Хроматографические Методы Анализа

Хроматографические методы анализа базируются на актах сорбции-десорбции, которые происходят между сорбентом и элюентом с растворенной в нем пробе. Традиционный метод предполагает использование материала с развитой поверхностью в качестве неподвижной фазы. Поток жидкости или инертного газа выступает в качестве элюента. В ходе фильтрации элюента через слой сорбента запускаются многократная сорбция и десорбция. Этим хроматографические методы отличаются от других типов анализа. Подтверждается их эффективность.

Качественный и количественный анализ

Во время качественного способа пробу идентифицируют на хроматографе, сравнивая значения с эталонными (которые сохраняются в библиотеке данных). В частности, используется идентификация по времени выхода пика или по логарифмической шкале удерживания.

Количественный метод базируется на измерении пиков, которые формируются в зависимости от концентрации примесей. Изучение хроматограммы происходит одним из следующих методов:

• Метод градуировки. В зависимости от концентрации различных веществ определяют параметры пика. Составляют таблицы и графики.
• Метод внутренней нормализации. Суммы выбранных пиковых параметров берется за 100%. В последующем определяется соотношение высоты или площади каждого пика к общему значению.
• Метод внутреннего старта. В анализируемую смесь вводят стандартное вещество с известным калибровочным графиком. Пики компонентов сравнивают с пиками стандарта.

Методики регулярно дорабатываются и совершенствуются, это позволяет получать максимально точные данные при анализе сложных составов и устранять шумы на результатах хроматографий.

Классификация хроматографических методов анализа

В зависимости от анализируемых параметров методики разделяются на такие группы:

• Газожидкостные. Инертный газ используется в качестве подвижной фазы. Он проходит через слой неподвижной жидкой фазы, находящейся на внутренней поверхности колонки.
• Газоадсорбционные. Газообразная проба в токе  инертного газа-носителя проходит через твердое вещество, на поверхности которого происходит адсорбция.
• Жидкостно-жидкостная. Жидкие среды используются в виде неподвижной фазы и элюента.
• Жидкостно-адсорбционные. Реагент подается с растворителем вместе и проходит сквозь пористый материал.
• Жидкостно-гелевые. Неподвижная фаза в методике представлена гелеобразным веществом.

Еще одна классификация касается конструкции оборудования. В большинстве методик используется колоночный хроматограф – процесс адсорбции происходит в колонках, которые заполнены неподвижной фазой. В некоторых случаях применяется плоскостная хроматография с использование специальной бумаги или среза сорбента. Также популярен капиллярный метод, разделение происходит в пленке жидкости. Хроматография в полях, которая требует анализа, а также дополнительных магнитных (центробежных) сил. 

По механизмам разделения материала методы анализа отличаются особенностью взаимодействия адсорбента и элюента. По механизму разделения хроматография разделяется на:

• Распределительную методику. Она проходит за счет разной растворимости веществ в фазах.
• Адсорбционную. Формируется на разнице адсорбируемости компонентов пробы.
• Ионообменную. Проводится путем достижения константами ионообменного равновесия.
• Осадочную. Метод предполагает освобождение нерастворимых соединений.
• Проникающую. Она строится на разнице в размерах формы и молекул.
• Адсорбционно-комплексообразовательную. Происходит за счет образования различных координационных соединений на поверхности неподвижной фазы.

Последующая классификация разделяет хроматографические методики анализа по типу перемещения поглощаемых составляющих вдоль адсорбционного слоя. Выделяют вытеснительный, фронтальный и проявительный методы.

Методы перемещения пробы в неподвижной фазе

Фронтальный считается одним из самых простых хроматографических методов. Роль элюента в нем сведена к минимуму. Этот метод анализа применяется для изучения веществ со сложным составом, а также для их очистки от примеси, если они поглощаются лучше, чем основные элементы реагента.

В лабораториях чаще используется проявительная или элюентно хроматографическая методика. В колонку добавляется проба реагента Solv, в которой растворены компоненты А и В. Под давлением подается неподвижная фаза. Разделение состава происходит под воздействием физико-механических сил. В верхней части колонки появляется вещество с лучшей сорбируемостью, в нижней – с меньшей. На выходе сначала появится компонент А, после этого Solv, затем элемент В. Это будет отражено на хроматограмме. Количественный анализ проводится путем измерения площади пиков и их высоты – чем они больше, чем выше концентрация вещества, которое изучается, в составе.

Третий метод – вытеснительный. В нем используется вытеснитель, постоянно воздействующий на раствор Solv, который находится в хроматографической колонке. Коэффициент вытеснителя должен быть выше, чем других компонентов. Постепенно препарат вытесняет вещество с худшей сорбируемостью, что фиксируется при выходе смеси из колонки.

Метод газово-жидкостной хроматографии

Разнообразие жидкостных неподвижных фаз позволяет создать условия для идентификации практически любого вещества, которое есть в исследуемой пробе. Метод считается универсальным. Важно правильно настроить оборудование и выбрать неподвижную фазу, соответствующую таким параметрам:

• Высокая способность к растворению элементов, которые есть в реактиве.
• Низкой летучестью.
• Химической инертностью.
• Минимальной вязкостью.

Жидкостно-жидкостный хроматографический метод

Реагент с жидким растворителем продвигается сквозь сорбент, на поверхности которого происходит разделение компонентов. Неподвижной фазой заполняют колонку хроматографа.

Разделение происходит за счет распределения препаратов между растворами, которые не смешиваются. Содержание одного и того же вещества различается в неподвижной и подвижной фазах. Эмпирически для каждого компонента определяется коэффициент содержания исследуемого вещества. 

Метод распределительной бумажной хроматографии

При анализе используется специальная бумага, на которой разделяют исследуемые компоненты. В промышленных масштабах такой метод используется редко, его часто применяют в аналитической химии. В ходе проведения анализа вычисляется коэффициент Rf, который соответствует соотношению смещения зоны компонента к смещению фронта раствора.

Метод газожидкостной хроматографии позволяет максимально эффективно проводить комплексный анализ веществ. Эта методика актуальна при контроле техпараметров химической и нефтехимической промышленности, при поиске нефтегазовых месторождений. В некоторых случаях хроматографические исследования проводят, чтобы идентифицировать взрывоопасные, легковоспламеняющиеся и токсичные газы в воздухе помещения.