Принцип работы жидкостного хроматографа кратко

Обновлено: 03.07.2024

Одним из самых популярных методов по анализу соединений в веществе и их разделению является хроматография. Основан данный метод на распределении компонентов между двумя фазами – подвижной и стационарной (неподвижной). Первая выступает в формегаза или жидкости, вторая – в виде твердого материала или в жидкости на носителе неактивного типа.

Принцип действия хроматографа и его преимущества

Первичная субстанция поддается растворению в носителе, который может быть в газовой форме или жидким. Далее она доставляется на твердый материал (сорбент) или на жидкую пленку сорбента. Носитель с пробой перемещается по стационарной (неподвижной) фазе и взаимодействует с ней с разной скоростью. В результате разных процессов компоненты смеси будут по-разному удерживаться сорбентом и попадать в детектор хроматографа через разные промежутки времени.

Характеристика детекторов

В состав системы детектора, кроме него самого, входит усилитель сигнала. Основной целью данного компонента является регистрация компонентов, выходящих из колонки, и дальнейшая переработка их в сигнал электрического типа, поступающий на цифровуюаппаратуру. С помощью детекторной системы определяется количественный икачественный состав пробы.

Детектор должен быть:

чувствительный – для решения поставленных задач в лаборатории;
слабо инерционный;
простой в использовании;
устойчивый к воздействиям параметров внешних условий;

Выбор детектора всегда зависит от определяемых компонентов в каждой аналитической задаче.

Жидкостный прибор

Как подвижную фазу тут применяют носитель в жидком состоянии. Он предназначен для передвижения пробы, а также для корректировки баланса. При этом выбор типа жидкости влияет на итоговые показатели опытов. С помощью высокоэффективных жидкостных устройств выполняется детектирование нелетучих смесей, которые невозможно перевести в форму для использования в газовых хроматографах.

Цели, для которых может использоваться хроматограф:

определение загрязнения почвенных покровов и вод в грунтах (так как концентрация смесей может быть совсем небольшой, такое устройство поможет точно выявить все необходимые показатели);
для контроля за качеством в продуктах питания;
для криминалистических анализов;
в биохимических и медицинских исследованиях.

4 разных типа хроматографии

Существует несколько видов хроматографии, каждый из которых имеет свой вид подвижной и стационарной фазы.

Хотя основной принцип остается тем же самым, способ взаимодействия различных компонентов с подвижной фазой и стационарной фазой может варьироваться в зависимости от используемого хроматографического метода.

1. Бумажная хроматография

Бумажная хроматография является наиболее распространенным и простым аналитическим методом для разделения и обнаружения цветных компонентов, таких как пигменты. Хотя он был заменен тонкослойным хроматографическим процессом, он все еще является мощным учебным пособием.

Этот метод включает в себя размещение пятна образца смеси (например, чернил) вблизи края фильтровальной бумаги, а затем подвешивание бумаги вертикально, при этом ее край погружают в растворитель (такой как вода или спирт). Бумага повешена таким образом, что пятно чернил никогда не касается растворителя и остается немного над ним.

Через некоторое время растворитель (подвижная фаза) начинает постепенно продвигаться вверх по бумаге (неподвижная фаза) посредством капиллярного воздействия. Поскольку растворитель движется вверх, он принимает красители, присутствующие в чернилах, вместе с ним.

Когда он поднимается, мы видим разные цвета на фильтровальной бумаге. Эти цвета представляют различные красители, присутствующие в чернилах. Поскольку разные красители имеют разные уровни растворимости и движутся с разной скоростью, когда растворитель поднимается, мы видим полосы разного цвета на разной высоте.

Вот как бумажная хроматография используется для разделения разных цветов чернил. В некоторых случаях смеси не содержат цветных компонентов, поэтому химики добавляют другие вещества для идентификации.

