Kromatografi ( muista kreikkalaisista χρῶμα - väri ja γράφω - kirjoitan) - laite aineseoksen erottamiseen kromatografialla .
Tyypillisesti kromatografit jaetaan kahteen suureen ryhmään - kaasu ja neste, käytetyn eluentin (liikkuva faasi) tyypin mukaan. Kaasukromatografeissa eluentti (kantaja) on kaasu (yleensä käytetään inerttiä vetyä , heliumia , typpeä ja argonia sekoitettuna metaaniin ), nestekromatografiassa kantaja on neste (yleensä käytetään orgaanisia liuottimia , vettä ja vesiliuoksia erityisissä kromatografioissa, esimerkiksi geelisuodatuksessa ).
Kromatografien päärakenneelementti ovat pylväät - kiinteällä faasilla täytetyt putket, joiden läpi liikkuva faasi ja tutkittava näyte liikkuvat analyysin aikana. Juuri kolonnissa tapahtuu tutkittavan seoksen komponenttien erottuminen.
Kolonnille on ominaista useita parametreja: tehokkuus, selektiivisyys ja kapasiteetti.
Tehokkuus on mitta aineen huipun laajenemisesta sen liikkuessa pylvästä pitkin ja se liittyy läheisesti teoreettisten levyjen lukumäärään - kuvitteellisiin leikkauksiin kolonnin pituudella, joista jokaisessa on ikään kuin termodynaaminen. faasien tasapaino saavutetaan. Lisäksi siihen vaikuttavat sellaiset tekijät kuin pyörrediffuusio , pitkittäinen molekyylidiffuusio ja massansiirron vastustuskyky . Pääsääntöisesti teoreettisten levyjen määrä nykyaikaisissa kapillaaripylväissä on erittäin suuri - useita kymmeniä tuhansia. Tämä mahdollistaa kiinteän faasin selektiivisyyden oikealla valinnalla suurimmassa osassa tapauksia minkä tahansa, jopa monimutkaisimman seoksen, yksittäisten komponenttien erottamisen.
Selektiivisyys määritellään erona luonteeltaan erilaisten aineiden retentioasteessa stationäärifaasissa. Se ilmaistaan yleensä kriittisten näytekomponenttien parin suhteellisella retentiolla (niiden lyhennettyjen retentioaikojen suhde). Jos tämä suhde on suurempi kuin 1, niin piikit voidaan erottaa. Kolonnin selektiivisyys riippuu analyytin ja stationaarifaasin välisen vuorovaikutuksen luonteesta. Nämä vuorovaikutukset voivat olla joko ei-polaarisia dispersiivisiä ( van der Waalsin voimat ) tai polaarisia spesifisiä (yleensä dipoleja ja vetysidoksia ).
Kolonnin kapasitanssi liittyy sen fysikaalisiin mittoihin ja määrittää maksimimäärän näytettä, joka voidaan injektoida kolonniin ilman sen "ylikuormitusta", eli ilman, että piikit poikkeavat Gaussin muodosta. Näin ollen pakatun kolonnin kapasiteetti on paljon suurempi kuin kapillaarikolonneilla.
Pakattu englanti. kaasukromatografiassa täytettyjä kolonnikolonneja kutsutaan perinteisesti halkaisijaltaan suuriksi (yleensä 2 mm) pylväiksi, jotka voidaan valmistaa itsenäisesti täyttämällä ne esivalmistetulla adsorbentilla (esimerkiksi Zikeyevskyn louhoksen tripolilla tai vaseliiniöljyllä päällystetty murskattu tiili ) . .
