Газо-жидкостная хроматография

В качестве неподвижной фазы в газо-жидкостной хроматографии применяется инертный носитель с высокоразвитой поверхностью, например, пемза, на которой равномерным тонким слоем распределен высококипящий растворитель, давление паров которого при максимальной рабочей температуре хроматографа, практически, равно нулю. Это могут быть тяжелые парафины, эфиры полимерных спиртов и т.п. Весьма перспективны в этом отношении жидкие кристаллы. Этим сорбентом равномерно заполняется свернутый в спираль металлический капилляр с внутренним диаметром порядка 1 мм и длиной в метр и более. Колонки готовит завод-производитель хроматографов. В газо-жидкостном хроматографе колонка термостатируется с высокой точностью, обычно ± 0,1 ˚С.

Проба исследуемой смеси веществ (~0,001 мг) с помощью микрошприца «закалывается» в испаритель хроматографа из которого увлекается потоком инертного газа-носителя – обычно это гелий или азот – в колонку. Скорость потока газа-носителя регулируется и имеет строго определенную величину. Пары компонентов газовой смеси сорбируются растворителем неподвижной фазы, растворяются в нем, а затем десорбируются – переходят в газовую фазу. С потоком газа-носителя вещество переносится на следующий участок колонки, где повторяются процессы сорбции-десорбции. За время перемещения по хроматографической колонке (обычно, минуты – десятки минут) сорбция-десорбция повторяется тысячи раз. То есть, как метод разделения веществ газо-жидкостная хроматография в тысячи раз белее эффективна, чем фракционная перегонка. (То же можно сказать и про адсорбционную хроматографию, см. ниже). Компонент анализируемой смеси, который лучше сорбируется растворителем неподвижной фазы, медленно перемещается по колонке и выходит из нее последним. Не склонный к сорбции в растворителе неподвижной фазы компонент выходит из колонки первым. На выходе колонки в хроматографе установлен тот или иной детектор, определяющий характеристики газовой смеси например, ее теплопроводность. Теплопроводность изменяется, если в газе появляются пары исследуемого вещества, и регистрируется в виде хроматограммы, которая фиксирует зависимость теплопроводности от продолжительности процесса хроматографирования. Измерение теплопроводности позволяет регистрировать появление в га-носителе 10^-5 – 10^-8 моль вещества. Более чувствительным является

пламенно-ионизационный детектор, который уверенно регистрирует 10-15 моль исследуемого вещества. Анализ данных, полученных в виде бумажных хроматограмм, описан в разделе 2.2.2 (стр.) Современные хроматографы снабжены персональными компьютерами, которые в автоматическом режиме анализируют качественный и количественный состав исследуемых смесей веществ. Жидкостная хроматография Жидкостная адсорбционная хроматография в принципе похожа на газо-жидкостную. Исследуемую смесь веществ растворяют в специально подобранном растворителе и раствор выливают в хроматографическую колонку (рис. 9), заполненную мелкодисперсным адсорбентом. После того, как верхний уровень раствора опустится до слоя адсорбента, небольшими порциями начинают приливать растворитель. Обычно в верхней части колонки адсорбируются вещества с большой молекулярной массой и высокой адсорбционной способностью. Эта зона по колонке не движется.

Рис. 9. Хроматографическая колонка: 1 – колонка, 2 – проявляющий растворитель, 3 – зоны компонентов смеси, 4 – адсорбент, 5 – слой ваты

Другие компоненты сложной смеси – менее склонные к адсорбции и более растворимые – движутся с растворителем вниз по колонке и многократно, сотни и тысячи раз, то сорбируются, то растворяются. В результате хорошо растворимые, плохо адсорбирующиеся вещества движутся по колонке быстро, а хорошо адсорбирующиеся, малорастворимые на колонке задерживаются. Растворитель в данном случае называют проявителем. Часто его используют для последовательного вымывания (элюирования) компонентов смеси и называют в таком случае элюентом. Реже, когда на колонке четко проявятся отдельно расположенные зоны компонентов смеси, «колбаску» адсорбента выжимают из колонки давлением воздуха, окрашенные зоны механически разделяют, переносят на фильтр и смывают подходящим растворителем – элюентом.

Применение жидкостной адсорбционной хроматографии особенно наглядно при разделении окрашенных веществ. Однако и бесцветные разделяются не менее эффективно. В этом случае границы зон компонентов определяют, облучая колонку ультрафиолетовыми лучами. Ароматические соединения и соединения с сопряженными системами π -связей в ультрафиолетовых лучах интенсивно люминесцируют.

Методики разделения многих смесей веществ отработаны до совершенства, поэтому задача подбора адсорбента и проявителя не стоит. Однако, если анализу подлежат ранее не исследованные вещества, появляется задача рационального выбора условий хроматографического разделения. Существуют некоторые правила выбора адсорбентов и растворителей.

Некоторые адсорбенты для жидкостной препаративной хроматографии выпускаются в промышленных масштабах: оксид алюминия, силикагель (гидратированный аморфный диоксид кремния), целлюлоза и др. Оксид алюминия для хроматографии в зависимости остаточного содержания воды имеет разную адсорбционную активность. Обычно применяют Al₂O₃ II и III степени активности по Брокману, из них первый более, а второй менее активный. На оксиде алюминия прочно сорбируются органические соединения, содержащие полярные гидроксильные и карбоксильные группы. Для хроматографического выделения таких соединений целесообразно использовать силикагель.

В принципе, чем выше склонность вещества к адсорбции, тем выше должна быть растворяющая способность растворителя, которую обычно связывают с его полярностью. Нередко в качестве проявителей используют смешанные растворители, меняя соотношение хорошо растворяющего и не растворяющего компонентов. Понятно, что, если вещество обладает более-менее выраженными кислотными свойствами, то его хорошо растворяют электронодонорные растворители типа пиридина, диметилформамида, простых эфиров и т.п. Наоборот, если оно содержит электронодонорные группировки, эффективным растворителем будет уксусная кислота, подкисленная вода или спирт. Если вещество полярно, оно хорошо растворяется в полярных растворителях таких, как метиловый и этиловый спирты, Ошибка! Ошибка связи.

В заключение следует отметить, что достоинством жидкостной хроматографии по сравнению с газо-жидкостной является то, что разделение веществ происходит в мягких температурных условиях, исключающих термическое разложение веществ, что особенно важно для биологически активных соединений и веществ природного происхождения. При промышленном применении жидкостной хроматографии применяют колонны диаметром до полуметра и разделяют килограммовые количества веществ.