2. Тонкослойная хроматография

Тонкослойная хроматография очень похожа на бумажную хроматографию. Основное отличие состоит в том, что вместо куска бумаги у нас есть предметное стекло, покрытое слоем силикагеля.

В этом методе предметное стекло (неподвижная фаза) удаляется из резервуара для растворителя, когда растворитель (подвижная фаза) достигает другого края стекла. Различные соединения в смеси перемещаются вверх по предметному стеклу с различной скоростью, оставляя пятна в разных местах на неподвижной фазе.

Эти отделенные пятна затем визуализируются ультрафиолетовым светом. В некоторых случаях для визуализации пятен используются химические процессы: например, серная кислота обугливает большинство органических компонентов, оставляя темное пятно на предметном стекле.

Это простая и быстрая техника для разделения смесей органических соединений. Он часто используется для определения пигментов внутри растения, анализа состава красителей в волокнах и выявления инсектицидов или пестицидов в пищевых продуктах.

По сравнению с бумажной хроматографией методы тонкослойной хроматографии работают быстрее и приводят к лучшему разделению.

3. Газовая хроматография

Газовая хроматография используется для разделения смесей летучих органических соединений. Прибор, выполняющий этот процесс, - газовый хроматограф - состоит из порта впрыска, колонки с неподвижной фазой, детектора и системы регистрации данных.

Смесь образцов (в газообразной форме) вводится через инъекционное отверстие. Обычно количество пробы газа слишком мало, порядка микролитров. Поэтому газ-носитель используется для создания большего давления и проталкивания образца через колонку.

Поскольку мы не хотим, чтобы газ-носитель (подвижная фаза) реагировал с образцом, это должен быть инертный газ, такой как гелий, или нереакционноспособный газ, такой как азот. Колонна (металлическая или стеклянная трубка) состоит из микроскопического слоя жидкости или полимера (стационарная фаза) на инертной твердой подложке.

Различные компоненты в смеси имеют разные температуры кипения, поэтому они по-разному взаимодействуют со стенками колонны при повышении температуры. Это приводит к тому, что каждый компонент элюируется в разное время, также называемое временем удержания компонента.

Сравнивая времена удерживания, химики могут анализировать отдельные газообразные соединения в смеси.

4. Жидкостная хроматография

Жидкостная хроматография - это аналитический метод, используемый для разделения молекул или ионов, растворенных в растворителе. Его часто называют жидкостной хроматографией высокого давления, в которой используется ряд химических взаимодействий между хроматографической колонкой и анализируемым веществом.

В этом методе жидкий растворитель под давлением (подвижная фаза) используется для пропускания смеси образцов через колонку, которая содержит твердый абсорбирующий материал. Колонна обычно представляет собой трубчатую структуру, заполненную крошечными частицами с определенным химическим составом поверхности.

Поскольку каждое соединение в смеси по-разному реагирует с абсорбирующим материалом (из-за различий в размерах, адсорбции и ионного обмена), они движутся в колонне с разными скоростями.

Эти различные скорости потока помогают химикам разделять компоненты смеси по мере их вытекания из колонки.

Выбор добавок и растворителей зависит от свойств стационарной фазы и анализируемого вещества. Химики проводят серию тестов и обрабатывают нескольк общих опытов с веществом, чтобы найти оптимальный метод жидкостной хроматографии для смеси - метод, который может обеспечить идеальное разделение пиков.

23.02.2019

Одним из самых популярных методов по анализу соединений в веществе и их разделению является хроматография. Основан данный метод на распределении компонентов между двумя фазами – подвижной и стационарной (неподвижной). Первая выступает в форме газа или жидкости, вторая – в виде твердого материала или в жидкости на носителе неактивного типа.

Впервые заговорили о таком универсальном методе в первых годах 20 века, а применять хроматографы в промышленной отрасли начали только в 1960, после усовершенствования оборудования специально для использования в лабораторных учреждениях. С помощью хроматографии можно проводить разные виды анализов, именно поэтому ее используют как дополнительный механизм в научных исследованиях и производстве. Например, при добыче газа и нефти большинство анализов проводят на хроматографических установках.