Näitä sarakkeita kutsutaan usein myös "täytetyiksi", mutta tämä on slangitermi. [yksi]
Myös ontot kapillaarikolonnit tai avoimet kapillaarikolonnit ( eng. open tubular kolonni ). Nämä kolonnit on valmistettu kapillaareista, eli halkaisijaltaan hyvin pienistä putkista ( leveäreikäinen kolonni , 0,32 mm, 0,25 mm ja 0,1 mm ovat yleisiä kaasukromatografiassa) . Mitä pienempi kolonnin halkaisija, sitä vähemmän piikit tahriutuvat diffuusion seurauksena ja vastaavasti sitä suurempi hyötysuhde. Tämä lyhentää analyysiaikaa ja parantaa komponenttien erottelua. Van Deemter-käyrä halkaisijaltaan pienille kolonneille on myös edullisempi ja mahdollistaa kantokaasun nopeuden vaihtelun laajemmalla alueella ilman katastrofaalista tehokkuuden menetystä.
Kromatografin toiseksi tärkein elementti on detektori, eli laite, joka pystyy reagoimaan analyytin pitoisuuden muutoksiin. Ilmaisimet jaetaan ehdollisesti yleisiin ja selektiivisiin.
Tämä on yleisilmaisin (vanhentunut ja vanhentunut nimi on katarometri). Sen toimintaperiaate on muuttaa kuumennetun metallilangan (ohuet filamentit) lämpötilaa, kun sitä puhalletaan kaasulla (hajoaminen), jolla on erilainen lämmönjohtavuus. Ilmaisimen herkkyyden lisäämiseksi käytetään kahta lankaa: yksi niistä puhalletaan puhtaalla kantokaasulla, joka syötetään erotuskolonnin tuloaukkoon - vertailukierre, ja toinen kaasulla kolonnin ulostuloaukosta erotetuilla komponenteilla - mittauslanka. Molemmat johdot sisältyvät sähköpiiriin - " Wheatstonen mittaussilta ", jossa verrataan siltavarsien sähkövastusarvoja . Koska metallien vastus riippuu lämpötilasta, sen muutos aiheuttaa varren vastuksen muutoksen, joka epätasapainottaa sillan, sähköinen epätasapainosignaali [2] tallennetaan ulkoisella mittauslaitteella.
Kun molempiin johtimiin syötetään samaa kaasua, niiden lämpötilat ovat samat ja silta tasapainottuu. Kun mittalankaa puhalletaan toisella kaasulla tai kaasuseoksella, jonka lämmönjohtavuus on erilainen , lanka jäähtyy tai lämpenee lämmönjohtavuuden suhteellisesta muutoksesta riippuen samalla kun sen oma sähkövastus muuttuu, mikä aiheuttaa epätasapainon Wheatstonessa. silta.
Ilmaisimien herkkyys lämmönjohtavuuden suhteen voi olla 0,5·10 −9 g/cm 3 (esim. propaanin suhteen ).
Tämä ilmaisin havaitsee selektiivisesti orgaaniset yhdisteet ja sitä käytetään yleisesti hiilivetyjen havaitsemiseen . Sen toimintaperiaate perustuu kaasun sähkönjohtavuuden muutokseen vety-happiliekin polttimessa, kun siihen tulee orgaanisia yhdisteitä.
Tämä ilmaisin määrittää aineen molekyylien tai atomien säteilyn, kun ne tulevat vety-happiliekin plasmaan. Teoreettisesti PPD:llä voidaan havaita hyvin monenlaisia aineita, mutta käytännössä sitä käytetään useimmiten rikki-, typpi- ja fosforiyhdisteiden ja joskus elohopean analyysissä.
PPD:n muunnelma on sykkivä liekkifotometrinen ilmaisin (PPPD) , joka eroaa siinä, että siinä palava liekki ei tapahdu jatkuvasti, vaan pulsseina, eli välähdyksinä, yleensä taajuudella 2-4 Hz. Liekin jaksollinen luonne mahdollistaa eri aineiden, esimerkiksi rikin, hehkurintamien ajallisen erottamisen hiilen taustaa vasten, eli PPPD:n selektiivisyys on paljon suurempi kuin PPD:n. Lisäksi PPPD tarjoaa ekvimolaarisen vasteen - eli ilmaisinsignaali ei riipu tietyn rikkiyhdisteen luonteesta, vaan vain siinä olevien rikkiatomien lukumäärästä.
