Газовая Ñ Ñ€Ð¾Ð¼Ð°Ñ‚Ð¾Ð³Ñ€Ð°Ñ„Ð¸Ñ на ÑÑ‚ÐµÐºÐ»ÑÐ½Ð½Ñ‹Ñ ÐºÐ°Ð¿Ð¸Ð»Ð»ÑÑ€Ð½Ñ‹Ñ ÐºÐ¾Ð»Ð¾Ð½ÐºÐ°Ñ

Gas ChromatographywithGlass Capillary ColumnsWALTER JENNINGSDepartment of Food Science and TechnologyUniversity of CaliforniDavis, CaliforniaACADEMIC PRESSNew York San Francisco London 1978В. ДЖЕННИНГСГазоваяхроматографияна стеклянныхкапиллярныхколонкахПеревод с английскогоканд. физ.-мат. наукС. А. ОРЛОВСКОГОпод редакциейдоктора хим. наук, проф.В. Г. БЕРЕЗ КИНАИЗДАТЕЛЬСТВО «МИР»МОСКВА, 1980

УДК 543.544 (066)Предисловие редактора переводаКнига американского автора В. Дженнингса посвященакапиллярной хроматографии — единственномув настоящее время методу, позволяющему эффективноразделять сложные многокомпонентные смеси насоставляющие (например, при определении- составанефти, изучении аромата пищевых продуктов, загрязненийвоздуха и т. п.).Предназначена для исследователей — химиков, биохимиков,медиков, инженерно-технических работниковхимической, нефтехимической, медицинской; фармацевтическойпромышленности.Редакция литературы по химии1805000000Copyright © 1978, by Academic PressInc.20503-513 _ „ @ Перевод на русский язык, «Мир»,А 041(01)-80 ' и "°'' 4 - 1980В. ДженнингсГАЗОВАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ НА СТЕКЛЯННЫХКАПИЛЛЯРНЫХ КОЛОНКАХСт. научный редактор Г. M. Мануйлова. Мл. научный редактор' Ю. B. Сергиевская.Художник И. И. Каледин. Художественный редактор M. Г. Кузьмина.Технический редактор E. В. Ящук. Корректор T. П. ПашковскаяИБ № 2233Сдано в набор 29.04.80. Подписано к печати 26.09.80. Формат 84Х108'/и.Бумага типографская № 2. Гарнитура латинская. Печать высокая. Объем3,63 бум. л. Усл. печ. л. 12,18. Уч.-изд. л. 10,82. Изд. Ns 3/0828. Тираж 3000 экз.Зак. 673. Цена 1 р. 70 к.ИЗДАТЕЛЬСТВО «МИР», Москва, 1-й Рижский пер., 2.Ленинградская типография № 2 головное предприятие ордена ТрудовогоКрасного Знамени Ленинградского объединения «Техническая книгахим, Евгении Соколовой Союзполиграфпрома при Государственном комитетеСССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли.198052, г. Ленинград, Л-52. Измайловский проспект, 29.Современная органическая аналитическая химия—это аналитическая химия прежде всего сложныхсмесей, многие компоненты которых могут присутствоватьв следовых концентрациях. Наиболеепростым и эффективным методом анализа сложныхсмесей летучих соединений является газовая хроматография.Предложенная Голеем в 50-х годах капиллярнаяхроматография, в которой в качестве колонкииспользуют капилляр длиной в несколько десятковметров, вооружила химиков и физиков, врачей и технологовновым химическим «зрением». Разрешающаяспособность подобных колонок в 10—1000 раз выше,чем у обычных аналитических колонок с насадкой.Капиллярная хроматография характеризуется рядомсущественных особенностей в методике и аппаратурепрактически на всех стадиях хроматографическогоанализа — от введения пробы до детектированияразделенных компонентов. Капиллярную хроматографиюможно рассматривать как микрометодгазовой хроматографии. Миниатюризация колонки(аппаратуры) позволила существенно уменьшить величинуанализируемой пробы и одновременно повыситьэффективность разделения. Развитие капиллярнойхроматографии отражает общую тенденцию развитияаналитической химии, а именно переходк микрометодам. В последние годы применение капиллярнойхроматографии резко расширилось. Этообъясняется, по-видимому, не только высокой эффективностьюметода и его большой чувствительностью,но и расширением области применения метода, особеннов сторону анализа высококипящих и нестойкихсоединений. Последнее преимущество метода связанос резким уменьшением количества сорбента и, следовательно,понижением температуры анализа, а такжес более широким применением адсорбционно и каталитическиинертных материалов для изготовленияколонки и твердого носителя.Вначале сложные и плохо воспроизводимые методыкапиллярной хроматографии в настоящее времястали гораздо проще и надежнее. Капиллярные газо-

6 Предисловие редактора переводавые хроматографы выпускает отечественная промышленность.Применение капиллярной хроматографиив любой лаборатории в настоящее время не вызываеткаких-либо принципиальных затруднений.Однако для быстрого освоения этого метода и егопрактического использования важное значение имеетвыбор «гида», который за короткое время ввел быхимика и биолога, врача и технолога, металлургаи пищевика в новую важную область аналитическогоэксперимента, помог бы ему выбрать оптимальныйпуть, следуя которым можно было бы ознакомитьсякак с главными методами работы, так и с основнымизатруднениями; последнее не менее важно, посколькунезнание этих затруднений, как правило, приводитк получению ложных результатов. Роль такого первого«гида» успешно, по нашему мнению, можетвыполнить небольшая по объему, но содержащая всенеобходимые сведения книга В. Дженнингса «Газоваяхроматография на стеклянных капиллярных колонках».Профессор Дженнингс — известный ученыйв области хроматографии, его работы немало способствовалисущественному развитию этого метода. Дляданной книги характерны, во-первых, четкий, лаконичныйстиль изложения и, во-вторых, рациональныйотбор излагаемого материала и его практическая направленность.Главное внимание уделяется общиммногократно проверенным на практике методам работыв капиллярной хроматографии. Несомненное достоинствокниги — большое внимание, уделяемоедеталям, без знания которых практическая работаневозможна. Такое детальное описание «мелочей»особенно важно для капиллярной хроматографии, котораяи в настоящее время, по мнению многих исследователей,остается искусством в большей мере, чемдругие области хроматографии. Книга иллюстрированахорошо продуманными рисунками, что облегчаетпонимание излагаемого материала. Поэтому ееможно рекомендовать широкому кругу исследователей,начинающих применять этот высокоэффективныйметод в своей работе и не являющихся специалистамив области хроматографии,Предисловие редактора перевода 7Поскольку в капиллярной хроматографии в настоящеевремя известны и находят широкое практическоеприменение различные капиллярные колонки,целесообразно рассмотреть их основные типы.Во-первых, капиллярные колонки классифицируютпо заполнению колонки насадкой. В открытых капиллярныхколонках (OKK) насадка (сорбент) расположенана внутренней стенке колонки или в пристеночнойобласти; в центральной части колонки насадкинет, имеется открытый канал. В насадочных капиллярныхколонках (HKK) насадка заполняет весьобъем (сечение) колонки.Во-вторых, открытые капиллярные колонки классифицируютпо наличию пористого слоя сорбента.В открытых с пористыми (шероховатыми) стенками(ОПС) капиллярных колонках внутренняя поверхностькапилляра увеличена, например, путем травленияматериала колонки или нанесения на стенки слоясорбента или твердого носителя. В открытых с непористымистенками колонках (OHC) внутренняя поверхностьне развита.В-третьих, открытые с пористыми стенками колонкиклассифицируют по связи пористого слоя адсорбентаили твердого носителя со стенками колонки.В открытых с закрепленным пористым слоем насадкиколонках (ОЗПС) сорбент или твердый носительпрочно связан со стенками капилляра. В открытыхс незакрепленным пористым слоем капиллярных колонках(ОНПС) используют слой адсорбента илитвердого носителя, который не закреплен на поверхностии может перемещаться внутри колонки.Принимая во внимание важное значение насадочныхкапиллярных колонок, в книге, с согласия ееавтора, проф. В. Дженнингса, сделано небольшое дополнение,в котором кратко рассмотрено современноесостояние этой области капиллярной хроматографии.В заключение редактор считает своим приятнымдолгом выразить благодарность проф. В. Дженнингсуза консультации в процессе перевода книги.В. Березкин

10 Глава 1внутренние стенки колонки (незаполненные колонкис жидкой фазой на стенках). Колонку, которая начинаетсяу входа в газовый хроматограф и заканчиваетсяу детектора, нагревают до нужной температурыи сквозь нее непрерывно пропускают поток подвижнойгазовой фазы (газа-носителя). Анализируемуюсмесь летучих веществ вводят в начало колонки.Компоненты смеси, попадающие в поток газа-носителя,увлекаются им по направлению к детектору. Приэтом молекулы тех компонентов, которые легче растворяютсяв неподвижной жидкой фазе или имеютк ней большее сродство, реже попадают в поток газаносителяи медленнее продвигаются к детектору, чеммолекулы компонентов, имеющих меньшее сродствок неподвижной фазе; этим и обеспечивается разделение.Основная цель автора данной книги — дать начальныепрактические рекомендации по выбору, установке,оценке характеристик и применению высокоэффективныхнезаполненных стеклянных капиллярныхколонок. Однако при этом полезно хотя быбегло ознакомиться с теорией газовой хроматографии.Используемые в дальнейшем обозначения и терминологияприведены в приложении I.1.2. ТЕОРИЯ ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОГОПРОЦЕССАВ ходе газохроматографического разделения анализируемоесоединение некоторое время находитсяв неподвижной жидкой фазе, а затем — в подвижнойгазовой фазе. Равновесное распределение анализируемоговещества между фазами характеризуют константойраспределения KD, определяемой как отношениеконцентраций анализируемого вещества в жидкойи газовой фазах„ концентрация вещества в жидкой фазе ,. .•,Dконцентрация вещества в газовой фазеKD характеризует истинно равновесное распределение:величина этой константы зависит только отВведение 11природы анализируемого соединения, природы жидкойфазы и температуры колонки. Следует ожидать,что эфиры в гораздо большей степени, чем углеводороды,должны растворяться в полиэфирных жидкихфазах и вступать с ними в межмолекулярные взаимодействия.И действительно, по отношению к полиэфирнойжидкой фазе величина KD ДЛЯ эфира большевеличины KD ДЛЯ углеводорода с аналогичнойдлиной цепи. С повышением температуры колонкирастет давление паров обоих веществ и уменьшаютсясоответствующие им величины KD, НО при этом величинаKD для эфира остается больше соответствующейвеличины для углеводорода. Ясно, что в гомологическомряду большие значения KD имеют высшие гомологи,характеризующиеся меньшим давлением паров.В идеальных условиях очень узкая хроматографическаязона соединения, введенного в колонку, неменяет своей формы по мере продвижения вдольколонки: когда такая узкая концентрированная зонавыходит из колонки, ее можно направить в детектор.В действительности же такие факторы, как продольнаядиффузия вещества в жидкой и газовой фазах,вызывают расширение зоны анализируемого соединенияв ходе хроматографического процесса. По мерепродвижения смеси вдоль колонки центры хроматографическихзон компонентов, характеризующихсяразными величинами KD, все больше удаляются другот друга, но в зависимости от эффективности колонкипроцесс расширения зон может привести к тому, Чторастянутый задний фронт зоны более быстро движущегосякомпонента частично перемешается с переднимфронтом более медленно движущегося компонента,в результате чего произойдет неполное разделениеи будет наблюдаться наложение хроматографическихпиков (рис. 1.1). Отсюда следует, что эффективностьразделения двух компонентов зависит нетолько от степени их относительного удерживания (см.ниже), но и от степени происходящего в колонке расширенияхроматографических зон. О разделительнойэффективности хроматографической колонки судятпо происходящему в ней расширению хромато-

14' Глава 1с меньшей молекулярной массой (обычно характеризующиесяменьшими значениями KD) ДОЛЖНЫ диффундироватьС большей скоростью, чем более тяжелыекомпоненты. На скорость диффузии влияети плотность газа-носителя. Следовательно, величина пзависит не только от эффективности колонки, но и отее температуры, природы анализируемого соединения,типа газа-носителя и степени его сжатия (см. ниже).Чтобы перенести сквозь колонку не абсорбирующеесяв ней соединение, такое, как воздух, требуетсяопределенный объем газа-носителя. Этот объем обозначаютсимволом 1м- Высокочувствительные детекторы,необходимые для большинства незаполненныхколонок, не чувствительны к воздуху, поэтому величинуt M обычно оценивают по переднему фронту хроматографическогопика метана, поскольку при умеренныхтемпературах метан характеризуется пренебрежимомалым значением KD. Величину t M можновычислить и по параметрам удерживания трех членовгомологического ряда (см. разд. 7.2). Ясно, что процессхроматографического разделения никак не зависитот величины t M ; действительно, подсоединивк началу колонки очень длинную и тонкую трубку,можно получить очень большую величину tM, а следовательно,и очень большие значения IR. В результатеполучится непомерно высокое число теоретическихтарелок п, характеризующее такую колонку.Удобнее пользоваться исправленным временем удерживания,равнымt' R *=t R -t M . (1-3)По этой величине вычисляют число эффективныхтеоретических тарелок N* = 16(А) ! _5,54(^) ! . 0.4)Принятые способы определения числа теоретическихтарелок и эффективных теоретических тарелок иллюстрируетрис. 1.2.Введение 15РИС. 1.2. Методики определения числа теоретических тарелок яи числа эффективных теоретических тарелок N:+ ^M — идеализированная ширина хроматографического пика стандартноговещества по нулевой линии: Mg 5 — ширина этого пика на половине его высоты.Имеются сообщения, что более точные результаты получаются приизмерении