В промышленном производстве по органическому синтезу и в лабораториях хроматографию используют для оценки качественных характеристик сырья и его дискретных продуктов. В экологии хроматографы применяют, в том числе для анализов на наличие гербицидов и пестицидов. В пищевых отраслях данными устройствами анализируют продукты питания на присутствие в них разных субстанций. Также хроматографы используют в фармацевтике, косметологии и криминалистических исследованиях.

Принцип действия хроматографа и его преимущества

Первичная субстанция поддается растворению в носителе, который может быть в газовой форме или жидким. Далее она доставляется на твердый материал (сорбент) или на жидкую пленку сорбента. Носитель с пробой перемещается по стационарной (неподвижной) фазе и взаимодействует с ней с разной скоростью. В результате разных процессов, компоненты смеси будут по-разному удерживаться сорбентом и попадать в детектор хроматографа через разные промежутки времени.

В конечном итоге изначальная смесь будет разделена на несколько составляющих. С помощью анализа времени выхода компонентов и площадей (высот) пиков точно устанавливается качественный и количественный состав пробы. Составляющие пробы разделяются в колонке с неподвижной (стационарной) фазой за счет различной сорбционной активности к сорбенту, вследствие чего имеют разную скорость передвижения через колонку.

В связи с этим выделяют несколько основных преимуществ оборудования.

Высокая точность зафиксированных показателей, которую невозможно достичь в анализах статистического вида. Это достигается благодаря тому, что за один круг испытания выполняется много процессов поглощения и десорбции. Исследования характеризуются динамичностью.
Хроматограф может работать с объектами контроля в любом состоянии – жидкости, газы, твердые тела. Для этих целей применяются различные периферийные устройства.
С помощью хроматографов можно решать задачи аналитической, лабораторной, научной и практической направленности.

Виды хроматографов

В зависимости от формы использованного носителя хроматографы разделяются на несколько видов. В газожидкостных и газоадсорбционных, как носители, используются инертные газы, а в жидкостных – жидкая форма динамической (подвижной) фазы.

Газожидкостный и газоадсорбционный

В качестве подвижной фазы применяются инертные газы – гелий, аргон, водород, азот. Они являются оптимальными для разделения термостабильных летучих химических соединений, к которым относится большинство продуктов в промышленности. Газовый вид оборудования приобретают нефте- и газоперерабатывающие предприятия, фармакологические компании, а также организации, которые нуждаются в экологических исследованиях. Плюсы использования:

быстрое выполнение анализов;
простота в эксплуатации аппаратуры;
фиксирование веществ, которые находятся в небольшом количестве (до фемтограмм);
различные детекторы чувствительны к разным типам соединений.

Характеристика детекторов

Это основной элемент в устройстве хроматографа. В состав системы детектора, кроме него самого, входит усилитель сигнала. Основной целью данного компонента является регистрация компонентов, выходящих из колонки, и дальнейшая переработка их в сигнал электрического типа, поступающий на цифровую аппаратуру. С помощью детекторной системы определяется количественный и качественный состав пробы.

Детектор должен быть:

чувствительный – для решения поставленных задач в лаборатории;
слабо инерционный;
простой в использовании;
устойчивый к воздействиям параметров внешних условий;

Выбор детектора всегда зависит от определяемых компонентов в каждой аналитической задаче.

Жидкостный прибор

Как подвижную фазу тут применяют носитель в жидком состоянии. Он предназначен для передвижения пробы, а также для корректировки баланса. При этом, выбор типа жидкости влияет на итоговые показатели опытов. С помощью высокоэффективных жидкостных устройств выполняется детектирование нелетучих смесей, которые невозможно перевести в форму для использования в газовых хроматографах.

