Сверхкритическая флюидная хроматография
Сверхкритическая флюидная хроматография (СФХ) — вид элюентной хроматографии, в которой в качестве основного компонента подвижной фазы используется вещество в сверхкритическом или околокритическом состоянии. Впервые возможность использования растворителя при температурах выше критической в качестве элюента в хроматографии была показана в работе Клеспера 1962 года, однако долгое время этот метод не находил серьезного применения ввиду недостаточного развития приборной базы. Настоящее становление данной техники пришлось на 80—90-е годы, в немалой степени благодаря обострившемуся вниманию общества к проблемам природопользования и ресурсосбережения. В ходе поиска альтернативных, более экологически приемлемых и экономически выгодных лабораторных и промышленных технологий сверхкритические флюидные технологии, и в частности СФХ, стали пропагандироваться и использоваться не только в среде исследователей-энтузиастов. Так, например, газета Нью-Йорк Таймс 19 мая 1987 года писала: «Выше определенной температуры и давления вещество может быть переведено в некое особое состояние, называемое сверхкритическим флюидом... которое нельзя встретить на Земле в обычных условиях». В 1990—2000-е годы пристальное внимание было сконцентрировано на методах разделения энантиомеров с использованием сверхкритической хроматографии, поскольку именно в этой области экономические преимущества препаративной СФХ над ВЭЖХ (высокоэффективная жидкостная хроматография) дают особо заметный эффект. Однако в последнее время осваивается все больше новых сфер применения этого метода, ранее казавшихся недостижимыми для сверхкритической хроматографии.
|
|
|
Свойства сверхкритических флюидов, используемые в СФХ
Как известно, некоторые свойства сверхкритических флюидов могут быть описаны как промежуточные между свойствами газов и жидкостей. Важными для использования в хроматографии являются следующие из них:
— коэффициенты диффузии в сверхкритических средах больше коэффициентов диффузии в жидкостях;
— вязкость сверхкритических флюидов меньше вязкости жидкостей;
— растворяющая способность сверхкритических флюидов выше растворяющей способности газов.
Применительно к хроматографии это означает, что:
· возможно достижение значительно более коротких времен анализа;
· оптимальное значение линейной скорости потока в СФХ выше, чем в ВЭЖХ;
· спад давления на колонке гораздо меньше, чем в ВЭЖХ;
· возможно использование колонок большей длины;
· возможно использование гораздо более низких температур, чем в газовой хроматографии, без потери эффективности;
|
|
|
· возможно проведение разделений веществ с гораздо большими молекулярными массами, чем в газовой хроматографии.
В сверхкритической флюидной хроматографии (СФХ) подвижной фазой служит сверхкритический флюид – вещество, находящееся в сверхкритическом состоянии и имеющее показатели, промежуточные между характеристиками газов и жидкостей, благодаря тому, что находится при так называемой критической температуре и критическом давлении. Наиболее важными характеристиками используемых в хроматографии подвижных фаз являются плотность, вязкость и коэффициент диффузии.
В таблице 3 сопоставляются эти характеристики для газов, сверхкритических флюидов и жидкостей. Аномально высокая плотность сверхкритических флюидов обусловливает чрезвычайно высокую растворяющую способность в них большинства нелетучих веществ.
Таблица 3 - Важнейшие характеристики газов, сверхкритических флюидов и жидкостей
Наиболее часто в качестве подвижной фазы в СФХ используют диоксид углерода, поскольку это достаточно дешевый, нетоксичный, не имеющий запаха, удобный в обращении реагент, не поглощающий УФ-излучение вплоть до 190 нм. Критические параметры диоксида углерода таковы, что температура и давление могут варьироваться в достаточно широких пределах. При его применении в качестве подвижной фазы оптимизация разделения компонентов смеси может быть достигнута введением органического модификатора, например метанола или диоксана.
|
|
|
Неподвижные фазы в СФХ могут находиться в набивных или капиллярных колонках. Набивные колонки заполняются адсорбентами с диаметром частиц 3–10 мкм, в капиллярных колонках из плавленого кварца в качестве неподвижных фаз используют жидкие или химически привитые на внутренних стенках силоксаны. Толщина слоя неподвижной фазы в капилляре составляет 0,05–1 мкм.
