Меню

Блок схема жидкостного хроматографа высокого давления

Элементы жидкостного хроматографа

Схема жидкостного хроматографа содержит следующие элементы (рис.7.1):

1. Емкости с элюентом (Eluent 1, Eluent 2);

2. Смеситель для программируемого по времени смешения входящих потоков (Mixer);

3. Насос высокого давления (Pump);

4. Устройство для дозирования пробы (Injector);

5. Разделяющая колонка (Separator Column);

6. Детектор (Detector);

7. Компьютер с АЦП для регистрации и обработки данных (Computation).

Две емкости с первичными элюентами Eluent 1 и Eluent 2 необходимы для приготовления в смесителе Mixer программируемого состава ПФ в режиме градиентного элюирования (задается — зависимость от времени доли Eluent 2). В режиме изократического элюирования в смесителе задается смесь постоянного состава: . На схеме рис. 7.1 показан вариант смешения элюентов при низком (атмосферном) давлении. Работа такого смесителя заключается в регулировании пропускной способности его входных клапанов для дальнейшей подачи ПФ в насос. Возможен также вариант смешения при высоком давлении, когда каждый элюент подается в смеситель своим насосом высокого давления с программируемым расходом.

Рис. 7.1. Схема жидкостного хроматографа. Назначение элементов схемы см. в тексте. Стрелки показывают направление потока ПФ.

Насос высокого давления Pump – непременный элемент ВЭЖХ. Интересно, что в 1970-е годы, долгое время, пока не установилось современное значение английской аббревиатуры HPLC (High Performance Liquid Chromatography), буква ‘P’ часто расшифровывалась как ‘Pressure’ – давление (т.е. по смыслу: жидкостная хроматография высокого давления). Главная задача этого устройства – обеспечить заданный расход ПФ (т.е. определенное значение объемной скорости элюента, мл/мин) без пульсаций. Насосы высокого давления бывают двух типов: плунжерные и шприцевые; шприцевые, в свою очередь, могут обеспечивать либо постоянное давление, либо постоянный расход. Оба типа насосов основаны на принципе выдавливания плунжером или поршнем жидкости из цилиндра, введенной в него предварительно, в такте обратного хода. Насосы снабжены клапанами, разделяющими области высокого и низкого давления. Уровень значений давления, нагнетаемого насосами в ВЭЖХ, составляет сотни бар (от 10 до 60 МПа).

Режим работы шприцевого насоса – прерывистый: цикл его работы состоит из времени (или такта) продавливания элюента через систему (этого времени должно хватить хотя бы на один хроматографический эксперимент) и времени возвратного хода, в течение которого поршень возвращается в исходное положение, а цилиндр заполняется новой порцией элюента.

Наиболее распространенным в ВЭЖХ является плунжерный насос. Схема его гидравлической системы дана на рис. 7.2.

Рис. 7.2. Устройство головки плунжерного насоса высокого давления (две фазы работы): корпус (1), сапфировый плунжер (2), тефлоновое уплотнение плунжера (3), цилиндр (4), выпускной сапфировый клапан (5), впускной сапфировый клапан (6).

В головке плунжерного насоса плунжер совершает возвратно-поступательные движения: при его выдвигании из цилиндра происходит забор новой порции элюента из безнапорной линии, а при вдвигании плунжера в цилиндр происходит нагнетание этой порции элюента в напорную линию насоса. Для компенсации возникающих при такой работе пульсаций потока элюента обычно делают двухплунжерные (двухголовочные) насосы, в которых плунжеры работают в противофазе. Кроме того, для этой цели (для грубого и тонкого сглаживания пульсаций) существуют разнообразные демпфирующие устройства.

Фазы и процессы

По механизму разделения ВЭЖХ может быть двух видов: адсорбционная и распределительная жидкостная хроматография. Отметим, что выделение распределительного механизма для рассматриваемых здесь жидкостно-твердофазных процессов условно, так как неподвижная фаза, полученная путем химической модификации поверхности твердого носителя, не является жидкой. Тем не менее, возможно и часто применяется динамическое покрытие поверхности адсорбента модификатором (детергентом, или поверхностно-активным веществом (ПАВ)), содержащимся в ПФ, в виде жидкой пленки, легко удаляемой при смене элюента. Однако даже в этом случае отличить растворение (распределение) аналита в монослое ПАВ на поверхности адсорбента от конкурентной адсорбции аналита в присутствии избытка молекул ПФ практически невозможно. С другой стороны, модификатор может полностью блокировать поверхность адсорбента, создав собственную поверхность, но и тогда нельзя пренебрегать вкладом адсорбции молекул аналита на новой поверхности. Ниже главный акцент делается не на агрегатном состоянии активной поверхности НФ — неопределенной и малосущественной категории, а на ее полярности, или при более детальной характеристике — на селективности НФ.

