Що таке хроматографія
Хроматографія — метод розділення сумішей, який допомагає досліджувати їхній склад. Розділення відбувається завдяки різному розподілу речовин між двома фазами: нерухома залишається на місці, а рухома переміщується крізь неї або вздовж її поверхні.
Компоненти суміші взаємодіють із цими фазами по-різному, тому переміщуються з різною швидкістю. Після розділення їх можна виявити, ідентифікувати та кількісно визначити. Для цього використовують відповідний детектор, стандартні зразки й установлену методику аналізу.
Залежно від рухомої фази розрізняють газову, рідинну та надкритичну флюїдну хроматографію. Далі розглянемо газову хроматографію: принцип розділення, будову приладу та можливості методу.
Принцип газової хроматографії
У газовій хроматографії (ГХ, GC) рухомою фазою є газ-носій. Він переносить введену пробу крізь колонку з нерухомою фазою. Компоненти суміші утримуються в колонці по-різному й виходять із неї в різний час.
Нерухомою фазою може бути твердий адсорбент або рідка плівка, нанесена на носій чи внутрішню поверхню колонки. У першому випадку йдеться про газоадсорбційну, у другому — про газорідинну хроматографію.
На розділення впливають властивості речовин, склад нерухомої фази, температура колонки та параметри потоку газу-носія. Тому послідовність виходу компонентів і час їх утримування стосуються конкретних умов аналізу.
ГХ застосовують до газів і сполук, які можна перевести в пару без розкладання в умовах аналізу. Вихідна проба при цьому не обов’язково має бути газоподібною: метод використовують також для рідин і підготовлених зразків інших типів. Деякі сполуки попередньо перетворюють на леткіші й термічно стійкіші похідні. Таку підготовку називають дериватизацією.
Як працює газовий хроматограф
Газовий хроматограф містить систему подавання газу-носія, пристрій введення проби, колонку в термостаті, детектор і систему реєстрації даних.
Аналіз відбувається в кілька етапів.
- Введення проби. Зразок надходить у прилад вручну, за допомогою автосемплера або через спеціалізовану систему введення. Спосіб введення вибирають з урахуванням складу й агрегатного стану зразка.
- Розділення компонентів. Газ-носій переносить пробу крізь колонку. Температура термостата може залишатися сталою або змінюватися за заданою програмою.
- Детектування. Детектор реєструє речовини, що виходять із колонки, і перетворює відгук на електричний сигнал.
- Оброблення даних. Програмне забезпечення записує хроматограму, виділяє піки й розраховує результати за заданою методикою.
Колонка забезпечує розділення, а детектор — реєстрацію компонентів. Вибір чутливого детектора сам по собі не усуває недостатнього розділення речовин.
Що показує хроматограма
Хроматограма — графічне подання сигналу детектора в часі. Під час виходу компонента з колонки зазвичай з’являється пік. Його положення та розмір використовують для якісного й кількісного аналізу.
Час утримування: яку речовину виявлено
Час утримування — проміжок між введенням проби й досягненням максимуму відповідного піка. Його порівнюють із часом утримування стандартного зразка, проаналізованого за тих самих умов.
Збіг часу утримування допомагає ідентифікувати компонент, але сам по собі не доводить його хімічної природи. Різні речовини можуть виходити одночасно. За потреби використовують додаткові ознаки, іншу колонку або мас-спектрометричне детектування.
Площа піка: скільки речовини міститься в пробі
Площа або висота піка є аналітичним сигналом для кількісного визначення. Вміст речовини розраховують за градуювальною залежністю, яка пов’язує відгук детектора з відомим вмістом компонента.
Під час розрахунку враховують підготовку зразка, розведення, спосіб введення та особливості методики. Відсоток площі піка не можна автоматично вважати масовою або об’ємною часткою речовини: компоненти можуть давати різний відгук.
Обмеження інтерпретації
Один видимий пік може містити кілька нерозділених компонентів. Тому кількість піків не завжди дорівнює кількості речовин у зразку.