16 Глава 1Ясно, что малое значение Л (или H) свидетельствуетоб эффективности колонки и о ее высокой разделительнойспособности. Если колонка работает в оптимальныхусловиях (см. ниже), то соответствующиезначения Л (или H) обозначают h m \ n (или Н т т).Поскольку на значения п (и Af) влияют температураколонки, природа анализируемого соединения и природагаза-носителя, то и эти же факторы влияют и навеличины h (и H) (см. ниже). Как уже было отмеченовыше, находящееся в колонке соединение часть временипроводит в газовой фазе и остальное времяв жидкой фазе. Ясно, что сумма этих времен и составляетнаблюдаемое время удерживания анализируемогосоединения. В промежутке времени, в течениекоторого вещество находится в подвижной фазе, онодвижется в направлении детектора с той же скоростью,что и газ-носитель. Следовательно, независимоот времени удерживания все вещества проводятв газовой фазе одно и то же время, равное /¾. Поэтомувремя, проводимое веществом в неподвижнойжидкой фазе, равно исправленному времени удерживанияt'%. Мерой того, насколько долго молекулыданного вещества находятся в неподвижной фазеотносительно времени их нахождения в газовой фазе,является коэффициент емкости (или коэффициент извлечения)k:Выражение (1.4) можно переписать в видеN = "{-kTl) 2 - (1-8)Для веществ, характеризующихся очень большимизначениями коэффициента емкости (т. е. большимKD И большим временем удерживания),k +1и~""Взаимосвязь между коэффициентом емкости и величинамип и N видна из приведенной на рис. 1.3 экс-B ведение 17периментальной хроматограммы; на рис. 1.4 эта взаимосвязьприведена графически. На рис. 1.5—1.8 показаныграфики теоретических зависимостей величины/imin (или #min) от радиуса колонки и коэффициентаемкости для конкретного соединения. Эти графикимогут пригодиться при сравнении данных по испытаниюколонок, представленных разными фирмами(см. также рис. 8.3—8.5).Ясно, что доля времени k, проводимого веществомв неподвижной жидкой фазе, должна быть связанас коэффициентом распределения KD этого вещества.В соответствующей зависимости должно учитыватьсяотносительное соотношение газовой и жидкой фаз(т. е. занимаемые ими относительные объемы колонки);эту величину обозначают 6 и определяют ее следующимобразом:P=TT"-Тогда зависимость между k и KD имеет вид(1,9)^ = В/г. (1.10)Понятно, что величина В — мера «незаполненности»колонки и что величины В для незаполненныхколонок должны быть значительно больше соответствующихвеличин для насадочных колонок, в которыхнасадка не только ограничивает объем, занимаемыйгазом-носителем, но и увеличивает площадьповерхности слоя неподвижной жидкой фазы. Насадочныеколонки обычно характеризуются значениямиВ в пределах 5—35, а незаполненные колонки —в пределах 50—1500.Площадь внутренней поверхности незаполненнойколонки (которой определяется объем VL при постояннойтолщине пленки неподвижной жидкой фазы)пропорциональна диаметру колонки, а объем колонки(которым определяется величина Va) пропорционаленквадрату внутреннего радиуса колонки, измеряемогоот оси колонки до поверхности пленки жидкойфазы на ее стенках. Поэтому и диаметр колонки,

AOOOOO300000 -200000 -100000 РИС. 1.4. Экспериментальныеграфики зависимости числатеоретических п и эффективныхтеоретических N тарелокот коэффициента емкости k.РИС. 1.5. Зависимость минимальной высоты, эквивалентной теоретическойтарелке Л т | п от коэффициента емкости k для разделениястандартных соединений на колонках разного радиуса.

Введение 211,51,0с:0,5РИС. 1.6. Зависимость минимальной высоты, эквивалентной теоретическойтарелке Н т \ п от радиуса колонки л 0 Для соединенийс разными коэффициентами емкости k.' 0 0,25 Q50г оРИС, 1.8. Зависимость минимальной высоты, эквивалентной эффективнойтеоретической тарелке # m i n от радиуса колонки г 0 длясоединений с разными коэффициентами емкости к.г о '0,7ммЮ 15РИС. 1.7. Зависимость минимальной высоты, эквивалентной эффективнойтеоретической тарелке Н т \ п от коэффициентаемкости к для разделения стандартных соединений на колонкахразного радиуса.и толщина пленки неподвижной жидкой фазы влияютна величину рP = r 0 /2d f . (1.11)Эта зависимость приведена на рис. 1.9.Вернемся к выражению (1.10). Выше уже былоотмечено, что величина KD = P& зависит только отприроды анализируемого вещества, природы неподвижнойжидкой фазы и температуры колонки; онане зависит от таких параметров, как диаметр колонкиили толщина пленки неподвижной жидкой фазы. Нопоскольку KD есть произведение $k, то с увеличениемP коэффициент k должен уменьшаться и наоборот.Чтобы подробнее изучить эту зависимость, будемрассуждать следующим образом. При постоянныхпрочих параметрах в колонках большого диаметрабольше объем газовой фазы, и, следовательно, имсоответствуют большие значения величины р == VOIVL. С увеличением объема газовой фазы

22 Глава 12500200015001000SOOV-РИС. 1.9. Величины P для колонок разного радиуса, вычисленныепо уравнению (1.11).в колонке изменяется поведение каждого анализируемоговещества. Величина KD была определена вышекак отношение cjca [выражение (1.1)]. КонцентрацииCi и Ca — массы анализируемого вещества в единицахобъема газовой и жидкой фаз соответственно. В колонкахс большими значениями р, т. е. с большимсоотношением фаз газ — жидкость, в любой моментвремени большая часть массы анализируемого веществанаходится в подвижной фазе. Следовательно,абсолютная величина удерживания уменьшаетсяс ростом P; с увеличением диаметра колонки умень-Введение 23шается df и сокращается время анализа. Все этиизменения в одинаковой степени влияют на все растворенныевещества, поэтому относительные временаудерживания остаются при этом неизменными.Описанную взаимосвязь между временем удерживания,эффективностью разделения и величиной Pлегко можно проиллюстрировать количественно. Рассмотримдве колонки с одной и той же неподвижнойжидкой фазой. Пусть вторая колонка имеет большийдиаметр, но ту же, что и первая, толщину пленки неподвижнойжидкой фазы (или тот же диаметр, чтои первая, но меньшую толщину пленки неподвижнойжидкой фазы) так что р 2 > pi; пусть, кроме того,скорости потоков газа-носителя в колонках подобранытак, что k 2 или [см. уравнение(1.7)] tiui)/t Mm >t' R v)/tMm. Далее, поскольку / M (i) == tM(2), то из последнего неравенства получим/д ( 1) > /я

24 Глава Iдля любой колонки с данной неподвижной жидкойфазой при той же температуре. Если затем прохроматографироватьданное стандартное соединение нановой колонке в тех же условиях, то значение р дляновой колонки легко можно найти по формуле (1.10).Введение 25А ЛАмалое амалое п.большое еемалое п1.3. РАЗДЕЛЕНИЕКОМПОНЕНТОВ СМЕСИКак видно из рис. 1.10, степень разделения компонентовсмеси зависит от 1) отношения их временудерживания, 2) от остроты (размывания) их хроматографическихпиков (или от числа теоретическихтарелок, характеризующего данную колонку).Отношение исправленных времен удерживаниядвух компонентов смеси А и В называют их факторомразделения«A/B=V'V0Л2)Величину а определяют так, чтобы ее значения превышалиединицу. Два компонента, характеризующиесябольшим значением а, относительно легкоможно разделить даже на малоэффективной колонке,но чем ближе значение а к единице, тем большимчислом теоретических тарелок должна характеризоватьсяколонка, необходимая для разделения соответствующихкомпонентов. Разумеется, иногда можновзять другую неподвижную жидкую фазу, для которойфактор разделения нужных компонентов выше.Степень разделения двух компонентов характеризуюти так называемым критерием разделения R 32 (Ч~Ч)*.- V+», •(1ЛЗ)Эта величина определяется как временами удерживания,так и шириной хроматографических пиков компонентов.Как видно из рис. 1.11, на котором приведены«идеализированные» хроматографические пики,РИС. 1.10. Связь эффективности колонки(числа теоретических тарелок)п с фактором разделения а.значение Я = 1,0 соответствует заметному наложениюпиков друг на друга. Значение R = 1,5 соответствуетболее глубокому разделению — основания хроматографическихпиков. Это особенно важно учитыватьпри разделении относительно малого количестваодного компонента от относительно большого количествадругого компонента, который к тому же имеетхроматографический пик с растянутым задним фронтом(см. рис. 1.12).Если (01 = (02, то выражение (1.13) можно представитьв виде«.-£(^)(ттт)-малое а большое осбольшое п большое п.

26 Глава 1точно оценить число теоретических тарелок, необходимыхдля получения заданной степени разделенияэтих соединений^=16^(^-) 2 . (1.15)Некоторые фирмы характеризуют производимыеими колонки числом теоретических тарелок п, а нечислом эффективных теоретических тарелок N; припомощи стандартных соединений, характеризующихсяотносительно малыми значениями k, можно получитьболее полное представление об эффективности этихколонок (рис. 1.5—1.8 и 8.3—8.5). Сравнивая колонки,полученные от разных фирм, использующихразные системы паспортных данных, полезно помнить,чтоN \-r-) ="и, следовательно,^-•«!(т^т)'^)'-(1.и)Несколько ценных понятий содержит уравнениеВан-Деемтера [1], которое позволяет оценить относительноевлияние разных параметров на эффективностьхроматографической колонки. В сокращеннойформе это уравнение имеет видh = A + -j + Cu, (1.17)где А — фактор, характеризующий природу и структурунасадки; В — фактор, характеризующий продольнуюдиффузию; С — фактор, характеризующийсопротивление массопереносу из газовой фазы в жидкуюи обратно (см. ниже); й — средняя линейнаяскорость потока газа-носителя. Для колонки длинойLu = L/t„. (1.18)В незаполненных колонках нет насадки, и членА для них равен нулю; в результате уравнениеРИС. 1.11 Разделение трех компонентов А, В и С.М А =а В !=а С ;Д 'й(А,В) =М А ;Л '«(В,сГ 1Л С- а-вклад каждогокомпонента в сигнал детектора, идеализированная форма хроматографическогопика; б—результат регистрации самописцем сигнала детектора.R /* „, = 1.0 —заметно значительное наложение пиков; H ,„ „.== 1,5 —s (A, В) 5 (В, С)наложение пиков незначительно.РИС. 1.12. Помехи разделению вследствие расширения заднихфронтов хроматографических пиков.В первом случае разделение дает гораздо более чистый примесныйкомпонент, пик которого следует за симметричным пиком основного компонента,чем во втором случае, когда пик примесного компонента налагаетсяна расширенный задний фронт пика основного компонента-

28 Глава 1Введение 29Ясно, что наша цель — обеспечить по возможностименьшие значения h (или H), что эквивалентно возможнобольшим значениям п (или N). Посколькув величину h входит член В/й, обратно пропорциональныйы, и член Си, прямо пропорциональный й,то должно существовать некоторое оптимальное значенией, при котором-эффективность колонки максимальна.Эту величину можно вычислить или определитьграфически; по этому поводу читатель можетобратиться к более общим или специальным теоретическимработам [3—5] *. Типичная кривая Ван-Деемтера приведена на рис. 1.13.Средняя линейная скорость газа-носителяРИС. 1.13. Типичная кривая Ван-Деемтера.Ван-Деемтера принимает вид, известный как уравнениеГолея [2]h = В/и +Си. (1.19)Отсутствие влияния фактора Л — одно из основныхпреимуществ голеевских или незаполненных колонок.Считают, что очень высокой эффективности незаполненныхколонок способствуют, по крайней мере частично,и другие факторы, такие, как высокие значениявеличины р, лимитирующий перепад давлвний наколонке, получаемый при довольно значительной еедлине, отсутствие точек соприкосновения между частицамитвердого носителя, покрытого пленкой неподвижнойжидкой фазы, уменьшение вероятности нарушенияравномерности по толщине тонкой пленкижидкой фазы.йЛитература1. Van Deemter У. У., Zuiderweg F. У., KUnkenberg A., Chem. ScL,5, 271 (1956).2. Oolay M. У. E., Theory and Practice of Gas Liquid PartitionChromatography with Coated Capillaries, in «Gas Chromatography»(V. J. Coates, H. J. Noebels, I. S. Fagerson, eds.), pp. 1—13. Academic Press, New York, 1958.3. Litttewood A. B., «Gas Chromatography: Principles, Techniques,Applications», 2nd ed. Academic Press, New York, 1970.4. Kaiser R., «Chromatographic in der Gasphase», 3rd ed., Vol. II.Bibliographisches Institut, Mannheim, 1975.5. Ettre L. S., «Open Tubular Columns in Gas Chromatography»,Plenum Press, New York, 1965.* Дополнительная литература1. Ногаре С. Д., Джувет P. С. Газожидкостная хроматография.Пер. с англ. — Л.: Недра, 1966.2. Киселев А. В., Яшин Я- И. Адсорбционная газовая и жидкостнаяхроматография. — M.: Химия, 1979.3. Руденко Б. А. Капиллярная хроматография. — M.: Наука, 1978.

Глава 2СТЕКЛЯННЫЕКАПИЛЛЯРНЫЕ КОЛОНКИ2.1. ВВЕДЕНИЕЭттре [1] отмечал, что существует большая путаницав терминологии, применяемой для описаниянезаполненных колонок и колонок капиллярных размеров.Следуя его предложению, автор называет открытымикапиллярными колонками с жидкой фазойна стенках (OHC) те колонки, в которых неподвижнаяжидкая фаза нанесена непосредственно на внутренниестеклянные стенки без использования любыхдобавок, которые можно было бы считать твердымносителем. Открытыми капиллярными колонкамис пористым закрепленным слоем на стенках (ОЗПС)автор называет колонки, площадь внутренней поверхностикоторых увеличена путем нанесения таких веществ,как плавленый кварц [2] или кристаллы соли[3]. Открытыми колонками с незакрепленным пористымслоем (ОНПС) автор называет колонки, внутренняяповерхность которых покрыта каким-либотвердым материалом-носителем, на который нанесенанеподвижная жидкая фаза [4]. Термин капиллярЭттре оставляет для трубок капиллярных размеровбез неподвижной жидкой фазы, но этот термин неявляется общепринятым.Исключительные свойства стекла в качестве материаладля изготовления хроматографических колонокбыли признаны уже давно; поверхность такойколонки обладает большой инертностью и не склоннавступать в реакции с хроматографируемыми веществами;кроме того, в стеклянной колонке очень легкообнаруживаются дефекты поверхности. По этим причинамстеклянными колонками давно пользуютсяРИС. 2.1. Схема устройства для вытягивания стеклянных капилляров.(По Дести [5].) Обычно в конструкции предусматриваетсяпостоянная скорость вытягивания и возможность регулированияскорости подачи трубки, температуры печи и температуры изгибающейтрубки. При увеличении скорости подачи трубки или приуменьшении температуры печи (в допустимых пределах) получаетсякапилляр большего диаметра. При слишком высокой температуреизгибающей трубки получается волнообразно изогнутыйдеформированный капилляр; слишком низкая температураизгибающей трубки приводит к частым поломкам капилляра./ — стеклянная трубка; г —прижимные ролики; 3 — печь; 4 — капилляр;5 — вытягивающий ролик; 6 — изгибающая трубка; 7 — стержень, поддерживающийспиральный капилляр; в —подающий ролик.РИС. 2.2. Устройство для вытягивания капилляров фирмы Hewlett-Packard (разработано бывшей фирмой Нире) с горизонтальнымрасположением спирали и с сильноточной электрической печьюмалого напряжения.