Читайте также:  Оптимальное давление в шинах тойота камри

По сочетанию применяемых подвижной и неподвижной фаз ВЭЖХ подразделяется на три варианта:

· нормально-фазовый с неполярной ПФ и полярной НФ;

· обращенно-фазовый с полярной ПФ и неполярной НФ;

· ВЭЖХ с полярными фазами, ион-парная хроматография.

Нормально-фазовый вариант применяется для анализа смесей неполярных веществ, хорошо растворимых в элюенте. Как аналитический метод этот вариант ЖХ в виде адсорбционной ЖХ появился раньше обращенно-фазового (отсюда — название); он предназначался для анализа высококипящей органики, не определяемой с помощью ГХ.

Источник

Общая схема жидкостного хроматографа и назначение отдельных блоков

Для обеспечения анализа многокомпонентных смесей с высокой чувствительностью жидкостный хроматограф должен иметь в своем составе ряд блоков (рисунок 11)

Рис. 11.Общая схема жидкостного ионного хроматографа.

В его состав входят пять обязательных блоков:

1. насос для подачи подвижной фазы (элюента) через колонку;

2. дозатор для введения пробы в колонку;

3. разделительная (аналитическая) колонка;

4. детектор — устройство для получения аналитического сигнала, пропорционального концентрации определяемого компонента;

5. блок автоматики служит для преобразования аналитического сигнала в форму, необходимую для автоматического управления и расчета концентрации искомого аналита.

В состав хроматографа для удобства работы и расширения его аналитических возможностей могут входить дополнительные устройства. В том числе:

• Устройство подготовки подвижной фазы. Перед использованием элюент фильтруют (обычно через металлокерамический фильтр с размером пор 0.2-0.5 мкм) и дегазируют (вакуумированием или пропусканием через элюент инертного газа, например, азота).

• Термостат. Для стабилизации условий разделения, чтобы получить воспроизводимые времена удерживания и амплитуды хроматографических пиков желательно термостатирование колонок (и кондуктометрического детектора). Обычно температура термостата 20 — 30°С (± 0.3 — 0.5°С). Вместе с тем, некоторые жидкостные хроматографы не имеют термостатов, так как колебания температуры в пределах 1 – 2°С сказывается незначительно.

• Постколоночный реактор. Иногда трудно найти подходящий способ прямого детектирования выходящих из колонки компонентов с низким пределом обнаружения (например, при определении ионов переходных элементов). В этом случае после колонки помещается реактор, в котором смешивается раствор реагента и элюат, содержащий разделенные ионы металлов. При этом получают интенсивно окрашенные соединения, регистрируемые спектрофотометрическим детектором.

• Автоматический дозатор (автосамплер). Автоматический дозатор необходим в случае многократного повторения анализа большого числа образцов. При этом используется одна и та же хроматографическая система. После окончания анализа (выхода последнего пика) осуществляется ввод следующей пробы. Сами пробы предварительно заливаются в ампулы, которые устанавливаются на специальном столике. Насос засасывает пробу из ампулы и прокачивает ее через пробоотборную петлю дозатора. При повороте крана-дозатора петля промывается элюентом и проба попадает в колонку.

• Градиентное устройство. Его применяют для разделения смесей, содержащих большое число компонентов, времена удерживания которых существенно различаются. Тогда в процессе хроматографирования с целью улучшения разделения и ускорения анализа изменяют состава элюента по определенному закону. [6]

Все основные узлы жидкостного хроматографа связаны между собой гидравлическими линиями (насос — дозатор — детектор). Для этих целей обычно используются капилляры из отоженной (для придания гибкости) нержавеющей стали внутренним диаметром 0.2-0.3 мм. Однако если в качестве элюентов применяют растворы минеральных кислот, коррозионная стойкость нержавеющей стали недостаточна. Происходит реакции ионов железа, марганца, никеля, кобальта с компонентами подвижной фазы, что вносит существенные помехи при определении ионов этих металлов в пробе. В этом

случае капилляры выполняются из титан-циркониевых сплавов. В последнее время за рубежом получили распространение капилляры из полиэтерэтеркетона (РЕЕК).

Сорбенты, используемые в ИХ, должны характеризоваться высокой скоростью массопередачи, что достигается, главным образом, уменьшением размера частиц сорбента. Тогда необходимый расход подвижной фазы (до 2 мл/мин) может быть реализован при давлении 50 – 200 атм. Отсюда – соответствующее требование к герметичности гидравлических (капиллярных) линий, разъемных соединений и бесперебойной (непульсирующей) работе насоса.