Liekkifotometrisen ilmaisimen (mukaan lukien pulssi-ilmaisimen) suuri haitta on sen altistuminen useille häiritseville tekijöille, kuten hiilivetyjen sammutukselle.
Tämä ilmaisin käyttää pientä keraamista palloa, joka sisältää alkalimetallisuola ( rubidiumsulfaatti tai cesiumbromidi ) tablettia, joka on kuumennettu korkeaan lämpötilaan. Tätä ilmaisinta käytetään typen ja fosforin selektiiviseen määritykseen.
Tämän tyyppinen ilmaisin käyttää beetahiukkasten (elektronien), yleensä 63 Ni:n, tai alfahiukkasten ( 239 Pu) lähdettä. Jos tällaisen radioaktiivisen lähteen ohi kulkevaan kaasuun ilmaantuu ionisoitumiselle alttiita molekyylejä, syntyy niiden pitoisuuteen verrannollinen virta, joka voidaan mitata.
Eräs erikoinen elektronien sieppausdetektori on differentiaalinen ioniliikkuvuusdetektori (DDIM) [3] , joka on erittäin kompakti ja siksi käytettävissä kannettavissa kromatografeissa. Tämä ilmaisin voi selektiivisesti havaita rikkikomponentteja ja tyydyttymättömiä hiilivetyjä pitoisuuksina 0,1 ppm asti.
Kolonnista lähtevät rikkipitoiset aineet reagoivat elektrolyytin pinnalla, minkä seurauksena mittauselektrodien väliin muodostuu elektronivirtaus (pelkistysreaktio (ORR)). Tämä on erityinen ilmaisin, herkkyys tietylle aineryhmälle määräytyy valitun elektrolyytin mukaan. [4] Esimerkiksi ECD:n herkkyys rikkikomponenteille on luokkaa 0,1 mg/m 3 . [5]
Tämä ilmaisin on yksi monimutkaisimmista, mutta sillä on ylivoimaisesti korkea herkkyys tietyille komponenttiryhmille (erityisesti rikkiä sisältäville - jopa 10 ppb tai jopa vähemmän). FID asetetaan joskus ennen FLD:tä, vaikka tämä tekee FLD:n herkkyydestä huomattavasti ja aiheuttaa ongelmia FID:lle. Syynä tähän on se, että CLD:ssä on tyhjiö ja FID:ssä liekin luotettavalle palamiselle vaaditaan ilmakehän painetta.
CLD:n yleisiä sovelluksia ovat rikki- ja typpiyhdisteiden hivenmäärien analysointi. Otsoni aiheuttaa näiden aineiden kemiluminesenssia .
CLD, kuten PPPD, tarjoaa ekvimolaarisen vasteen.
UV-alueella toimivat fotometrit . UV-säteilyn lähde niissä on matala- tai keskipaineinen elohopealamppu, jolla on voimakkaat viivaspektrit, joista tietyn aallonpituuden säteet leikataan pois suodattimien avulla. Matalapaineinen elohopealamppu lähettää noin 90 % energiastaan 254 nm:ssä, mikä mahdollistaa suodattimien poistamisen. Hyvin monet orgaaniset aineet absorboivat melko intensiivisesti 254 nm:ssä. Nämä ovat kaikki aromaattisia ja polyaromaattisia yhdisteitä, heterosyklisiä yhdisteitä, heteroatomeja sisältäviä aineita, karbonyyliryhmää ja monia muita.
Spektrofotometriset ilmaisimet . Melko monimutkaisten optisten kaavioiden avulla leikataan enemmän tai vähemmän kapea UV- tai näkyvä säteilykaista deuteriumlampun (190-360 nm) ja näkyvän valon lampun (aallonpituus yli 360 nm) jatkuvasta spektristä. holografinen ritilä.
