Выбор хроматографических колонок определяется алитической задачей: необходимо сформулировать, какие соединения будут определяться, в каких концентрациях и в каких объектах, с какой точностью, сколько будет производиться анализов в день.
Виды хроматографических колонок: насадочные и капиллярные колонки.
Развитие газовой хроматографии тесно связано с совершенствованием хроматографических колонок. Первые колонки для ГХ представляли собой относительно короткие трубки из нержавеющей стали, реже - стекла или никеля, заполненные насадкой - сорбентами разнообразной природы и определённой степени дисперсности.
Современные капиллярные колонки из плавленного кварца представляют собой длинные калиброванные открытые капилляры из плавленного кварца с нанесённым слоем сорбента на внутренней поверхности. В настоящее время большинство практических задач решается с помощью капиллярных колонок. Насадочные (набивные) колонки в основном применяются для анализа газов и относительно простых по составу смесей легколетучих веществ. Насадочные колонки, в отличие от капиллярных, обладают большой ёмкостью, т.е. позволяют вводить большие объёмы проб. Причина популярности капиллярных колонок заключается в их колоссальной разделяющей способности, которая позволяет проводить анализ самых сложных смесей.
Изобретение капиллярных колонок из плавленного кварца относится к концу шестидесятых годов ХХ века, однако пионером их серийного выпуска (1976 г.) стала фирма Hewlett-Packard. Именно серийный выпуск колонок дал революционный толчок развитию газовой хроматографии и хромато-масс-спектрометрии. В настоящее время подавляющее большинство хроматографических разделений проводится при помощи таких колонок.
Колонки могут иметь длину от 5 до более чем 100 метров, внутренний диаметр от 100 до 530 мкм и быть покрыты изнутри различными сорбентами разной толщины и природы покрытия. Выпускаемые в промышленных масштабах колонки обладают стабильными качествами (диаметр, толщина и свойства сорбента) по всей длине, а также от партии к партии.
Именно серийный выпуск колонок дал возможность разработать и стандартизировать хроматографические методики, а их использование в хроматографах с электронным управлением потоками газов Agilent 6890 и 7890 позволило в полной мере реализовать их возможности и добиться непревзойдённой воспроизводимости времён удерживания соединений для одной и той же методики на разных хроматографах. Плавленный кварц является материалом достаточно чувствительным к царапинам и следам тяжёлых металлов, содержащихся в отпечатках пальцев, которые являются катализаторами его кристаллизации и разрушения. Для защиты колонок их наружную поверхность покрывают слоем полиамидного полимера.Поскольку полимерное покрытие теряет свои качества при температурах выше 370 °С разделений вплоть до 450 °С используют колонки, покрытые тонким слоем алюминия.
| Виды капиллярных колонок |
|
|||
 |
На внутренней поверхности открытых капиллярных колонок нанесен слой сорбента, однородный по всей длине колонки. Сорбентом может служить полимерная плёнка или слой высокодисперсного сорбента. Первый тип колонок обозначают латинскими буквами WCOT (Wall Coated Open Tubular) - (A),а второй - PLOT (Porous Layer Open Tubular) - (B). Колонки WCOT применяются для разделений подавляющего большинства органических соединений. |
В свою очередь эти колонки отличаются типами покрытий: от самых неполярных (100% диметилполисилоксана) до полярных покрытий из полиэтиленгликоля. Однако, для анализа газов, низкомолекулярных соединений, а также высокореакционноспособных меркаптанов, гидридов и аминов при комнатных температурах применяют PLOT-колонки.
Основные параметры капиллярных колонок, которые определяют их свойства:
• Природа неподвижной фазы
При выборе типа неподвижной фазы лучше начинать с анализа примеров применения колонок для разделения аналогичных или близких по составу смесей в каталоге Agilent Technologies. Необходимо помнить, что с увеличением полярности фазы времена выхода полярных соединений увеличиваются, а максимальная рабочая температура колонок уменьшается.
• Внутренний диаметр колонок (0,05 - 0,53 мм)
Чем больше внутренний диаметр (в.д.) колонки, тем большее ее емкость, т.е. тем большую массу разделяемых веществ можно ввести, не опасаясь перегрузки колонки (без ухудшения разрешения). Так, для колонок с в.д. 0.2 мм (толщина фазы 0.25 мкм) емкость составляет 35-70 нг, а для колонок 0.53 мм - 1000-2000 нг. Однако увеличение в.д. приводит к потере разрешения при прочих равных условиях. Колонки с большим в.д. требуют меньшего давления газа-носителя на входе для получения той же линейной скорости потока.
• Длина колонок (5-150 м)
Чем больше длина колонки, тем колонка дороже, тем дольше длится анализ, тем выше должно быть давление на входе в колонку, но тем выше и разрешение(пропорционально квадратному корню длины). При выборе колонки необходимо учитывать все факторы, чтобы достичь требуемого разрешения не в ущерб общей производительности хроматографа.
• Толщина неподвижной фазы
Увеличение толщины пленки неподвижной фазы увеличивает времена удерживания анализируемых соединений, повышает разрешение для легколетучих соединений, а также емкость колонок. Однако увеличение толщины пленки способствует снижению рабочей температуры колонки и большему 'уносу фазы', что особенно наглядно проявляется в конце хроматограммы, когда унос фазы при высоких температурах приводит к подъему нулевой линии.
Правильный выбор этих параметров позволяет оптимизировать условия разделения и повысить производительность хроматографической системы.