Gaz xromatografiyasi

Translated from Russian to Uzbek - www.onlinedoctranslator.com

Gaz xromatografiyasi

Rossiya Federatsiyasi Umumiy ta'lim vazirligi
Voronej davlat universiteti
mavhum
"Gaz xromatografiyasi"
Tugallagan: 3-kurs 4-guruh talabasi
Yudenko Valeriy
Ma'ruzachi: Bondarev Yu.M.
Voronej - 2000 yil
Tarkib:
Xromatografik usulning mohiyati 3
Xromatografiya usullarining tasnifi 4
Gaz adsorbsion xromatografiyasi 8
Gaz-suyuqlik xromatografiyasi 9
Jarayonning apparat dizayni 11
Gaz xromatografiyasi uchun arizalar 13
Adabiyot 16
Xromatografik usulning mohiyati
Moddalar aralashmasini uning tarkibiy qismlariga ajratish zarurati bilan sintetik kimyogar ham, analitik kimyogar ham, texnolog, geolog, fizik, biolog va boshqa ko'plab mutaxassislar duch kelishadi.
So'nggi o'n yilliklarda o'ta toza moddalarni olish muammosi bilan bog'liq holda moddalar aralashmasini ajratish alohida ahamiyatga ega bo'ldi.
Aralashmaning ajralishi, agar uning tarkibiy qismlari turli bosqichlarda bo'lsa, alohida qiyinchiliklarga olib kelmaydi. Aralashmaning tarkibiy qismlari bir fazani tashkil qilsa, bu ancha murakkablashadi. Bunday holda, alohida komponentlarning yig'ilish holatini o'zgartirish (masalan, ularning cho'kishiga erishish) yoki ajratishning kimyoviy yoki fizik usullarini qo'llash kerak. Ikkinchisi kinetik hodisalar yoki fazalar muvozanatiga asoslanadi.
Distillash, kristallanish, ekstraktsiya va adsorbsiya kabi taniqli ajratish usullari fazalar muvozanatining o'zgarishiga asoslangan. Ushbu jarayonlarda aralashmani tashkil etuvchi moddalar molekulalari interfeys orqali o'tib, ularning har birida doimiy muvozanat konsentratsiyasi o'rnatiladigan fazalar o'rtasida shunday taqsimlanishga moyil bo'ladi.
Agar o'rganilayotgan aralashmaning tarkibiy qismlarining xossalari yaqin bo'lsa, u holda ajratishning etarli darajasiga faqat elementar ajratish aktini takroran takrorlash orqali erishiladi.
Bunday jarayon, masalan, qadoqlangan yoki laganda distillash ustunlarida amalga oshiriladi. Shuni ta'kidlash kerakki, bunday hollarda to'liq ajratish faqat oddiy (uch komponentdan ko'p bo'lmagan) tizimlar uchun mumkin.
Agar fazalar muvozanatining ko'p o'rnatilishi natijasida yuzaga keladigan ta'sir kinetik omil ta'sirida qo'shilsa, yanada to'liq ajratishga erishish mumkin. Kinetik hodisalardan foydalanilganda (masalan, molekulyar distillashda) faqat bitta moddaning molekulalari interfeys orqali va faqat bitta yo'nalishda uzatiladi. Agar aralashmani ajratish fazalardan biri (harakatchan) ikkinchisiga nisbatan (statsionar) harakatlanadigan tizimlarda amalga oshirilsa, u holda interfeysdan chiqib ketadigan molekulalarni ushlab turish va olib tashlash doimiy harakatlanish tufayli amalga oshiriladi. mobil faza. Fazaviy muvozanat holatida bo'lgani kabi, harakatchan fazani tark etgan molekulalar unga qaytadi, ammo oldingi hajm elementiga emas, balki yangisiga tushadi.
Agar ajratish jarayonida fazali o'tishlar ko'p marta takrorlansa, u holda yuqori ajratish samaradorligini olish mumkin. Fazali o'tishlar interfeys bilan bog'liq bo'lganligi sababli, mobil va statsionar fazalar katta aloqa yuzasiga ega bo'lishi kerak. Bundan tashqari, ajratish samaradorligini kamaytiradigan diffuziya jarayonlari mavjudligi sababli, ikkala faza ham o'zaro ta'sir qiluvchi qatlamning nisbatan kichik qalinligiga ega bo'lishi kerak.
Bu talablar xromatografik deb ataladigan moddalar aralashmasini ajratish usulida ma'lum darajada bajariladi. Birinchi marta murakkab aralashmani (xlorofill) xromatografik ajratish amalga oshirildi
M. S. Tsvet 1903 yilda
Agar biz statsionar faza sifatida mayda maydalangan sorbentni olsak va u bilan trubkani to'ldirsak
(shisha yoki metall) va mobil fazaning harakati
(suyuqlik yoki gaz) bu kolba uchlarida bosim tushishi tufayli amalga oshiriladi, keyin ikkinchisi distillash ajratish uchun distillash ustun bilan o'xshash deb atalmish xromatografik ustun bo'ladi. Ajraladigan moddalar aralashmasi harakatlanuvchi fazaning oqimi bilan birga xromatografik ustunga kiradi. Statsionar faza yuzasi bilan aloqa qilganda, ajratilishi kerak bo'lgan aralashmaning tarkibiy qismlarining har biri uning so'rilishi yoki eruvchanligi kabi xususiyatlariga muvofiq mobil va statsionar fazalar o'rtasida taqsimlanadi. Mobil fazaning uzluksiz harakati tufayli tarqatuvchi komponentning faqat bir qismi statsionar faza bilan o'zaro ta'sir qilish uchun vaqtga ega.