32 Глава 2РИС. 2.3. Устройство для вытягивания капилляров фирмы Shimadzuс вертикальным расположением спирали и слаботочнойэлектрической печью.многие исследователи. В 1961 г. Дести и сотр. [5]предложили простое устройство для вытягивания иизгибания стеклянных трубок в спираль. В этомустройстве имеется группа медленно вращающихсяроликов, подающих стеклянную трубку (диаметром6—10 мм) в электрическую печь. Вторая группа несколькобыстрее вращающихся валиков вытягиваеткапилляр из печи и подает его в нагреваемую изгибающуютрубку, благодаря которой из капилляра непрерывноформируется спираль (рис. 2.1). В про-Стеклянные капиллярные колонки 33даже всегда имеются две модели такого устройства;в одной из них вытягивание идет в горизонтальнойплоскости, а нагревателем служит отрезок трубки изнержавеющей стали, по которой пропускают электрическийток большой силы от низковольтного источника(рис. 2.2). Во второй модели стекляннаятрубка движется в вертикальной плоскости, а нагреваниеведется слаботочной керамической электрическойпечью, питаемой от источника напряжением220 В (рис. 2.3). Имеются сведения, что выпуск подобногоустройства планирует еще одна фирма.Когда стеклянные капиллярные трубки стали легкодоступными,некоторые исследователи пыталисьприменять их в качестве более инертного материала—твердого носителя в незаполненных хроматографическихколонках. Эти ранние попытки не принеслибольшого успеха, и в подавляющем числе случаевнаблюдался сильный разброс результатов анализаи их невоспроизводимость. Большинство прежних колонокбыли низкого качества и имели небольшойсрок службы, но те из пионеров этой области, которыедостигли желаемых результатов, пробудилибольшой интерес к стеклянным колонкам [6, 7].Хроматограммы, полученные некоторыми первымиисследователями, показали, что на стеклянных незаполненныхколонках можно добиться разделений, которыеранее были неосуществимы. Кроме того, наэтих инертных колонках можно было вести разделениенекоторых соединений, которые были слишкомактивны для насадочных или металлических открытыхколонок. Эта многообещающая перспектива стимулировалаинтенсивные поиски, которые продолжаютсяи по сей день, когда исследователи пытаютсялучше постичь взаимосвязь факторов, влияющих напроцесс нанесения жидкой фазы на внутреннюю поверхностькапиллярной колонки.Более ясное понимание этого процесса, ролив нем рабочих параметров колонки и условий еехранения принесли бы неоценимую пользу для разработкиеще более эффективных и более стабильныхколонок.2 За к. 673

34 Глава 22.2. ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКАПОВЕРХНОСТИ КОЛОНКИХимики, изучающие поверхностные явления, давнопоняли, что степень взаимодействия между поверхностьютвердого тела и жидкостью — смачивание —зависит от состояния поверхности твердого тела.Стекло, хотя оно и не является твердым телом в строгомсмысле слова, ведет себя аналогичным образом.За исключением немногих известных случаев, жидкиефазы, небрежно наносимые на необработанные поверхностистеклянных колонок, образуют неудовлетворительныйпо хроматографическим свойствам слой;действующие в жидкости силы сцепления (силы когезии)обычно превышают силы сцепления (силы адгезии)между жидкостью и поверхностью стекла, в результатечего жидкость ложится на поверхностьотдельными участками и каплями (рис. 2.4). Результатыразделений на такой колонке окажутся совершеннонеудовлетворительными, поскольку в ней небудет выполняться требование равномерности слоянеподвижной жидкой фазы, весьма существенное дляполучения высокоэффективных разделений.Для решения этой проблемы было предложено несколькоспособов изменения смачиваемости внутреннейповерхности стеклянной колонки. Один из этихспособов заключается в использовании поверхностноактивныхили смачивающих реагентов, другие — в изменениихарактеристик самой поверхности. Смачивающийреагент обычно играет двойную роль. В идеальномслучае он уменьшает поверхностное натяжениежидкой фазы и уменьшает краевой угол между поверхностьюстекла и жидкостью, в свою очередь способствуялучшему смачиванию поверхности и правильномураспределению на ней жидкой фазы. В некоторыхслучаях смачивающий реагент блокируетбольшую часть активных центров адсорбции, т. е.действует как добавка, предотвращающая расширениезадних фронтов хроматографиче:ких зон.Наиболее распространены такие смачивающие реагенты,как соединения четвертичного аммония [8],Стеклянные капиллярные колонки 35РИС. 2.4. Микрофотография сильно поврежденной колонки.соединения фосфония [9], неионогенные моющиесредства [10], а также небольшие добавки другихболее полярных жидких фаз. Меньшая термическаястабильность этих соединений по сравнению с жидкойфазой может потребовать снижения верхней границыдиапазона рабочих температур данной колонки.Кроме того, при использовании этих соединений наблюдаетсянебольшое, но заметное изменение характеристикудерживания данной колонки, которая начинаетвести себя так, как если бы в ней была смесьдвух неподвижных жидких фаз [11]. При малыхдобавках этот эффект незначителен.Смачиваемость поверхности определенными жидкостямисильно зависит от ее шероховатости (действительнаяплощадь поверхности/теоретическая площадьповерхности). Поверхности с микроскопическойшероховатостью иногда смачиваются легче благодаряизменениям краевого угла [12]. Достаточно хорошополированная поверхность нержавеющей стали характеризуетсяшероховатостью ~1,4, а стеклянная поверхность,полированная в пламени, — около 1. Понимая,что травленая стеклянная поверхность должнаиметь иную смачиваемость, некоторые исследователиизучали способы предварительной обработки поверхностис применением таких реагентов, как солянаякислота (обычно в форме сухого пара), раствор гидроокисинатрия или плавиковая- кислота, причеминогда при повышенных температурах. Один из наиболееэффективных способов обработки описали2*

36 Глава 2Александер и Руттен [13, 14]. Капиллярную колонкуиз натрий-кальциевого стекла подсоединяют к колбес твердым хлоридом натрия. Затем в колбу добавляютконцентрированную серную кислоту, где образуетсягазообразный хлористый водород HCl, причемизбыточное давление этого газа в колбе (0,1—0,3 атм)достаточно для проталкивания его сквозь колонку.Маленькой горелкой от колонки отрезают небольшойучасток длиной в несколько сантиметров и окунаютего в воду запаянным концом вверх. При растворениихлористого водорода уровень воды в капилляреподнимается, причем высота подъема характеризуетотносительную концентрацию HCl в колонке. Когдапри испытании очередного отрезка вода заполнит егопочти на 90%, колонку запаивают с обоих концов,травят при нагревании, после чего продувают сухимазотом для удаления из нее остатков паров.Позднее те же исследователи [15], а также Бейдингси сотр. [16] установили, что смачиваемостьпротравленной поверхности повышается не толькоблагодаря увеличению ее шероховатости, но также,а быть может и в большей степени, благодаря высаливающемудействию травильного реагента, в результатедействия которого на стеклянной поверхностиосаждаются микроскопические кристаллы соли.Изучая общие способы придания шероховатостистеклянным поверхностям, Франкен и сотр. [17] заметили,что процесс травления натрий-кальциевогостекла хлористым водородом протекает легко, но являетсясамолимитирующим. Вначале образуютсясферические гранулы хлорида натрия, но при продолжительномнагревании появляются кристаллы кубическойформы. Обширные исследования эффектовтравления провели также Крупчик и сотр.. [18]. Ониотметили, что при анализе некоторых типов соединенийколонки с травленой поверхностью дают болееэффективное разделение. Онушка и Комба [19] обнаружили,что при травлении капилляров из боросиликатногостекла газообразным фтористым водородомобразуется поверхность с «ворсистой» шероховатостью,Стеклянные капиллярные колонки 37Стекло обладает чрезвычайно высокой поверхностнойэнергией, и получение истинно чистой стекляннойповерхности почти невозможно [20]. Чащевсего эта поверхность адсорбирует материалы (какправило, воду), которые модифицируют ее и которымона обязана своими свойствами. Повышение эффективностиповерхности стекла травлением можно объяснить,по-видимому, тем, что в процессе травлениявместо плохо смачиваемой гидратированной поверхностиобразуется легко смачиваемая поверхность, покрытаяслоем соли [21, 22]. Позднее вместо травлениястеклянные капилляры стали промывать растворамисолей. После такого промывания колонкупросушивали, в результате чего на ее поверхностиоставался тонкий слой кристаллов соли, а затем обрабатывалиповерхностно-активным реагентом и покрывалипленкой неподвижной жидкой фазы [23].Дженнингс [24] считает, что адсорбированнаявода, образующая гидратный слой на поверхностистекла, почти целиком удаляется с поверхности в процессевытягивания капилляра; но этот слой затемвновь образуется при охлаждении его. По его мнению,если в процессе вытягивания капилляра непрерывнопродувать сквозь него сухой газ и затем хранитьготовый капилляр в запаянном виде, то в дальнейшемпри заполнении капилляра пленка жидкойфазы прочно ляжет на дегидратированную поверхностьи колонка будет значительно стабильнее. Этаидея легла в основу нового способа изготовленияколонок, описанного Симоном и Жипси [25]: в открытыйконец вытягиваемой стеклянной трубки вводяттефлоновую трубку вплоть до размягченного участкавнутри нагревательной печи (трубка из нержавеющейстали еще более подходит для этой цели).Подаваемый в трубку поток сухого газа у размягченногоучастка поворачивает обратно и выносит десорбированныематериалы через открытый конец стекляннойтрубки. Авторы этого способа сообщают, чтов этом случае дегидратированный капилляр полностьюсмачивается неполярными и большинством

38 Глава 2полярных жидких фаз, что позволяет получить колонкуповышенной стабильности.Используя аналогичный прием, Диез и сотр. [26]продували вытягиваемую стеклянную трубку смесьюазота и аммиака. Они отметили, что полученный такимспособом капилляр из боросиликатного стеклаобладает меньшей адсорбционной способностью иимеет более шероховатую поверхность. Хроматографическиеколонки из таких трубок давали прекрасные' результаты при анализе полярных соединений,таких, как амины, пестициды и лекарственные препараты.Гроб [7] обнаружил, что неполярные жидкиефазы типа апиезон можно наносить на необработаннуюповерхность стеклянных капилляров, вытянутыхобычным способом, и что полярные жидкие фазыотталкиваются такими поверхностями. Он предложилмодифицировать внутреннюю поверхность капилляратравлением и затем заполнять колонку азотом, насыщенным(при 0 С С) дихлорметаном. После этого запаяннуюколонку следует нагреть до высокой температуры,дихлорметан в ней разложится, и образуетсякарбонизированная поверхность, на которую затемнадо нанести неподвижную жидкую фазу. Сам Гробпредпочитает обрабатывать колонку, осаждая на ееповерхности карбонат бария (см. ниже), однако некоторыеисследователи продолжают успешно применятькарбонизацию. Нота и сотр. [27] считают, что прощеосаждать на внутренних стенках колонки слой графита.Для этого они предлагают диспергироватьультразвуковым генератором графит в дихлорметанеи при помощи насоса прокачивать полученный коллоидныйраствор сквозь колонку.В работе Шюлта [28] отмечено, что смачиваемостьвнутренней поверхности колонки улучшаетсяпри нанесении на нее тонкого слоя коллоидного растворакремниевой кислоты. Колонки с таким покрытиемобеспечивают хорошее разделение полярныхсоединений. Гроб рекомендует заполнять чистый капиллярраствором гидроксида бария. Затем этот растворнасыщают диоксидом углерода, в результатеСтеклянные капиллярные колонки 39чего на поверхности колонки осаждается слой карбонатабария. В работе [29] отмечают, что такой способобработки позволяет получить очень стабильные,хотя и не слишком эффективные колонки.Несколько исследователей изучили влияние силанизацйиповерхности стеклянных колонок перед нанесениемна нее неподвижной жидкой фазы [30, 31].Новотны и Грохманн [32] установили, что для этойцели наиболее эффективны моносиланы, и применялимонохлородиметил[-3- (4-хлорметилфенил) бутил]силан для обработки капилляров как с травлеными,так и с необработанными поверхностями. В работеБартля и Новотного [33] изучалось влияниенекоторых способов силанизации на смачиваемостьстекла разными жидкими фазами. Некоторые интересныерезультаты зависимости эффективности колонкиот предварительной обработки ее поверхностипредставили Рейсвик и Тесажик [34]. Однако необходимоучитывать, что во всех этих работах сравненияпроводились относительно необработанной гидратированнойстеклянной поверхности; способы обработки,позволяющие удалить гидратирующий слой,могут улучшить работу колонки и повысить ее стабильность(см. ниже).Кронин [35] описал еще одну процедуру, которуюможно отнести к способам предварительной обработкиповерхности колонки. Колонку ополаскиваютразбавленным раствором карбовакса'2OM в дихлорметане,высушивают, запаивают в атмосфере азотаи в течение 16 ч выдерживают при температуре28O 0 C. Затем ее промывают дихлорметаном и динамическимспособом наносят на ее поверхность слойнеподвижной жидкой фазы (см. ниже). Гордон и сотр.[36] вначале покрывали внутреннюю поверхность капилляраполимером, а затем осаждали неподвижнуюфазу на промежуточный слой полимера. Некоторыеисследователи отмечали, что хорошей смачиваемостьюобладает внутренняя поверхность только что вытянутыхкапилляров, промытая щелочным растворомперманганата [37, 38].

