Chromatograf (z jiného řeckého χρῶμα - barva a γράφω - píšu) - zařízení pro separaci směsi látek chromatografií .
Typicky se chromatografy dělí do dvou velkých skupin – plynové a kapalinové, podle typu použitého eluentu (mobilní fáze). V plynových chromatografech je eluentem (nosičem) plyn (obvykle se používá hlavně inertní vodík , helium , dusík a argon ve směsi s metanem ), v kapalinové chromatografii je nosičem kapalina (obvykle se používají organická rozpouštědla , voda a vodné roztoky ve speciálních typech chromatografie, např. při gelové filtraci ).
Hlavním konstrukčním prvkem chromatografů jsou kolony - trubice naplněné stacionární fází, kterými se během analýzy pohybuje mobilní fáze a zkoumaný vzorek. Právě v koloně dochází k separaci složek zkoumané směsi.
Kolona se vyznačuje několika parametry: účinností, selektivitou a kapacitou.
Účinnost je mírou expanze píku látky při jejím pohybu po koloně a úzce souvisí s počtem teoretických pater - imaginárních úseků po délce kolony, z nichž každá je jakoby termodynamická. je dosaženo rovnováhy fází. Kromě toho je ovlivněna faktory, jako je vírová difúze , podélná molekulární difúze a odolnost vůči přenosu hmoty . Počet teoretických pater v moderních kapilárních kolonách je zpravidla velmi velký - několik desítek tisíc. To umožňuje při správné volbě selektivity stacionární fáze v drtivé většině případů oddělit všechny jednotlivé složky jakékoli, i té nejsložitější směsi.
Selektivita je definována jako rozdíl v míře retence látek různé povahy na stacionární fázi. Obvykle se vyjadřuje jako relativní retence dvojice kritických složek vzorku (poměr jejich snížených retenčních časů). Pokud je tento poměr větší než 1, pak mohou být píky odděleny. Selektivita kolony závisí na povaze interakce mezi analytem a stacionární fází. Tyto interakce mohou být buď nepolární disperzní ( van der Waalsovy síly ) nebo polární specifické (obvykle dipóly a vodíkové vazby ).
Kapacita kolony souvisí s jejími fyzickými rozměry a určuje maximální množství vzorku, které lze do kolony vstříknout bez jejího „přetížení“, tedy bez odchylek píků od Gaussova tvaru. V souladu s tím je kapacita plněných kolon mnohem větší než kapacita kapilárních kolon.
Balená angličtina. plněné kolonové kolony v plynové chromatografii se tradičně nazývají kolony velkého průměru (obvykle 2 mm), které lze vyrobit nezávisle jejich naplněním předem připraveným adsorbentem (například tripoli z lomu Zikeyevsky nebo drcené cihly potažené vazelínovým olejem ) .
Tyto sloupce se často také nazývají "vycpané", ale to je slangový výraz. [jeden]
Také duté kapilární kolony nebo otevřené kapilární kolony ( angl. open tubular column ). Tyto kolony jsou vyrobeny z kapilár, tj. trubic velmi malého průměru ( kolona se širokým otvorem , 0,32 mm, 0,25 mm a 0,1 mm jsou běžné v plynové chromatografii) . Čím menší je průměr kolony, tím méně jsou píky rozmazané v důsledku difúze a tím vyšší je účinnost. To zkracuje dobu analýzy a zlepšuje separaci složek. Van Deemterova křivka pro kolony s malým průměrem je také příznivější a umožňuje měnit rychlost nosného plynu v širším rozsahu bez katastrofické ztráty účinnosti.
Druhým nejdůležitějším prvkem chromatografu je detektor, tedy zařízení schopné reagovat na změny koncentrace analytu. Detektory jsou podmíněně rozděleny na univerzální a selektivní.
Jedná se o univerzální detektor (zastaralý a zastaralý název je katharometr). Principem jeho činnosti je změna teploty zahřátého kovového drátu (tenká vlákna) při jeho foukání plynem (průrazem) s různou tepelnou vodivostí. Pro zvýšení citlivosti detektoru jsou použity dva závity: jeden z nich je vháněn čistým nosným plynem přiváděným na vstup do separační kolony - referenční závit a druhý plynem z výstupu kolony s oddělenými složkami - měřicí závit. Oba vodiče jsou zařazeny do elektrického obvodu - " Wheatstoneův měřicí můstek ", kde se porovnávají hodnoty elektrického odporu ramen můstku. Vzhledem k tomu, že odpor kovů závisí na teplotě, jeho změna způsobí změnu odporu ramene, čímž dojde k nevyvážení můstku, elektrický signál nevyváženosti [2] je zaznamenáván externím měřícím zařízením.
