11.12 : Газовая хроматография: типы колонок и неподвижных фаз

Газовая хроматография (ГХ) использует неподвижные фазы для разделения и анализа компонентов в образце. Существует два основных типа неподвижных фаз: жидкие и твердые. Жидкие неподвижные фазы — это нелетучие, термически стабильные и химически инертные жидкости, нанесенные на колонку. Твердые неподвижные фазы — это частицы адсорбирующего материала, например, силикагель или молекулярные сита.

Чтобы аналит оставался на колонке в течение достаточного количества времени, он должен обладать некоторым уровнем совместимости (или растворимости) с неподвижной фазой. Это основано на концепции, что вещества с похожей полярностью имеют тенденцию растворяться друг в друге, концепции, обобщенной как «подобное растворяется в подобном». Термин «подобный» в этом контексте относится к схожести полярностей между аналитом и иммобилизованной жидкостью. Полярность молекулы, которая обозначается ее дипольным моментом, измеряет электрическое поле, создаваемое разделением зарядов внутри молекулы. Полярные неподвижные фазы включают функциональные группы, такие как CN, CO и OH. Неподвижные фазы на основе углеводородов и диалкилсилоксаны считаются неполярными, тогда как полиэфирные фазы известны своей высокой полярностью. Полярные аналиты обычно включают такие вещества, как спирты, кислоты и амины, в то время как растворенные вещества со средней полярностью могут включать эфиры, кетоны и альдегиды. Насыщенные углеводороды попадают в неполярную категорию. В целом, полярность неподвижной фазы должна соответствовать полярности компонентов образца. При хорошем соответствии последовательность, в которой элюируются вещества, обычно зависит от температур кипения элюентов.

Капиллярные колонки или открытые трубчатые колонки обычно используются из-за их эффективности в газовой хроматографии. Эти колонки бывают трех типов: колонки с покрытием из стенок (WCOT) имеют жидкую неподвижную фазу, нанесенную на внутреннюю стенку колонки. Эти колонки имеют высокую емкость образца и обеспечивают высокое разрешение, что делает их идеальными для разделения сложных смесей. Открытые трубчатые колонки с покрытием подложки (SCOT) имеют слой твердой подложки, покрытый жидкой неподвижной фазой, которая затем прикрепляется к внутренней стенке колонки. Такая конструкция обеспечивает повышенную стабильность и эффективность по сравнению с колонками WCOT. Открытые трубчатые колонки с пористым слоем (PLOT) используются в газо-твердой хроматографии и имеют частицы твердой неподвижной фазы, нанесенные на внутреннюю стенку колонки. Эти колонки имеют большую площадь поверхности и удерживают аналиты посредством адсорбции, что приводит к большим коэффициентам распределения и эффективности. Однако нелинейный процесс адсорбции приводит к сильному размыванию пиков элюирования, поэтому колонки PLOT в основном используются для постоянных газов и небольших полярных молекул, не удерживаемых газо-жидкостными колонками. Конструкция открытых трубчатых или капиллярных колонок обеспечивает более высокую скорость потока газа и более высокое разрешение, что делает их идеальными для анализа сложных смесей. Однако они имеют меньшую емкость образца и более склонны к уносу колонки. В этом процессе полимер, который составляет неподвижную фазу колонки, разлагается и впоследствии элюируется вместе с аналитами образца, что может загрязнять образец.

Насадочные колонки, содержащие твердые частицы носителя, обеспечивают более высокую емкость образца, что делает их более полезными при анализе образцов большего размера, чем открытые трубчатые колонки. Однако они имеют более низкое разрешение и более длительное время анализа из-за более медленной скорости потока газа, вызванной твердыми частицами носителя. Твердый носитель может вызвать расширение пика и размывание хвоста, снижая эффективность разделения.