Uning boshqa qismi oqim yo'nalishi bo'yicha ko'proq harakat qiladi va statsionar faza sirtining boshqa qismi bilan o'zaro ta'sir qiladi. Shuning uchun moddaning harakatchan va statsionar fazalar o'rtasida taqsimlanishi statsionar fazaning kichik qatlamida faqat harakatchan fazaning harakati etarli darajada sekin bo'lganda sodir bo'ladi. Statsionar faza tomonidan so'rilgan aralashmaning tarkibiy qismlari desorbsiya qilinmaguncha va harakatchan fazaga qaytarilmaguncha harakatchan fazaning harakatida qatnashmaydi. Shuning uchun ularning har biri kolonnadagi statsionar fazaning butun qatlamidan o'tish uchun mobil fazaning molekulalariga qaraganda ko'proq vaqt talab etadi. Agar ajratilayotgan aralashmaning turli komponentlari molekulalari statsionar fazaga turli darajada yaqinlik darajasiga ega bo‘lsa (turli adsorbtsiya yoki eruvchanlik), u holda ularning bu fazada qolish vaqti va shuning uchun, va ustun bo'ylab harakatning o'rtacha tezligi har xil. Etarli ustun uzunligi bilan bu farq aralashmani uning tarkibiy qismlariga to'liq ajratishga olib kelishi mumkin.
Xromatografik usulni qo'llash faqat moddalar aralashmasini ajratish va tahlil qilish bilan cheklanmaydi.
So'nggi paytlarda xromatografiya ilmiy tadqiqot usuli sifatida, masalan, murakkab tizimlarning, xususan, eritmalarning xususiyatlarini o'rganish uchun keng qo'llanilmoqda.
Shunday qilib, xromatografiyani moddaning diskret zonasining sorbent qatlami bo'ylab harakatlanuvchi fazali oqimdagi harakatiga asoslangan va sorbsiya va desorbsiya harakatlarining takroriy takrorlanishi bilan bog'liq jarayon deb atash kerak. Xromatografik jarayon moddaning ikki faza o'rtasida sorbsiya taqsimoti bilan amalga oshiriladi, ulardan biri ikkinchisiga nisbatan harakat qiladi.
Xromatografik ustundan chiqadigan aralashmaning tarkibi doimiy ravishda o'zgaradi. Ekstraksiya yoki rektifikatsiya kabi jarayonlarda, sorbent qatlamining harakati mavjud bo'lgan maxsus holatlar bundan mustasno, xromatografik jarayon davomida butun jarayon davomida bir xil fraktsiyani yoki bir xil moddani doimiy ravishda tanlash mumkin. buni amalga oshirish mumkin emas.
"Xromatografiya" atamasi jarayonning o'ziga ham, uni o'rganadigan, asboblardan foydalanadigan va ishlab chiquvchi ilmiy fanga ham tegishli.
Xromatografiya usullarining tasnifi
Agar statsionar faza qattiq adsorbent bo'lsa, u holda moddaning adsorbsiya jarayoni elementar akt hisoblanadi. Shuning uchun gaz-qattiq xromatografiya adsorbsion xromatografiya hisoblanadi.
Ammo shuni yodda tutish kerakki, fazalararo chegaralarda adsorbsiya (gaz-suyuqlik va suyuqlik-qattiq tashuvchi) gaz-suyuqlik xromatografiyasida va gaz-adsorbsion xromatografiyada erish jarayoni ma'lum rol o'ynashi mumkin.
3) Fazalarni siljitish usullariga ko'ra uchta usul ajratiladi: rivojlanuvchi yoki eluent, frontal va joy almashuvchi xromatografiya.
[rasm]
[rasm]
|1-rasm.da zonalarning shakllanish sxemasi |2-rasm Odatda chiqish egri chizig'i |
|shou-|ishlab chiquvchi- | |
|zig'ir usuli va taqsimoti |yangi usul | |
|kontsentratsiya | |
| Zonalardagi telsizlar | | |
Xromatografiyani rivojlantirish. Sorbent bilan to'ldirilgan ustun, odatda aralashmaning barcha boshqa komponentlariga qaraganda zaifroq sorbsiyalangan toza gaz E bilan yuviladi. Keyin, gaz E oqimini to'xtatmasdan, tahlil qilingan aralashmaning bir qismi, masalan, sorbentning yuqori qatlamlarida sorbsiyalangan A va B moddalari (1-rasm, a) ustunga kiritiladi va gazning harakatiga qarab, har bir komponent uchun har xil tezlikda sorbent qatlami bo'ylab asta-sekin harakatlaning. Natijada, yaxshiroq sorblangan moddaning zonasi, masalan, C, yomonroq sorblangan moddaning zonasidan doimo orqada qoladi (1-rasm, b, s) va ustunning etarli uzunligi bilan moddalar aralashmasi. A va B ajratilgan
(1d-rasm). Ustunni tark etganda elutsiya qilingan moddalar konsentratsiyasining o'zgarishi xromatogramma deb ataladigan uzluksiz egri chiziq sifatida qayd etilishi mumkin (1e-rasm).
Bir komponent uchun xromatogrammani batafsilroq ko'rib chiqish maqsadga muvofiqdir (2-rasm). Odatda, x o'qi tashuvchi gaz deb ataladigan ustundan o'tadigan gaz hajmini ifodalaydi. Agar gaz tashuvchining tezligi o'zgarmas bo'lsa, gaz hajmiga proporsional tajriba vaqtini abscissa o'qi bo'ylab, kolonnadan chiqqandan keyin xromatografik komponent konsentratsiyasining o'zgarishini ordinata bo'ylab ko'rsatish mumkin. o'qi. O nuqtasi tahlil qilinadigan moddaning namunasini kiritish momentiga, O' nuqta ustundan chiqish joyida so'rilmaydigan gazning paydo bo'lishiga to'g'ri keladi. Shunday qilib, 00' segmenti so'rilmaydigan gaz (V0) bilan to'ldirilgan ustunning hajmiga mos keladi. X o'qiga parallel bo'lgan OB chizig'i nol chiziq deb ataladi.
