Нужно выбирать и носитель

Расширение круга неподвижных жидкостей, используемых в га­зовой хроматографии, не единственный путь развития метода. Очень важным условием для этого было и остается улучшение качества твердых носителей, на поверхность которых наносится жидкая фаза. Для того чтобы жидкость распределялась на носи­теле тонким слоем, поверхность носителя должна быть доста­точно большой. Обычно она составляет около 1—2 м²/г, что до­стигается за счет создания пористой структуры. Однако поры не должны быть очень узкими, чтобы не затруднять движения сорбатов к неподвижной фазе. Как правило, средний размер пор составляет 10 ^-3 мм. Такие носители получают из глины или ог­неупорного кирпича путем дробления, промывки кислотой (для удаления окислов железа и других металлов) и прокаливания (иногда—с добавкой соды или щелочи). Однако на поверхности зерна носителя часто остаются активные центры (как правило, гидроксильные группы), которые взаимодействуют с полярными анализируемыми веществами и вызывают асимметричное раз­мытие хроматографических зон. Поэтому широко применяют различные методы дезактивации твердых носителей, к числу ко­торых относится взаимодействие с такими реактивами, которые связывают активные центры. Так, если носитель обработать диметилдихлорсиланом, то произойдет следующая реакция с поверхностью:

Теперь на поверхности твердого носителя вместо полярных гидроксильных групп расположатся неполярные метильные группы, которые не вступают в специфическое взаимодействие с молекулами полярных анализируемых веществ. Такие носители называют силанизированными, при их использовании полярные сорбаты регистрируются на хроматограммах в виде достаточно симметричных пиков. Есть и другие вещества, при обработке ко­торыми носителей связываются активные центры. К ним, напри­мер, относится и полиэтилеигликоль.

Носителей, применяемых в хроматографии, очень много. Ис­пользуются целиты, хромосорбы, хроматоны, динохромы, сферохромы. Начали производить носитель, названный в честь осно­воположника хроматографии цветохромом.

Успехи в области газо-жидкостной хроматографии не были единственным направлением развития газохроматографических методов. Несомненные достоинства газо-жидкостной хромато­графии, о которых мы говорили, привели к тому, что в 50-х годах адсорбенты использовали, как правило, лишь для анализа газов. Как писали английские ученые Скотт и Филлипс, газоадсорбционная хроматография стала чем-то вроде Золушки. Однако вскоре стало понятно, что даже очень тяжелые, высокомолеку­лярные неподвижные фазы далеко не всегда пригодны для анали­за высококипящих веществ: повышение температуры колонки может привести к тому, что неподвижная жидкость испарится и «улетит» из колонки либо произойдет химическое превраще­ние, например, разрыв молекул на части, которые также быстро будут удалены газом-носителем. Тогда возникла мысль: а не пригласить ли на бал Золушку? Ведь твердые адсорбенты типа силикагеля (двуокиси кремния) и алюмогеля (окиси алюминия) могут работать при очень высоких температурах. Но для адсор­бентов характерна нелинейность изотерм, то есть пики сорбатов будут асимметричными. Даже, если проба очень мала, пик все равно может быть асимметричным, так как на поверхности ад­сорбента много узких пор, которые затрудняют десорбцию мо­лекул анализируемого вещества. Тогда и возникла мысль сде­лать адсорбенты однородпопористыми, то есть сделать так, чтобы их активные центры одинаковым образом адсорбировали молекулы сорбата. Используя различные приемы, исследователи получили однородноиористые силикагели и алюмогели, при­годные для анализа разнообразных высококипящих сорбатов. Кроме того, были получены адсорбенты на основе углеродной сажи: после обработки при 3000^СС сажа становится прекрасным адсорбентом. В СССР больших успехов в развитии газоадсорбционной хроматографии достигла школа, возглавляемая А. В. Киселевым.

ПРОГРАММИРОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ.

