Детекторы

Детектор представляет собой устройство, предназначенное для обнаружения и количественного определения компонентов анализи­руемой смеси, выходящих из колонки в потоке газа-носителя. Работа детектора основана на преобразовании в электрический сигнал изме­нений физических, химических или физико-химических свойств газо­вого потока, выходящего из колонки.

Основными характеристиками хроматографических детекторов являются:

• чувствительность,

• предел обнаружения,

• величина линейного динамического диапазона,

• быстродействие,

• селективность.

Для газовой хроматографии предложено более 50 различных де­текторов. Однако обычно комплект современного универсального хроматографа включает в себя не более 4 - 6 детекторов. Основные
характеристики некоторых детекторов, применяемых в газовой хро­матографии, приведены в табл. 23.1.

Табл. 23.1 Характеристика некоторых газохроматографических детекторов

Детектор	ПрО, г	Линей­ность	Область применения
катарометр	10^-7	10^4	универсальный - любые вещества, отли­чающиеся по теплопроводности от газа- носителя
пламенно- ионизационный	10-^12	10^7	селективный - вещества (органические), способные ионизироваться в водородном пламени
электронного захвата	5-Ю"^14	10^2	селективный - вещества электрофильные в газовой среде: полигалогеносодержа- щие, полиароматические, серусодержа- щие, нитрилы и т.д.
термоионный	10-^13 - 10^-14	10^5	селективный - P-, N-содержащие и неко­торые другие соединения
масс- спектрометр	10-^12	10^5-10^6	универсальный - исследование сложных смесей неизвестного состава; в режиме масс-фрагментографии - специфический

Детектор по теплопроводности (катарометр) представляет собой ме­таллический блок, в полости которого находится тонкая спираль, изготов­ленная из материала (W, Pt), электри­ческое сопротивление которого сильно зависит от температуры. Обычно катарометр имеет две ячейки. Через ячейку сравнения пропускают газ-носитель, а через ячейку измерения - элюат.

Рис. 23.2. Схема катарометра

Если через обе ячейки катарометра протекает чистый газ- носитель, теплопроводность среды в них одинакова. Обе спирали имеют одинаковую температуру и одинаковое сопротивление. Если из хроматографической колонки выходит вещество, теплопроводность которого отличается от теплопроводности газа-носителя, то темпера­тура и сопротивление спирали, находящейся в измерительной ячейке, изменяются. Различие сопротивлений спиралей определяется с помо­щью моста Уитстона (рис. 23.3).

При использовании катарометра в хроматографе должны быть две ко­лонки, через одну пропускают газовую смесь, содержащую разделяемые вещест­ва, а через вторую - чистый газ-носитель газ-носитель и вещество

A

чистый газ-носитель

постоянное напряжение (или постоянный ток) Рис. 23.3. Мост Уитстона для катарометра

При использовании катарометра газом-носителем должен быть гелий или водород, обладающие большой теплоёмкостью. Этим достигается высокая чув­ствительность определения, так как разность между теплопроводностью газа- носителя и любого другого соединения всегда оказывается большой.

Пламенно-ионизационный детектор представляет собой ме­таллическую камеру, в корпус ко­торой снизу введена горелка (рис. 23.4). Для работы данного детек­тора необходимы водород, кото­рый смешивается с элюатом и сго­рает при выходе из горелки, и воз­дух - для обеспечения горения водорода. В детекторе имеются Рис. 23.4. Схема пламенно-ионизацион- два электрода Одним из них яв_­^{ного детектора} ляется сама горелка, второй элек- 1 - собирающий электрод; 2 - горелка

трод расположен над ней.

Пламя чистого водорода практически не содержит ионов, по­этому фоновое сопротивление пространства между электродами очень велико, а сила тока очень мала. Если в пламя из колонки попадает ор­ганическое вещество, то оно ионизируется. Поскольку в пламени по­являются носители электрического заряда, сопротивление межэлек­тродного пространства резко уменьшается, а сила тока возрастает.

Термоионный детектор внешне похож на пламенно- ионизационный. Он имеет кварцевую горелку, на конце которой на­ходится таблетка из соли щелочного металла (например, CsBr). При
нагревании эта соль испаряется и в газовой фазе устанавливается рав­новесие:

CsBr + H+ г Cs+ + HBr

При попадании в пламя соединения, содержащего в составе мо­лекулы атомы фосфора и некоторые другие гетероатомы, скорость об­разования ионов резко увеличивается и сила тока возрастает. Термо­ионный детектор наиболее чувствителен к фосфорсодержащим соеди­нениям. В меньшей степени он реагирует на соединения азота, серы, галогенов (кроме фтора), мышьяка, олова.