AHV egri chizig'i berilgan komponentning xromatografik cho'qqisi deb ataladi va nol chiziqdan H cho'qqisining maksimaligacha bo'lgan masofa, ya'ni GH cho'qqisining balandligi (h).
A'B' segmenti poydevordagi tepalikning kengligi deb ataladi (().
U nol chiziq bilan C va D burilish nuqtalariga chizilgan tangenslarning kesishish nuqtalari orasidagi masofa bilan aniqlanadi. EF nuqtalari orasidagi masofa cho'qqining yarmi balandligidagi kenglikdir ((0,5), C va D nuqtalari orasidagi masofa esa egilish nuqtalaridagi cho'qqining kengligi (p.
OG segmenti ushlab turilgan Vr hajmiga, ya'ni namuna yuborilgan paytdan elutsiya qilingan moddaning maksimal konsentratsiyasi aniqlangan vaqtgacha kolonnadagi sorbent qatlamidan o'tishi kerak bo'lgan tashuvchi gaz hajmiga to'g'ri keladi. ustun chiqishi.
Saqlangan hajm Vr ga mos keladigan vaqt (r) ushlab turish vaqti deb ataladi.
Rivojlanayotgan usul gaz xromatografiyasining eng keng tarqalgan usuli hisoblanadi. Uning muhim afzalligi - tarkibiy qismlarga deyarli to'liq ajralish imkoniyati. Usulning nochorligi shundaki, aralashmaning tarkibiy qismlarini tashuvchi gaz bilan suyultirish tufayli moddalarning konsentratsiyasi ular ustundan yuvilgandan keyin sezilarli darajada kamayadi. Biroq, bu juda sezgir detektorlardan foydalanish bilan qoplanadi.
Frontal usul tahlil qilingan aralashmani kolonnadagi sorbent qatlamidan uzluksiz o'tkazishdan iborat. Agar tahlil qilinayotgan aralashma sorbsiya izotermasi chiziqli bo'lgan ikkita komponent A va B dan va eng kam sorblangan gaz E dan iborat bo'lsa, ikkinchisi kolonnaning butun hajmini to'ldiradi va uni sof holatda qoldiradi. Bunda xromatogrammada gorizontal chiziq (nol chiziq) o'rnatiladi (3-rasm). Agar A komponenti B komponentiga qaraganda zaifroq sorbsiyalangan bo'lsa, sorbent A moddasi bilan to'yingandan so'ng, bu moddaning E gaz bilan aralashmasi ustunni tark eta boshlaydi.
Xromatogrammada bir qadam paydo bo'ladi, uning balandligi ustunning chiqishidagi E dagi A konsentratsiyasiga to'g'ri keladi.
Bu konsentratsiya dastlabki konsentratsiya A ga teng yoki undan katta bo‘lishi mumkin. Nihoyat, sorbent B moddasi bilan ham to‘yingan bo‘lsa, kolonnadan barcha boshlang‘ich komponentlarni o‘z ichiga olgan gaz aralashmasi chiqa boshlaydi va xromatogrammada ikkinchi bosqich paydo bo‘ladi. balandligi A va B moddalarining umumiy boshlang'ich kontsentratsiyasiga to'g'ri keladi.
[rasm]
3-rasm Frontal usulda zonalarni hosil qilish sxemasi va konsentratsiyani zonalarda taqsimlash
Murakkab aralashma bo'lsa, barcha komponentlarning boshlang'ich konsentratsiyasi sorbentning barcha komponentlari bilan to'yinganidan keyin erishiladi. Shunday qilib, frontal tahlil xromatogrammasidagi bosqichlar soni aralashmaning sorblangan komponentlari soniga teng.
Rivojlanayotgan usuldan farqli o'laroq, frontal usul aralashmadan faqat bitta, eng yomon sorbsiyalangan moddani sof shaklda ajratib olish imkonini beradi. Shuning uchun analitik va ayniqsa tayyorgarlik maqsadlarida frontal usul faqat alohida holatlarda qo'llaniladi. Frontal usul moddaning fizik-kimyoviy xususiyatlarini aniqlash, xususan, sorbsiya izotermlarini aniqlash uchun ham qo'llaniladi.
Siqilish usulida aralashmaning tarkibiy qismlarining desorbsiyasi kuchli sorbsiyalangan modda - joy almashtiruvchining oqimi bilan amalga oshiriladi. Ushbu usul bo'yicha ishlaganda, sorbent bilan to'ldirilgan ustun so'rilmaydigan modda bilan oldindan yuviladi, so'ngra tahlil qilingan aralashmaning bir qismi kiritiladi. Aralashmaning tarkibiy qismlarini rag'batlantirish va ularning kolonnadan yuvilishi joy almashtiruvchi oqim ta'sirida sodir bo'ladi. Tahlil qilinayotgan aralashmaning tarkibiy qismlari displeyning old qismidan oldinga siljiydi va ularning sorbsion yaqinligiga ko'ra zonalarga bo'linadi.
Deplasman tahlilining xromatogrammasi rasmda ko'rsatilgan.
4. Frontal usuldan farqli ravishda, siljish usulida olingan xromatogrammaning har bir bosqichi bitta komponent tarkibiga mos keladi.
