Современные хроматографические методы анализа

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Метод твердофазной экстракции (ТФЭ).

   Использование современных физико-химических методов  анализа, таких, как высокоэффективная  жидкостная хроматография (ВЭЖХ), газовая  хроматография (ГХ), масс-спектрометрия (МС), спектрофотомерия (СФ) в видимой, ультрафиолетовой и инфракрасной областях, в подавляющем большинстве случаев  требует предварительной подготовки образцов.  

    В основе твердофазной экстракции лежат принципы хроматографического разделения смесей веществ. Подобно колоночной хроматографии, ТФЭ основана на специфических взаимодействиях выделяемого компонента (или мешающих его определению компонентов матрицы) с сорбентом, находящимся в небольшом патроне («Cartridge»).

    ТФЭ позволяет уменьшить ошибку анализа, сократить длительность пробоподготовки и уменьшить количество применяемых реактивов, за счет уменьшения количества используемых растворителей и упрощения их утилизации после анализа.

ТФЭ применяется  для:

- очистки  образца от примесей

- концентрирования  анализируемого компонента

- смены  растворителя, в котором находится анализируемый компонент

Рис. 5. Внешний вид  патронов Диапак 

    ТФЭ осуществляется на патронах.  Внешний вид патронов («Cartridge») представлен на рис. 5. Концентрирующие патроны Диапак обычно состоит из инертной полиэтиленовой или полипропиленовой оболочки, внутри которой помещается сорбент, плотно и равномерно упакованный между двумя пористыми фильтрами (рис. 6).

     

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рис. 6. Схема патрона  Диапак 

      Существуют  три различных  техники выполнения ТФЭ: 

1. Техника фильтрования
2. Техника удерживания
3. Техника концентрирования

 
 

Техника фильтрования 
 

– при  пропускании образца через патрон, примеси удерживаются сорбентом (рис 2 б), а анализируемое вещество выходит  вместе с потоком растворителя. 

        
 

Рис 7

(рис  7 а) – нанесение  пробы на сорбент

(рис  7 б) – сорбция примесей на сорбенте

      а б

                              

Техника удерживания

на первой фазе анализируемое вещество удерживается сорбентом вместе с  примесями (рис 8а);

на второй – промывка. Через патрон прокачивается  элюент, подобранный так, чтобы с  сорбента элюировать только примеси (рис 8б);

на третьей  – элюирование анализируемого вещества. Через патрон прокачивается элюент 2, подобранный так, чтобы снять  с патрона анализируемое вещество (рис 8в).

         а          б       в

рис 8

(рис  8а) – нанесение  пробы на сорбент

(рис  8б) – промывка  анализируемого вещества  и удаление примесей  с сорбента

(рис  8в) – элюирование  анализируемого вещества  

     Логически обусловленной важнейшей операцией пробоподготовки является концентрирование следовых количеств определяемых компонентов. Принято, что компонент находится в следовых количествах, если его концентрация в матрице, мала и составляет величину порядка ppm (1 часть компонента в 1 миллионе частей матрицы, 10^-4%) или ppb (1 часть компонента в 1 миллиарде частей матрицы, 10^-7%). В то же время, часто возникает необходимость в определении соединений с концентрацией 10^-10–10^-7% (1 пг - 1 нг определяемого вещества в 1 г матрицы), либо еще более низких. Такие уровни содержаний веществ лежат вне пределов чувствительности самых современных аналитических приборов и для их определения необходимо концентрировать пробы в сотни и тысячи раз. Особенно важен следовый анализ в тех случаях, когда речь идет о соединениях с высокой токсичностью, тератогенностью, канцерогенностью или мутагенностью. К таким веществам относятся микотоксины, полиароматические соединения (бенз[а]пирен и т.п.), полихлорированные диоксины, бифенилы и бензофураны, тяжелые металлы и еще множество других органических и неорганических соединений. 
 
 

Техника концентрирования

– через  патрон пропускают большой объем (V₁) растворителя А, содержащего пробу со следовым количеством определяемого вещества. Анализируемое вещество удерживается сорбентом на патроне (рис 9а). Затем элюируют его с патрона, т.е. анализируемое вещество выходит вместе с потоком растворителя В с меньшим объемом (V₂) (рис 9б). Т.о. анализируемое вещество сконцентрировали в n раз 

     а б     n = V₁/ V₂

Рис 9

                                

Жидкостные  хроматографы 

 Жидкостные  хроматографы предназначены для  разделения сложных многокомпонентных  смесей органических и неорганических  соединений методом высокоэффективной  жидкостной хроматографии, идентификации  и количественного анализа компонентов  разделяемой смеси. Современный  жидкостной хроматограф включает  емкости для элюентов, насосы  высокого давления, дозатор, хроматографическую колонку, детектор, регистрирующий прибор, систему управления и мат. обработки результатов.

