687 . 
  7. ^ Carvalho, Матеус (2018). "Osmar, автоматический микрошприцевой пробоотборник с открытым исходным кодом" . ОборудованиеX . 3 : 10–38. дои : 10.1016 / j.ohx.2018.01.001 .
  8. ^ Честин, Томас Г. "Сплит / неразделенные газовые хроматографические инжекторы" . Проверено 6 октября 2019 года .
  9. ^ "Газовая хроматография" . ACRF . Проверено 11 марта 2012 года .
  10. ^ Б с д е е г ч я J к л м п о р Харрис, Daniel C. (1999). «24. Газовая хроматография». Количественный химический анализ (Глава) (Пятое изд.). WH Freeman and Company. С. 675–712. ISBN 978-0-7167-2881-8.
  11. ^ Б с д е е г ч я J к л м п о р Хигсона, S. (2004). Аналитическая химия. ISBN издательства OXFORD University Press 978-0-19-850289-0 
  12. ^ Dauenhauer, Пол (21 января 2015). «Количественный детектор углерода (КХД) для определения характеристик сложных смесей с высоким разрешением без калибровки». Лабораторный чип . 15 (2): 440–7. DOI : 10.1039 / c4lc01180e . PMID 25387003 . 
  13. ^ Скуг, Дуглас А .; West, Donald M .; Джеймс Холлер, Ф .; Крауч, Стэнли Р. (1 января 2013 г.). Основы аналитической химии . Скуг, Дуглас А., Уэст, Дональд М., Холлер, Ф. Джеймс, Крауч, Стэнли Р. (Девятое изд.). Бельмонт, Калифорния. ISBN 9780495558286. OCLC  824171785 .
  14. ^ Щуг, Кевин А.; Савицкий, Ян; Карлтон, Дуг Д .; Фань, Хуэй; Макнейр, Гарольд М .; Ниммо, Джон П .; Кролл, Питер; Смэтс, Джонатан; Уолш, Филипп; Харрисон, Дейл (1834). «Вакуумный ультрафиолетовый детектор для газовой хроматографии». Аналитическая химия . 86 (16): 8329–35. DOI : 10.1021 / ac5018343 . PMID 25079505 . 
  15. ^ "Детекторы на основе ионизации для газовой хроматографии". Журнал хроматографии A . 1421 : 137–153. 2015-11-20. DOI : 10.1016 / j.chroma.2015.02.061 .
  16. ^ Grob, Роберт L .; Барри, Юджин Ф. (2004). Современная практика газовой хроматографии (4-е изд.) . Джон Вили и сыновья. ISBN 978-0-471-22983-4.

Внешние ссылки [ править ]

СМИ, связанные с газовой хроматографией, на Викискладе?

  • Хроматографические колонки в библиотеке Chemistry LibreTexts
  • Газовая хроматография в Curlie