Хроматограф газовый для чего нужен

Газовые хроматографы

Газовый хроматограф представляет собой устройство для анализа сложных газовых веществ путем их дифференцирования на монокомпоненты. Далее компоненты смеси подвергаются анализу на предмет качественных и количественных характеристик. При этом исследования можно проводить с применением любых физических и химических способов. Если хроматографу не удалось разделить пробу на элементы, то вещество принято считать однородным. Газовые хроматографы являются неотъемлемой частью хроматографии и широко используются в исследовательской деятельности различных профилей, начиная от фармацевтики и заканчивая добывающей промышленностью. В этой статье мы подробно рассмотрим следующие моменты, связанные с газовыми хроматографами:

Принцип работы газового хроматографа

Газовый хроматограф работает согласно общим принципам хроматографии. Это значит, что элементы смеси распределяются между двумя фазами: подвижной (элюентом) и неподвижной. Для газового хроматографа характерно проведение исследований, где в качестве подвижной фазы выступает газ или пар. Чаще всего в качестве элюента выступают гелий, водород и азот. Неподвижной фазой может быть как твердое тело (тогда речь идет о газообсорбционной хроматографии), так и жидкое вещество (в таком случае, принято говорить о газожидкостной хроматографии).

Порядок исследования

Само исследование смесей в газовом хроматографе выглядит следующим образом:

Устройство

Хроматограф газа имеет достаточно сложную конструкцию, где каждый элемент выполняет определенную функцию. Стандартный прибор состоит из следующих узлов:

Конструкция газового хроматографа включает в себя также расходомер, отвечающий за контроль расхода газа, и регистратор, который служит для построения хроматограммы. В качестве регистратора в современных приборах чаще всего используется ПК, реже — самописец.

1 — источник газа-носителя;
2 — регулятор расхода подвижной фазы;
3 — устройство ввода образца;
4 — колонка;
5 — детектор;
6 — электроусилитель;
7 — регистратор;
8 — расходомер.

Колонки газового хроматографа

Хроматографические колонки можно считать одним из важнейших элементом хроматографа. В ходе исследования трубки наполняют неподвижной фазой. Разделение вещества на компоненты происходит именно в хроматографических колонках. Различают два типа колонок:

Детекторы в газовой хроматографии

Детекторы также считаются важнейшими элементами газового хроматографа, поскольку именно эти элементы отвечают за определение качественных и количественных характеристик анализируемых веществ. В данной таблице приведены наиболее распространенные виды детекторов, используемых в газовых приборах.

Объекты анализа

Объекты анализа для газового хроматографа должны обладать рядом свойств, а именно — летучестью, термостабильностью, инертностью, молекулярной массой не более 400 единиц, простотой получения. Все эти характеристики в совокупности обычно присутствуют в органических веществах. Однако хроматограф газа может использоваться и для исследования смесей неорганической природы.

Сферы применения

Использование газовых хроматографов актуально в различных промышленных отраслях, медицине и криминалистике. С помощью таких хроматографов обычно исследуют:

Источник

Газовый хроматограф: задачи и конструктивные особенности прибора

Газовый хроматограф – это прибор, способный разделять образец какого-либо вещества на компоненты. Этот аппарат незаменим при хроматографических исследованиях и применяется в медицинской и фармакологической отраслях, незаменим в добывающей индустрия.

Устройство хронографа

Конструктивно газовый хроматограф в своем составе имеет подвижные и неподвижные части. Между ними в процессе работы распределяется вещество, которое подлежит разделению. Под подвижной частью имеют в виду газ или пар. Если речь идет про газ, то обычно это: водород, гелий или азот.

В состав газового хроматографа входят такие составляющие:

Каждая из этих частей имеют определенный функционал. Так, например, хроматографические колонки с сосудами, которые заполняются неподвижной фазой, бывают капиллярными и насадочными. Газовые аппараты применяются для смесей органического и неорганического происхождения.

Устройства этого прибора надежное и поэтому аппарат отличается продолжительным сроком эксплуатации. Это лабораторное оборудование по всему миру применяется в аналитических исследованиях.