КОНЦЕНТРИРОВАНИЕ ПРИМЕСЕЙ

Большие успехи в анализе газов были достигнуты в результа­те использования так называемых «молекулярных сит». Это син­тетические кристаллы, состоящие из атомов кремния, кислорода и различных металлов. Поры у таких адсорбентов очень малы, их размеры близки к размерам молекул легких газов. Поэтому считается, что молекулярные сита «просеивают» молекулы га­зов. С помощью молекулярных сит возможен, в частности, де­тальный анализ воздуха. Как в газо-адсорбционной, так и в газо-жидкостной хроматографии широко используют программирование температуры. Если анализируется смесь большого числа компонентов, температуры кипения которых различаются в широких пределах, то хроматографический процесс при какой-то одной рабочей температуре может не дать хороших результатов. Так, при сравнительно низ­кой температуре хорошо разделяются легкие компоненты смеси, тяжелые же вещества передвигаются по колонке очень медленно, а при высокой температуре легкие сорбаты быстро выходят из колонки, не успев разделиться. Поэтому в процессе анализа рабо­чую температуру изменяют: начинают при низкой температуре, а затем постепенно повышают ее (обычно—по линейному зако­ну). Таким путем, например, удалось разделить смесь эфиров ор­ганических кислот (полученных из хлебной закваски) от эфира муравьиной кислоты до эфира пальмитиновой кислоты, молеку­ла которой содержит 16 углеродных атомов. Температуру колонки в процессе анализа повышали от 35 до 135°С.

Совершенствуя методы хроматографии, исследователи воз­родили не только элюционный вариант газо-адсорбционного ме­тода, но и фронтальный и вытеснительный варианты его. Фронтально-вытеснительные методы позволили проводить концен­трирование примесей. Особый интерес среди работ этого направления представляют работы Р. Кайзера, который, ис­пользуя усовершенствованный вариант хроматермографии, су- мел достичь чувствительности определения примесей в воздухе до 10 "¹⁰ %. Наиболее эффективным для этой цели оказался ад­сорбент углеродного типа

ФЛЮИДНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ

Интересным совершенствованием метода газовой хроматогра­фии было введение в практику так называемой флюидной хрома­тографии. До этого в качестве газа-носителя в газовой хромато­графии использовали обычные инертные по отношению к разделяемым смесям газы — гелий, азот, аргон. «Раствори­мость» в них анализируемых веществ определяется, только да­влением насыщенного пара чистого сорбата при данной рабочей температуре. То есть в этих условиях газ-носитель служит транс­портирующим агентом, выносящим компоненты смеси в поряд­ке их температур кипения. Для превращения газа-носителя из пассивного в активного участника процесс разделения необходи­мо было так изменить условия, чтобы «растворимость» компо­нентов в нем была различной. Для этого свойства элюента дол­жны были бы достаточно сильно отличаться от свойств «идеального газа», каким являются при обычном давлении все ранее применявшиеся в качестве элюентов газы (гелий, азот, ар­гон и др.), то есть или нужно использовать более тяжелый элюент или повысить давление в системе выше критического для приме­няемого газа-носителя; можно совместить то и другое. Повышая давление элюента выше критического, его переводят в состояние, промежуточное между газом и жидкостью. В потоке такого флюида можно заставить передвигаться по колонке не только ле­тучие, но и нелетучие вещества, например многоядерные арома­тические углеводороды (их идентификация очень важна, так как они являются активными канцерогенами) и даже полимеры. Метод, предусматривающий применение сжатых газов и флюидов, является как бы промежуточным между газовой и жидкостной хроматографией.

Различные подвижные фазы по разному растворяют анали­зируемые вещества, что и определяет их удерживание в колонке. В то же время ме­тод сохраняет преимущества газовой хроматографии: малая вязкость подвижной фазы дает возможность быстро провести процесс и автоматизи­ровать аппаратуру и т.д.

Работы в области газовой хроматографии при повышенных давлениях, начатые в 1962 г. (кроме самостоятельного значения), послужили промежуточным этапом в том направлении исследо­ваний, которые привели к возрождению уже в конце 60-х начале 70-х годов жидкостной хроматографии (в частности, жидкостно-адсорбционной), разумеется, уже с использованием тех достиже­ний в области аппаратуры и оптимизации условий, которые бы­ли достигнуты газовой хроматографией.

Расширение круга используемых подвижных фаз привело и к другим интересным открытиям. Так, в конце 60-х и в начале 70-х годов все чаше стали применять как элюент водяной пар. Од­ним из его достоинств является способность блокировать ак­тивные центры твердого носителя или адсорбента, что дает воз­можность получать более симметричные пики на хроматограмме.

Так, при разделении смеси спиртов (додецилового, тетрадецилового и гексадецилового) с элюентом — азотом не удалось получать симметричные пики из-за адсорбции их твердым носи­телем, а работа с водяным паром позволила значительно улучшить хроматограмму. Водяной пар применяют при анализе раз­нообразных полярных соединений, включая биологические жидкости, лекарственные препараты и т.д.