40 Глава 2Предлагались и другие способы предварительнойобработки, такие, как нанесение на поверхность слоядиоксида кремния [39] или образование «ворсистой»поверхности [33, 40], но колонки с такими поверхностямиотносятся скорее к типу ОЗПС, чем к типуОНПС. Следует ожидать, что такие колонки будутобладать большей емкостью, т. е. содержать большееколичество неподвижной жидкой фазы на единицудлины, и следовательно, характеризоваться меньшимизначениями P, однако при этом следует ожидатьи пропорционального уменьшения их эффективности(см. гл. 1). Большинство исследователей вытягиваюттолстостенные трубки и получают толстостенныекапилляры, например с внутренним диаметром0,25 мм при наружном диаметре 0,75—1,0 мм. Стандартныестеклянные трубки дают капилляры с болеетонкими стенками, например с внутренним диаметром0,25 мм при наружном 0,5 мм. Те, кто предпочитаеттолстостенные капилляры, отмечают их повышеннуюжесткость и прочность; те же, кто предпочитает тонкостенныекапилляры, утверждают, что такие капиллярыболее гибки, благодаря чему с ними легчеработать, и в частности легче распрямлять концыколонки, с тем чтобы как можно глубже заводить ихво входные отверстия детектора (см. ниже). Большаягибкость капилляров из стандартных трубок, по-видимому,представляется удобной тем, кто для нанесениянеподвижной жидкой фазы пользуется модификациейспособа Голея с нагреванием открытого конца колонки(разд. 3.3); однако этот способ одинаковоэффективен как для тонкостенных, так и для толстостенныхкапилляров. Капиллярные колонки изготавливалии из боросиликатного, и из натрий-кальциевогостекол. Утверждают, что натрий-кальциевоестекло обладает двумя преимуществами: оно легчетравится (большинство колонок с травленой поверхностьюизготавливают из натрий-кальциевого стекла)и обладает большей гибкостью, благодаря чему колонкииз этого стекла реже растрескиваются под действиемвоздушных потоков в печи и т. д. Однакоповерхность такого стекла содержит ионы кальцияСтеклянные капиллярные колонки 41и гидроксид-ионы, вследствие чего она обладает довольновысокой реакционной способностью; эту активностьможно понизить при помощи определенныхжидких фаз или добавок, уменьшающих расширениезадних фронтов хроматографических зон. Менее активнаповерхность стекла пирекс, и колонки из этогостекла могут оказаться более приемлемыми для проведениянекоторых трудных разделений. То, какой изспособов дезактивации поверхности (если таковойвообще имеется) наиболее эффективен, зависит оттипа стекла, из которого изготовлена колонка, отприроды неподвижной жидкой фазы и от природыанализируемых соединений. Некоторые из относящихсяк этой проблеме вопросов рассмотреныв разд. 5.4, посвященном оценке качества колонок, ноздесь уместно отметить, что ни один из распространенныхв настоящее время способов не является универсальным.Так, например, способы обработки, позволяющиеуменьшить расширение задних фронтовхроматографических зон спиртов в колонках с неполярнымижидкими фазами, дают поверхности, на которыхочень нестабильны другие соединения, такие,как никотин. Наилучшими в смысле механическойпрочности и химической инертности вполне могутоказаться колонки из чистой двуокиси кремния, которые,возможно, будут производить в будущем.После краткого очерка свойств стеклянных поверхностей,от которых зависит качество наносимогона них слоя неподвижной жидкой фазы, обратимсяк самому процессу нанесения жидкой фазы. Конечно,можно почувствовать удовлетворение, когда послемногих неудач и разочарований из устройства длявытягивания трубок начинают, наконец, выходить" капиллярыприемлемой длины; однако основные трудностиеще впереди. При достаточных средствах и терпениилюбой способен рано или поздно вытянутьстеклянный капилляр. Но успех или неудача в изготовленииоткрытых колонок зависит от умения наноситьна их внутреннюю поверхность высокостабильный,равномерно тонкий и прочно сцепленный с поверхностьюслой неподвижной жидкой фазы.

42 Глава 2Литература1. Ettre L. S., Open Tubular Columns: an Introduction, Publ.GCD-35, Perkin-Elmer Corp., Norwalk, Connecticut (1973).2. Cronin D. A., J. Chromatogr., 48, 406 (1970).3. Schieke J. D., Comins N. R., Pretorius V., J. Chromatogr. 112,97 (1975).4. Nikelly J. G., Anal. Chem., 45, 2280 (1973).5. Desty D. H., Haresnip J. N., Whyman B. H. F., Anal. Chem., 32,302 (1960).6. Haldsz 1., Horvath C, Anal. Chem., 35, 499 (1963).7. Grob K., HeIv. Chim. Acta, 48, 1362 (1965).8. Metcalfe L. D., Martin R. /., Anal. Chem., 39, 1204 (1967).9. Malec E. J., J. Chromatogr. Sci., 9, 318 (1971).10. Mon T. R., Forrey R. R., Teranishi R., J. Gas Chromatogr., 5,497 (1967).11. Jennings W. G., Chem. Mikrobiol. Technol. Lebensm., I, 9(1971).12. Wenzel R. N., Ind. Eng. Chem., 28, 988 (1936).13. Alexander G., Rutten G. A. F. M., Chromatographia, 6, 231(1973).14. Alexander G., Garzo G-, Palyi G., J. Chromatogr., 91, 25(1974).15. Alexander G., Rutten G. A. F. N., J. Chromatogr., 99, 81(1974).16. Badings H. T., van der Pol J. J. G., Wassink J. G., Chromatographia,8, 440 (1975).17. Franken J. /., Rutten G. A. F. Af., Rijks J. A., J. Chromatogr.,126, 117 (1976).18. Kripcik /., Kristin M., Valichovicova M., Janiga S., J. Chromatogr.,126, 147 (1976).19. Onuska F. /., Coma M. E., J. Chromatogr., 126, 133 (1976).20. Olsen D. A., Osteraas A. /., J. Phys. Chem., 68, 2730 (1964).21. Fox H. W., Hare E. F., Zisman W. A., J. Phys. Chem., 59, 1097(1955).22. Hare E. F., Zisman W. A., J. Phys. Chem., 59, 335 (1955).23. Wetanabe C, Tomita H., J. Chromatogr. Sci., 13, 123 (1975).24. Jennings W. G., Chromatographia, 8, 690 (1975).25. Si/пол Л, Szepesy L., J. Chromatogr., 119, 495 (1976).26. Diez J. C, Dabrio M. V., Oteo J. L., J. Chromatogr. Sci., 12,641 (1974).27. Nota G., Goretti G. C., Armenante M., Marino G., J. Chromatogr.95, 229 (1974).28. Schulte E., Chromatographia, 9, 315 (1976).29. Grob K., Grob G., J. Chromatogr., 125, 471 (1976).30. Novotny M., J. Chromatogr. Sci., 8, 390 (1970).31. Novotny M., Bartle K. D., Chromatographia, 7, 122 (1974).32. Novotny M., Grohmann K-, J. Chromatogr., 84, 167 (1973).33. Bartle K. D., Novotny M., J. Chomatogr., 94, 35 (1974).34. Van Rijswick M. H. J., Tesarik K., Chromatographia, 7. 135(1974).Стеклянные капиллярные колонки 4335. Cronin D. A., J. Chromatogr., 97, 263 (1974).36 Gordon A. L., Taylor P. J., Harris F. M., J. Chromatogr. Sci.,14, 428 (1976).37. Jennings W. G., Wohleb R., Chem. Mikrobiol. Technol. Lebensm.,3 33 (1974)38 Jennings W. G., Yabumoto K., Wonleb R. H., J. Chromatogr.Sci., 12, 344 (1974).39. Blumer M., Anal. Chem., 45, 980 (1973).40 Schieke J. D., Comins N. R., Pretorius V., Chromatographia, 8,354 (1975).

Нанесение слоя жидкой фазы на поверхность колонки 45Глава 3НАНЕСЕНИЕ СЛОЯНЕПОДВИЖНОЙ ЖИДКОЙ ФАЗЫНА ВНУТРЕННЮЮ ПОВЕРХНОСТЬколонки3.1. ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯЗадача — покрыть внутреннюю поверхность колонкиравномерным слоем жидкой фазы толщиной0,1—1,5 мкм. Для колонок с очень высокой эффективностьюнеобходимы еще более тонкие пленки неподвижнойжидкой фазы, но при этом соответственноуменьшается их емкость (см. разд. 1.2).Способы нанесения неподвижной жидкой фазыможно разделить на два общих класса; способы одногокласса называют динамическими, способы другого— статическими.3.2. ДИНАМИЧЕСКИЕСПОСОБЫ НАНЕСЕНИЯНЕПОДВИЖНОЙ ЖИДКОЙ ФАЗЫДинамический способ впервые описали Дейкстраи Де-Гой [1]. В той форме, в которой им пользуютсябольшинство из его сторонников, он заключаетсяв том, что раствор, содержащий около 10% неподвижкойжидкой фазы в подходящем низкокипящем растворителе,прокачивают сквозь колонку при строгоопределенных условиях. Иногда через колонку пропускаютэтот раствор в количестве, равном несколькимобъемам колонки, но чаще всего этим растворомзаполняют от двух до 15 начальных витков спиральнойколонки и проталкивают его азотом со скоростьюот 1 до 2 см-с -1 . Когда эта «пробка» раствора начинаетвыходить из колонки, уменьшается обратное дав-ление и скорость перемещения раствора может возрасти.Для предотвращения этого к концу колонкииногда подсоединяют вспомогательную («холостую»)колонку, которая служит ограничителем скорости.После выхода раствора из колонки продолжают продувать.ее азотом; при этом можно постепенно повышатьтемпературу колонки для испарения остатковрастворителя. Некоторые исследователи проводятодин такой цикл, другие два или три. Как отмечалБломберг [2], на равномерность , получаемой приэтом пленки оказывает влияние скорость потока газана стадии испарения растворителя.Для нанесения пленки жидкой фазы в «дегидратированныекапилляры» Симон и Сепеши [3] заполнялиих 10—30%-ным раствором неподвижной жидкойфазы, затем запаивали и оставляли на 24—100 ч.Они полагали, что этого времени достаточно, чтобыболее тяжелые молекулы неподвижной жидкой фазыпродиффундировали к стенкам капилляра и адсорбировалисьна их активных центрах. По истеченииэтого времени раствор из колонки быстро удаляли(со скоростью 0,5—1 м-с -1 ), а затем сушили и кондиционировалиее.Было предложено несколько формул для вычисленияокончательной толщины пленки неподвижнойжидкой фазы, полученной при динамическом способенанесения. Формулу, предложенную Новотным иБартлем [4], можно записать в виде*-(•&)(?)*•»•»где г 0 — радиус капилляра; с — концентрация неподвижнойжидкой фазы в рабочем растворе (об. %)'.и — скорость прохождения раствора через колонкув процессе нанесения; r|, Y — вязкость и коэффициентповерхностного натяжения рабочего раствора неподвижнойфазы соответственно. Если приготовитьслишком вязкий раствор неподвижной фазы, то получитсяслишком толстая пленка и эффективность колонкиокажется низкой. При менее вязких растворахполучаются более тонкие пленки жидкой фазы, но

46 Глава 3недостаточно вязкий раствор заметно стекает к нижнимповерхностям колонки в процессе нанесения и испарениярастворителя, что приводит к образованиюутолщений и сгустков в пленке неподвижной фазы,резко снижающих эффективность колонки..Динамические способы успешно применяли длянанесения нескольких жидких фаз (включая полиметилсилоксановуюфазу SE 30) на необработанныеповерхности стеклянных капилляров, но для нанесенияболее полярных жидких фаз обычно требуетсяРИС. 3.1. Методика Шомбурга [5].Горизонтально расположенную спиральную колонку подсоединяютк трубке из нержавеющей стали отрезком размягченной тефлоновой трубки.Верхнюю часть стального капилляра вводят в концентрированный растворнеподвижной жидкой фазы и газообразным азотом увеличивают давлениев резервуаре. После того как в капилляре окажется столбик растворавысотой 10—30 см, конец стальной трубки опускают в ртуть с тем, чтобывслед за раствором ввести в колонку столбик ртути высотой 3—10 см, изатем поднимают конец капилляра в заполненное азотом пространство надраствором неподвижной жидкой фазы. Для поддержания постоянной скоростипрохождения раствора к концу колонки присоединяют буфернуюколонку./—тефлоновая трубка; 2—скользящее соединение; 3—раствор неподвижнойжидкой фазы; 4— азот, 1—20 атм; 5—ртуть; 6—капилляр из нержавеющейстали; 7—стеклянный капилляр.Нанесение слоя жидкой фазы на поверхность колонки 47предварительная обработка поверхности. У большинстваисследователей, применявших первоначальныеварианты динамического способа, процент успеха былотносительно невелик: возможно, это было связанос упомянутым выше стеканием раствора по стенкамкапилляра. Чтобы избежать этого, Шомбург и Хасманн[5] предложили пользоваться более концентрированными,а следовательно, и более вязкими раствораминеподвижной жидкой фазы, пленки которыхна поверхности капилляра более устойчивы в процессеиспарения растворителя. Для того чтобы изтаких более вязких растворов получать тонкие пленки,авторы предложили вслед за «пробкой» концентрированногораствора жидкой фазы пропускатьчерез колонку столбик ртути длиной в несколькосантиметров, полагая, что ртуть, обладающая высокимповерхностным натяжением, смоет большуючасть раствора неподвижной фазы с поверхностии удалит ее из колонки. Для практической реализацииэтого способа они использовали сосуд, показанныйна рис. 3.1. Пустую спиральную колонку с травленойвнутренней поверхностью располагают так,чтобы ее витки были в горизонтальном положении,и при помощи предварительно размягченной нагреваниемтефлоновой трубочки / соединяют ее с выходящейиз сосуда трубкой из нержавеющей стали 6.Верхний конец стальной трубки можно подниматьи опускать с тем, чтобы располагать его по необходимостив жидкой фазе, в ртути или в азоте надртутью и тем самым поочередно вводить их в колонку.Вначале конец трубки оставляют в жидкой фазеи под давлением азота вводят в колонку столбикконцентрированного раствора неподвижной жидкойфазы высотой ~10 см. Затем верхний конец трубкиопускают в ртуть и сразу же вслед за раствором вводятв колонку столбик ртути высотой около 1—2 см.После этого, подняв конец трубки над ртутью, начинаютпродувать колонку азотом. После того как раствори ртуть выйдут из колонки, повышают ее температуруи продолжают продувать азотом для удаленияостатков растворителя.

