Что такое хроматография

Принцип газовой хроматографии

В газовой хроматографии (ГХ, GC) подвижной фазой служит газ-носитель. Он переносит введённую пробу через колонку с неподвижной фазой. Компоненты смеси удерживаются в колонке по-разному и выходят из неё в разное время.

Неподвижной фазой может быть твёрдый адсорбент или жидкая плёнка, нанесённая на носитель либо внутреннюю поверхность колонки. В первом случае говорят о газо-адсорбционной, во втором — о газожидкостной хроматографии.

На разделение влияют свойства веществ, состав неподвижной фазы, температура колонки и параметры потока газа-носителя. Поэтому последовательность выхода компонентов и время их удерживания относятся к конкретным условиям анализа.

ГХ применяют к газам и соединениям, которые можно перевести в пар без разложения в условиях анализа. Исходная проба при этом не обязательно должна быть газообразной: метод используют также для жидкостей и подготовленных образцов других типов. Некоторые соединения предварительно превращают в более летучие и термически устойчивые производные. Такую подготовку называют дериватизацией.

Как работает газовый хроматограф

Газовый хроматограф включает систему подачи газа-носителя, устройство ввода пробы, колонку в термостате, детектор и систему регистрации данных.

Анализ проходит в несколько этапов.

1. Введение пробы. Образец поступает в прибор вручную, с помощью автосемплера или через специализированную систему ввода. Способ введения выбирают с учётом состава и агрегатного состояния образца.
2. Разделение компонентов. Газ-носитель переносит пробу через колонку. Температура термостата может оставаться постоянной или изменяться по заданной программе.
3. Детектирование. Детектор регистрирует выходящие из колонки вещества и преобразует отклик в электрический сигнал.
4. Обработка данных. Программное обеспечение записывает хроматограмму, выделяет пики и рассчитывает результаты по заданной методике.

Колонка обеспечивает разделение, а детектор — регистрацию компонентов. Выбор чувствительного детектора сам по себе не устраняет недостаточное разделение веществ.

Что показывает хроматограмма

Хроматограмма — графическое представление сигнала детектора во времени. При выходе компонента из колонки обычно появляется пик. Его положение и размер используют для качественного и количественного анализа.

Время удерживания: какое вещество обнаружено

Время удерживания — промежуток между введением пробы и достижением максимума соответствующего пика. Его сравнивают со временем удерживания стандартного образца, проанализированного в тех же условиях.

Совпадение времени удерживания помогает идентифицировать компонент, но само по себе не доказывает его химическую природу. Разные вещества могут выходить одновременно. При необходимости используют дополнительные признаки, другую колонку или масс-спектрометрическое детектирование.

Площадь пика: сколько вещества содержится в пробе

Площадь или высота пика служит аналитическим сигналом для количественного определения. Содержание вещества рассчитывают по градуировочной зависимости, связывающей отклик детектора с известным содержанием компонента.

При расчёте учитывают подготовку образца, разбавление, способ введения и особенности методики. Процент площади пика нельзя автоматически считать массовой или объёмной долей вещества: компоненты могут давать разный отклик.

Ограничения интерпретации

Один видимый пик может содержать несколько неразделённых компонентов. Поэтому число пиков не всегда равно числу веществ в образце.

Отсутствие пика также не доказывает отсутствия вещества. Его содержание может быть ниже предела обнаружения, выбранный детектор может на него не откликаться, а подготовка пробы — не обеспечивать его извлечение или сохранность.

Какие детекторы используют в газовой хроматографии

Детектор выбирают по определяемым веществам, ожидаемому содержанию, составу образца и требованиям методики.

Пламенно-ионизационный детектор — ПИД, FID

ПИД регистрирует ионы, образующиеся при поступлении органических веществ в водородно-воздушное пламя. Его широко применяют для анализа углеводородов, растворителей и многих других органических соединений.

Отклик зависит от химического строения вещества. Поэтому количественный анализ требует подходящей градуировки; одинаковое количество разных соединений не обязательно даёт одинаковый сигнал.

Детектор по теплопроводности — ДТП, TCD

ДТП регистрирует изменение теплопроводности потока относительно газа-носителя. Его используют, в частности, для анализа постоянных и технологических газов.

Отклик зависит от различия теплопроводности определяемого компонента и газа-носителя. Выбор газа-носителя поэтому является частью разработки метода. Детектор не разрушает пробу.

Электронозахватный детектор — ДЭЗ, ECD

ДЭЗ регистрирует соединения, способные захватывать электроны. Он применяется для определения ряда галогенсодержащих веществ, включая некоторые пестициды и хлорорганические примеси.

Высокая чувствительность к определённым группам соединений не означает универсальности: пригодность детектора оценивают для конкретных веществ и условий анализа.

Масс-спектрометрический детектор — MS

В системе газовой хроматографии с масс-спектрометрией, или ГХ-МС, разделённые компоненты поступают в масс-спектрометр. Он регистрирует ионы по отношению их массы к заряду и формирует масс-спектры.

Масс-спектры используют для идентификации веществ, в том числе путём сопоставления со спектральными библиотеками и стандартными образцами. Библиотечное совпадение оценивают вместе с другими аналитическими признаками, а не рассматривают как безусловное подтверждение.

ГХ-МС применяют также для количественного анализа. При целевом определении может использоваться режим регистрации выбранных ионов — SIM. Его пригодность оценивают по требованиям конкретной задачи.

Где применяют газовую хроматографию

Газовую хроматографию используют для исследования газов, топлива и нефтепродуктов, растворителей, пищевых продуктов и объектов окружающей среды. ГХ-МС применяют также в фармацевтических, токсикологических и научных исследованиях.

В зависимости от методики анализ позволяет определять основной состав смеси, контролировать примеси, сравнивать партии продукции или исследовать неизвестные компоненты.

Применимость метода устанавливают для конкретного образца и перечня веществ. Одна конфигурация прибора не обеспечивает одинаковые возможности для всех перечисленных задач.

Как выбрать конфигурацию для лаборатории

Подбор оборудования начинают с описания анализа. Для обсуждения конфигурации подготовьте:

• перечень определяемых веществ;
• описание образца и его основного состава;
• ожидаемый диапазон концентраций;
• применяемую методику или техническое задание;
• требования к пределам обнаружения и количественного определения;
• предполагаемое число анализов и необходимый уровень автоматизации.

На этой основе выбирают систему ввода, колонку, детектор и способ подготовки проб. Одновременно оценивают требования к газоснабжению, рабочему месту и квалификации сотрудников.

От выбора прибора — к работе по методике

Для получения достоверных результатов важна вся аналитическая процедура: от отбора и подготовки пробы до градуировки, обработки данных и контроля качества измерений.

Поэтому комплектацию прибора целесообразно обсуждать вместе с запуском метода, обучением сотрудников, техническим обслуживанием и последующей поддержкой.

Чтобы обсудить оборудование международной торговой марки NeoCHROM, направьте в Неохром методику или описание аналитической задачи.

Хроматографы и оборудование: info@neochrom.biz.
Контакты компании и представителей: реквизиты и контакты.