Když je stejný plyn aplikován na oba dráty, jejich teploty jsou stejné a můstek je vyvážený. Při foukání měřicí nitě jiným plynem nebo směsí plynů s jinou tepelnou vodivostí se nit ochlazuje nebo zahřívá v závislosti na relativní změně tepelné vodivosti, přičemž se mění její vlastní elektrický odpor, což způsobuje nerovnováhu ve Wheatstone. most.
Citlivost detektorů z hlediska tepelné vodivosti může dosáhnout 0,5·10 −9 g/cm 3 (např. z hlediska propanu ).
Tento detektor selektivně detekuje organické sloučeniny a běžně se používá k detekci uhlovodíků . Princip jeho činnosti je založen na změně elektrické vodivosti plynu v hořáku vodíkovo-kyslíkového plamene, když do něj vstoupí organické sloučeniny.
Tento detektor určuje záření molekul nebo atomů látky při vstupu do plazmatu vodíkovo-kyslíkového plamene. Teoreticky může PPD detekovat velmi širokou škálu látek, ale v praxi se nejčastěji používá při analýze sloučenin síry, dusíku a fosforu, někdy i rtuti.
Variantou PPD je pulsující plamenofotometrický detektor (PPPD) , který se liší tím, že plamen v něm neprobíhá neustále, ale pulzně, tedy záblesky, obvykle s frekvencí 2-4 Hz. Periodická povaha plamene umožňuje dočasné oddělení čel žhavení různých látek, například síry na pozadí uhlíku, to znamená, že selektivita PPPD je mnohem vyšší než selektivita PPD. Navíc PPPD poskytuje ekvimolární odezvu – to znamená, že signál detektoru nezávisí na povaze konkrétní sloučeniny síry, ale pouze na počtu atomů síry v ní.
Velkou nevýhodou plamenového fotometrického detektoru (včetně pulzního) je jeho vystavení řadě rušivých faktorů, jako je zhášení uhlovodíků.
Tento detektor používá malou keramickou kuličku obsahující tabletu soli alkalického kovu ( síran rubidium nebo bromid česný ) zahřátou na vysokou teplotu. Tento detektor se používá pro selektivní stanovení dusíku a fosforu.
Tento typ detektoru využívá zdroj beta částic (elektronů), obvykle 63 Ni, nebo alfa částic ( 239 Pu). Objeví-li se v plynu procházejícím takovým radioaktivním zdrojem molekuly náchylné k ionizaci, vzniká proud úměrný jejich koncentraci, který lze změřit.
Zvláštním druhem detektoru elektronového záchytu je diferenciální detektor mobility iontů (DDIM) [3] , který je velmi kompaktní, a proto je dostupný pro použití v přenosných chromatografech. Tento detektor dokáže selektivně detekovat sirné složky a nenasycené uhlovodíky v koncentracích až 0,1 ppm.
Látky obsahující síru opouštějící kolonu reagují na povrchu elektrolytu, v důsledku čehož mezi měřicími elektrodami vzniká tok elektronů (redoxní reakce (ORR)). Jedná se o specifický detektor, citlivost na určitou skupinu látek je dána zvoleným elektrolytem. [4] Citlivost ECD na sirné složky je například řádově 0,1 mg/m 3 . [5]
Tento detektor je jedním z nejsložitějších, ale má nepřekonatelně vysokou citlivost pro určité skupiny komponent (zejména ty obsahující síru - až 10 ppb nebo i méně). FID je někdy umístěn před FLD, ačkoli to značně znecitlivuje FLD a vytváří problémy pro FID. Důvodem je, že v CLD je vakuum a pro spolehlivé spalování plamene v FID je vyžadován atmosférický tlak.
Běžnými aplikacemi CLD je analýza stopových množství sloučenin síry a dusíku. Chemiluminiscence těchto látek je vyvolána ozonem .