Цели, для которых может использоваться хроматограф:

определение загрязнения почвенных покровов и вод в грунтах (так как концентрация смесей может быть совсем небольшой, такое устройство поможет точно выявить все необходимые показатели);
для контроля за качеством в продуктах питания;
для криминалистических анализов;
в биохимических и медицинских исследованиях.

Требования к современным хроматографам

Чтобы выбрать хроматограф для производственных задач и лабораторных работ, нужно определить основную цель выполнения анализов. В частности, надо знать, какие вещества, в каком количестве и по какой методике будут определяться на приборе. В зависимости от данных параметров выбирается тип аппаратуры и его характеристики.

Также имеет значение, в каких условиях проводится анализ. Важно помнить, что для хроматографии нужно выбирать помещения с кондиционированием, без резких перепадов температуры. В ином случае, эффективность даже самого хорошего аппарата будет нарушена. Хотя современные устройства имеют стабилизаторы в электропитании, обязательно нужно следить за качеством электричества, дабы не нарушить автоматизацию системы. Растворители, которые используются для динамических фаз, должны быть чистыми, так как от этого напрямую зависит чувствительность аппарата.

Перед заказом оборудования надо ответить на следующие вопросы:

за какой период нужно провести анализ;
процесс пробоподготовки;
объем пробы для исследований;
особенности процесса настройки и ухода за оборудованием;
возможность совместимости с детекторами разных видов;
наличие функций защиты при повреждениях;
обширность спектра используемых смесей;
стоимость.

Современные хроматографы должны соответствовать не только приведенным требованиям, но и государственным стандартам.

Хроматография в медицине

Хроматография активно используется в медицине.…

05.02.2022

Генераторы азота и сфера их применения

В газовой хроматографии азот –…

31.01.2022

Газовые хроматографы: устройство и принцип работы.

Любой газовый хроматограф состоит минимум…

30.01.2022

ГХ или ВЭЖХ? Что выбрать?

При появлении новой аналитической задачи…

16.11.2021

Хроматография. Простыми словами.

О хроматографии написано много. Мы…

10.11.2021

Как проводится хроматография

Хроматографический анализ представляет собой один…

18.03.2021

Абсорбционная спектрометрия уже больше века…

18.03.2021

Основные Параметры Хроматографических Пиков

Ключевую для хроматографии информацию получают…

21.01.2021

Результатом хроматографии является хроматограмма, дающая…

21.01.2021

Распространённые причины поломки хроматографов

Использование любых сложных видов оборудования…

02.10.2020

Как Хроматография Применяется в Парфюмерии?

Методику хроматографии активно используют в…

02.10.2020

Хроматография: история открытия и развития

Хроматография сегодня активно используется в…

06.09.2020

Как правильно выбрать хроматограф?