Источником газа-носителя обычно выступает 40-литровый баллон с газом, находящимся в сжатом или сжиженном состоянии под высоким давлением. Вместо регистратора может использоваться персональный компьютер или самописец.

Детекторы в хроматографии отвечают за определение качественных и количественных характеристик веществ, анализ которых проводится.

Основные принцип работы

Газовый хроматограф работает так: во входное отверстие устройства через дозатор поступает вещество. После этого жидкая составляющая этого вещества испаряется. Остатки попадают в колонку хроматографа и уже здесь смесь разделяется на компоненты. Именно так между двумя фазами проходит процесс сорбции-десорбции.

Объекты анализа

Объекты, которые подвергаются анализу в хроматографе газовом, должны обладать такими свойств, как:

Молекулярная масса должна быть не более 400 единиц. Совокупность этих характеристик присущи для органических веществах. Кроме этого газовый хроматограф используется для проведения исследований смесей неорганических веществ.

Сфера применения

Кроме перечисленных ранее сфер, газовый хроматограф используется в таких сферах, как криминалистика и промышленность.

Современные производители предлагают хроматографы разной комплектации и с разными технических характеристик. Различные модели таких приборов могут исследовать состав воздуха в помещениях складов или в рудниках. Также они широко используются для исследования продуктов горения, которые образуются в результате использования топлива разных видов.

Газовые хроматографы востребованы в промышленной отрасли, чтобы контролировать работу:

Это устройство способно анализировать и контролировать результаты работы всевозможного техоборудования.
Кроме этого хроматографы могут проводить анализ количественного и качественного состава фармакологических препаратов.

Источник

Что такое хроматография? Типы и применения

Слово «хроматография» означает «цветное письмо», но оно является неправильным, потому что оно часто не включает бумагу, чернила, цвет или письмо.

Михаил Семёнович Цвет (1872-1919)— русский ботаник-физиолог и биохимик растений, создатель хроматографического метода.

M.С. Цвет использовал хроматографичекий метод для разделения пигментов растений. Для разделения хлорофиллов Цвет наполнял стеклянную трубку (колонку) твердым адсорбентом (например, инулином) и наносил на верхний слой экстракт хлорофиллов в лигроине. Затем промывал колонку лигроином. Цвет писал так – «Из нижнего конца воронки вытекает сначала бесцветная, потом желтая жидкость (каротин), в то время как в поверхностных слоях инулинового столба возникает интенсивное зеленое кольцо, на нижнем крае которого быстро образуется желтая кайма.

При последующем пропускании через инулиновый столб чистого лигроина, оба кольца, зеленое и желтое, значительно расширяются и распространяются вниз до известного предела». «Как цветные лучи солнечного спектра различные компоненты из смеси пигментов были выделены и могли анализироваться дальше количественно и качественно». 2 Результат разделения, а именно последовательность различных цветовых зон Цвет назвал – хроматограммой. Для разделения пигментов Цвет использовал более ста различных адсорбентов, детально отработал технику разделения и предложил различные варианты аппаратов для своего метода (хроматографов).

Последнее время появилось ряд сообщений авторитетных российских химиков о том, что практически параллельно с западными учеными первые работы в области аналитической газовой хроматографии выполнили в 1940-е г.г. советские исследователи М.М. Сенявин, Н.М. Тулькертауб, А.А. Жуховицкий и Д.А. Вяхирев. Это были работы по газо-адсорбционному разделению, выполненные задолго до широко известной публикации А. Джеймса и А. Мартина в 1952 г., от которой официально ведет отсчет история газовой хроматографии. 4

Метод хроматографии основан на динамическом процессе распределения веществ между двумя фазами — неподвижной (твёрдая фаза или жидкость, связанная на инертном носителе) и подвижной (газовая или жидкая фаза, элюент). В зависимости от природы взаимодействия компонентов смеси с неподвижной и подвижной фазами и индивидуальных свойств, компоненты движутся с различной скоростью, что позволяет разделять их между собой.
Основные термины и понятия, относящиеся к хроматографии, а также области их применения были систематизированы и унифицированы специальной комиссией ИЮПАК. Согласно рекомендациям ИЮПАК, термин «хроматография» имеет три значения и используется для обозначения специального раздела химической науки, процесса, а также метода. 6

Существуют различные способы классификации хроматографических методов: по физическому состоянию подвижной фазы (газовая и жидкостная хроматографии), по технике выполнения хроматографического разделения (колоночная, плоскостная, хроматография в полях сил), по природе взаимодействия разделяемых компонентов с неподвижной фазой (адсорбционная, ионообменная, эксклюзионная и др.) и др.
Современная хроматография имеет много разновидностей, наиболее популярные их них, которые помогут вам получить более полное представление о процессе представлены ниже. Мы попытались объяснить их очень простым языком.

