Реферат
по теме
Влияние природы газа-носителя и его параметров на качество разделения веществ в газовой хроматографии
Содержание
Введение
Основные требования к газу-носителю
Особенности основных газов-носителей
Газовая хроматография с применением паров
Неподвижная жидкость
Влияние неподвижной фазы
Природа неподвижной жидкости
Полярные и неполярные соединения
Образование водородной связи
Список используемой литературы
Введение
Рассмотрим влияние природы газа-носителя и его параметров на качество разделения веществ. Для этого, прежде всего, сформулируем требования, которые предъявляются к элюенту в газовой хроматографии. В зависимости от конкретных условий проведения процесса в качестве газа-носителя обычно используют азот, гелий, аргон, диоксид углерода, воздух, водород. Все перечисленные газы практически инертны к разделяемым веществам и сорбентам (за редкими исключениями: гидрирование олефинов при каталитическом действии стенок колонки или твердого носителя, восстановление нитрата серебра, раствор которого может использоваться в качестве неподвижной жидкости). Растворимость в неподвижных фазах всех применяемых газов ничтожна, и в этом смысле они практически равноценны. Различия начинают проявляться при повышенных давлениях, когда растворимость элюента возрастает.
Основные требования к газу-носителю
· Газ-носитель должен быть инертен по отношению к разделяемым веществам и сорбенту. В связи с этим не рекомендуется, например, использовать водород для элюирования ненасыщенных соединений в условиях, допускающих возможность гидрирования.
|
|
· Вязкость газа-носителя должна быть как можно меньше, чтобы поддерживался небольшой перепад давлений в колонке.
· Коэффициент диффузии компонента в газе-носителе должен иметь оптимальное значение, определяемое механизмом размытия полосы.
· Следует иметь в виду, что в ряде случаев последние два условия противоречат друг другу, и выбор элюента определяется конкретной задачей анализа.
· Газ-носитель должен обеспечивать высокую чувствительность детектора.
Поскольку в ходе хроматографического процесса расходуется значительное количество газа-носителя, необходимо, чтобы он был вполне доступен.
· Газ-носитель должен быть взрывобезопасен; выполнение этого требования особенно важно при использовании хроматографа непосредственно на технологической установке.
· Газ-носитель должен быть достаточно чистым (это условие особенно важно при анализе примесей).
Особенности основных газов-носителей
Рассмотрим особенности каждого из газов-носителей.
Чистый азот доступен, и его можно использовать в хроматографах с различными детекторами. Коэффициент диффузии веществ в нем приблизительно в четыре раза меньше, чем в водороде, что позволяет получать более узкие пики, если лимитирующей стадией процесса является продольная диффузия. Азот вполне безопасен в обращении. Однако он обладает недостатками, к которым относятся значительная (по сравнению с водородом) вязкость и низкая теплопроводность, что не позволяет добиться высокой чувствительности катарометра.
Воздух особенно удобно применять непосредственно на технологических установках, где нет азотных линий. Кроме того, воздух необходим при работе на хроматографах с термохимическими и пламенными детекторами (при использовании пламенно-ионизационного детектора воздух не является газом-носителем и необходим лишь для поддержания нормального горения). Недостатки воздуха как газа-носителя аналогичны недостаткам азота. Кроме того, следует иметь в виду, что при соответствующих условиях кислород воздуха может окислять как неподвижную фазу, так и компоненты анализируемой пробы. Если чувствительные элементы катарометра обладают каталитической активностью, то может происходить сгорание элюируемых веществ, тогда детектор работает как термохимический.
|
|
Водород имеет малую вязкость, что позволяет использовать его при работе с длинными колонками (как насадочными, так и капиллярными), поскольку гидравлическое сопротивление здесь будет существенно ниже, чем при использовании других газов. Он предпочтителен в тех случаях, когда размытие полосы определяется динамической диффузией или внешнедиффузионной массопередачей. Чувствительность катарометра существенно повышается при использовании водорода вследствие высокой теплопроводности последнего. Однако взрывоопасность водорода ограничивает его использование и создает дополнительные трудности при конструировании аппаратуры. Гелий вполне безопасен, и его теплопроводность немногим меньше теплопроводности водорода. Однако ввиду сравнительно высокой стоимости этого газа его применение ограничено. К чистоте гелия, применяемого в приборе с ионизационными (гелиевыми) детекторами, предъявляют особенно жесткие требования. Аргон. Особенно вредны примеси органических веществ, кислорода, азота и воды, при содержании которых более 0,1% чувствительность ионизационного детектора существенно понижается. Вязкость аргона несколько выше вязкости азота и гелия, но, поскольку в приборах с ионизационными детекторами, как правило, установлены короткие насадочные колонки, этот недостаток практически не сказывается на эффективности.
|
|
Диоксид углерода широко использовали в те годы, когда детектором служили бюретки со щелочью. В настоящее время диоксид углерода применяют в специальных случаях, в частности при работе под давлением (в том числе в сверхкритической области). Рекомендуется применять диоксид углерода, получаемый из баллона, заполненного сухим льдом.
Наряду с перечисленными газами в качестве элюентов используют фреоны в некоторые другие вещества в сверхкритических условиях, а также водяной пар. Применение водяного пара вследствие его доступности целесообразно как в аналитической, так и в препаративной и промышленной хроматографии. Адсорбция водяного пара твердыми носителями или адсорбентами, находящимися в колонке, вызывает их модифицирование (изменение сорбционной способности), что обеспечивает получение симметричных пиков при анализе полярных веществ. Кроме того, растворимость элюента в неподвижной жидкости (или адсорбция его адсорбентом) позволяет, используя водяной пар, изменять сорбционную способность неподвижной фазы и тем самым изменять удерживание сорбатов (по сравнению с использованием обычных элюентов). Аналогично подвижная фаза приобретает «активные» функции (а не только функции транспортирующего агента) при использовании в качестве элюентов паров легких углеводородов (до Сб), этанола и других летучих веществ, причем «активные» функции связаны не только с модифицирующим влиянием на неподвижную фазу, но и с неидеальностью, которая проявляется при повышении давления. Некоторое применение нашли смешанные элюенты. Исходя из данных из уравнения, график зависимости высоты, эквивалентной теоретической тарелке, от скорости газа-носителя а представляет собой весьма сложную кривую, особенно тогда, когда учитывается рассматриваемое ниже влияние сжимаемости газа, а также его неидеальности при повышенных давлениях. Однако если в уравнении ограничиться лишь тремя основными слагаемыми, как это сделано в классической работе Ван-Димтера и др., то зависимость И от а будет описываться гиперболой.