Читайте также:  Как рассчитать рабочее давление компрессора

Для обеспечения экспрессности разделения колонки в ионной хроматографии имеют небольшие размеры. Чем меньше колонка, тем меньше должен быть объем вводимой пробы. При этом уменьшается и объем растворителя, содержащего определяемый компонент.

Суммируя вышеприведенные рекомендации, можно сформулировать общие требования к ионному хроматографу. В таблице 1 представлены характеристики «типичной» хроматографической колонки (а отсюда и характеристики прибора в целом).

Таблица 1.Основные характеристики «типичной» хроматографической колонки для ИХ

Успех ионообменной хроматографии обусловлен не только синтезом перспективных сорбентов, но и применением высококачественных колонок, учитывающих особенности процессов разделения ионов. Наиболее важным является создание максимального однородного слоя сорбента и сведение к минимуму «мертвых» объемов в колонке и соединительных разъемах.

Аналитическая колонка представляет собой трубку из нержавеющей стали или титана, заполненную сорбентом и закрытую с обеих сторон фильтрами (2 –5 мкм) для предотвращения высыпания сорбента. Для получения высокой эффективности колонок необходимо соблюдение некоторых условий:

– внутренняя поверхность колонок должна быть полированной;

– гранулы сорбента должны быть сферическими и однородными по размеру;

– стенки колонки должны быть достаточно прочными, чтобы выдержать давление до 200 – 300 атм;

– между торцом колонки и фильтром не должна быть «мертвого» объема.

Учитывая уникальные свойства сорбентов, конструкцию колонок, тщательность их набивки и тестирования, стоимость колонок может составлять 5 – 10 % от стоимости жидкостного хроматографа. [6]

Дата добавления: 2015-10-21 ; просмотров: 1263 | Нарушение авторских прав

Источник

Общая схема жидкостного хроматографа

Самая общая схема жидкостного хроматографа приведена на рис. 3.

Рис. 3. Общая схема жидкостного хроматографа.

В состав любого хроматографа входят пять обязательных составных частей:

а) насос для подачи подвижной фазы через колонку;

б) дозатор для введения пробы в колонку;

в) разделительная колонка;

г) детектор — устройство для получения аналитического сигнала, пропорционального концентрации компонента;

д) система обработки результатов.

В состав хроматографа для удобства работы и расширения его аналитических возможностей могут входить ряд дополнительных устройств.

1) Устройство подготовки подвижной фазы.

Функции — фильтрование и дегазация растворителей. Фильтрование — методом пропускания растворителя через фильтр 0.2-0.5 мкм.).

1) Термостат колонок.

Адсорбция в ЖХ и ГХ — процесс термодинамический, зависит от температуры. Следовательно, величина удерживания зависит от температуры. Кроме того, от температуры зависит вязкость растворителя, что определяет эффективность колонки. Таким образом, все три основные характеристики колонки: селективность, емкость и эффективность зависят от температуры. Для стабилизации условий разделения, чтобы получить воспроизводимые времена удерживания, амплитуды пиков и хорошее разделение необходимо термостатирование колонок.

2) Послеколоночный реактор.

В ряде случаев трудно найти подходящий способ прямого детектирования выходящих из колонки компонентов (анализ аминокислот, определение тяжелых металлов и т.д.). В этом случае после колонки ставится реактор, где смешивается реагент и разделенные вещества (например, металлы). При этом получают интенсивно окрашенное соединение, которое можно детектировать на фотометре.

3) Градиентное устройство.

В ряде случаев при разделении сложных смесей необходимо в процессе разделения изменять состав растворителя по определенному закону для ускорения анализа и улучшения разделения. Эту роль выполняет градиентное устройство и др.

4) Концентрирующая колонка.

Служит для предварительного концентрирования компонентов. Применяется для повышения чувствительности анализа.

5) Подавляющая колонка.

Применяется в ионной хроматографии. Ставится после разделяющей колонки. В ней происходит подавление сигнала фона элюента.

Все основные узлы жидкостного хроматографа связаны между собой гидравлическими связями (насос — дозатор — детектор). Для этих целей обычно используются капилляры внутренним диаметром 0.2-0.3 мм, наружным диаметром 1.0-1.6 мм.