[rasm]
4-rasm Ko'chirish usulida zonalarning hosil bo'lish sxemasi va konsentratsiyani zonalarda taqsimlash
Rivojlanayotgan usuldan farqli o'laroq, almashtirish usulida aralashmaning tarkibiy qismlari yuvish vositasi bilan suyultirilmaydi, buning natijasida ularning konsentratsiyasi nafaqat kamaymaydi, balki hatto ortadi.
O'zining sof ko'rinishida gaz xromatografiyasida joy o'zgartirish usuli nisbatan kamdan-kam qo'llaniladi, asosan iz aralashmalarini aniqlashda.
4) Asboblar nuqtai nazaridan, gaz xromatografiyasi faqat ustun versiyasiga tegishli bo'lishi mumkin. Ustunlar qadoqlangan va ichi bo'sh bo'lishi mumkin. Birinchi holda, kolonka donador sorbent bilan to'ldiriladi, ikkinchi holda, sorbent xromatografik ustun bo'lgan kapillyarning ichki devorlariga surtiladi. Oxirgi usul kapillyar xromatografiya deb ataladi.
5) Xromatografik jarayonning maqsadi aralashmaning sifat va miqdoriy tahlili, moddalarni preparativ izolyatsiyasi, shuningdek, fizik-kimyoviy xususiyatlarni aniqlash bo'lishi mumkin. Kichik miqdordagi moddani va uning kichik konsentratsiyasini tahlil qilish imkoniyati biologiya, tibbiyot, fizik kimyo, geokimyo, kosmokimyo, sud-tibbiyot va boshqalarda qo'llanilishini belgilaydi.
Moddalar aralashmasini ajratish va tahlil qilishning xromatografik usulini ularning xususiyatlarini o'rganishning boshqa zamonaviy usullari, masalan, massa spektrometriyasi, IQ spektrometriyasi, NMR va EPR spektroskopiyasi bilan uyg'unligi bu usulni juda muhim va deyarli universal tadqiqot qiladi. asbob.
Analitik reaksiya xromatografiyasi turli kimyoviy jarayonlarni xromatografik ajratish va moddalar aralashmasini yagona instrumental kompleksda tahlil qilish bilan birlashtiradi. Bu usul uni analitik va preparativ xromatografiyadan ajratib turadigan o'ziga xos xususiyatlarga ega va shuning uchun u gaz xromatografiyasining mustaqil variantlaridan biri sifatida qaraladi.
Preparativ xromatografiyaning maqsadi aralashmaning alohida komponentlarini sof shaklda ajratib olishdan iborat. Ko'rinib turibdiki, bu holda xromatografik ustunning ishlashi eng muhim ahamiyatga ega, bu analitik versiyada muhim rol o'ynamaydi.
Yuqori samaradorlikka bo'lgan talab preparativ xromatografiyani analitikdan ajratib turadigan jarayonning bir qator muhim xususiyatlarini belgilaydi. Shuning uchun preparativ xromatografiyani gaz xromatografiyasining maxsus turi deb hisoblash kerak.
Gaz xromatografiyasi kimyoviy jarayonlarning kinetikasi bilan bir qatorda tizimlarning xossalarini ham o‘rganishga xizmat qilishi mumkin. Bunday holda, analitik bo'lmagan gaz xromatografiyasi haqida gapiriladi. Biroq, analitik bo'lmagan muammolarni hal qilish uchun odatiy analitik versiya ham, analitik reaksiya xromatografiyasi ham qo'llaniladi.
Gaz adsorbsion xromatografiyasi
Gaz adsorbsion xromatografiya usulining xususiyati
(GAC) yuqori o'ziga xos sirt maydoniga ega bo'lgan adsorbentlar (10-1000 m2g-
1) va moddalarning statsionar va harakatlanuvchi fazalar orasidagi taqsimoti adsorbsiya jarayoni bilan belgilanadi. Gaz fazasidan molekulalarning adsorbsiyasi, ya'ni. ularning qattiq va gazsimon fazalar orasidagi interfeysdagi kontsentratsiyasi molekulalararo o'zaro ta'sirlar tufayli yuzaga keladi
(dispersiya, orientatsiya, induksiya), elektrostatik xususiyatga ega. Ehtimol, vodorod aloqasining shakllanishi va bu turdagi o'zaro ta'sirning saqlanib qolgan hajmlarga qo'shadigan hissasi harorat oshishi bilan sezilarli darajada kamayadi. Kompleksatsiya GKdagi moddalarni tanlab ajratish uchun juda kam qo'llaniladi.
Analitik amaliyot uchun doimiy haroratda Cs sirtidagi adsorbsiyalangan moddaning miqdori ushbu moddaning gaz fazasidagi Cm konsentratsiyasiga mutanosib bo'lishi muhimdir:
Gazli adsorbsion xromatografiyaning eng koʻp qoʻllaniladigan usuli bu faol funksional guruhlarga ega boʻlmagan gazlar va past qaynaydigan uglevodorodlar aralashmalarini tahlil qilishdir. Bunday molekulalarning adsorbsion izotermalari chiziqliga yaqin. Masalan, O2, N2, CO, CH4, CO2 ni ajratish uchun gil muvaffaqiyatli ishlatiladi. Ustun harorati yuqori qaynaydigan gazlarning tR ni kamaytirish orqali tahlil vaqtini qisqartirish uchun dasturlashtirilgan. Vodorod izotoplarini molekulyar elaklarda ajratish mumkin - barcha gözenekleri taxminan bir xil o'lchamdagi (0,4-1,5 nm) bo'lgan yuqori gözenekli tabiiy yoki sintetik kristalli materiallar.