Следует обратить внимание на важную роль точной установки температуры и давления при проведении СФХ. Температура может поддерживаться с помощью обычных для газовых хроматографов колоночных термостатов. Давление в колонке необходимо точно контролировать, поскольку плотность сверхкритического флюида зависит от давления и изменения давления приводят к изменению коэффициентов емкости. Более высокое давление обеспечивает большую плотность флюида. Это повышает элюирующую силу подвижной фазы и снижает время удерживания компонентов разделяемой смеси.
|
|
|
Например, увеличение давления диоксида углерода с 7 до 9 Мпа сокращает время удерживания компонентов некоторых смесей примерно в 5 раз. Благодаря этому в СФХ используют градиентное программирование давления, по достигаемому эффекту аналогичное программированию температурв в газовой хроматографии и градиентному элюированию в жидкостной.
Благодаря тому, что СФХ объединила преимущества газовой и жидкостной хроматографии, она особенно полезна при установлениии соединений, которые не могут быть определены ни газовой, ни жидкостной хроматографией. Это, с одной стороны, нелетучие вещества, которые не могут испаряться без разложения, и, с другой стороны, вещества, не содержащие функциональных групп и, следовательно, не дающие сигнал при использовании обычных для жидкостной хроматографии спектроскопических или электрохимических детекторов.
Примеров применения СФХ для определения нелетучих веществ с относительно высокой молекулярной массой достаточно много уже в настоящее время. С ее помощью эффективно анализируются многие природные продукты, лекарства, пищевые продукты, поверхностно-активные вещества, полимеры, сырая нефть и продукты ее переработки и многие другие объекты.
Вывод
Диапазон применения хроматографических методов огромен: от анализа атмосферы планет Солнечной системы до полного анализа содержимого одной живой клетки.
Исключительную роль хроматография играет в химической, нефтехимической, газовой, пищевой, целлюлозно-бумажной и многих других отраслях промышленности, прежде всего в технологическом контроле и поддержании оптимального режима производства, в контроле исходного сырья и качества готовой продукции, анализе газовых и водных сбросов производства.
На каждом из 150 крупных заводов в России в технологическом контроле постоянно функционируют от 100 до 600 газовых хроматографов.
Тысячи газовых, жидкостных и ионных хроматографов эксплуатируются в лабораториях Госсанэпиднадзора, экологических центрах, токсикологических лабораториях, и так далее.
Велико значение хроматографических методов в геологоразведке, в частности, в поиске газоносных и нефтеносных регионов как на суше, так и в морях, месторождений полезных ископаемых. Все чаще используется хроматография в энергетике для анализов воды на ТЭЦ и АЭС, для определения теплотворной способности природного газа.
Хроматографические методы незаменимы в контроле качества пищевых продуктов.
Список литературы
1. Айвазов Б. В. - Практическое руководство по хроматографии. - М.: Высшая школа, 1968. - 280 с
2. Васильев В. П. - Аналитическая химия, В 2 кн. Кн. 2 Физико-химические методы анализа: Учеб. для студ. вузов, обучающихся по химико-технол. спец. - 4-е изд., стереотип. - М.: Дрофа, 2004 - 384 с.
3. Золотов Ю.А., Дорохова Е.Н., Фадеева В.И. и др. Под ред. Золотова Ю.А. - Основы аналитической химии. - М.: Высш. шк., 2000.
4. Рудаков О.Б., Востров И.А., Федоров СВ., Филиппов А.А., Селеменев В.Ф., Приданцев А.А. - Спутник хроматографиста. Методы жидкостной хроматографии. - Воронеж, Изд-во "Водолей". 2004. - 528 с
5. Юинг Г. - Инструментальные методы химического анализа. — М.: Мир, 1989.
6. http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/5089.html
7. http://www.xumuk.ru/bse/3074.html
8. http://studentoriy.ru/xromatografiya-lekciya-5-gazovaya-xromatografiya/
9. https://www.meta-chrom.ru/company/articles/gas-chromatographs/
10. http://knowledge.su/zh/zhidkostnaya-khromatografiya
11. https://studfiles.net/preview/2524652/page:43/
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 1326; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!