Основы хроматографии

По своей сути хроматография включает взаимодействие двух разных фаз. Химическое соединение в одном состоянии вещества (например, жидкость или газ) перемещается по поверхности другого вещества в другом состоянии вещества (например, твердое вещество или жидкость).

Движущееся соединение известно как подвижная фаза, в то время как устойчивое вещество (которое вообще не движется) называется стационарной фазой. Компоненты подвижной фазы отделяются, когда она движется по стационарной фазе. Затем химики могут анализировать отдельные компоненты один за другим.

4 разных типа хроматографии

Существует несколько видов хроматографии, каждый из которых имеет свой вид подвижной и стационарной фазы. Хотя основной принцип остается тем же самым, способ взаимодействия различных компонентов с подвижной фазой и стационарной фазой может варьироваться в зависимости от используемого хроматографического метода.

Ниже приведен список основных типов хроматографии, которые помогут вам получить более полное представление о процессе. Мы попытались объяснить их очень простым языком.

1. Бумажная хроматография

Бумажная хроматография является наиболее распространенным и простым аналитическим методом для разделения и обнаружения цветных компонентов, таких как пигменты. Хотя в современных лабораториях чаще используют тонкослойную хроматографию, он все еще является мощным учебным пособием.

В этом методе каплю образца смеси (например, чернил) помещают вблизи края фильтровальной бумаги, а затем бумагу подвешивают вертикально, при этом ее край погружают в растворитель (вода или спирт). Бумагу подвешивают таким образом, что пятно чернил не должно касаться растворителя и остается немного над ним.

Через некоторое время растворитель (подвижная фаза) начинает постепенно продвигаться вверх по бумаге (неподвижная фаза) посредством капиллярных сил. Поскольку растворитель движется вверх, он увлекает красители, присутствующие в чернилах, вместе с ним.

Когда он поднимается, мы видим разные цвета на фильтровальной бумаге. Эти цвета представляют различные красители, присутствующие в чернилах. Поскольку разные красители имеют разные уровни растворимости и движутся с разной скоростью, когда растворитель поднимается, мы видим полосы разного цвета на разной высоте.

Вот как бумажная хроматография используется для разделения разных компонентов чернил. В некоторых случаях смеси не содержат цветных компонентов, поэтому химики добавляют другие вещества для идентификации.

2. Тонкослойная хроматография

Тонкослойная хроматография очень похожа на бумажную хроматографию. Основное отличие состоит в том, что вместо куска бумаги у нас есть предметное стекло, покрытое слоем силикагеля (неподвижная фаза). В этом методе на нижний край предметного стекла с силикагелем наносятся капли раствора исследуемой смеси, лежащие на отрезке, параллельном нижнему краю и отстоящем от него на такое расстояние, чтобы капли не погружались в элюент.

Когда они подсохнут, предметное стекло нижним краем погружается в слой растворителя (элюент). Предметное стекло с неподвижной фазой удаляется из резервуара с растворителем, когда растворитель (подвижная фаза) достигает верхнего края стекла. Различные соединения в смеси перемещаются вверх по слою силикагеля с различной скоростью в виде пятен. Эти отделенные пятна затем визуализируются в ультрафиолетовом свете.

В некоторых случаях для визуализации пятен используются химические процессы: например, серная кислота обугливает большинство органических компонентов, оставляя темное пятно на предметном стекле. Это простая и быстрая техника для разделения смесей органических соединений. Она часто используется для определения пигментов, анализа состава красителей в волокнах и выявления инсектицидов или пестицидов в пищевых продуктах.

