Хроматографы: типы и обслуживание

Принципы хроматографического разделения

Хроматографические методы анализа основаны на распределении компонентов смеси между двумя несмешивающимися фазами: подвижной и неподвижной. В газовой хроматографии подвижной фазой служит инертный газ-носитель, в жидкостной — органический растворитель или водный раствор. Разделение происходит за счет различия в сродстве компонентов к неподвижной фазе, что приводит к разным скоростям их перемещения по колонке. Эффективность разделения определяется селективностью неподвижной фазы и числом теоретических тарелок колонки.

Газовая хроматография и её разновидности

Газовая хроматография применяется для анализа летучих соединений с молекулярной массой до четырехсот дальтон. Метод подразделяется на газоадсорбционную и газожидкостную хроматографию в зависимости от типа неподвижной фазы. В качестве газа-носителя используют гелий, азот, аргон или водород при рабочем давлении от четырех до десяти атмосфер согласно ГОСТ 26703-93. Современные газовые хроматографы комплектуются капиллярными колонками из плавленого кварца длиной до ста метров с внутренним диаметром от ста пятидесяти до пятисот тридцати микрометров.

Применение газовых хроматографов

Газовые хроматографы находят широкое применение в нефтегазовом секторе для компонентного анализа углеводородов согласно ГОСТ 31371 серии, определения фракционного состава нефтепродуктов и контроля качества топлив. В химической промышленности методы ГХ используют для анализа растворителей, мономеров, примесей в товарных продуктах. Пищевая промышленность применяет газовую хроматографию для определения остаточных количеств пестицидов, ароматических компонентов, жирнокислотного состава масел и жиров. Экологический мониторинг использует ГХ для контроля загрязнения атмосферы летучими органическими соединениями.

Жидкостная хроматография ВЭЖХ и СВЭЖХ

Высокоэффективная жидкостная хроматография представляет собой вариант колоночной хроматографии с использованием мелкодисперсного сорбента размером частиц менее двадцати микрометров. Малый размер частиц обеспечивает высокую эффективность разделения, но требует повышенного давления для прокачивания подвижной фазы до шестидесяти мегапаскалей. Сверхвысокоэффективная жидкостная хроматография использует колонки с частицами менее двух микрометров и рабочее давление до ста тридцати мегапаскалей, что позволяет сократить время анализа в три-пять раз и повысить чувствительность определения.

Области применения ВЭЖХ

Жидкостная хроматография незаменима для анализа нелетучих и термически нестабильных соединений. Фармацевтическая промышленность использует ВЭЖХ для контроля чистоты субстанций согласно требованиям Государственной Фармакопеи, определения примесей и стабильности лекарственных препаратов. В производстве полимеров метод применяют для анализа молекулярно-массового распределения, остаточных мономеров и стабилизаторов. Пищевая промышленность использует ВЭЖХ для определения витаминов, консервантов, красителей и микотоксинов в пищевых продуктах.

Детекторы и их характеристики

Детекторы хроматографов преобразуют изменения физико-химических свойств газового или жидкостного потока в электрический сигнал. Пламенно-ионизационный детектор является универсальным для анализа органических соединений с чувствительностью порядка двух пикограмм углерода в секунду. Детектор по теплопроводности применяется как универсальный для широкого круга веществ, включая постоянные газы, с чувствительностью триста пикограмм на миллилитр по бутану. Масс-спектрометрические детекторы обеспечивают одновременную идентификацию и количественное определение компонентов с линейным динамическим диапазоном свыше шести порядков величины.

Детекторы для жидкостной хроматографии

УФ-спектрофотометрические детекторы регистрируют поглощение ультрафиолетового излучения в диапазоне от ста девяноста до шестисот нанометров и применяются в большинстве случаев детектирования ВЭЖХ. Рефрактометрические детекторы являются универсальными и используются для анализа соединений без хромофорных групп, таких как углеводы и полимеры, с чувствительностью около трех микрограмм на миллилитр. Флуоресцентные детекторы обладают исключительной чувствительностью до одного пикограмма на кубический сантиметр для флуоресцирующих соединений, но требуют предварительной дериватизации нефлуоресцирующих аналитов.

Хроматографические колонки

Хроматографические колонки представляют собой трубки с неподвижной фазой и разделяются на насадочные и капиллярные типы. Насадочные колонки диаметром от двух до четырех миллиметров заполняют гранулами сорбента и применяют для препаративных задач и анализа при невысоких требованиях к разделению. Капиллярные колонки имеют неподвижную фазу в виде тонкой пленки на внутренней поверхности и обеспечивают высокую эффективность разделения сложных многокомпонентных смесей благодаря отсутствию эдди-диффузии.

Типы капиллярных колонок

Капиллярные колонки WCOT имеют неподвижную жидкую фазу, нанесенную непосредственно на стенки капилляра толщиной от ста нанометров до пяти микрометров, и являются наиболее распространенным типом для рутинного анализа. Колонки PLOT содержат пористый слой адсорбента на внутренней поверхности и применяются для анализа низкомолекулярных соединений и постоянных газов, не удерживаемых газожидкостными фазами. Выбор колонки определяется природой анализируемых веществ, требуемой эффективностью разделения, допустимым временем анализа и совместимостью с типом детектора.

Техническое обслуживание оборудования

Регулярное техническое обслуживание хроматографического оборудования обеспечивает стабильность аналитических характеристик и продлевает срок службы приборов. Ежегодное техническое обслуживание включает диагностику всех узлов, проверку герметичности газовых линий с использованием течеискателей, калибровку регуляторов давления и расхода, кондиционирование колонок и подготовку к метрологической поверке в соответствии с требованиями производителя. Периодичность ежегодного ТО составляет не реже одного раза в год согласно рекомендациям изготовителя.

Основные операции обслуживания

Ежедневное обслуживание предусматривает проверку расхода газов-носителей, контроль стабильности температуры термостата колонок и оценку уровня акустических шумов детекторов. Ежемесячное обслуживание включает чистку детекторов от загрязнений продуктами анализа, проверку состояния инжекторов и замену уплотнительных прокладок, регенерацию фильтров газовых линий. Замена хроматографических колонок производится при деградации разделения критических пар компонентов, уносе неподвижной фазы с появлением возрастающего фонового сигнала или значительном увеличении противодавления системы. Своевременное обслуживание предотвращает внеплановые остановки оборудования и обеспечивает требуемую точность количественных определений.