Хроматография – метод анализа жидкостных…

05.09.2020

Работа любого сложного устройства сопровождается…

28.07.2020

Сегодня хроматография остается самым используемым…

28.07.2020

Предшественником всех современных спектрометров считается…

06.07.2020

Разделение сложных смесей на единичные…

06.07.2020

Хроматографические методы в криминалистике

Криминалистические экспертизы играют важную роль…

06.07.2020

Хроматография в фармацевтической промышленности

В настоящее время можно выделить…

27.05.2020

Принципы работы спектрометра

Спектрометр – прибор, работающий на…

08.05.2020

Хромато-масс-спектрометры: принцип действия

Командой Хроматограф.ру в Печорской центральной…

08.05.2020

При поставке приборы снабжаются всем…

17.04.2020

Хроматография в контроле качества продовольственного сырья и пищевых продуктов

Безопасность и качество продуктов питания…

17.04.2020

Телемедицина для хроматографов

Что такое телемедицина? Это консультация…

15.04.2020

Основные производители хроматографов в мире, в России

Хроматографы используются в аналитических исследованиях,…

02.12.2019

Области применения газовых и жидкостных хроматографов

Хроматография – способ разделения многокомпонентных…

02.12.2019

Хроматографические Методы Анализа

Хроматографические методы анализа базируются на…

02.12.2019

Хроматограф — принцип действия, виды хроматографов

Одним из самых популярных методов…

23.02.2019

Обучение с выдачей удостоверения

С июня 2017 года наши…

28.11.2018

Скидка на Хромато-масс-спектрометр с МСД Хроматэк 12% до 31 октября 2017 года

Руководством предприятия принято решение предоставить…

28.11.2018

Мы используем cookie-файлы для наилучшего представления нашего сайта. Продолжая использовать этот сайт, вы соглашаетесь с использованием cookie-файлов.

Хроматография — метод разделения многокомпонентных смесей на отдельные составляющие, открытый Михаилом Цветом в начале XX века. Использование же хроматографов в промышленности началось только в 60-х годах, когда приборы были усовершенствованы и адаптированы для применения в лабораториях.

В этой статье будут рассмотрены ключевые вопросы:

Принцип действия хроматографа и его преимущества

Исходное вещество растворяется в жидком или газообразном носителе и подается на сорбент, в качестве которого используется твердое пористое тело или жидкая пленка, нанесенная на него. Сорбаты вместе с носителем передвигаются вдоль неподвижной фазы и взаимодействуют с ней с разной скоростью. Вследствие физических и физико-химических процессов (например, адсорбции), компоненты смеси удерживаются разными слоями сорбента или покидают хроматограф вместе с подвижной фазой. В результате проба разделяется на составляющие, а анализ скорости их выхода из прибора позволяет установить точный качественный и количественный состав.

К преимуществам использования хроматографического оборудования относят:

Динамический характер исследования: за один цикл происходит множество актов сорбции и десорбции, что повышает точность данных (в сравнении со статическим анализом).
Возможность использования различных типов взаимодействия подвижной и неподвижной фаз: хроматограф позволяет работать с любыми веществами.
На пробу можно накладывать дополнительные поля (например, магнитное) для проведения специфичных испытаний.
С помощью приборов решаются как аналитические, так и практические задачи.
Подготовка пробы, поведение вещества в колонке, методы анализа элюата зависят от вида устройства.

Газоадсорбционый и газожидкостный хроматографы

Особенность оборудования этого типа заключается в использовании в качестве носителя инертных газов: азота, водорода, аргона и так далее. Это оптимальный вариант для разделения термостабильных летучих соединений. Под эту классификацию попадает всего 5% органических веществ, но именно они составляют до 80% продуктов промышленности. Именно поэтому для проведения всевозможных анализов предприятия нефтегазового комплекса, фармакологические фирмы, любые компании, нуждающиеся в экологическом контроле на производстве стремятся купить хроматограф.

К преимуществам использования оборудования относятся:

Высокая скорость анализа.
Простота калибровки и использования.
Определение веществ в малой концентрации.
Объем пробы, время исследования и точность результата во многом зависят от типа детектора.

Детекторы: их назначение и особенности

Ключевым элементом хроматографа является система детектирования, состоящая из самого детектора, усилителя его сигнала и регистратора. В задачи системы входит отслеживание физических и физико-химических процессов, протекающих в колонке, и их преобразование в электрический сигнал, который в дальнейшем передается на цифровое устройство.

Детектор может измерять общее количество компонентов, выделяемых из смеси (в таком случае его называют интегральным), или фиксировать непосредственно изменения их свойств в процессе прохождения через колонку (дифференциальные детекторы). Общие требования к ним одинаковы:

Достаточная чувствительность для решения поставленных перед лабораторией задач.
Незначительная инерционность.
Незначительная зависимость показаний от внешних факторов (температуры, давления носителя, скорости его потока).
Простота и дешевизна.
Последний фактор значительно влияет на стоимость, по которой можно приобрести хроматограф — цена оборудования зависит от его точности и простоты калибровки.