Metall gidridlarni (Ge, As, Sn, Sb) ajratish uchun porapaklar deb ataladigan sorbentlar ishlatiladi (8.15-rasmga qarang). Usul
G'ovakli polimer sorbentlari yoki uglerod molekulyar elaklari bo'lgan ustunlardagi GAC noorganik va organik materiallarda, masalan, erituvchilarda suvni aniqlashning eng tez va eng qulay usuli hisoblanadi.
Gaz-suyuqlik xromatografiyasi
Analitik amaliyotda gaz-suyuqlik xromatografiyasi (GLC) usuli ko'proq qo'llaniladi. Bu suyuqlikning statsionar fazalarining haddan tashqari xilma-xilligi bilan bog'liq bo'lib, bu ma'lum bir tahlil uchun faza selektivini tanlashni osonlashtiradi, kengroq konsentratsiya diapazonida chiziqli taqsimot izotermasi bilan katta namunalar bilan ishlash va takrorlanadigan ustunlarni osongina olish imkonini beradi. samaradorlikda.
Tashuvchi va statsionar suyuqlik fazasi o'rtasida komponentlarni taqsimlash mexanizmi ularning suyuq fazada erishiga asoslanadi. Selektivlik ikki omilga bog'liq: tahlil qiluvchi moddaning bug 'bosimi va suyuqlik fazadagi faollik koeffitsienti. Raul qonuniga ko'ra, eritmada eritma ustidagi moddaning bug' bosimi pi uning faollik koeffitsientiga to'g'ridan-to'g'ri proporsional bo'ladi (eritmadagi Ni ning molyar ulushi va ma'lum haroratda R°i sof moddaning bug' bosimi: pi ). = Ni R°i
Muvozanat bug 'fazasidagi i komponentning kontsentratsiyasi uning qisman bosimi bilan aniqlanganligi sababli, biz taxmin qilishimiz mumkin
Pi ~ sm va Ni ~ cs. Keyin
[rasm]
va selektivlik omili [rasm]
Shunday qilib, moddaning qaynash nuqtasi qanchalik past bo'ladi
(P0i qanchalik katta bo'lsa), u xromatografik ustunda shunchalik zaif saqlanadi.
Agar moddalarning qaynash nuqtalari bir xil bo'lsa, ularni ajratish uchun statsionar suyuqlik fazasi bilan o'zaro ta'sirdagi farqlardan foydalaniladi: o'zaro ta'sir qanchalik kuchli bo'lsa, faollik koeffitsienti shunchalik past bo'ladi va ushlab turish shunchalik ko'p bo'ladi.
statsionar suyuqlik fazalari. Ustunning selektivligini ta'minlash uchun to'g'ri statsionar suyuqlik fazasini tanlash muhimdir.
Bu faza aralashmaning tarkibiy qismlari uchun yaxshi erituvchi bo'lishi kerak (eruvchanligi past bo'lsa, komponentlar ustunni juda tez tark etadi), uchuvchan bo'lmagan (kolonkaning ish haroratida bug'lanib ketmasligi uchun), kimyoviy inert. , past viskoziteye ega bo'lishi kerak (aks holda diffuziya jarayoni sekinlashadi) va tashuvchiga qo'llanilganda, unga mahkam bog'langan, bir xil plyonka hosil qiladi. Ushbu namunaning tarkibiy qismlari uchun statsionar fazaning ajratish kuchi maksimal bo'lishi kerak.
Suyuq fazalarning uch turi mavjud: qutbsiz
(to'yingan uglevodorodlar va boshqalar), o'rtacha qutbli
(esterlar, nitrillar va boshqalar) va qutbli (poliglikollar, gidroksilaminlar va boshqalar).
Statsionar suyuqlik fazasining xususiyatlarini va ajratiladigan moddalarning tabiatini, masalan, sinfini, tuzilishini bilib, berilgan aralashmani ajratish uchun mos keladigan tanlangan suyuqlik fazasini tezda tanlash mumkin. Bunday holda, agar statsionar fazaning qutblari va tahlil qilinadigan namunaning moddasi yaqin bo'lsa, tarkibiy qismlarni saqlash vaqti tahlil qilish uchun maqbul bo'lishini hisobga olish kerak. Yaqin qutbli eritmalar uchun elutsiya tartibi odatda qaynash nuqtalari bilan bog'liq va harorat farqi etarlicha katta bo'lsa, to'liq ajratish mumkin.
Har xil qutblanishga yaqin qaynaydigan moddalarni ajratish uchun dipol-dipol o'zaro ta'siri tufayli bir yoki bir nechta komponentlarni tanlab saqlaydigan statsionar faza qo'llaniladi. Suyuq fazaning polaritesining oshishi bilan qutbli birikmalarning saqlanish vaqti ortadi.
Suyuq fazani qattiq tashuvchida bir xilda qo'llash uchun u juda uchuvchan erituvchi, masalan, efir bilan aralashtiriladi. Ushbu eritmaga qattiq tashuvchi qo'shiladi. Aralash isitiladi, erituvchi bug'lanadi, suyuq faza tayanchda qoladi. Shunday qilib, statsionar suyuqlik fazasi bilan qoplangan quruq tashuvchi bo'shliqlar paydo bo'lishiga yo'l qo'ymaslik uchun ustunga to'ldiriladi. Bir xil qadoqlash uchun ustundan gaz oqimi o'tkaziladi va bir vaqtning o'zida o'ramni yopish uchun ustunga tegib turiladi. Keyin, detektorga ulashdan oldin, ustun ishlatilishi kerak bo'lgan haroratdan 50 ° C yuqori haroratgacha isitiladi. Bunday holda, suyuqlik fazasining yo'qotishlari bo'lishi mumkin, ammo ustun barqaror ish rejimiga kiradi.