Сорбенты, используемые в ЖХ, характеризуются высокой скоростью

Основные виды детекторов и их характеристики приведены в таблице 1. Наиболее распространенным детектором в адсорбционной ВЭЖХ является спектрофотометрический. В процессе элюирования веществ в специально сконструированной микрокювете измеряется оптическая плотность элюата при заранее выбранной длине волны, соответствующей максимуму поглощения определяемых веществ. Такие детекторы измеряют поглощение света в ультрафиолетовой или видимой области спектра (190 – 650 нм), причем первый вариант используется чаще. Это связано с тем, что большинство химических соединений имеют достаточно интенсивные полосы поглощения в диапазоне длин волн 200-360 нм. Фотометрические детекторы имеют достаточно высокую чувствительность. Чувствительность УФ-детектора может достигать 0,001 ед. оптической плотности на шкалу при 1% шума. При такой высокой чувствительности может быть зафиксировано до нескольких нг даже слабо поглощающих УФ веществ. Широкая область линейности детектора позволяет анализировать как примеси, так и основные компоненты смеси на одной хроматограмме. Возможности спектрофотометрического детектора существенно расширились после появления его современного аналога – детектора на диодной матрице (ДДМ), работающего как в УФ-, так и видимой области. В таком детекторе «матрица» фотодиодов (их более 200) постоянно регистрирует поглощение электромагнитного излучения в режиме сканирования. Это позволяет снимать при высокой чувствительности неискаженные спектры быстро проходящих через ячейку детектора компонентов. По сравнению с детектированием на одной длине волны, сравнение спектров, полученных в процессе элюирования пика, позволяет идентифицировать разделяемые компоненты с гораздо большей степенью достоверности.

Читайте также:  Звон в ушах и голове при низком давлении

Принцип действия флуориметрического детектора основан на измерении флуоресцентного излучения поглощенного света. Поглощение обычно проводят в УФ-области спектра, длины волн флуоресцентного излучения превышают длины волн поглощенного света. Флуориметрические детекторы обладают очень высокой чувствительностью и селективностью. Наиболее важная область их применение детектирование ароматических полициклических углеводородов.

Амперометрический детектор применяют для определения органических соединений, которые могут быть окислены на поверхности твердого электрода. Аналитическим сигналом является величина тока окисления. В детекторе имеется по крайне мере два электрода – рабочий и электрод сравнения (хлоридсеребрянный или стальной), иногда устанавливают вспомогательный электрод, необходимый для подавления влияния омического падения напряжения в растворах низкой проводимости. Успех определения определяет выбор материала и потенциала рабочего электрода. В амперометрическом детекторе используют электроды из углеродных материалов, наиболее часто стеклоуглеродный, и металлические: платиновый, золотой, медный, никелевый. Потенциал рабочего электрода устанавливают в интервале 0 — +1,3 В. Использование этого детектора особенно важно при определении фенолов, фенольных соединений, гидразинов, биогенных аминов и некоторых аминокислот.

Кондуктометрический детектор Кондуктометрический детектор применяют в ионной хроматографии для измерения проводимости раствора (Ом -1 ), пропорциональной числу ионов в растворе, их подвижности. Сигнал детектора линейно зависит от концентрации ионов в широком интервале — от 0,01 мкг/мл до 100 мг/мл. Высокочувствительное кондуктометрическое детектирование с автоматической записью сигнала дает предел обнаружения n·10 -3 мкг/мл. Использование концентрирующей колонки позволяет снизить предел обнаружения на 2—3 порядка.

Кондуктометрический детектор используют для определения неорганических анионов и катионов в ионной хроматографии.

Дифференциальный рефрактометр —это универсальный детектор. Он позволяет определять общий показатель преломления системы проба — элюент, т. е. сигнал дают все компоненты, показатель преломления которых отличается от показателя преломления элюента. Его чувствительность

10 -6 г, диапазон линейности составляет 4 порядка. Этот детектор чувствителен к изменению температуры, требует хорошего термостатирования.

Таблица 1.Детекторы для высокоэффективной жидкостной хроматографии, используемые в анализе объектов окружающей среды

Вид детектора Измеряемый параметр
Дифференциальный рефрактометр Показатель преломления
Спектрофотометрический Оптическая плотность
Флуориметрический Интенсивность флуоресценции
Кондуктометрический Электропроводность
Амперометрический Величину тока окислителя или восстановителя электрохимически активных соединений
Масс-спектрометрический Величину ионного тока

Исключительно информативным является масс-спектрометрический детектор, который обладает высокой чувствительностью и селективностью. Основная проблема, затрудняющая использование этого детектора, проблема ввода потока элюента в масс-спектрометр. Развитие микроколоночной хроматографии позволяет Используют масс-спектрометры высокого разрешения с химической ионизацией при атмосферном давлении или ионизацией с применением электрораспыления. Последние модели масс-спектрометров для жидкостной хроматографии работают в диапазоне масс m/z от 20 до 4000 а.е.м. Масс-спектрометрический детектор предъявляет жесткие требования к чистоте растворителей, является дорогостоящим и сложным в обращении.

* Используется в редких случаях

Дата добавления: 2015-09-07 ; просмотров: 2874 . Нарушение авторских прав

Источник

Adblock
detector