48 Глава 33.3. СТАТИЧЕСКИЕ СПОСОБЫСтатический способ, применяемый в настоящеевремя большинством исследователей, в основном разработалиВерзель и сотр. [6, 7]. По этому способуколонку заполняют разбавленным раствором (3—10 мг-см~ 3 ) неподвижной жидкой фазы в подходящемнизкокипящем растворителе и тщательно запаиваютодин из ее концов; крайне важно, чтобы колонкабыла целиком заполнена раствором и чтобы в растворене было пузырьков воздуха или паров растворителя,особенно у запаянного конца. Заполненнуюраствором колонку помещают в вакуум, растворительиспаряют в стационарных условиях, и на стенках колонкиостается тонкая пленка неподвижной жидкойфазы. Конечно, испарение растворителя из длиннойтонкой трубки — длительная процедура; как правило,этот способ применяют для широких (с внутреннимдиаметром 0,5—0,8 мм) колонок длиной не более20—30 м. Важно, чтобы в растворителе не было частичекпыли или растворенного газа, иначе в процессеиспарения он будет кипеть толчками. Проще всегоэто достигнуть, если профильтровать вдвое разбавленныйрабочий раствор через микропористый фильтр{предостережение: некоторые микропористые фильтрырастворяются в дихлорметане), а затем с цельюдегазации выпарить его кипячением до половины первоначальногообъема. Закрытый сосуд с обработаннымраствором быстро охлаждают и всасывают растворв колонку с тем, чтобы предотвратить растворениев нем газа. Один конец заполненной растворомколонки опускают и выжидают, пока под действиемсилы тяжести на нем не начнет образовыватьсякапля, после чего этот конец сразу закрывают. Надежноэто можно сделать следующим образом. Короткую(4—2 см) тонкостенную стеклянную илипластмассовую трубку заполняют самовулканизирующимсяжидким силиконовым каучуком, которыйимеется в продаже и применяется для изготовленияпрокладок для автомашин, уплотнителей для окони водопроводных труб. Эту трубку надевают на за-Нанесение слоя жидкой фазы на поверхность колонки 49крываемый конец колонки и выжидают вулканизациикаучука. При этом получается гораздо лучшая герметизация,чем при большинстве других способов [8].В процессе испарения растворителя решающее значениеимеет точное выдерживание необходимой температуры;наиболее опытные исследователи рекомендуютпользоваться двойной водяной баней: заполненнуюколонку погружают в водяную баню, находящуюсяна другой водяной бане, температуру которойконтролируют с большой точностью. Некоторые авторитетныеисследователи отмечают, что наилучшиерезультаты статический способ дает при нанесениитвердых или полутвердых неподвижных жидкихфаз, таких, как силиконовые каучуки, на травленыеповерхности стеклянных капилляров. Исследователи,сравнивавшие динамический и статический способы,обычно склоняются в пользу последнего [9, 10], хотяНовотны [11] считает, что эти способы одинаковоэффективны. Харрисон [12] утверждал, что болееравномерную пленку неподвижной жидкой фазыможно получить, если заполнять колонку растворомопределенного количества жидкой фазы в бензоле,замораживать ее и затем испарять замороженныйрастворитель в вакууме из обоих концов колонки.Этот способ менее эффективен для вязких неподвижныхжидких фаз; как сообщили авторы этого способа,при его использовании не удалось удовлетворительнонанести пленку жидкой фазы карбовакс 2OM.Голей в своей работе [13] описал следующий способнанесения пленки неподвижной жидкой фазы:колонку заполняют разбавленным раствором неподвижнойжидкой фазы в низкокипящем растворителе,закрывают один из ее концов и открытым концомвперед протягивают через нагревательную печь.В том варианте этого способа, которым пользовалсяГолей, колонку можно было свернуть в спиральлишь после получения в ней пленки неподвижнойфазы, а это ограничивало его практическую ценность.Илькова и Мистрюков [14] модифицировали этотспособ и заполняли разбавленным раствором неподвижнойжидкой фазы уже свернутую в спираль

50 Глава 3колонку. Для этого они вводили колонку открытымконцом в нагретую печь при постоянном вращенииколонки вокруг продольной оси, т. е. как бы ввинчиваяее в печь, а растворитель при этом испарялся изее открытого конца. Когда почти вся колонка, заисключением нескольких витков, проходила черезпечь, закрытый конец колонки отламывали и удалялииз нее остатки паров растворителя вакуумным насосомили потоком азота.Преимущество такой модификации способа Голеяв том, что отпадает необходимость наблюдений заполным отсутствием воздуха у закрытого конца колонки,благодаря чему этот конец можно просто запаять.Недостаток его в том, что большой процентколонок оказывается (по крайней мере у нас в лаборатории)не самого высокого качества; при осмотременее удовлетворительных колонок выявилось, что наих внутренней поверхности образуются почти регулярночередующиеся кольцевые утолщения слоянеподвижной жидкой фазы (рис. 3.2). Если в сушильнойпечи сделать стеклянную стенку, то причину возникновенияэтого дефекта легко можно будет наблюдать:в редких случаях растворитель испаряется постепенно.По мере поступления колонки в нагретуюзону печи через каждые несколько сантиметров длиныколонки происходит внезапное быстрое испарениерастворителя. Разумеется, желательно более плавноеи непрерывное испарение. Мысль о том, что этогоможно добиться при более узкой и концентрированнойзоне нагрева в печи, привела к разработке ещеодной модификации этого способа.Модификация описанного выше способа Ильковойи Мистрюкова заключается в том, что на входе нагревательнойпечи была установлена кольцеваятрубка из нержавеющей стали, подогреваемая электрическимтоком (рис. 3.3). Эта трубка создает узкуюконцентрированную зону нагрева, и в процессе нанесениянеподвижной жидкой фазы колонка находитсяв совершенно иных условиях. Когда колонка, заполненнаяраствором неподвижной фазы, проходит зонунагрева, создаваемую кольцевой трубкой, раствори-Нанесение слоя жидкой фазы на поверхность колонки 51РИС. 3.2. Кольцевые утолщения в пленке неподвижной жидкойфазы, возникающие примерно на равных расстояниях друг отдруга, характерны для колонок, высушенных модифицированнымспособом Голея [13].Этот дефект связан с вскипанием растворителя в процессе его испарения;избавиться от такого дефекта можно, используя нагреватель с узкойзоной нагрева.РИС 3.3. Модификация способа Голея с нагревателем, установленнымперед входом в печь-термостат [15, 16J.Концентрированная зона нагрева, через которую проходит колонка передвходом в печь, создает совершенно иные условия нанесения пленки неподвижнойжидкой фазы на внутренние стенки капиллярной колонки.тель мгновенно переходит в фазу перегретого пара,содержащего аэрозоль неподвижной жидкой фазы.Непрерывное испарение растворителя по мере продвиженияколонки в печь приводит к значительномуповышению давления внутри колонки; если оставить

54 Глава 3фазы в колонке способом, аналогичным тому, которыйописал Никелли [21]. Кайзер [23] обсуждалобщие методики применения этих способов для незаполненныхстеклянных колонок. Он указывал, чтов качестве носителей применяют самые разнообразныематериалы — от природных или обработанныхбиологических материалов, таких, как порошок рисовогоили кукурузного крахмала, споры цветов илицветочная пыльца, до неорганических порошковоксида алюминия, диоксида кремния и диатомитовыхземель, Эти порошки имеют большую площадь поверхности,и может потребоваться их дезактивация,например путем обработки какой-либо полярной жидкойфазой. Как сообщил Кайзер, при помощи этихмелких частиц на стеклянной поверхности можно стабилизироватьдаже такие полярные жидкие фазы, какдиэтиленгликольсукцинат (ДЭГС). Для стабилизациивзвеси порошков целита и аэросила, в раствореполипропиленгликоля 1500 в четыреххлористом углеродеон применял резервуар с магнитной мешалкой,из которого этот раствор прокачивался со скоростью2 CM-C -1 через горизонтально закрепленную стекляннуюколонку размером 0,4—0,5 мм X 30 м.Сообщалось [22, 24], что колонки с повышеннойтермической стабильностью получаются способом, согласнокоторому внутренние стенки колонки сначалапокрывают слоем силанокса 101 и затем статическимспособом наносят на него неподвижную жидкуюфазу; в других работах отмечалось, что при такомспособе возрастает емкость колонки, но за счет паденияее эффективности.Один новый способ приготовления колонок типаОЗНС, впервые описанный Грантом [25], был модифицированКрониным [26], причем, как сообщалось,эта модификация позволяет получать колонки высокойнадежности. Согласно способу Кронина, кусочкиборосиликатного стекла с температурой размягченияпримерно на 60 0 C ниже температуры размягчениятрубки, предназначенной для изготовленияколонки, распыляют и пропускают через сито 200 меш.Один конец трубки из более тугоплавкого боросили-Нанесение слоя жидкой фазы на поверхность колонки 55катного стекла с наружным диаметром 9 мм и внутренним—3мм закрывают и внутри трубки располагаюттщательно очищенный кусочек вольфрамовойпроволоки длиной 2 м и диаметром 0,34 мм. Стеклянныйпорошок тщательно смешивают в отношении 3 : 7по весу с целитом 545 зернением 120—150 меш и засыпаютсмесь в трубку вокруг вольфрамовой проволокитак, чтобы получить плотность порошка из расчета3 г порошка на 1 м длины трубки. Заполненнуютрубку помещают в устройство для вытягивания капилляров,пропустив ее закрытый конец через печьэтого устройства. Выступающий из открытого концатрубки конец вольфрамовой проволоки закрепляюттак, чтобы при полностью вытянутой проволоке другойее конец, находящийся в трубке, на 15—25 ммвыступал из выходного отверстия печи; затем этотконец немного вытягивают из трубки так, чтобы оноказался прямо перед входным отверстием печи, и начинаютпроцесс- вытягивания капилляра. При этомпроволока втягивается в печь вместе с трубкой, насколькоэто позволяет ее закрепленный конец. В процессевытягивания капилляр с направленным слоемстеклянного порошка и диатомитовой земли стягиваетсяс проволоки, проходит через изгибающуютрубку и получается спиральная колонка. Изготовленнуюколонку заполняют раствором неподвижнойжидкой фазы, поднимают в ней давление до 10—15 атм, выводят из нее раствор, высушивают и кондиционируют.3.5. ХИМИЧЕСКИ СВЯЗАННЫЕ ФАЗЫМадани и сотр. [27] применяли совершенно инойметод. Сначала они травили внутренние стенки стеклянногокапилляра из боросиликатного стекла способомАлександёра и Руттена [28]. В охлажденнуюколбу, содержащую 40 мл дихлорметилсилана(ДХМС), добавляли по каплям с одновременнымвстряхиванием 60 мл 12%-ного раствора гидроксидааммония. Через несколько часов после этого из колбы

56 Глава 3извлекали образовавшийся полимер, тщательно промывалиего дистиллированной водой и сушили центрифугированием.Полученную почти прозрачную маслянистую, жидкость растворяли в дихлорметане(20 об. %) и примерно на одну четверть заполнялиэтим раствором колонку. Избыток раствора удалялииз нее азотом; поток азота пропускали еще в течениенескольких часов для высушивания пленки неподвижнойфазы. Затем колонку подсоединяли к колбес твердым гидроксидом натрия, в которую предварительновводили 25%-ный раствор гидроксида аммония.Под действием избыточного давления газообразныйаммиак проходил сквозь колонку. После этогозакрывали оба конца колонки и в течение 24 ч выдерживалипри температуре 320 С С, продували дляочистки и кондиционировали. Есть сообщения, чтоизготовленные таким способом колонки обеспечивалиразделения нескольких стандартных смесей.3.6. НАСАДОЧНЫЕ КАПИЛЛЯРНЫЕИ МИКРОНАСАДОЧНЫЕколонки *Обычно насадочными капиллярными колонкаминазывают колонки, изготовленные вытягиваниемстеклянных трубок, предварительно неплотно заполненныхузкой фракцией твердого зернистого материала-носителя[29], а микронасадочными называютколонки аналогичных размеров, заполненные насадкойс нанесенной на нее неподвижной жидкой фазойуже после вытягивания капилляра** [30].Для колонок первого типа в качестве носителейможно применять лишь материалы, обладающие высокоймеханической прочностью и высокой термическойстабильностью; для колонок второго типа этих* Более подробно колонки этого типа рассмотрены в дополнении.— Прим. ред.** Указанная терминология для капиллярных колонок, заполненныхсорбентом, не удачна, так как по смыслу используемыхтерминов различие между, указанными колонками состоитНанесение слоя жидкой фазы на поверхность колонки 57ограничений нет. По емкости и эффективности колонкиобоих типов занимают промежуточное положениемежду насадочными колонками и колонкамитипа OHC. Как правило, внутренний диаметр этихколонок менее 1,0 мм. Считают, что они имеют несколькопреимуществ: относительно малый перепаддавлений, относительно высокая эффективность разделения,непосредственный ввод проб в них (см. ниже)не представляет труда. Для микронасадочныхколонок подходят любой носитель и любая неподвижнаяжидкая фаза. Вследствие повышенной емкостиэти колонки вполне годны для работы в комбинациис масс-спектрометрами или для других целей, когданеобходимо выделять разделенные фракции или подвергнутьэлюент чувствительному анализу.Преимущества этих колонок обсуждал Кайзер[31], а Брунер и сотр. [32] описали способ заполненияих графитированной сажей. В более поздней работе[33] Брунер и сотр. описали метод изготовлениямикронасадочных колонок со значениями п до 30 000и величины h до 0,45 мм и продемонстрировали разделениена таких колонках разнообразных продуктов.Березкин и сотр. [34] изготовили короткие микронасадочныеколонки и на них изучали влияние диаметраколонки и скорости потока газа-носителя (гелия иазота) на ее рабочие характеристики.Литература1. Dijkstra G., DeGoey J., in «Gas Chromatography 1958»(D. H. Desty, ed), pp. 56—58, Butterworths, London, 1958.2. Blomberg L., Chromatographia 8, 324 (1975).3. Simon J., Szepesy L., J. Chromatogr., 119, 405 (1974).только в размере зерен насадки (насадочные и микронасадочныеколонки), а не в характеристике природы используемой насадки(твердая фаза или жидкая фаза на твердом носителе). Поэтомуцелесообразно капиллярные колонки, заполненные любым сорбентом,называть или насадочными капиллярными колонками, иликапиллярными колонками с насадкой. [См., например, БерезкинВ Г. Школина Л. А., Липавский В. H., Сердан А. А., Усп.химии, 47,' 1875 (1978).] - Прим. ред.