Детектор электронного захвата представляет собой ионизаци­онную камеру, в которой находится источник Р-излучения, например, ⁶³Ni или титановая фольга, содержащая адсорбированный тритий (рис. 23.5). В качестве газа-носителя при работе с детектором электронного захвата применяют азот, гелий, аргон и другие газы, способные иони­зироваться с освобождением электрона. Фоновый ток детектора обу­словлен, в основном, электронами. Молекулы анализируемых ве­ществ, обладающие большим сродством к электрону, при попадании в детектор захватывают электроны и превращаются в анионы. Число носителей заряда при этом не изменяется, но сила тока уменьшается, так как анионы обладают на несколько порядков меньшей подвижно­стью, чем свободные электроны. Кроме того, образовавшиеся анионы вступают во взаимодействие с катионами газа-носителя, что вносит дополнительный вклад в уменьшение силы тока.

источник в -излучения Рис. 23.5. Схема детектора электронного захвата

23.3. Особенности газотвёрдофазной хроматографии

В газотвёрдофазной хроматографии неподвижной фазой являет­ся твёрдое вещество с большой площадью поверхности. Разделение веществ основано на их различной способности к адсорбции на по­верхности твёрдого вещества. В качестве неподвижной фазы в ГАХ используются адсорбенты различной химической природы:

графитированная термическая сажа, сополимеры стирола и цеолиты, силикагели дивинилбензола

Графитированная сажа является неполярным адсорбентом, со­полимеры стирола и дивинилбензола имеют среднюю полярность, си­ликагели относятся к полярным адсорбентам.

Газотвёрдофазная хроматография используется, главным обра­зом, для анализа смесей газов, низкокипящих углеводородов и т.п. В фармацевтическом анализе она используется значительно реже, чем газожидкостная хроматография.

23.4. Особенности газожидкостной хроматографии

В ГЖХ неподвижной фазой является тонкая плёнка жидкости, нанесённая на твёрдый носитель. Твердый носитель должен:

• эффективно удерживать требуемое количество неподвижной жидкой фазы (от 1-2 до 20-30% от массы носителя);

• быть однородным, иметь сферическую форму частиц;

• быть термически и механически прочным;

• не взаимодействовать с разделяемыми веществами, адсорб­ция веществ на поверхности раздела газ-твёрдый-носитель должна быть минимальной.

В качестве твёрдых носителей в ГЖХ используются, главным образом, диатомитовые носители (хроматон N, хромосорб W, хеза- сорб N, инертон N и др.), получаемые путём обработки (прокалива­ние, обработка кислотами, щелочами, силанизирующими реагентами) диатомита - микроаморфной формы диоксида кремния.

CHROMATON N-AW-DMCSU— ^{обработанный}

т

диметилхлорсиланом

CH3

■ \ _ V.

"acid washed" /

промытый кислотой —Si—OH —Si—O—Si—OCH3

® ⁷ © CH

очистка от неорганических

загрязнителей if

обуславливают адсорбцию на границе "газ-твёрдый носитель", что недопустимо

Реже в качестве твёрдых носителей применяют синтетические полимеры (например, тефлон), стеклянные шарики и т.д.

Вещества, используемые в качестве неподвижной жидкой фазы, должны

• обладать хорошей разделительной способностью для компо­нентов анализируемой пробы;

• хорошо растворять определяемые компоненты;

• обладать небольшой вязкостью;

• химически не взаимодействовать с разделяемыми вещества­ми, твёрдым носителем, подвижной фазой;

• быть нелетучими и химически стабильными при рабочей температуре;

• при нанесении на твёрдый носитель прочно связываться с ним, образуя тонкую равномерную плёнку.

В качестве неподвижных жидких фаз в ГЖХ используют: полиэтиленгликольсебацинат, полиэтиленгликольадипинат, ^соP^бит^, ин^озит^, полиэтиленгликольсукцинат, полиэтиленгликоли (карбоваксы) дин_онилфт_алат ^{сквалан}, ^апи^ез°ны метилсиликоны, фенилсиликоны, фторалкилсиликоны, нитрилсиликоны

Сквалан, апиезоны, метилсиликоны являются неполярными жидкими фазами. Среднюю полярность имеют фенилсиликоны, фто- ралкилсиликоны, сложные эфиры фталевой кислоты, фосфорной ки­слоты и т.д. К полярным жидким фазам относят карбоваксы, поли- этиленгликольадипинат, полиэтиленгликольсебацинат, полиэтиленг- ликольсукцинат (ДЭГС), сорбит, инозит и т.д. Неполярные жидкие фазы используют для разделения неполярных веществ, например, уг­леводородов, галогенпроизводных углеводородов, сложных эфиров и др. Полярные неподвижные фазы, наоборот, применяют, в основном, для разделения полярных веществ: спиртов, фенолов, альдегидов, ке- тонов и т. д.