По сравнению с бумажной хроматографией, применение тонкослойной хроматографии приводит к лучшему разделению.

3. Газовая хроматография

Обычно количество пробы газа невелико, порядка микролитров. Подвижную фазу в газовой хроматографии называют газом-носителем. Поскольку мы не хотим, чтобы газ-носитель (подвижная фаза) реагировал с образцом, это должен быть инертный газ, такой как гелий, или нереакционноспособный газ, такой как азот. Колонка для газовой хроматографии (металлическая или стеклянная трубка) содержит неподвижную фазу тонкий слой жидкости или полимера на инертной твердой подложке.

Разделение компонентов в смеси происходит за счет разницы в их температурах кипения – соединения с низкой температурой кипения движутся быстрее компонентов с более высокой температурой кипения, а также за счет полярности и других специфических взаимодействий с подвижной фазой.

Это приводит к тому, что каждый компонент элюируется в разное время, также называемое временем удерживания компонента. Сравнивая времена удерживания разделенных компонентов с временами удерживания известных соединений, химики могут анализировать соединения в смеси.

4. Жидкостная хроматография

Колонка обычно представляет собой металлическую или пластиковую трубку, заполненную крошечными частицами сорбента с определенным химическим составом поверхности. Поскольку каждое соединение в смеси по-разному реагирует с сорбентом (из-за различий в размерах, адсорбции и ионного обмена), они движутся в колонке с разными скоростями, что обеспечивает разделение их между собой. Выбор состава подвижной фазы зависит от свойств неподвижной фазы и анализируемых веществ.

Химики проводят серию тестов и отрабатывают методику разделения, чтобы найти оптимальный метод жидкостной хроматографии для смеси, который может обеспечить идеальное разделение пиков.

Применение

За научные исследования в области хроматографии или с применением хроматографического метода были присуждены несколько Нобелевских премий.

Более 60 процентов химических исследований во всем мире проводится с помощью различных видов хроматографии. Современные хроматографы способны разделить и идентифицировать несколько сотен соединений за один анализ. Некоторые хроматографические детекторы могут определять количество вещества в масштабе ppb.

Благодаря этим преимуществам, хроматография в настоящее время широко используется в

Помимо этого, хроматография также используется для расшифровки ДНК и в биоинформатике, клинической диагностике заболеваний и расстройств, а также в различных исследовательских целях.

1 Е.М. Сенченкова. Михаил Семенович Цвет. Москва: Издательство «Наука», 1973
2 М.С. Цвет «Хроматографический адсорбционный анализ. Избранные работы. Под ред. А.А. Рихтера и Т.А. Красносельской. Изд-во АН СССР. 1946
3 Измайлов Н.А., Шрайбер М.С.. Капельно-хроматографический метод анализа и его применение в фармации. Фармация. 1938, №3.с.1-7
4 Р.Х. Хамизов, В.Ф. Селеменев. Кто открыл газовую хроматографию? // Сорбционные и хроматографические процессы. 2018. Т. 18. № 2. С 128-130
5 «Сто лет хроматографии» В. А. Даванков, Я. И. Яшин // Вестник РАН, 2003, том 73, № 7, с. 637-646
6 Nomenclature for Chromatography // Pure and Appl. Chem. 1993.Т. 65, № 4. С. 819—872

Источник

Хроматограф – устройство, принцип действия, виды

Чтобы понять, что такое хроматограф и для чего он нужен, стоит сказать пару слов об исследовании, которое проводят с его помощью. Называется оно хроматография и было открыто в начале 20 века ученым М.Цветом. Это методика разделения смесей на отдельные составляющие и анализа компонентов. Вещества распределяются в двух средах – подвижной и неподвижной и уравновешиваются на каждом этапе. Далее можно оценивать их качественные и количественные характеристики.

Современный хроматограф – необходимое устройство в оснащении лаборатории промышленного предприятия

Хроматограф – это устройство, которое предназначено для разделения смеси на многокомпонентные составляющие

Сфера использования хроматографов

Современные приборы имеют высокую точность и применяются практически во всех отраслях промышленности и науки:

С помощью хроматографа можно определить наличие алкоголя и наркотиков в крови

Принцип действия хроматографа

Принцип работы хроматографа можно описать так:

Принцип работы хроматографа

Качественный и количественный состав веществ в начальном образце, что определяет хроматограф, рассчитывается специализированным программным обеспечением по площади и времени выхода. Из-за того, что сорбционная активность каждого вещества в смеси различна, отличаются и скорости движения их по колонне.