58 Глава 34. Novotny M., Barlie К. D., J. Chromatogr., 93, 405 (1974).5. Schomburg G., Husmann H., Chromatographia, 8, 517 (1975).6. Bouche /., Verzele M., J. Gas Chromatogr., 6, 501 (1968).7. Verzele M., Verstappe M., Sandra P., van Liichene E., Vuye A.,J. Chromatogr. Sci., 10, 668 (1972).8. Roeraade J., Personal communication.9. Roeraade J., Chromatographie, 8, 511 (1975).10. Sandra P., Verzele M., van Luchens E., Chromatographia, 8,499 (1975).11. Novotny M, J. Chromatogr. Sci., 8, 390 (1970).12. Harrison I. T., Anal. Chem., 47, 1211 (1975).13. Golay M. J. E., in «Gas Chromatography 1958» (D. H. Destyed.), pp. 36—55, Butterworths, London, 1958.14. llkova E. L., Mistryukov E. A., J. Chromatogr. Sci., 9, 569(1971).15. Jennings W. G., Wohleb R., Chem. Mikrobiol. Technbl. Lebensm.,3, 33 (1974).16. Jennings W. G., Yabamoto K., Wohleb R. H., J. Chromatogr.Sci., 12, 344-(1974).17. Schulte E., Chromatographia, 9, 315 (1976)."• 18. Nota G., Goretti G. C., Armenante M., Marino G., J. Chromatogr.,95, 229 (1974).19. Watanbe C., Tomita H. J., J. Chromatogr. Sci., 13, 123 (1975).20. Halasz I., Horvdth C, Anal. Chem., 35, 499 (1963).21. Nikelly J. G., Anal. Chem., 44, 633 (1972).22. Blumer M., Anal. Chem., 45, 980 (1973).23. Kaiser R., Chromatographia, 1, 1 (Ш68).24. Van Hout P., Szafranek /., Pffaffenberger C. D., Horning E. C ,J. Chromatogr., 99, 103 (1974).25. Grant D. W., J. Gas Chromatogr., 6, 18 (1969).26. Cronin D. A., J. Chromafbgr., 48, 406 (1970).27. Madani C, Chambaz E. Ai, Rigaud M., Durand J. ChebrouxP., J. Chromatorg., 12b, 161 (1976).28. Alexander- G., Rutten G. A. F. M., Chromatographia, 6, 231(1973).29. Halasz /., Heine E., Anal. Chem., 37, 495 (1965).30. Cramers C. A., Rijka J. A., Bocek P., J. Chromatogr., 65, 29(1972).31. Kaiser R., J. Chromatogr., 112, 455 (1975).32. Bruner F.. Ciccioli P., Bertoni G., J. Chromatogr., 90, 239(1974).33. Bruner F., Ciccioli P., Bertoni C, Liberti A., J. Chromatogr.Sci., 12, 758 (1974).34. Berezkin V. G., Shkolina L. A., Svyatoshenko A. T., J. Chromatogr.,99, 111 (1974).Глава 4СИСТЕМЫ ДЛЯ ВВОДА ПРОБВ КОЛОНКУ4.1. ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯНикакие достоинства самой хроматографическойколонки не могут компенсировать конструктивныедефекты хроматографической системы. Небольшиедефекты системы, которые можно не заметить приработе с большими скоростями потока газа-носителя,типичными для насадочных колонок, могут стать неприемлемымипри установке в систему колонкикапиллярных размеров. Особое внимание следуетобращать на те участки системы, которые имеютчрезмерно большие объемы, а также на мертвыеобъемы, которые чаще всего возникают в местах соединенияколонки с входным устройством хроматографаи с детектором.Колонки, для которых допустимы скорости потокагаза-носителя порядка 5—8 мл-мин -1 , включая микронасадочныеколонки, большинство колонок типовОЗНС, ОНПС, а также типа OHC большого диаметрамогут работать с обычными газохроматографическимисистемами, хотя предпочтительней такие модели, которыеимеют стеклянные, а следовательно, менее реакционноспособныеповерхности. Однако колонкималого внутреннего диаметра имеют наибольшуюэффективность при относительно малых скоростяхпотока газа-носителя. Оптимальная средняя скоростьпотока газа-носителя для колонки с внутренним диаметром0,25 мм может быть равна 6—12 см-с -1 , чтодля азота эквивалентно объемной скорости 0,18—0,35 мл-мин -1 . Если объем камеры для впрыскиванияили испарения проб минимален и равен, скажем, 1 мли если для выдувания из камеры всей пробы доста-

60 Глава 4точно равного ее объему газа-носителя (что представляетсявесьма сомнительным предположением),то для перенесения всего содержимого камеры в колонкупотребуется 3—5 мин. Зона пробы в началеколонки будет иметь ширину 3—5 мин, и каждоевещество, вступающее в процесс хроматографическогоразделения сразу после ввода в колонку, даст хроматографическийпик шириной самое меньшее 3—5 мин.Встретившись с подобным явлением, не один исследовательоткажется от использования колонок типаHC и вернется к работе с насадочными колонками.Есть два способа преодоления этого затруднения.4.2. ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕКОНЦЕНТРИРОВАНИЕ ПРОБЫЕсли температуру колонки понизить настолько,что константы распределения всех компонентов разделяемойсмеси станут очень большими, то концентрацииэтих компонентов в газе-носителе будут пренебрежимомалы. Эти условия, при которых вводимыев колонку вещества концентрируются в неподвижнойжидкой фазе в самом начале колонки и невступают в процесс хроматографического разделения,нужно поддерживать до тех пор, пока вся анализируемаяпроба не поступит в колонку из испарительнойкамеры. После этого температуру колонки можноподнять и начать хроматографическое разделениеузкой зоны пробы в начале колонки. Подробнее этотспособ-рассмотрен в гл. 11.По-видимому, уместно заметить, что подобныйпроцесс ввода пробы часто происходит помимо волиэкспериментатора и бывает причиной появления ложныххроматографических пиков, которые часто наблюдаютсяпри программировании температуры колонки.Высококипящие загрязняющие вещества изгаза-носителя, измерителей газового потока, соединяющихтрубок или мембраны медленно концентрируютсяв начальном участке холодной колонки, а затем,когда температуру колонки повышают, участвуютСистемы для ввода проб в колонку 61в процессе хроматографировання и дают ложные хроматографическиепики *.Разные причины появления таких пиков, а такжеспособы избавления от них обсуждаются в работеПерселла и сотр. [1]. Для этого применяют самоуплотняющиесяколпачки со скользящими пробками,устроенными так, что силиконовая резина находитсяв контакте с потоком газа-носителя лишь в моментвпрыскивания пробы, проводят тщательную очисткусоединительных трубок и измерителей потока, а такжеустанавливают ловушки в питающей линии газаносителянепосредственно перед входом в колонку.4.3. ВВОД ПРОБЫ В КОЛОНКУБЕЗ ДЕЛЕНИЯ ПОТОКАГАЗА-НОСИТЕЛЯНекоторые исследователи полагают, что описанныйвыше метод концентрирования пробы при низкойтемпературе и составляет основной принцип, которыйопределяет способ ввода проб без деления потока[2], за исключением того, что еще дополнительнотребуется продуть испарительную камеру для удаленияиз нее остатков пробы.Однако в действительности в основе способа вводапроб без деления потока лежит эффект растворителя,который впервые анализировал Харрис [3]. Комбинациюпредварительного концентрирования пробы иэффекта растворителя (см. ниже) применяли несколькоисследователей, однако способ ввода без деленияпотока можно реализовать и при постояннойтемпературе, и он отличается, как отмечает Гроб[4], от метода улавливания при низкой температуре.При выборе растворителя для ввода пробы этим способомнужно обращать внимание на его температуру* «Ghost peaks» (англ.), «Lorelei peaks» (нем.)—«пики-привидения».Автор приводит первую строку стихотворения Г. Гейне«Лореляй». «Ich weiss nicht was soil es bedeuten...» («Я не знаю,что это значит...»). — Прим. ред.

62 Глава 4кипения по сравнению с начальной температурой колонки,на тип неподвижной жидкой фазы и На природукомпонентов разделяемой смеси. Существенно,чтобы растворитель конденсировался в начале колонки,создавая на этом участке условия значительнойперегрузки, благодаря которым он может временноиграть роль неподвижной жидкой фазы. Еслитемпература кипения растворителя слишком мала посравнению с температурой колонки, то этого условиядобиться невозможно. Если же температура кипениярастворителя слишком высока, то это может препятствоватьего отделению от компонентов пробы в процессехроматографического разделения.Таким образом, при вводе пробы без деления потокапроисходит огромное (но временное) уменьшениевеличины р, характеризующей колонку, если считатьсконденсировавшийся растворитель неподвижнойжидкой фазой. Если сродство разделяемых веществк выбранному растворителю не слишком сильно отличаетсяот их сродства к неподвижной жидкой фазе,то соответствующие им величины KD остаются примернопостоянными. Поскольку величина KD для каждогоиз компонентов разделяемой пробы примерноодна и та же для выбранного растворителя и длянеподвижной жидкой фазы, а величина р очень мала,то значения k очень велики. Следовательно, каждыйкомпонент пробы сильно связан с жидкой фазой,а число молекул в потоке газа-носителя относительноневелико [выражения (1.1), (1.7), (1.9) и (1.10)].Перемещающийся в колонке передний фронт хроматографическойзоны разделяемой пробы встречает насвоем пути «жидкую фазу» все увеличивающейсяконцентрации и поэтому удерживается сильнее, чемзадний фронт этой зоны; в результате при правильнойреализации этого способа происходит сужениезоны разделяемой пробы. После удаления из колонкирастворителя, чего обычно можно добиться повышениемтемпературы колонки, восстанавливается обычноедля данной колонки значение р, обычные значенияk для компонентов разделяемой пробы и начинаетсяпроцесс хроматографического разделения.Газносигпель'Системы для ввода проб в колонку 63W/ь*• J-UРИС. 4.1. Устройство Шульте и Аккера [5] для ввода проб прирежиме работы без деления потока.В момент ввода пробы и небольшое время спустя трехходовый кранподдерживают в положении а. Затем для продувки вводной камеры (черезигольчатый клапан) кран переводят в положение б; тем временем введеннаяв хроматограф проба хроматографируется./ — игольчатый клапан; 2—мембрана; 3 — колонка.Чтобы предотвратить порчу колонки из-за перегрузкиее растворителем, можно применять растворитель,в котором довольно трудно растворяется неподвижнаяжидкая фаза. Это может способствоватьпоследующему отделению растворителя от компонентовразделяемой пробы, поскольку время удерживаниятакого растворителя в неподвижной жидкойфазе должно быть относительно небольшим. С другойстороны, этим нельзя злоупотреблять. Определеннуюнеподвижную жидкую фазу выбирают потому,что по отношению к ней компоненты разделяемойпробы имеют приемлемые значения KD- Есливыбрать растворитель, ;лишком отличающийся отнеподвижной жидкой фазы, то по отношению к нему

64 Глава 4значения KD компонентов пробы могут оказаться настолькомалы, что, несмотря на высокую концентрациюрастворителя, в процессе ввода пробы ее компонентыне будут удерживаться растворителем в достаточнойстепени.. Как и всегда, здесь необходимнекоторый компромисс.Шульте и Аккер [5] описали устройство для вводапроб, которое может работать как в режиме деленияпотока газа-носителя, так и в режиме без деленияпотока, причем для работы в последнем режимев нем предусмотрена возможность продувки потокомгаза-носителя (рис. 4.1). В настоящее время усовершенствованнаямодель такого устройства, оборудованнаякранами, приводимыми в действие соленоидами,имеется в продаже (рис. 4.7).Системы для ввода проб в колонку 65нении устройств, имеющихся в продаже. Линейностьхарактеризует качество работы делителя потока,когда он направляет в колонку лишь некоторую долювведенной пробы. В делителе, обладающем низкойлинейностью, происходит дискриминация в том смысле,что по-разному может происходить деление низкоивысококипящих веществ. Большинство данных, приводимыхв описаниях коммерческих делителей, отражаютвоспроизводимость деления потока, но нелинейность.Конструктивные характеристики делителей потокаобсуждаются в нескольких работах [10, 11]. До недавнеговремени большинство делителей, обладающих4.4. ДЕЛИТЕЛИ ПОТОКАГАЗА-НОСИТЕЛЯВторой способ, позволяющий избежать появленияшироких зон пробы в начальном участке колонки,базируется на применении делителя потока. Делениепоступающего в колонку газового потока позволяетс большой скоростью продувать испарительную камеруустройства для ввода проб и тем самым быстровыводить из нее разделяемые вещества и в то жевремя поддерживать ограниченную скорость потокав колонке. В противоположность распространенномумнению основная функция делителя газового потокасостоит не только в том, чтобы ограничивать размервводимой в колонку пробы; часто еще более важнаяфункция этого устройства заключается в том, чтобыобеспечить быструю продувку испарительной камерыдля того, чтобы вслед за зоной пробы в колонку поступалпоток чистого газа-носителя, а не поток, в которомконцентрация пробы убывает экспоненциально.В литературе было описано несколько конструкцийделителей потока [6, 7], причем обсуждались такжеи критерии для оценки линейности делителей потока[8, 9], которые часто неверно используют при срав-РИС. 4.2. Простой делитель входного потока с коаксиальной трубкой.Обычно верхний конец стеклянной трубки диаметром 6 мм заполняютмелкими стеклянными шариками (силанизованными), упругую графитовуюмуфту сдвигают вниз и возможно большую часть трубки делителя, включаяи участок, в котором происходит деление потока, помещают в нагреваемуюкамеру обычного газохроматографического устройства для ввода проб. Изотводящей трубки делителя диаметром — 0,15 мм можно изготовить держательдля хроматографической колонки. К концу этой трубки подсоединяютограничитель потока, в качестве которого можно использовать игольчатыйклапан, короткую дополнительную колонку или трубку с сужениями./—стеклянная трубка (диаметр 6 мм); 2 —графитовая муфта; 3— капиллярнаяколонка; 4— переходник (1/16 л 1/4 дм); 5—выводная трубка делителяиз нержавеющей стали.3 Зак. 673

