Таб.1. Подвижные, неподвижные фазы и детекторы различных хроматографических методов анализа.

Хроматография широко применяется в лабораториях и в промышленности для качественного и количественного анализа многокомпонентных систем, контроля производства, особенно в связи с автоматизацией многих процессов, а также для препаративного (в т. ч. промышленного) выделения индивидуальных веществ (например, благородных металлов), разделения редких и рассеянных элементов.

Для понимания технологии проведения хроматографического раз­деления рассмотрим в самых общих чертах обобщенную схему хрома­тографа, которая представлена на рис.2, а. Здесь представлены толь­ко основные блоки хроматографа (в реальных условиях аппаратура для проведения колоночного варианта разделения включает много до­полнительных элементов).

Непосредственно процесс разделения пробы на отдельные компо­ненты происходит в колонке 2, предварительно заполненной подвиж­ной фазой (сорбентом). Подача подвижной фазы в колонку осуществляется с помо­щью специального устройства ввода 3. Исходную пробу вносят до­затором 1 (конструкция его определяется агрегатным состоянием про­бы и типом подвижной фазы). Для хорошего разделения пробу необходимо вво­дить в колонку в виде небольшой компактной дозы, тогда все компо­ненты смеси начинают перемещаться одновременно.

Рис.2. Принципиальная схема хроматографа.

По мере продвижения через колонку компоненты смеси сорбиру­ются в верхних слоях сорбента, причем менее сорбирующиеся компо­ненты перемещаются быстрее, чем прочно сорбирующиеся компонен­ты. При хорошем качестве разделения слои сорбированных веществ вымываются практически полностью, и на выходе колонки получается поток растворителя, содержащего последовательно все компоненты анализируемой смеси. Далее выделенные компоненты поступают в де­тектор 4, где происходит их идентификация или количественное опре­деление. Детектор представляет собой сложное устройство, основным элементом которого является чувствительный элемент (датчик), опре­деленным образом реагирующий на свойства исследуемых компонен­тов. На его выходе установлен самописец 5 - регистрирующее уст­ройство, графически отображающий сигналы детектора в виде хроматограммы. Как правило, колонка и детектор хроматографа находятся внутри термостата б, который обеспечивает требуемый температурный режим разделения.

При проведении анализа температура хроматографической колонки должна поддерживаться с погрешностью не более ±0,03°С. Изменение температуры колонки на 1°С приводит к существенным изменениям параметров хроматограммы, а именно: высоты пика хроматограммы приблизительно на 3% и времени удерживания приблизительно на 2,5%. Терморегулятор промышленных хроматографов должен обеспечивать стабильность температуры термостата не хуже 0,1°С во всём диапазоне изменения напряжения питания и условий внешней среды.

Описанный процесс отражает только самые общие черты хроматографического процесса, каждый вариант хроматографии имеет свои аппара­турные особенности, использует иные материалы для неподвижной и подвижной фазами и требует различных режимов разделения.

Рис.3. Характеристики хроматографического пика

На рис.3 в качестве примера представлена хроматограмма, со­держащая информацию о разделяемой пробе. Такая хроматограмма называется внешней, т.к. для ее получения все компоненты пробы должны покинуть колонку. Число пиков соответ­ствует исходному количеству компонентов смеси.

Рассмотрим хроматограмму для одного компонента более подробно (рис. 3). Обычно по оси абсцисс откладыва­ется объем проходящего через колонку газа, называемого газом-носителем. В случае постоянства скорости газа-носителя по оси абсцисс можно откладывать пропорциональное объему газа время опыта, а по оси ординат—сигнал детектора. Точка О соответ­ствует моменту ввода пробы анализируемого вещества, точка О'— появлению на выходе из колонки несорбирующегося газа. Таким образом, отрезок 00' соответствует объему колонки, заполненному несорбирующимся газом (V₀). Линия ОВ, проходящая параллельно оси абсцисс, называется нулевой линией. Кривая АНВ называется хроматографическим пиком данного компонента, а расстояние от нулевой линии до максимума пика H, т. е. GH,— высота пика (h).

Отрезок А'В' называется шириной пика у основа­ния (W). Он определяется расстоя­нием между точ­ками пересечения каса­тельных, проведенных к точкам перегиба С и D, с нулевой линией. Расстоя­ние между точками EF— ширина на половине вы­соты пика (W_0,5), а рас­стояние между точками С и D— ширина пика в точках перегиба W_п.

Отрезок OG соответст­вует удерживаемому объ­ему V_R, т. е. объему газа-носителя (или элюента), который следу­ет пропустить через слой сорбента в колонке от момента ввода пробы до момента регистрации на выходе из колон­ки вымываемого вещества c максимальной скоростью.

Время t_R, соответствующее удерживаемому объему V_R, назы­вается временем удер­живания. Это время с момента ввода пробы в колонку до момента элюирования (до достижения максимума пика). В этой точке извлекается только половина общего количества вещества. Эти два параметра связаны между собой:

,

Где F – скорость протекания элюента (газа-носителя) через колонку в мл/мин.

Время удерживания (удерживаемый объем) является характеристикой природы (свойств) вещества.

Еще одной характеристикой пика является его ширина W – ширина пика у основания.