Statsionar suyuqlik fazalarining tashuvchilari. Statsionar suyuqlik fazasini bir hil yupqa plyonka shaklida tarqatish uchun qattiq tashuvchilar o'rtacha o'ziga xos sirt maydoni (20 m2 / g), kichik va bir xil zarracha o'lchami bilan mexanik jihatdan mustahkam bo'lishi kerak, shuningdek, interfeysda adsorbsiyani ta'minlash uchun etarlicha inert bo'lishi kerak. qattiq va gazsimon fazalar o'rtasida minimal. Eng past adsorbsiya silanlangan xromosorb, shisha boncuklar va ftoropak (ftoruglerodli polimer) tashuvchilarda kuzatiladi. Bundan tashqari, qattiq tashuvchilar harorat ko'tarilishiga ta'sir qilmasligi va suyuqlik fazasi bilan osongina namlanishi kerak. Xelatlarning gazli xromatografiyasida qattiq tayanch sifatida silanlangan oq diatomli tuproq tashuvchilar - diatomit kremniy yoki kizelgur ko'pincha ishlatiladi. Diatomli er mikroamorf, suv o'z ichiga olgan kremniy dioksididir.
Kimyoviy bog'langan fazalar. Ko'pincha suyuq fazaga kovalent bog'langan modifikatsiyalangan tashuvchilar ishlatiladi. Bunday holda, statsionar suyuqlik fazasi eng yuqori ustun haroratlarida ham sirtda mustahkamroq saqlanadi. Masalan, diatomli tuproq tashuvchisi ma'lum bir qutbga ega bo'lgan uzun zanjirli o'rinbosar bilan xlorosilan bilan ishlov beriladi. Kimyoviy bog'langan statsionar faza samaraliroq.
Jarayonning apparat dizayni
Gaz xromatografiyasi asbobsozlikda eng rivojlangan xromatografik usuldir. Gaz xromatografik ajratish va xromatogramma olish uchun qurilma gaz xromatografi deyiladi. Eng oddiy gaz xromatografining o'rnatish diagrammasi shaklda ko'rsatilgan. 5. U mobil inert faza (tashuvchi gaz), ko'pincha geliy, azot, argon va boshqalarni o'z ichiga olgan gaz ballonidan iborat. Gaz bosimini kerakli darajaga tushiradigan reduktor yordamida tashuvchi gaz ustunga kiradi, bu statsionar faza rolini o'ynaydigan sorbent yoki boshqa xromatografik material bilan to'ldirilgan kolba.
[rasm]
5-rasm Gaz xromatografining ishlash sxemasi:
1 – tashuvchi gazli yuqori bosimli silindr; 2 – oqim stabilizatori; 3 va 3 ' - manometrlar; 4 - xromatografik ustun; 5 – namuna quyish moslamasi; 6 - termostat; 7 - detektor; 8 - magnitafon; 9 - oqim o'lchagich
Tashuvchi gaz tsilindrdan ma'lum bir doimiy bosim ostida beriladi, bu maxsus valflar yordamida o'rnatiladi. Oqim tezligi, ustunning o'lchamiga qarab, odatda 20-50 ml min-1 ni tashkil qiladi.
Namuna kolonkaga kirishdan oldin dozalanadi.Suyuq namunalar maxsus inyeksiya shpritslari (0,5–20 mkl) bilan silikon o‘z-o‘zidan yopilgan kauchuk membrana orqali tashuvchi gaz oqimiga (evaporatatorga) yuboriladi. Qattiq namunalarni kiritish uchun maxsus qurilmalar qo'llaniladi. Namuna deyarli bir zumda bug'lanishi kerak, aks holda xromatogrammadagi tepaliklar kengayadi va tahlilning aniqligi pasayadi.
Shuning uchun xromatografning dozalash moslamasi isitgich bilan jihozlangan, bu esa dozalash moslamasining haroratini kolonka haroratidan taxminan 50 ° S. yuqoriroq saqlash imkonini beradi.
Ikki turdagi ajratuvchi ustunlar qo'llaniladi: ~80% hollarda spiral yoki o'ralgan (qadoqlangan), shuningdek kapillyar. Spiral ustunlar 2-6 mm diametrli va uzunligi
0,5-20 m borosilikat shisha, teflon yoki metalldan tayyorlangan. Ustunlarda statsionar faza joylashtiriladi: gazli adsorbsion xromatografiyada u adsorbent, gaz-suyuqlik xromatografiyasida esa suyuq fazaning yupqa qatlamli tashuvchisi hisoblanadi. To'g'ri tayyorlangan ustun bir necha yuzta aniqlash uchun ishlatilishi mumkin. Statsionar fazani mahkamlash usuliga ko'ra kapillyar ustunlar ikki turga bo'linadi: statsionar suyuqlik fazasining yupqa plyonkasi bo'lgan ustunlar.
(0,01-1 mkm) to'g'ridan-to'g'ri kapillyarlar va yupqa qatlamli ustunlarning ichki yuzasida, ularning ichki yuzasida sorbent yoki tashuvchi sifatida ishlaydigan qattiq moddaning g'ovakli qatlami (5-10 mkm) yotqiziladi. statsionar suyuqlik fazasi. Kapillyar ustunlar turli materiallardan - zanglamaydigan po'latdan, misdan, dederondan, shishadan tayyorlanadi; kapillyar diametri 0,2-0,5 mm, uzunligi 10 dan 100 m gacha.
Ustunlarning harorati asosan namunaning o'zgaruvchanligi bilan belgilanadi va - 1960C gacha o'zgarishi mumkin.
(suyuq azotning qaynash nuqtasi) 3500 S gacha. Ustunning harorati bir necha o'ndan bir darajagacha nazorat qilinadi va termostat bilan doimiy ravishda saqlanadi.