CLD, stejně jako PPPD, poskytuje ekvimolární odezvu.
Fotometry pracující v UV oblasti . Zdrojem UV záření je v nich nízko nebo středotlaká rtuťová výbojka, která má intenzivní čárová spektra, ze kterých jsou pomocí filtrů vyřezávány paprsky o určité vlnové délce. Nízkotlaká rtuťová výbojka vyzařuje asi 90 % své energie při 254 nm, což umožňuje eliminovat filtry. Velmi mnoho organických látek absorbuje poměrně intenzivně při 254 nm. Jsou to všechny aromatické a polyaromatické sloučeniny, heterocyklické sloučeniny, látky obsahující heteroatomy, karbonylovou skupinu a mnoho dalších.
Spektrofotometrické detektory . Pomocí poměrně složitých optických schémat se z širokého spojitého spektra deuteriové lampy (190-360 nm) a lampy viditelného světla (vlnová délka přes 360 nm) vyřízne víceméně úzký pás UV nebo viditelného záření. holografická mřížka.
UV detektor s diodovým polem . Kyvetou prochází polychromatické světlo, tedy celé spojité emisní spektrum deuteriové výbojky, které za kyvetou vstupuje do difrakční mřížky, kde je rozděleno na monochromatické paprsky.
Refraktometrické detektory . Diferenciální refraktometr průběžně zaznamenává změny indexu lomu eluátu na výstupu z kolony. Hlavní výhodou tohoto detektoru je jeho univerzálnost, protože dokáže detekovat jakoukoli látku výběrem správného rozpouštědla. Mezi hlavní nevýhody patří praktická nemožnost použití s gradientovou elucí a nutnost pečlivé stabilizace teploty.
Fluorimetrické detektory . Používá se k detekci sloučenin s fluorescenčními vlastnostmi.
Elektrochemické detektory . Lze jej použít pro analýzu všech látek s elektrochemickou aktivitou, tj. schopných oxidace nebo redukce při určitém potenciálu.
IR detektory . Detektory založené na absorpci v infračervené oblasti spektra. Používají se spíše omezeně, protože jsou nekompatibilní s hlavními rozpouštědly používanými při adsorpci a chromatografii na reverzní fázi a jsou také relativně necitlivé.
Hromadné detektory . Aby byla kapalinová chromatografie a hmotnostní spektrometrie kompatibilní, používají se různá rozhraní. Nejčastěji se používá elektrosprejová ionizace (ESI) a chemická ionizace za atmosférického tlaku (APCI). Kombinace kapalinových chromatografů s hmotnostními spektrometry se nazývá LC/MS (angl. LC/MS).
Detektory ELSD (evaporated Sample Light Scattering) se v posledních letech staly stále populárnějšími jako nejpokročilejší, přesné a všestranné detektory kapalinové chromatografie. Reagují na jakékoli analyty, které jsou méně těkavé než mobilní fáze. Tyto detektory mají nízký signál pozadí, jsou kompatibilní s širokou škálou rozpouštědel a umožňují také použití gradientní eluce (na rozdíl od detektorů indexu lomu). Jsou vynikající alternativou k tradičním HPLC detektorům, ale lze je použít i jako jejich doplněk. Výsledek detekce ELSD nezávisí na optických vlastnostech testované látky, je úměrný její hmotnosti, což je velmi výhodné pro stanovení čistoty vzorku nebo při studiu látek s neznámými vlastnostmi. V řadě vlastností se ELSD detektory blíží hmotnostním spektrometrickým detektorům, přičemž zůstávají mnohem jednoduššími a levnějšími zařízeními.
Laserové evaporativní detektory rozptylu světla (ELLSD) vybavené laserem jako světelným zdrojem se staly komerčně dostupnými v posledním desetiletí. V citlivosti, stabilitě a reprodukovatelnosti po dlouhou dobu analýzy překonávají ostatní detektory rozptylu světla (ELSD).
Detektory nabitého aerosolu (CAD) . vyvinuté koncem roku 2004 se zdají být citlivější než ELSD a mají široký dynamický rozsah.
| Laboratorní sklo a vybavení ( seznam ) | |
|---|---|
| Skleněné zboží |
|
| baňky |
|
| Separační zařízení | |
| Měření | |
| Různé vybavení | |
| Bezpečnost | |