В настоящее время газовая хроматография является одним из основных методов анализа летучих (а при использовании методов аналитической реакционной газовой хроматографии – и нелетучих) органических соединений.
В общем виде, согласно существующей номенклатуре, хроматография в ее триединстве (наука – процесс – метод) определена как:
В зависимости от агрегатного состояния подвижной фазы хроматография подразделяют на газовую, жидкостную и сверхкритическую флюидную.
Понятие (термин) «газовая хроматография» объединяет все методические варианты, в которых подвижная фаза газообразна (находится в состоянии газа или пара).
С помощью газовой хроматографии можно выполнять качественное и количественное определение компонентов смесей любых органических и неорганических газов, жидкостей, твердых тел, давление пара которых при температуре колонки находится в диапазоне 0,133-133,0 Па (0,001-1,0 мм.рт.ст.), т.е. перегоняется без разложения в области температур до 400 – 500 0С, или более высококипящих соединений, для которых отработана методика воспроизводимого термического разложения. Методом газовой хроматографии могут также анализироваться и соединения, которые хотя и не попадают в указанные границы, но могут быть превращены в летучие производные для последующего газохроматографического анализа (аналитическая реакционная газовая хроматография).
Интенсивное развитие и широкое применение газохроматографических методов для анализа различных объектов (чистых соединений, лекарств, пищевых продуктов, воздуха и газовых сред, биологических жидкостей и пр.) основано на принципиальной возможности решения этим методом большинства возникающих практических задач.
Целесообразность использования метода газовой хроматографии обусловлена целым рядом причин, из которых можно выделить ряд основных.
Стандартность и сравнительная простота аппаратурного оформления. В общем виде, устройство и принцип работы газового хроматографа можно представить следующим образом (рисунок 1). С помощью устройства ввода в хроматограф, в поток газа-носителя вводится определенное количество анализируемой смеси в газообразном или жидком состоянии.
Рисунок 1. Схема устройства хроматографа
Ввод в устройство ввода определенного количества анализируемой смеси позволяет выполнить дозирующее устройство, в качестве которого чаще всего применяются микрошприц или газовый кран-дозатор. В устройстве ввода жидкие пробы испаряются и поступают в хроматографическую колонку.
В хроматографической колонке осуществляется разделение смеси на отдельные компоненты. При разделении одновременно протекают процессы сорбции-десорбции веществ между неподвижной и подвижной фазами. При этом вещества, слабо сорбируемые неподвижной фазой, будут продвигаться по колонке с большей скоростью и наоборот.
Из колонки разделенные компоненты смеси вместе с газом-носителем (элюат) попадают в детектор, который регистрирует вещества, отличающиеся по физическим или физико-химическим свойствам от газа-носителя, и преобразует их в электрический сигнал.
Далее происходит усиление или преобразование сигнала в аналоговое напряжение, с последующим преобразованием его в цифровую форму.
Регистрирующее устройство, в качестве которого в настоящее время обычно используется персональный компьютер, строит график зависимости сигнала детектора от времени. Этот график называется хроматограммой (рисунок 2).
Формирование, очистка и стабилизация потока газа-носителя, а также вспомогательных газов (если они необходимы для питания детектора) выполняются системой подготовки газов. В последнее время эта система получила название «электронное управление потоками газов» (ЭУПГ).
Требуемые температурные режимы устройства ввода, колонки и детектора поддерживаются с помощью соответствующих термостатов, входящих в систему термостатирования вместе с датчиками измерения температуры, нагревателями, терморегуляторами и, если это необходимо, системами перемешивания воздуха или охлаждения.
Таблица 1. Характеристики некоторых наиболее распространенных хроматографических детекторов
Детектор* |
Область применения |
Нижний предел детектирования, пг |
Линейный диапазон |
катарометр |
любые вещества |
10 нг |
104 |
ПИД |
все органические вещества |
100 |
106 |
ФИД |
то же** |
20 |
107 |
ТИД |
азот- и фосфор-содержащие вещества |
1-10 |
103 - 104 |
ЭЗД |
галоген-,серу- и азот-содержащие вещества |
0,001-1,0 |
102 |
ПФД |
серу- и фосфор-содержащие вещества |
100 |
103 - 105 |
* ПИД - пламенно-ионизационный детектор; ФИД – фотоионизационный детектор; ТИД – термоионный (азот/фосфорный) детектор; ЭЗД – электронозахватный детектор; ПФД – пламенно-фотометрический детектор.
** Кроме формальдегида и углеводородов С1 – С2; все неорганические газы, кроме О2, N2, СО, СО2, SО2.