Хроматограф — прибор для разделения смесей¶
Хроматограф — это прибор, предназначенный для разделения сложных смесей на отдельные компоненты и их последующей идентификации. Хроматография как метод физико-химического анализа была создана в 1903 году русским ботаником Михаилом Тсветом, который разделял растительные пигменты на колонке с адсорбентом. Современные хроматографы применяются в химической промышленности, медицине, экологии, пищевой индустрии и научных исследованиях.
¶Принцип работы
Разделение в хроматографе основано на различной сорбционной активности компонентов смеси относительно двух фаз: подвижной (элюента) и неподвижной (сорбента). При прохождении смеси через неподвижную фазу компоненты с большей сродством к ней задерживаются сильнее, а компоненты с меньшим сродством выходят из системы раньше. В результате формируется хроматограмма — кривая, отражающая порядок и время выхода компонентов.
¶Классификация
Хроматографы классифицируют по нескольким признакам.
По фазам:
- Газовые хроматографы — подвижной фазой служит инертный газ (гелий, азот, водород), неподвижной — жидкость или адсорбент на твёрдой подложке. Применяются для анализа летучих органических соединений.
- Жидкостные хроматографы — подвижной фазой является растворитель, неподвижной — сорбент в колонке. Наиболее распространённый тип — ВЭЖХ (высокоэффективная жидкостная хроматография).
- Ион-обменные хроматографы — разделение основано на обмене ионов между раствором и ионообменной смолой.
- Электрофоретические системы — разделение заряженных частиц под действием электрического поля.
По способу проведения процесса:
- Непрерывные — непрерывная подача пробы и непрерывный сбор фракций.
- Дискретные — анализ одной пробы за цикл.
По типу сорбента:
- Адсорбционные (на основе силикагеля, оксида алюминия).
- Ионообменные.
- Гель-хроматографы (гель-фильтрация по размеру молекул).
- Аффинные (с использованием биологически специфических связывающих агентов).
¶Устройство
Независимо от типа, хроматограф состоит из нескольких основных узлов:
- Источник подвижной фазы — баллон с газом (для ГХ) или насос с растворителем (для ВЭЖХ).
- Инжектор пробы — устройство для ввода анализируемой пробы в поток подвижной фазы.
- Хроматографическая колонка — основной разделительный элемент, заполненный неподвижной фазой. Именно в колонке происходит разделение компонентов.
- Термостат — поддерживает заданную температуру колонки, что критично для воспроизводимости результатов.
- Детектор — регистрирует выходящие из колонки компоненты и преобразует их в электрический сигнал. Типы детекторов: пламенно-ионизационный (ПИД), термокондуктометрический, спектрофотометрический, масс-спектрометрический и др.
- Регистратор — фиксирует сигнал детектора в виде хроматограммы (сегодня — программное обеспечение компьютера).
¶Основные характеристики
Эффективность хроматографа оценивают по нескольким параметрам:
- Площадь и высота теоретической тарелки — чем меньше высота тарелки, тем выше эффективность колонки.
- Число теоретических тарелок — характеризует разделительную способность колонки.
- Селективность — способность различать компоненты по времени выхода.
- Чувствительность — минимальное количество вещества, детектируемое прибором.
- Диапазон линейности — интервал концентраций, в котором сигнал детектора пропорционален количеству вещества.
¶Применение
Хроматографы используются в самых разных отраслях:
- Нефтехимия и газовая промышленность — контроль состава нефти, природного газа, мониторинг каталитических процессов.
- Медицина и фармацевтика — определение лекарственных препаратов в крови, анализ биологических жидкостей, контроль качества лекарств.
- Экология — определение пестицидов, тяжёлых металлов, органических загрязнителей в воде и воздухе.
- Пищевая промышленность — контроль подсластителей, консервантов, витаминов, ароматизаторов.
- Криминалистика — анализ следов взрывчатых веществ, наркотиков, ядов.
- Научные исследования — биохимия, молекулярная биология, генетика (в частности, секвенирование ДНК).
¶Историческая справка
В 1903 году Михаил Семёнович Тсвет опубликовал работу о разделении растительных пигментов, ввёл термин «хроматография» (от греч. χρῶμα — цвет). Долгое время метод оставался лабораторным и малоприменимым. Перелом наступил в 1940-х годах, когда Арчер Мартин и Ричард Синглтон разработали метод бумажной хроматографии, а в 1952 году получили Нобелевскую премию по химии за создание метода распределительной хроматографии. В 1950-х годах появился первый коммерческий газовый хроматограф, что открыло эру массового применения метода.
В СССР хроматографическое оборудование производилось на заводах «Химмаш», «Биолмаш» и других; отечественные учёные (И. А. Блюм, Л. С. Тарасов, А. А. Жуховицкий) внесли значительный вклад в развитие теории и практики хроматографии.
Источники:
- Гайдуков В. Н. «Хроматография»
- Тарасов Л. С. «Основы хроматографического анализа»
- Суслов Ю. П., Крупин А. М. «Хроматография в нефтепереработке»
- Справочник по хроматографии (под ред. Ю. А. Золотова)