UV-ilmaisin diodiryhmällä . Kyvetin läpi kulkee polykromaattinen valo eli deuteriumlampun koko jatkuva emissiospektri, joka kyvetin jälkeen menee diffraktiohilaa, jossa se jakautuu yksivärisiksi säteiksi.
Refraktometriset ilmaisimet . Differentiaalinen refraktometri tallentaa jatkuvasti muutoksia eluaatin taitekertoimessa kolonnin ulostulossa. Tämän ilmaisimen tärkein etu on sen monipuolisuus, koska se pystyy havaitsemaan minkä tahansa aineen valitsemalla oikean liuottimen. Tärkeimmät haitat ovat käytännön mahdottomuus käyttää sitä gradienttieluutiolla ja huolellisen lämpötilan stabiloinnin tarve.
Fluorimetriset ilmaisimet . Käytetään fluoresoivien ominaisuuksien omaavien yhdisteiden havaitsemiseen.
Sähkökemialliset ilmaisimet . Sitä voidaan käyttää kaikkien sellaisten aineiden analysointiin, joilla on sähkökemiallista aktiivisuutta eli jotka voivat hapettua tai pelkistyä tietyssä potentiaalissa.
IR-ilmaisimet . Ilmaisimet, jotka perustuvat spektrin infrapuna-alueen absorptioon. Niitä käytetään melko rajoitetusti, koska ne eivät ole yhteensopivia adsorptiossa ja käänteisfaasikromatografiassa käytettyjen pääliuottimien kanssa, ja ne ovat myös suhteellisen epäherkkiä.
Massailmaisimet . Nestekromatografian ja massaspektrometrian yhteensopivuuden tekemiseksi käytetään erilaisia rajapintoja. Yleisimmin käytettyjä ovat sähkösumutusionisaatio (ESI) ja ilmakehän painekemiallinen ionisaatio (APCI). Nestekromatografien ja massaspektrometrien yhdistelmää kutsutaan LC/MS:ksi (eng. LC/MS).
Evaporated Sample Light Scattering (ELSD) -ilmaisimet ovat tulleet yhä suositummiksi viime vuosina edistyneimpinä, tarkimpina ja monipuolisimpina nestekromatografian ilmaisimina. Ne reagoivat kaikkiin analyytteihin, jotka ovat vähemmän haihtuvia kuin liikkuva faasi. Näillä ilmaisimilla on alhainen taustasignaali, ne ovat yhteensopivia useiden liuottimien kanssa ja mahdollistavat myös gradienttieluution käytön (toisin kuin taitekerroinilmaisimissa). Ne ovat erinomainen vaihtoehto perinteisille HPLC-ilmaisimille, mutta niitä voidaan käyttää myös niiden täydentäjinä. ELSD-detektion tulos ei riipu testiaineen optisista ominaisuuksista, se on verrannollinen sen massaan, mikä on erittäin kätevää näytteen puhtauden määrittämisessä tai tutkittaessa aineita, joiden ominaisuuksia ei tunneta. Useissa ominaisuuksissa ELSD-ilmaisimet lähestyvät massaspektrometrisiä ilmaisimia, vaikka ne ovat paljon yksinkertaisempia ja halvempia laitteita.
Laser haihtuva valonsirontatunnistimet (ELLSD) , jotka on varustettu laserilla valonlähteenä, ovat tulleet kaupallisesti saataville viimeisen vuosikymmenen aikana. Ne ylittävät muut valonsirontatunnistimet (ELSD:t) herkkyydessään, stabiilisuudessa ja toistettavuudessa pitkien analyysijaksojen aikana.
Ladatut aerosoliilmaisimet (CAD) . Vuoden 2004 lopulla kehitetyt tuotteet näyttävät olevan herkempiä kuin ELSD ja niillä on laaja dynaaminen alue.
| Laboratoriolasit ja - laitteet ( luettelo ) | |
|---|---|
| Lasitavarat |
|
| pullot |
|
| Erotuslaitteet | |
| Mittaus | |
| Erilaisia varusteita | |
| Turvallisuus | |