Виды хроматографов

В зависимости от того, какой элюент используется в качестве подвижной фазы, различают газовые и жидкостные устройства.

Газовый хроматограф – это прибор, в котором исследуемое вещество растворяется в газовой среде (водород, аргон, азот, гелий). Используется в основном для разделения летучих смесей. Это почти 80% продуктов промышленного производства.

Особенностью жидкостного хроматографа является то, что образец поступает в органический растворитель, воду или водный раствор. От его выбора зависит правильность исследования и его достоверность. Такие устройства применяют для анализа проб воды, почвы, воздуха, выявления наличия пестицидов в сельхозпродукции.

Ознакомиться с описанными видами хроматографов вы можете в нашем каталоге.

Устройство хроматографа

Рассмотрим, из каких именно частей состоит хроматограф, ведь устройство определяет характеристики каждой модели. Источник носителя подключается к регулятору расхода. оттуда подвижная фаза поступает далее на колонки и детекторы. на них остановимся подробнее.

Колонки и их параметры

Это трубки определенного размера, в которые помещается неподвижная фаза. Именно в них происходит разделение на компоненты во время прохождения раствора. По виду различают набивные и капиллярные. Первые имеют больший размер (до 2 мм в диаметре) и их можно заполнить сорбентом вручную. Вторые – тонкие, их просвет исчисляется десятыми долями миллиметра. У колонок есть несколько параметров:

Объем пробы, который можно поместить в трубку без перегрузки – это емкость. Она зависит от размеров.

Колонки – важный элемент хроматографа

Эффективность определяется количеством «тарелок» – участков по длине, в которых достигается равновесие между фазами и происходит разделение веществ. В современных устройствах в одном капилляре может располагаться несколько тысяч таких участков. Селективность показывает разность в удерживании различных компонентов смеси и зависит от характера взаимодействия подвижной и неподвижной фаз.

Детектор и их разновидности

Это второй по важности элемент хроматографа. Он отвечает за определение концентрации каждой составляющей в образце. Видов детекторов много.

Универсальным считается катарометр или детектор по теплопроводности. Его принцип действия основан на изменении теплопроводности металлической нити при обдувании ее чистым газом и смесью его с растворенным веществом.

Плазменно-фотометрический детектор реагирует на изменение излучения молекул и атомов в кислородно-водородном пламени. Чаще применяется для определения неорганических соединений (ртути, серы, азота и т.д.)

Детектор – чувствительная часть хроматографа

Для выделения азота и фосфора применяют детектор термоионного типа. Внутри него располагается раскаленный шарик с таблеткой из сульфата рубидия – соли щелочного металла.

Плазменно-ионизационный тип применяют для обнаружения углеводородов. Принцип работы основан на изменении органическими примесями электропроводности газовой смеси в водородно-кислородном пламени.

Электрохимический детектор определяет наличие серы. Её производные вступают в реакцию с электролитом и возникает ток, который и регистрируется датчиком.

Электронозахватный тип фиксирует ток, который возникает при ионизации молекул в присутствие радиоактивных компонентов.

Основной характеристикой детектора является его чувствительность. От этого показателя зависит погрешность исследования

Какие бывают детекторы для жидкостного хроматографа? Их множество:

Электрический сигнал от детектора поступает на усилитель и интерпретируется прибором или программным обеспечением на ПК.

Работа на хроматографе требует умений и квалификации (обычно, ней занимается инженер-химик). Необходимо знать и соблюдать меры безопасности, потому как в качестве растворителей и в детекторах могут применяться взрывоопасные, ядовитые соединения.

Работа на хроматографе требует знаний и соответствующего уровня квалификации

Компания «Спектраналит» предлагает сертифицированные модели хроматографов от отечественных и зарубежных производителей, которые могут применяться для проведения большинства исследований в нашей стране. Обращайтесь, мы поможем вам с выбором.

Источник