Жидкостной  хроматограф применяется для  контроля качества и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов; сертификации и контроля качества лекарственных  средств; контроль качества нефтепродуктов; экологического контроля; судебно-криминалистические исследования наркотических, отравляющих, взрывчатых, токсичных, сильнодействующих, и др. веществ.

    Жидкостный  хроматограф Цвет 4000 

    Хроматограф жидкостный Цвет-4000 предназначен для  количественного и качественного  анализа сложных многокомпонентных  смесей органических и неорганических соединений. Хроматограф жидкостный Цвет-4000 применяется для технологического контроля и контроля выбросов в химической, нефтехимической промышленности, для  контроля загрязнений окружающей среды (воздуха, воды, почвы), для сертификации пищевых продуктов, в медицине, биологии, судмедэкспертизе и других отраслях.  

    Блочная конструкция хроматографа позволяет  реализовать одноканальный и 2-х  канальный варианты хроматографа, как  для работы по методу ионной хроматографии, так и в режиме ВЭЖХ анализа. В  каждом варианте возможна работа с  одним или с двумя детекторами  одновременно. В 2-х канальном варианте возможно использование двух концентрирующих  колонок и двух электромеханических  насосов.

     

Рис 10. Жидкостный хроматограф Цвет 4000

      Достоинства:

    Возможность реализации методов высокоэффективной  жидкостной, ион-парной, ионной, ион-эксклюзивной хроматографии

    Универсальность применения

    Широкий набор высокочуствительных детекторов

    Высокая точность и воспроизводимость анализа

    Возможность одновременного анализа анионного  и катионного состава 

    Концентрирование  пробы в хроматографе

    Разделение  многокомпонентных смесей в режиме градиентного элюирования 

    Ручной  и автоматический ввод проб

    Автономный  режим работы любого блока хроматографа.

      В термостате аналитического  блока может быть размещено  до 5 колонок (предварительные, аналитические, подавительные и концентрирующие).  

      Управление режимами работы и  обработки выходной информации  хроматографа осуществляется персональным  компьютером типа IBM PC. Распечатка  протокола анализа (хроматограмм и концентраций компонентов в смеси) - на принтере. Конструкция и программное обеспечение хроматографа позволяют автоматически отбирать и дозировать пробу, проводить анализы циклически и выдавать результаты после каждого цикла анализа.  

      Основной комплект жидкостного  хроматографа Цвет включает: блок  аналитический, блок подачи жидкости, персональный компьютер, компакт-диск  с полным программным обеспечением.  

    Газовые хроматографы 

    Метод газовой хроматографии можно  использовать для анализа газообразных, жидких и твёрдых веществ, которые  должны удовлетворять определённым требованиям, главные из которых  — летучесть, термостабильность, инертность, лёгкость получения. Газохроматографическое разделение и анализ осуществляются в специальном приборе - газовом хроматографе. Газовые хроматографы предназначены для проведения анализов сложных многокомпонентных смесей органических и неорганических соединений в лабораторных условиях.

    Газовый хроматограф Кристалл, Цвет применяются  для контроля в химической, нефтехимической, газовой, пищевой промышленности (в  том числе, при сертификации пищевых  продуктов); в экологическом контроле объектов окружающей среды (воздух, вода, почва) и выбросов промышленных предприятий; в медицине, биологии, судебной и  судебно-медицинской экспертизах; для  научных исследований.

Рис 11.Газовый хроматограф Цвет-600

    Газовый хроматограф Цвет-600

    Газовый хроматограф Цвет-600 предназначен для  проведения анализов сложных многокомпонентных  смесей органических и неорганических соединений в лабораторных условиях. 

      Области применения  хроматографа:

• контроль в химической, нефтехимической, газовой, пищевой промышленности (в том числе, при сертификации пищевых продуктов);
• экологический контроль объектов окружающей среды (воздух, вода, почва) и выбросов промышленных предприятий;
• в медицине, биологии, судебной и судебно-медицинской экспертизах;
• для научных исследований.

 

     

      Достоинства хроматографа:

    Возможность использования детекторов: пламенно-ионизационного (ПИД), по теплопроводности (ДТП), термоионного (ТИД), постоянной скорости рекомбинации (ДПР) и постоянной скорости рекомбинации капиллярного (ДПР-К)

    Высокая точность анализа 

    Электронное задание расходов и всех рабочих  параметров с персонального компьютера

    Возможность работы с насадочной или капиллярной  колонками 

    Возможность работы нескольких хроматографов с  одним компьютером.

    Конструктивно хроматограф Цвет-600 представляет моноблок, в котором расположены системы  газового и электрического питания; термостат колонок с охлаждением  «форточного» типа и испарителем  для насадочных или капиллярных  колонок; контроллер управления температурными режимами, расходами газов, дискретными  каналами; 21-разрядный разнополярный аналого-цифровой преобразователь предварительно усиленного сигнала детектора. В хроматографе может быть установлен только один детектор. Основной комплект хроматографа включает пламенно-ионизационный детектор (ПИД).