66 Глава 4Системы для ввода проб в колонку 67рых происходят испарение, смешивание и расширение,можно было вынимать для периодической очисткии дезактивации (например, силанизации). Нарис. 4.3 показан делитель потока, обладающий почтивсеми такими свойствами [12], а на рис. 4.4 приведенацеликом стеклянная система для ввода проб,обладающая высокой линейностью [11, 13].При больших соотношениях деления потока можетпонизиться эффективность испарения пробы: еслигаз предварительно не нагреть, то высокая скоростьгазового потока охладит поверхности, на которыхдолжно происходить испарение. При неполномРИС. 4.3. Коммерческий цельностеклянный делитель входногопотока [10]./ — металлический капилляр со стеклянным покрытием; 2—стекловата;Л —насадка; 4—ограничитель; 5—пружина; 6—мембрана; 7—колпачок мембраны;8 — вспомогательная колонка; 9—корпус устройства; 10—нагревательныйблок.высокой линейностью, имели металлические поверхности,находящиеся в контакте с анализируемымивеществами, хотя и признавалось, что из-заэтого в них происходит перегруппировка и (или)разложение разделяемых веществ. Разумеется, подобныйнедостаток исключил бы основное преимуществостеклянных колонок — их инертность. На рис. 4.2показан простой делитель потока, который легкоизготовить из стекла; эта же конструкция применяетсяв системе, показанной на рис. 4.5. К сожалению,в работе этого делителя наблюдаются случаизначительной нелинейности. В идеале анализируемуюпробу нужно испарить, тщательно перемешать и непосредственноперед делением дать ей расшириться.За точкой деления необходимо иметь достаточныйбуферный объем для уменьшения флуктуации давления,которые могут возникать при испарении пробы.Желательно также, чтобы до момента деления вводимаяпроба вступала в контакт только со стекляннымиповерхностями и чтобы стеклянные камеры, в кото-носительРИС. 4.4. Цельностеклянный делитель входного потока высокойлинейности.Впервые описан Дженнингсом [H]; впоследствии был модифицирован дляработы с обычным нагреваемым устройством для ввода проб диаметром6 мм [13]./—графитовые муфты; 2—нагревательный блок; 3 — мембрана; 4 — стеклянныешарики; 5—стеклянная направляющая трубка; ¢-выходноеотверстие делителя; 7 —колонка.3*

68 Глава 4испарении компоненты вводимой пробы образуют туманили аэрозоль, и состав смеси в точке деления неявляется ни постоянным в процессе ввода пробы, нидостаточно представительным. Разумеется, это резкоснижает линейность.В некоторых устройствах для ввода пробы предусмотренавозможность выключения делителя потокав процессе ввода пробы, которая позволяет экономитьгаз-носитель. При работе с таким устройствомжелательно измерить скорость потока газа-носителяв колонке в тех условиях, которые наиболее характерныдля опыта, т. е. при выключенном делителепотока. При открывании первоначально закрытоговыходного отверстия делителя давление на ' входеи в начальном участке колонки падает. Газ-носитель.в начальном участке колонки начинает течь в обратномнаправлении до тех пор, пока в колонке не установитсяновый более низкий перепад давлений. (Привводе пробы описанным выше способом без деленияпотока это явление может причинить неприятности,если устройство плохо сконструировано и открыткран для продувки.) Поэтому необходимо включатьделитель за 1—2 мин до ввода пробы; кроме того,выходные отверстия делителя нужно держать открытымиопределенное время (обычно от 15 с до 2 мин)и после ввода каждой пробы. Даже если делительпрактически не работает, из его выходного отверстиянужно выпускать очень слабый поток газа со скоростью1—2 мл-мин -1 . Это препятствует обратнойдиффузии загрязнений через выводимый в атмосферугазовый поток, который может приводить к появлениюложных хроматографических пиков и к значительномуповышению уровня шумов. Схема такогоделителя приведена на рис. 4.5.На работу делителя потока могут влиять природаанализируемой пробы, размер пробы, температураиспарительной камеры и соотношение деления потока.Температура испарительной камеры должна быть повозможности ближе к температуре кипения наиболеевысококипящих компонентов разделяемой смеси.В противном случае могут наблюдаться отклоненияСистемы для ввода проб в колонку 69РИС. 4.5. Схема делителя потока, способного работать в прерывистомрежиме.При использовании делителя рекомендуется устанавливать адсорбционный фильтр так, как показано на рисунке./—колонка; 2—графитовые муфты; 3—сужение; 4—стеклянные шарики;5—мембрана; 6—выходная трубка делителя; 7—игольчатый клапан; в —поворотныйкран; 9—отверстие для постоянной продувки; 10—адсорбционныйфильтрот нормальной работы делителя, которые наиболеесильно проявляются при малых соотношениях деленияпотока. Подобные отклонения для смеси парафиновряда С13 — Cie с температурами кипения в интервале235—287 0 C показаны на рис. 4.6; во входнойчасти делителя газ находится под давлением, и приэтих условиях температуры кипения анализируемыхсоединений заметно выше. Температура входнойчасти делителя была равна 25O 0 C. При малых соотношенияхделения заметны отклонения от линейности,которые проявляются в дискриминации низкокипящихсоединений по отношению к высококипящим.При соотношениях деления выше 1 : 100 дискриминациягораздо меньше даже при низкой температуревходной части делителя. При более высоких темпера-

70 Глава 4П/ОО /:200 /=300Соотношение деления/:400РИС. 4.6. Влияние соотношения деления на линейность делителя.Температура делителя 250 0 C. Стандартная смесь: а—тридекан (т. кип.235°С); б—тетрадекан (т. кип. 254 0 C); в—пентадекан (т. кип. 271 0 C);г—гексадекан (т. кип. 287 0 C).турах влияние соотношения деления на работу делителястановится менее заметным. При температуре275 0 C линейность лучше при всех соотношениях деления,а при температуре 300 0 C существенной разницыв работе делителя при соотношениях деления1 : 100 и 1 :400 не наблюдается. Даже при температуре300 0 C можно было наблюдать отклонения отлинейности при очень малых соотношениях деления(1:10). Дискриминация этого типа может оказатьзаметное влияние на работу делителя, и поэтому простаяповторяемость результатов — не очень хорошийкритерий оценки его ч линейности.Таким образом, если не учитывать состав анализируемойпробы, можно выделить два фактора, оказывающихнаибольшее влияние на линейность делителя:соотношение деления (или внутренняя турбулентность)и температура. При фиксированных ипредельных скоростях газового потока в делителяхс узкими внутренними каналами и малыми объемамиСистемы для ввода проб в колонку 71должна развиваться большая турбулентность, преждечем испарившаяся проба расширится и разделится;следовательно, при малых соотношениях деления работатаких делителей должна нарушаться в меньшейстепени. Если имеется лишь ограниченное количествоанализируемой смеси и большие соотношения делениянедопустимы (см. ниже), то для повышения линейностиделителя можно поднять температуру еговходного участка. При анализе термически очень нестабильныхсоединений низкие температуры входногоучастка делителя можно компенсировать более высокимисоотношениями деления. При необходимостианализа небольшого количества смеси, содержащейнестабильное соединение, наилучшим может оказатьсяввод пробы без деления потока.Недостаток делителей потока в том, что основнаячасть анализируемой пробы выводится в атмосферуи не используется для анализа. Исследователь, изучающийследовый компонент, сбор которого потребовалзначительных усилий, может не пожелать выпускатьбольшую часть пробы в атмосферу. Однако применениеделителя потока в комбинации с колонкойтипа HC малого диаметра часто обеспечивает болеечувствительный анализ, чем колонка большего диаметрабез делителя потока, поскольку более узкиехроматографические зоны могут обеспечивать болеевысокое соотношение масса/время в' детекторе(см. ниже).Еще одна трудность возникает при анализе оченьвысококипящих соединений, которые могут образоватьаэрозоли в испарительной камере. Делители, используемыедля работы с аэрозолями, редко имеютвысокую линейность. Герман и Хорнинг [14] предлагалипроводить деление после того, как испарившаясяпроба пройдет сквозь предварительную короткуюколонку с насадкой из подходящего носителя,покрытого небольшим количеством неподвижнойжидкой фазы SE 30. Этим обеспечивается превращениев пар всего материала, поступающего в делитель.Кроме того, исключается загрязнение хроматографическойколонки нелетучими материалами, которые

72 Глава 4Системы для ввода проб в колонку 73ГазносительЯСтадия ввода пробы3РИС. 4.7. Коммерческое стеклянное устройство для ввода проб,способное работать в режиме с делением потока (а); и в режимебез деления потока (б). При работе с делением потокагаз-носитель поступает от регулятора потока; отделенная частьпотока отводится в атмосферу через регулятор давления. Такиедефекты, как износ мембраны, изменяют соотношение деления,но не давление на входе в колонку. Это позволяет получать болееточные данные анализа. (С разрешения фирмы HawlettPackard.)а: / — колонка; 2—игольчатый клапан; 3—регулятор давления; 4—регуляторпотока; б: 1 — камера для ввода пробы; 2—соленоидные краны;S—игольчатый клапан; 4—регулятор давления; 5—капиллярная колонка.Момент времени: 0 (начало отсчета); в: 1 — камера для ввода пробы;2—соленоидный кран; 3—игольчатый клапан; 4—отверстие для продувки;5—регулято{Пивления; 5—капиллярная колонка. Момент времени: (20-100 с).часто содержатся в биологических пробах. Наблюдающеесяпри этом некоторое расширение хроматографическихзон не слишком велико.Выходящий из делителя в атмосферу газовый потокследует пропускать вначале через адсорбционныйфильтр (как правило, активированный уголь), а затемчерез ограничитель потока (см. рис. 4.5) [15]. В качествеограничителя можно использовать обычный

74 Глава 4игольчатый клапан, работающий при комнатнойтемпературе, поскольку при этом не возникает проблем,связанных с конденсацией (из-за которой моглобы изменяться соотношение деления). Кроме того,фильтр препятствует загрязнению атмосферы лабораторииосновной частью вводимой пробы. Об этомследует помнить всегда и особенно при анализе токсичныхвеществ.При любом способе ввода пробы (с делением потокаили без него) весьма желательно, чтобы поступающаяв колонку проба отражала как качественно,так и количественно состав анализируемой пробы,введенной в испарительную камеру. На первый взглядтакой ввод пробы без дискриминаций или линейностьустройства для ввода легче обеспечить способомввода без деления потока, однако, как ни удивительно,это не всегда так. Многие опытные исследователиубеждены, что хорошо сконструированный инормально работающий делитель потока часто даетлучшие результаты. На рис. 4.7 показано имеющеесяв продаже устройство для ввода проб, которое можетработать как в режиме деления потока, так и безнего.Литература1. Pur cell J. E., Downs H. D., Ettre L. S., Chromatographia, 8,605 (1975).2. Schomburg G., Husmann H., Chromatographia, 8, 517 (1975).3. Harris W. E., J. Chromatogr. Sd., 11, 184 (1973).4. Grab К., Grob G., Jr. Chromatogr., 94, 53 (1974).5. Schulte E., Acker L., Z. Anal. Chem., 268, 260 (1976).6. Ettre L. 5., «Open Tubular Columns in Gas Chromatography»,Plenum Press, New York, 1965.7. Haldsz /., Schneider M., Anal. Chem., 33, 979 (1961). -8. Ettre L. 5., Aver ill W., Anal. Chem., 33, 680 (1961).9. Condon R. D., Ettre L. 5., «Instrumentation in Gas Chromatography»(J. Krugers, ed.). Centrex Publ., Eindhoven, The Netherlands,1968.10. Ettre L. 5., Kabot F. /., Anal. Chem., 34, 1431 (1962).11 Jennings W. G., J. Chromatogr. ScL, 13, 185 (1975).12. Hartigan M. /., Ettre L. S., J. Chromatogr., 119, 187 (1976).13. Jennings W. G., J. Food Chem., 2, 185 (1977).14. German A. L, Horning E. C, Anal. Lett., 5, 619 (1972).15. Jennings W. G., Adam S., Anal. Biochem., 69, 61 (1975).Глава 5УСТАНОВКАХРОМАТОГРАФИЧЕСКОЙ КОЛОНКИВ ХРОМАТОГРАФ5.1. ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯПодсоединить колонку к хроматографу нетрудно,если предварительно распрямить оба ее конца надлину в несколько сантиметров (рис. 5.1 и 5.2). К сожалению,выпрямление стеклянных капиллярных колонококружено какой-то тайной, и многие исследователисчитают эту процедуру очень трудной, требующейбольшого опыта и мастерства. В результатебыло разработано много методик, большинство изкоторых дают хроматографические системы невысокойэффективности. Чтобы исключить операцию распрямленияхроматографической колонки, некоторыефирмы-изготовители удлиняют и изгибают соединительныетрубки устройства для ввода проб и (или)детектора. Другие для подсоединения к хроматографуРИС. 5.1. Незакрепленная колонка, установленная в газовом хроматографеPackard 5720.Делитель входного потока типа показанного на рис. 4.4