Відсутність піка також не доводить відсутності речовини. Її вміст може бути нижчим за межу виявлення, вибраний детектор може на неї не відгукуватися, а підготовка проби — не забезпечувати її вилучення чи збереження.
Які детектори використовують у газовій хроматографії
Детектор вибирають за визначуваними речовинами, очікуваним вмістом, складом зразка та вимогами методики.
Полуменево-іонізаційний детектор — ПІД, FID
ПІД реєструє іони, що утворюються під час надходження органічних речовин у воднево-повітряне полум’я. Його широко застосовують для аналізу вуглеводнів, розчинників і багатьох інших органічних сполук.
Відгук залежить від хімічної будови речовини. Тому кількісний аналіз потребує відповідного градуювання; однакова кількість різних сполук не обов’язково дає однаковий сигнал.
Детектор за теплопровідністю — ДТП, TCD
ДТП реєструє зміну теплопровідності потоку відносно газу-носія. Його використовують, зокрема, для аналізу постійних і технологічних газів.
Відгук залежить від різниці теплопровідності визначуваного компонента й газу-носія. Тому вибір газу-носія є частиною розроблення методу. Детектор не руйнує пробу.
Електронозахоплювальний детектор — ЕЗД, ECD
ЕЗД реєструє сполуки, здатні захоплювати електрони. Його застосовують для визначення низки галогеновмісних речовин, зокрема деяких пестицидів і хлорорганічних домішок.
Висока чутливість до певних груп сполук не означає універсальності: придатність детектора оцінюють для конкретних речовин та умов аналізу.
Мас-спектрометричний детектор — MS
У системі газової хроматографії з мас-спектрометрією, або ГХ-МС, розділені компоненти надходять у мас-спектрометр. Він реєструє іони за відношенням їхньої маси до заряду та формує мас-спектри.
Мас-спектри використовують для ідентифікації речовин, зокрема шляхом зіставлення зі спектральними бібліотеками та стандартними зразками. Бібліотечний збіг оцінюють разом з іншими аналітичними ознаками, а не розглядають як безумовне підтвердження.
ГХ-МС застосовують також для кількісного аналізу. Під час цільового визначення може використовуватися режим реєстрації вибраних іонів — SIM. Його придатність оцінюють за вимогами конкретного завдання.
Де застосовують газову хроматографію
Газову хроматографію використовують для дослідження газів, палива й нафтопродуктів, розчинників, харчових продуктів та об’єктів довкілля. ГХ-МС застосовують також у фармацевтичних, токсикологічних і наукових дослідженнях.
Залежно від методики аналіз дає змогу визначати основний склад суміші, контролювати домішки, порівнювати партії продукції або досліджувати невідомі компоненти.
Застосовність методу встановлюють для конкретного зразка й переліку речовин. Одна конфігурація приладу не забезпечує однакових можливостей для всіх перелічених завдань.
Як вибрати конфігурацію для лабораторії
Підбір обладнання починають з опису аналізу. Для обговорення конфігурації підготуйте:
- перелік визначуваних речовин;
- опис зразка та його основного складу;
- очікуваний діапазон концентрацій;
- застосовувану методику або технічне завдання;
- вимоги до меж виявлення та кількісного визначення;
- передбачувану кількість аналізів і необхідний рівень автоматизації.
На цій основі вибирають систему введення, колонку, детектор і спосіб підготовки проб. Одночасно оцінюють вимоги до газопостачання, робочого місця та кваліфікації працівників.
Від вибору приладу до роботи за методикою
Для отримання достовірних результатів важлива вся аналітична процедура: від відбору й підготовки проби до градуювання, оброблення даних і контролю якості вимірювань.
Тому комплектацію приладу доцільно обговорювати разом із запуском методу, навчанням працівників, технічним обслуговуванням і подальшою підтримкою.
Щоб обговорити обладнання міжнародної торговельної марки NeoCHROM, надішліть до Неохром методику або опис аналітичного завдання.
Хроматографи та устаткування: info@neochrom.biz.
Контакти компанії та представників: реквізити й контакти.