Высокоэффективный жидкостный хроматограф

В этом типе приборов в качестве подвижной фазы используется жидкий носитель. Его задача не только обеспечивать движение пробы по колонке, но и регулировать константы равновесия. Стоит помнить, что от выбора жидкости напрямую зависит конечный результат исследований.

Жидкостные хроматографы подходят для анализа широкого круга соединений и используются в следующих целях:

Определение загрязнения грунтовых вод и почвы. Чаще всего выявляется содержание и концентрация пестицидов и полициклических ароматических углеводородов. Обычно их концентрация предельно мала, поэтому для определения нужны высокоточные и чувствительные методы, такие как хроматография.
Определение фенола в сточных водах и природных водоемах. Производные фенола — основные экотоксиканты во многих видах производств (например, целлюлозно-бумажном).
Обнаружение пестицидов в сельскохозяйственной продукции. Наиболее эффективно определяются карбаматы, мочевина и яды на основе триазинов.
Определение загрязнений воздуха. С помощью хроматографа удается обнаружить и установить концентрацию в воздухе таких веществ, как диоксин, ПАУ, ароматические амины и имины и ряд других элементов, в том числе разлагающихся при высоких температурах.

Требования к современным хроматографам

При выборе хроматографа для производства и лабораторных исследований в первую очередь требуется установить цель проводимых анализов и понять, с какими веществами и в каких концентрациях будет работать прибор. От этого будет зависеть, какой тип оборудования лучше предпочесть. Другими важными требованиями к устройству являются:

Жидкостный ионный хроматограф – это устройство, позволяющее определить органические вещества и неорганические ионы в разного рода материалах, таких как вода, воздух, почва, технологическая среда, продукты питание и т. д.

Что такое хроматограф?

Для разграничения фаз (подвижной и неподвижной) при пропускании через колонку с сорбентом используется жидкостный ионный хроматограф. Аппарат состоит из:

дозатора;
насоса;
детектора;
колонки;
прибора для фиксирования исследования.

Существует несколько видов детекторов: кондуктометрический, амперометрический, спектрофотометрический, флуориметрический, масс-спектрометрический. Последний наиболее чувствителен, для его работы применяются растворители высокой стадии очистки.

У жидкостного хроматографа есть несколько приоритетных качеств.

Большой ассортимент способов детектирования. При эксплуатации двух детекторов информативность анализа повышается. Соединимость с иными составляющими высокая.
Блочно-модульный тип конструкции позволяет делить модули, заменять их и решать разные задания.
Для микро колоночной хроматографии подойдет точный график подачи элюента.
При снижении себестоимости определения и минимизации расходов подвижной фазы применяются колонки с маленьким внутренним диаметром.
Обособленные друг от друга модули используются как часть других устройств.
Актуальное ПО предоставляет сбор данных, их обработку и формирование результата.
Возможность полной автоматизации определения.
Высокая селективность и экспрессивность.

Жидкостные хроматографы популярны в разных сферах, таких как криминалистика, биохимические исследования, проверка качества готовой продукции и сырых материалов, проверка и производство лекарственных средств.

Принцип работы жидкостного ионного хроматографа

Одноколоночный вариант представляет собой поступление элюата с колонки в кондуктометрический детектор. Так как элюент обладает большой электропроводностью, то детектирование выполняется на его фоне. Специалисты считают, что несмотря на уровень чувствительности определения (он примерно в полтора раза ниже в одинаковых условиях) этот тип работы целесообразен. Большей частью это относится к катионам первой группы, в особенности к аммонию, который обладает повышенной подвижностью. Элюентами в таком случае выступают миллимолярные растворы сильных кислот. Большинство задач аналитического характера позволяет применять прямое детектирование катионов на 100-200 ppb уровнях. Данный процесс возможен без употребления системы подавления или любых других приборов. Если говорить о двухколоночном варианте, то здесь для образования малодиссоциирующих соединений подавляется электропроводность подвижной фазы при помощи специальных систем подавления.

Читайте также: