ПРИБОРЫ

Хроматографические методы анализа

 

Хроматографические методы основаны на сорбционных процессах – поглощении газов, паров или растворенных веществ твердым или жидким сорбентом. Сорбцию можно осуществить двояко: в статических (вплоть до установления равновесия) и динамических условиях. Динамическая сорбция представляет собой процесс, в котором происходит направленное перемещение подвижной фазы относительно неподвижной. Сущность всех хроматографических методов состоит в том, что разделяемые вещества вместе с подвижной фазой перемещаются через слой неподвижного сорбента с разной скоростью вследствие различной сорбируемости. Иными словами, хроматография – это динамический сорбционный процесс разделения смесей, основанный на распределении вещества между двумя фазами, одна из которых подвижна, а другая – неподвижна, и связанный с многократным пов­торением актов сорбции – десорбции.

Скорость перемещения зоны данного вещества обратно пропорциональна значению константы распределения вещества между подвижной и неподвижной фазами. Коэффициент распределения зависит от природы определяемого вещества, природы подвижной и неподвижной фаз, температуры, рН, концентрации и ионной силы раствора. Сорбционная способность неподвижной фазы по отношению к разделяемым веществам характеризуется временем удерживания – расстояние на хроматограмме от момента поступления вещества в слой сорбента до момента появления на выходе из него в максимальной концентрации в подвижной фазе.

Хроматографические методы анализа индивидуальных загрязняющих веществ могут применяться в нескольких вариантах.

 

Наиболее часто в анализе объектов окружающей среды используется газожидкостная и высокоэффективная жидкостная хроматография.

В газожидкостной хроматографии подвижной фазой является газ или пар, а неподвижной служит слой жидкости, нанесенный на инертный твердый носитель. Метод позволяет анализи­ровать смеси газов, низко- и высококипящих органических и неорганических смесей. Важным параметром при этом служит скорость потока газа-носителя.

Температурный режим хроматографирования в газожидкостной хроматографии обусловлен температурами испарителя, термостата колонок и термостата детектора. Обычно температура испарителя устанавливается на 20–30 °С выше температуры кипения самого высококипящего вещества в смеси для обеспечения мгновенного испарения всех компонентов смеси. Важно, чтобы анализируемые компоненты при этой температуре не разрушались. Температура термостата детектора должна быть выше температуры кипения самого высококипящего вещества в смеси во избежание конденсации веществ в камерах детектора.

Если определяемые вещества имеют широкий интервал температур кипения, то в термостате колонки устанавливают температурный градиент (нагрев с заданной скоростью).

Колонки в газожидкостной хроматографии применяют разные по форме, по длине (1–10 м), по диаметру (3–5 мм).

В практике газожидкостной хроматографии наиболее часто используют детектор, основанный на теплопроводности газа, пламенно – ионизационный и по электронному захвату.

Принцип работы детектора по теплопроводности (катарометра) основан на изменении электрического сопротивления проводника в зависимости от теплопроводности окружающей среды. Изменение состава газа приводит к изменению теплопроводности, появлению сигнала.

В пламенно-ионизационном детекторе горение происходит между двумя электродами. Под воздействием пламени в газе образуются ион-радикалы и свободные электроны. При попадании в пламя анализируемого вещества скорость образования ионов сильно возрастает, регистрируется увеличение тока.

Селективные детекторы, например детектор по захвату электронов, применяются для обнаружения соединений, содержащих атомы, сродство которых к электрону выше, чем у газа-носителя (например, галогены). Кроме детектора по захвату применяется термоионный детектор, обладающий высокой чувствительностью при анализе фосфорорганических соединений.

Высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ) с использованием высокого давления начала широко применяться в начале 70-х годов. Высокое давление (до 400 атм) создает регулируемый поток элюента через колонку. В этот поток с применением специальных инжекторов вводится проба анализируемой смеси. В тех случаях, когда времена удерживания компонентов смеси сильно различаются, рекомендуется осуществление градиентного элюирования – аналог программирования температуры в газовой хроматографии. Градиент создается изменением полярности элюента за счет вариации соотношений его полярной и неполярной составляющих.