23.5. Индексы удерживания Ковача

Для идентификации веществ в хроматографии наряду с време­нем удерживания и удерживаемым объёмом используется параметр, называемый индексом удерживания. В газовой хроматографии для определения индекса удерживания в качестве стандартов берут два соседних н-алкана, один из которых элюируется до исследуемого со­единения, а второй после (рис. 23.6).

Рис. 23.6. Определение индекса удерживания Ковача Логарифмический индекс удерживания равен:

где z - число атомов углерода в молекуле н-алкана, который элюируется первым

Затем по справочным таблицам можно определить круг веществ, которые имеют близкую к рассчитанной величину индекса Ковача

23.6. Практическое применение

углеводы

Газовую хроматографию используют для разделения, идентифи­кации и количественного определения различных соединений, в том числе и лекарственных веществ, которые обладают достаточной лету­честью (перегоняются без разложения в интервале температур до 400 °С). Методом ГХ можно определять и малолетучие вещества, если из­вестен способ их переведения в летучие производные.

^OH ^HO х O.

Z^OH --------------- ►/SO

Газовая хроматография может быть использована для определе­ния веществ, разрушающихся при нагревании, если процесс термиче­ского разрушения вещества хорошо воспроизводим.

ГЛАВА 24

ЖИДКОСТНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ

24.1. Общая характеристика

Жидкостная хроматография - группа хроматографических методов, в которых подвижной фазой является жидкость.

• высокоэффективная • "классическая"

размер частиц и свойства сорбента

I

• адсорбционная

• распределительная

• эксклюзионная

• ионообменная и др.

преобладающий механизм разделения

I

• колоночная

• плоскостная

форма слоя неподвижной фазы

I

I

ЖИДКОСТНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ

I

полярность фаз

• нормально-фазовая

• обращённо-фазовая

фазы

• жидкость-жидкостная

• жидкость-твёрдофазная

характер неподвижной

• жидко сть-гелевая

В качестве сорбентов в жидкостной хроматографии применяют:

К неполярным относят также сорбенты с привитыми неполяр­ными группами, например, химически модифицированные кремнезё­мы с привитыми алкильными группами, содержащими от 2 до 18 уг­леродных атомов (рис. 24.1).

В качестве подвижной фазы в жидкостной хроматографии ис­пользуют воду, водные растворы различных веществ (сильные кисло­ты, кислотно-основные буферы и т.д.), органические растворители (спирты, ацетонитрил, тетрагидрофуран, диоксан, диэтиловый эфир, алканы и т.д.), а также водно-органические смеси.

привитая неполярная жидкая фаза (С jg)

^_O o I

-O^sr Si' O

поверхность __ O~Si^O^si'

силикагеля / |

O о I

-о I

Рис. 24.1. Кремнезём с привитыми октадецильными группами

24.2. Плоскостная хроматография

В плоскостной хроматографии подвижная фаза перемещается в плоском слое сорбента.

Носителем неподвижной жидкой фазы является специальная хроматографическая бумага. Неподвижной фазой считается жидкость, находящаяся в порах хроматографической бумаги.		Сорбент нанесён в виде тонкого слоя (закреплённого или незакреплённого) на пластинку, изготовленную из стекла, алюминиевой фольги, различных полимеров и т.д.
с^бх^)					Стсх)
бумажная		тонкослойная

| I ПЛОСКОСТНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ

Как в БХ, так и в ТСХ разделение может быть обусловлено раз­личными механизмами, например, адсорбционным, распределитель­ным, ионообменным, ион-парным, адсорбционно-комплексообразова- тельным.

Бумажная хроматография имеет ряд существенных недостатков и поэтому в настоящее время используется сравнительно редко:

• процесс разделения зависит от состава и свойств бумаги;

• содержание воды в порах бумаги может изменяться в зави­симости от условий хранения;

• очень низкая скорость хроматографирования (процесс полу­чения хроматограммы может занимать нескольких суток),

• низкая воспроизводимость результатов.

В тонкослойной хроматографии обычно используют хромато- графические пластины заводского изготовления с закреплённым сло­ем сорбента. Основа пластинки может быть изготовлена из алюми­ниевой фольги, полимера (например, полиэтиленгликольтерефталата), стекла. Для удерживания слоя сорбента на подложке применяется
гипс, крахмал, силиказоль и др. Толщина слоя сорбента может быть различной (0,1 мм и более), но обязательно одинаковой в любом месте хроматографической пластинки.

В качестве сорбентов в ТСХ используют силикагель, кизельгур, оксид алюминия, целлюлозу и др. В ионообменных хроматографиче- ских пластинках адсорбентами являются различные ионообменники (см. далее). В качестве подвижной фазы применяют либо индивиду­альные растворители, либо смеси веществ, взятых в определённом со­отношении.

Дата добавления: 2015-09-07