Qurilma xromatografiya (chiziqli haroratni dasturlash) paytida haroratni doimiy tezlikda oshirish imkonini beradi.
Tashuvchi gazdagi ajratilgan moddalar kontsentratsiyasini uzluksiz o'lchash uchun gaz xromatograf majmuasi bir nechta turli detektorlarni o'z ichiga oladi.
Issiqlik o'tkazuvchanligi detektori (katarometr).
Universal detektor GCda eng ko'p qo'llaniladi.
Yuqori issiqlik qarshiligiga ega bo'lgan metall lasan (Pt, Vt, ularning qotishmalari,
Ni) (6-rasm).
[rasm]
To'g'ridan-to'g'ri oqim spiraldan o'tadi, buning natijasida u qiziydi. Agar lasan toza tashuvchi gaz atrofida yuvilsa, lasan doimiy issiqlik miqdorini yo'qotadi va uning harorati doimiy bo'ladi. Agar tashuvchi gazning tarkibida aralashmalar bo'lsa, u holda gazning issiqlik o'tkazuvchanligi va shunga mos ravishda lasanning harorati o'zgaradi. Bu Wheatstone ko'prigi yordamida o'lchanadigan ipning qarshiligining o'zgarishiga olib keladi (7-rasm). Tashuvchi gazning qiyosiy oqimi R1 va R2 xujayralarining filamentlarini yuvadi va/ustundan keladigan gaz esa C1 va C2 ​​o'lchash katakchalarining filamentlarini yuvadi. Agar to'rtta ip bir xil haroratga ega bo'lsa (bir xil qarshilik), ko'prik muvozanatda bo'ladi. Ustunni tark etgan gazning tarkibi o'zgarganda, C1 va C2 ​​hujayralar filamentlarining qarshiligi o'zgaradi, muvozanat buziladi va chiqish signali hosil bo'ladi.
Katarometrning sezgirligiga tashuvchi gazning issiqlik o'tkazuvchanligi kuchli ta'sir qiladi, shuning uchun geliy yoki vodorod kabi mumkin bo'lgan eng yuqori issiqlik o'tkazuvchanligiga ega tashuvchi gazlardan foydalanish kerak.
Elektron tutib olish detektori ikkita elektrodli (ionlash kamerasi) bo'lgan hujayra bo'lib, uning ichiga tashuvchi gaz xromatografik ustundan o'tadi (8-rasm). Kamerada u doimiy (-elektron) oqimi bilan nurlanadi, chunki elektrodlardan biri nurlanish manbai bo'lgan materialdan qilingan.
(63Ni, 3H, 226Ra). Eng qulay nurlanish manbai adsorbsiyalangan tritiyni o'z ichiga olgan titanium folga hisoblanadi. Detektorda erkin elektronlar ma'lum turdagi molekulalar bilan reaksiyaga kirishib, barqaror anionlar hosil qiladi: AB + e = AB- ± energiya, AB + e = A + B- ± energiya.
Ionlangan tashuvchi gazda (N2, He) faqat elektronlar manfiy zaryadlangan zarrachalar sifatida mavjud. Elektronlarni ushlab turadigan birikma mavjud bo'lganda, detektorning ionlanish oqimi kamayadi. Bu detektor halogenlar, fosfor, oltingugurt, nitratlar, qo'rg'oshin, kislorodni o'z ichiga olgan birikmalarga javob beradi; ko'pchilik uglevodorodlarga reaksiyaga kirishmaydi.
Olovli ionlanish detektori (FID). PID sxemasi rasmda ko'rsatilgan. 9. Kolonnadan chiqadigan gaz vodorod bilan aralashib, detektor burnerining nozuliga kiradi.
Olovda hosil bo'lgan ionlangan zarralar elektrodlararo bo'shliqni to'ldiradi, buning natijasida qarshilik pasayadi va oqim keskin ortadi.
FID ning barqarorligi va sezgirligi barcha ishlatiladigan gazlarning oqim tezligini to'g'ri tanlashga bog'liq (tashuvchi gaz ~30-50 ml/min, H2 ~30 ml/min, havo ~300-500 ml/min). FID deyarli barcha birikmalar bilan reaksiyaga kirishadi, H2, inert gazlar, O2, N2, azot oksidi, oltingugurt, uglerod va suvdan tashqari. Ushbu detektor keng chiziqli javob zonasiga ega (6-7 darajali), shuning uchun u izlarni aniqlash uchun eng mos keladi.
Gaz xromatografiyasining qo'llanilishi
GC usuli ko'p komponentli tahlilning eng zamonaviy usullaridan biri bo'lib, uning o'ziga xos xususiyatlari - tezkorlik, yuqori aniqlik, sezgirlik va avtomatlashtirish. Usul ko'plab tahliliy muammolarni hal qilishga imkon beradi. Miqdoriy GK tahlilini mustaqil analitik usul sifatida ko'rib chiqish mumkin, bir xil sinfga tegishli moddalarni ajratishda samaraliroq.
(uglevodorodlar, organik kislotalar, spirtlar va boshqalar). Bu usul neft kimyosida ajralmas hisoblanadi (benzinlarda yuzlab birikmalar, kerosin va moylarda esa minglab birikmalar mavjud), u pestitsidlar, o‘g‘itlar, dori vositalari, vitaminlar, dori vositalari va hokazolarni aniqlashda qo‘llaniladi.Murakkab ko‘p komponentli aralashmalarni tahlil qilishda kapillyar xromatografiya usuli qo‘llaniladi. muvaffaqiyatli ishlatiladi, chunki 100 m ustun uchun nazariy plitalar soni (2-3) * 105 ga etadi.