В зависимости от полярности подвижной и неподвижной фаз используются два варианта ВЭЖХ: нормально-фазовый и обращено-фазовый.

В первом случае используют полярный адсорбент (силикагель), элюент – неполярный (гексан), разделяемые вещества при этом полярные. В обращенно – фазовом варианте адсорбент неполярный – силикагель с привитыми на его поверхности неполярными алкильными цепями С6 – С18, элюент – полярный (спирт, ацетонитрил, вода и их смеси), разделяемые вещества – любые.

Детекторами в ВЭЖХ служат обычно спектральные датчики – фотометрические, флуоресцентные – либо электрохимические – потенциометрические, амперометрические, по электропроводности.

С применением различных колонок и элюентов спектр анализируемых методом ВЭЖХ веществ необычайно широк. Основной недостаток метода – для надежного соотнесения наблюдаемого в анализируемой смеси хроматографического пика к тому или иному веществу необходимо иметь эталон этого вещества [78].

Для анализа смесей неизвестного состава применяют хроматомасс-спектрометры – газовые или жидкостные хроматографы с масс-спектрометрическим датчиком. Здесь эффективно сочетаются возможности техники хроматографического разделения и масс-спектрометрической идентификации веществ. Масс-спектрометр при этом работает в режиме обнаружения одного или нескольких ионов, фрагментов молекул.

В масс-спектрометре из анализируемого вещества формируют молекулярный пучок, который подвергают воздействию потока электронов. Под действием электронов вещество разлагается на множество несущих заряд осколков, после чего они попадают в ускоритель и далее разделяются в магнитном поле в соответствии с соотношением т/е. Каждое вещество имеет свой специфический набор пиков на спектрограмме. «Библиотеки» современных хроматомасс-спектрометров насчитывают 60–80 тыс. соединений. При введении в прибор анализируемой пробы компьютер соотносит пики на хроматограмме к одному из веществ, хранящихся в «библиотеке».

Хроматомасс – спектрометрический метод позволяет осуществлять как качественное, так и количественное определение различных соединений, присутствующих в анализируемой пробе, определять индивидуальные вещества и отдельные классы веществ.

Методы физико-химического анализа позволяют не только определять химический состав объектов окружающей среды, констатировать уровень их загрязнения, но и получать кинетические параметры, описывающие динамику природных процессов. И все же, сколь бы широк ни был набор измеряемых параметров, для детального описания экосистемы любой набор будет недостаточен. Поэтому большое внимание следует уделять разработке методов моделирования, основанных на ограниченном наборе параметров, позволяющих получить наиболее адекватную функциональную модель рассматриваемых природных экосистем. Построение функциональных моделей необходимо проводить с учетом химико-биологических процессов, протекающих в при­родных экосистемах, и влияния на них различного рода антропогенных воздействий и природных факторов.

Мониторинг призван обеспечить получение параметров, необходимых для описания текущего и прогноза будущего состояний биосферы в целом и отдельных ее элементов. Такой прогноз будет достоверным лишь в том случае, если в соответствующей физико-математической модели будут учтены результаты исследований природных процессов в их динамическом аспекте, а также результаты изучения распространения и превращений загрязняющих веществ в окружающей среде и их влияния на живую и неживую природу.

 


Промокод uKit на 50% скидку
Промокод uKit на 50% скидку


Купон, промокод SendPulse на 500 рублей при регистрации
Купон, промокод SendPulse на 500 рублей при регистрации


1000 рублей Карта iTunes Gift Card Россия СКИДКА ОТЗЫВ
1000 рублей Карта iTunes Gift Card Россия СКИДКА ОТЗЫВ