Reaktiv gaz xromatografiyasi (RGC) dan foydalanganda GC usulining imkoniyatlari sezilarli darajada kengayadi, chunki ko'plab uchuvchan bo'lmagan, termal jihatdan beqaror yoki agressiv moddalar kimyoviy reaktsiyalar orqali boshqa, yanada uchuvchan va barqaror bo'lganlarga aylantirilishi mumkin. xromatografik ustunga kiritiladi.
Kimyoviy o'zgarishlar ko'proq xromatografik ustunga kirishda, ba'zan ustunning o'zida yoki undan chiqish joyida detektor oldida amalga oshiriladi. Xromatografdan tashqari transformatsiyalarni amalga oshirish ancha qulayroq. Usulning kamchiliklari
RGC yangi xatolar manbalarining paydo bo'lishi va tahlil qilish vaqtini ko'paytirish bilan bog'liq.
Reaksion xromatografiya ko'pincha suvning iz miqdorini aniqlashda qo'llaniladi. Suv metall gidridlari, kaltsiy karbid yoki metall natriy va boshqalar bilan reaksiyaga kirishadi, reaksiya mahsulotlari (vodorod, asetilen) olovni ionlash detektori tomonidan yuqori sezuvchanlik bilan aniqlanadi. Ushbu detektor suv bug'iga sezgir emas.
Kimyoviy transformatsiyalar termal barqaror bo'lmagan biologik aralashmalarni tahlil qilishda keng qo'llaniladi. Odatda aminokislotalarning hosilalari, yog 'kislotalari tahlil qilinadi
C10-C20, shakar, steroidlar. Makromolekulyar birikmalarni (oligomerlar, polimerlar, kauchuklar, smolalar va boshqalar) parchalanish mahsulotlari bo'yicha o'rganish uchun piroliz xromatografiyasi qo'llaniladi. Ushbu usulda namunaning bug'lanishi piroliz bilan almashtiriladi. Metall karbonatlarni kislotalar bilan ishlov berilganda chiqarilgan karbonat angidrid bilan tahlil qilish mumkin.
Metalllarni gaz xromatografiyasi yordamida uchuvchi xelatlarga aylantirish orqali aniqlash mumkin. 2, 3 va 4 valentli metallarning xelatlari
(-diketonlar. Eng yaxshi xromatografik xossalari
(-diketonatlar Be(II), Al(III), Sc(III), V(III), Cr(III).
Xelatlarning gaz xromatografiyasi boshqa instrumental tahlil usullari bilan raqobatlasha oladi.
GC shuningdek, kimyoviy moddalarni tozalash va aralashmalardan alohida moddalarni ajratish uchun tayyorgarlik maqsadlarida qo'llaniladi. Usul fizik-kimyoviy tadqiqotlarda keng qo'llaniladi: adsorbentlarning xususiyatlarini, adsorbsion va adsorbsion issiqliklarning termodinamik xususiyatlarini, qattiq jismlarning sirt qiymatlarini, shuningdek muvozanat konstantalarini, faollik koeffitsientlarini va boshqalarni aniqlash.
Venera-12 kosmik stansiyasiga o‘rnatilgan gaz xromatografi yordamida Venera atmosferasi tarkibi aniqlandi. Gaz xromatograflari kosmik kemalarning yashash joylariga o'rnatiladi: inson tanasi juda ko'p zararli moddalarni chiqaradi va ularning to'planishi katta muammolarga olib kelishi mumkin. Zararli moddalarning ruxsat etilgan chegaralari oshib ketganda, avtomatik xromatograf tizimi havoni tozalaydigan qurilmaga buyruq beradi.
Past uchuvchanlikka ega bo'lgan termal labil moddalar superkritik suyuqlik xromatografiyasi (GC turi) bilan tahlil qilinishi mumkin. Bu usulda harakatchan faza sifatida yuqori bosim va haroratda o'ta kritik holatdagi moddalar qo'llaniladi. Bular karbonat angidrid, n-pentan, izo-propanol, dietil efir va boshqalar bo'lishi mumkin. Ko'pincha karbonat angidrid ishlatiladi, uni o'ta kritik holatga o'tkazish osonroq, u zaharli emas, yonmaydi va yonmaydi. arzon mahsulot. Bu usulning GC va HPLC usullari bilan solishtirganda afzalligi uning tezkorligidadir, chunki superkritik holatdagi fazalarning qovushqoqligi past, harakatlanuvchi fazaning oqim tezligi yuqori va ushlanib turadi. namunaviy komponentlarning vaqti 10 barobardan ko'proq qisqaradi. Ushbu usulda 10-15 m uzunlikdagi kapillyar ustunlar qo'llaniladi,
Adabiyot:
1. Analitik kimyo asoslari. 2 kitobda. Kitob. 1 Umumiy savollar. Ajratish usullari: Universitetlar uchun darslik / Yu.A.
Zolotov, E.N. Doroxova, V.I. Fadeeva va boshqalar; Ed. Yu.A.
Zolotova. - M .: Yuqori. maktab, 1996. - 383 b.: kasal.
--------------------------------
Fig.6 Katarometrning sxemasi: 1 - ustundan gaz kiritish; 2 - izolyator; 3 - atmosferaga chiqish; 4 - metall blok; 5 - qarshilik ipi

Guruch. 7. Wheatstone ko'prigi diagrammasi:

1 - ustundan gaz kirishi; 2 - toza tashuvchi gazni kiritish; 3 - joriy manba; 4 - iplar orqali o'tadigan oqimning regulyatori; 5 - milliampermetr; 6 - nol sozlamalari
Guruch. 9 PID sxemasi: 1 - ustunlarga gaz kiritish; 2 - vodorod kiritish; 3 - atmosferaga chiqish; 4 - yig'uvchi elektrod; 5 - katod; 6 - havo kirishi