76 Глава 5Установка колонки 77РИС. 5.2. Незакрепленная колонка, установленная в газовом хроматографесерии Packard 427.Делитель входного потока типа показанного на рис. 4.4. Вспомогательныйфотоионизационный детектор HNU, модель Р151.нераспрямленной колонки применяют удлинительныестеклянные или металлические трубки со стекляннымпокрытием и соединения с малым мертвымобъемом или размягчаемые нагреванием тефлоновыетрубки. Поэтому иногда хроматографические системыполучаются громоздкими и неуклюжими; в самомхудшем случае подобные ухищрения снижаютэффективность системы и приводят к значительномурасширению задних фронтов хроматографическихпиков. В подавляющем большинстве случаев установки,в которых концы колонки были распрямленытак, что один конец можно достаточно глубоко ввестив исправленную камеру, а другой подвести непосредственнок камере детектора, дают лучшие результаты,что видно из зависимостей типа приведенныхна рис. 6.2.Выпрямление — простая операция, не требующаяособого мастерства. Для этого нужно нагреть колонкунебольшим пламенем, расположив ее так,чтобы она распрямлялась под действием собственнойРИС. 5.3. Выпрямление концов колонки при помощи небольшогопламени.Этим способом был выпрямлен участок длиной 20 см выходного концаколонки, показанной на рис. 5.2; это позволило ввести выпрямленный конецколонки глубоко в фотоионизационную камеру.тяжести (рис. 5.3). Для выпрямления колонок из натрий-кальциевогоили мягкого стекла (к ним относятсяпрактически все колонки с травленой поверхностью)требуется пламя мягче, чем для колонок изборосиликатного стекла. Новичку кажется прощераспрямлять колонку, передвигая пламя от концак середине колонки, однако это может вызвать перемещениенеподвижной жидкой фазы в глубь колонкии закупорку ее. Предусмотрительнее начать разогревв 10—12 см от конца колонки и передвигать пламяк концу; разумеется, нужно следить за тем, чтобыколонка не перегревалась. После выпрямления

78 Глава 5следует осмотреть колонку через увеличительное стеклои убедиться в том, что в ней не возникли суженияи что неподвижная жидкая фаза под действиемсильного локального нагрева не переместилась и незаблокировала колонку. Обычно такая обработка нескольконарушает пленку неподвижной жидкой фазы,но эти нарушения, как правило, не дают серьезныхпоследствий. Только что установленная в хроматографколонка с выпрямленными концами дает двеотчетливые группы хроматографических пиков, которыеобусловлены, по-видимому, продуктами разложениянеподвижной жидкой фазы во входноми выходном участках колонки.Иногда в колонках, концы которых были выпрямленыпосредством нагревания, наблюдается расширениезадних фронтов хроматографических пиков.В некоторых случаях это, по-видимому, связанос тем, что обнажаются активные центры адсорбциина поверхности стекла, в других, возможно, обусловленоадсорбционными свойствами продуктов разложениянеподвижной жидкой фазы. В случае силиконовыхнеподвижных жидких фаз эта проблема встречаетсяреже, если выпрямление концов колонкивести в атмосфере инертного газа: один конец колонкиподсоединяют к источнику инертного газа(можно использовать устройство для ввода проб газовогохроматографа) и, пропуская поток азота илигелия сквозь колонку, выпрямляют другой ее конец.По сообщениям некоторых исследователей колонкис полигликольными неподвижными жидкими фазами(например, карбовакс 20M) дают лучшие результаты,если при выпрямлении через них пропускатьпоток воздуха.Другой способ избежать проблем, связанныхс расширением задних фронтов хроматографическихпиков, возникающим в результате выпрямления концовколонки, заключается в следующем. Выпрямленныйконец колонки подсоединяют к входномуустройству хроматографа и поднимают давление навходе до 0,5—1 атм. К другому концу колонки под-Установка колонки 79соединяют шприц объемом 1—2 мл, заполненныйраствором карбовакса 20 M в дихлорметане с концентрацией5—10 мг-мл -1 , выдавливают в нее из шприцапорцию раствора, преодолевая давление газа в колонке.Введенный раствор должен заполнить тольковыпрямленный участок колонки и не больше. Послеэтого, постепенно ослабляя усилие на поршеньшприца, добиваются того, чтобы раствор карбовакса20 M выталкивался из колонки давлением газа в нейсо скоростью примерно 1 см-с -1 , и продолжают продуватьколонку газом еще в течение примерно 1 ч.Затем всю процедуру повторяют с другим концомколонки. Карбовакс 20 M обладает достаточной поверхностнойактивностью и должен адсорбироватьсяи блокировать все активные центры. Влияние этойобработки на характеристики удерживания колонкинезначительно даже при использовании таких неполярныхнеподвижных жидких фаз, как SE 30 илиOV101.Концы колонки можно выпрямлять и при помощикороткой (длиной около 5 см) трубки из нержавеющейстали с внутренним диаметром примерно 3 мм,нагреваемой электрическим током. В лабораторииавтора для нагревания такой трубки используюттрансформатор от бормашины, который обеспечиваетток около 100 А при напряжении примерно 1 В, но ееможно нагревать также электрической спиралью илипламенем. Чтобы предотвратить поломку выпрямленногокапилляра, трубку можно смазать внутри порошкомграфита или дисульфида молибдена. (Дисульфидмолибдена применяют для смазки мотоциклетныхцепей.) Выпрямляемый конец колонки вводятв нагретую трубку и тут же вынимают (рис. 5.4).При использовании нагретой трубки гораздо режепроисходит перемещение или разложение неподвижнойжидкой фазы в колонке. В настоящее время разрабатываетсяпортативное устройство подобного типа,и скоро оно поступит в продажу.Для присоединения хроматографической колонкик входному устройству хроматографа обычно

80 Глава 5Установка колонки 81РИС. 5.4. - Выпрямление концовколонки при помощи электрическинагреваемой выпрямляющейтрубки.Источник электрического тока —трансформатор от бормашины, хотястоль же эффективна изолированнаятрубка, обмотанная нихромовой проволокой.применяли и применяют в настоящее время * муфтыиз силиконовой резины, свинца, специальных материалов(например, веспел) или муфты из графита.Муфты из силиконовой резины диаметром 3,5—4 ммлегко изготовить при помощи сверла для пробок. Такиемуфты удовлетворительно работают при температурахпримерно до 200 0 C, но при больших температурахбыстро теряют эластичность. Муфты изсвинца и материала веспел часто привариваютсяк колонке так, что при попытках снять муфту колонкаобычно ломается. Но это не опасно: небольшиеизменения длины колонки не сказываются заметнона ее эффективности, но муфту повторноиспользовать уже не удается. В этом смысле лучшемуфты из графитированного материала веспел, ноони недостаточно упруги, вследствие чего их требуетсяболее точно подбирать по размерам. Обычныеграфитовые муфты хрупки и часто ломаются приразборке соединения; в настоящее время в продажепоявились относительно недорогие более эластичныеграфитовые муфты; такая муфта прекрасно облегает* Vespel — полиимидный термостойкий (350 0 C) материал, которыйпроизводит фирма DuPont, — Прим. ред.Рис. 5.5. Вверху: широко применяют уплотнители из силиконовогокаучука, но они недостаточно термостойки и, кроме того,при затяжке гайки уплотнитель может сместиться и сломать колонку.Внизу: муфты из «упругого графита» при сжатии принимаютнужную форму и образуют термостойкое уплотнение; ихлегко можно удалить и использовать повторно.колонку, выдерживает температуры по меньшей мередо 599 0 C, и ее можно использовать повторно(рис. 5.5). В настоящее время идут испытания высокотемпературнойрезиновой муфты, которая скоропоступит в продажу и может оказаться наиболееэффективной.5.2. УНИФИЦИРОВАННЫЕ БЛОКИС недавних пор несколько компаний начали выпускатьунифицированные блоки или ячейки хроматографов,в которых стеклянная колонка обычно закрытапредохранительной металлической сеткой. Кайзер[1] предлагает блок кассетного типа, в которомимеется стеклянная хроматографическая колонка,приваренная к двум платиноиридиевым трубкамс коническими переходниками на концах; этот блокможно вставить в специально приспособленный для

82 Глава 5него газовый хроматограф. Для уменьшения перемешиванияуже разделенных соединений в соединительнойтрубке ее внутреннюю поверхность покрываютслоем неподвижной жидкой фазы, благодаря чемуэта трубка обладает хроматографическими свойствами.Однако недавно Гроб [2] отметил, что в определенныхусловиях даже благородные металлы способныпроявлять высокую химическую активностьтак, что в этих условиях можно наблюдать адсорбциюи разложение. Еще одно компактное устройство,недавно поступившее в продажу, включает также делительпотока и переходник для подсоединения к линиидополнительного газового потока. Все каналыэтого устройства, от ввода пробы до детектора, выполненыиз стекла (рис. 5.6). Оно отличается тем,что с его помощью можно быстро и без существенныхпеределок установить капиллярную колонку практическив любой газовый хроматограф, рассчитанныйна работу с обычными насадочными колонками,имеющими внутренний диаметр 3 или 6 мм.Для работы с хроматографом, в котором насадочнуюколонку заменили капиллярной, обычно требуетсяобеспечить регулируемый поток дополнительногогаза (азота) (см. ниже), установить делительпотока (за исключением тех случаев, когда используетсяунифицированный блок) и предусмотреть вы-Установка колонки 83РИС. 5.7. Детали, применяемые для переделки газового хроматографаVarian3700 для работы со стеклянной капиллярной колонкой.Сверху вниз и слева направо: держатель колонки, фиксатор колонки,делитель потока, переходник для потока вспомогательного газа, фиксаторколонки.РИС. 5.8. Две капиллярные колонки, установленные в газовомхроматографе Varian3700 при помощи деталей, показанных нарис. 5.7.РИС. 5.6. Унифицированный блок с делителем потока, входнымустройством для вспомогательного газа и кассетой для хроматографическойколонки.пуск газового потока после его деления. Обычно требуетсяеще байпасная линия для регулятора газовогопотока (если такой имеется). Для регулирования потоковвспомогательного газа и газа-носителя можнопользоваться ограничителями из коротких медныхтрубок. Для получения требуемой степени ограниченияэти трубки можно сплющить тисками, следя заскоростью потока у входа в детектор. Слишком силь-

84 Глава 5ное сужение можно исправить, обжимая трубку в другойплоскости.Для иллюстрации на рис. 5.7 приведены детали,применяемые для переделки стандартного хроматографаVarian3700 с нагреваемыми устройствами дляввода пробы диаметром 6 мм в варианте для работыс капиллярной колонкой, а на рис. 5.8 показан весьхроматограф после переделки.5.3. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ ГАЗДля пламенно-ионизационного детектора (ПИД)обычно оптимальны газовые смеси, состоящие из1 объема водорода и 1 объема азота на 10 объемоввоздуха. Значительные отклонения от оптимальногосостава газовой смеси приводят к нарушению условийсгорания анализируемых веществ, а меньшие отклоненияуменьшают чувствительность и величинусигнала детектора. Требующееся количество поступающейв детектор смеси газа-носителя с водородомопределяется размером сопла детектора; малое количествосмеси неспособно поддерживать пламя, слишкомбольшое — задувает его. Эти факторы учитываютпри разработке геометрической конфигурации и конструкцииэлектродов и воспламенителя. Большинствохроматографов с ПИД, поступающих в продажу, рассчитанына скорости потока газа-носителя порядка30—60 мл-с -1 плюс подаваемое эквивалентное количествоводорода. При установке в хроматограф капиллярнойколонки, рассчитанной на скорости потокав пределах 0,3—3 мл-с -1 , скорость газового потокауменьшается до 0,3—3 мл-с -1 и чувствительность детекторакруто падает, если не поддерживать величинуотношения объемов водорода и газа-носителяравной 1:1: в таких условиях пламя может погаснуть.Очевидный выход — применять вспомогательныйгаз так, чтобы суммарный поток этого газа и газаносителяимел требуемую скорость 30 мл-мин -1 ; затемк этому суммарному потоку можно подмешиватьпоток водорода с той же скоростью 30 мл-мин -1 . ДляУстановка колонки 85получения наилучших результатов анализа и уменьшениярасширения хроматографических пиков важно,чтобы вспомогательный газ поступал в систему в тойточке относительно колонки, которая указана нарис. 5.9. При анализе высококипящих компонентовцелесообразно предварительно нагревать вспомогательныйгаз. Иначе на этом важном участке хроматографабудут конденсироваться высококипящие компоненты,что приведет к значительному расширениюхроматографических зон и повышению уровня шумов.Этот дефект может проявиться также в появлениирасширенных хроматографических пиков с острымивыступами.Студенты иногда удивляются, обнаружив, что добавлениевспомогательного газа (вполне логично онирассматривают это как разбавление) приводит кВодородВспомогательныйгазРИС. 5.9. Схема идеального расположения входного конца колонкиотносительно точек ввода вспомогательного газа и водорода./ — переходник; 2— струя пламени; 3—графитовая муфта; 4—колJIIKа,

86 Глава 5повышению чувствительности. Объясняется это, конечно,тем, что ПИД чувствителен к скорости поступленияв него массы вещества, а не к концентрации;при использовании вспомогательного газа в колонкупоступает то же количество вещества, что и прежде,но с большей скоростью, причем эту скорость выбираюттакой, при которой чувствительность детекторамаксимальна. Аналогичным образом следует рассеятьсомнения исследователя, который получал едва различимыехроматографические пики, работая с насадочнойколонкой и вводя большие пробы; он полагает,что при малых пробах, годных для колоноктипа HC, хроматограф вовсе потеряет чувствительность.Колонка типа HC дает очень узкие хроматографическиезоны разделяемых компонентов, благодарячему скорость поступления вещества в детекторчасто получается высокой, и детектор дает интенсивныйи короткий сигнал. На хроматограмме получаютсявысокие узкие пики в противоположность низкимшироким пикам, которые получаются при разделениибольших проб на насадочной колонке.5.4. ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКАКАЧЕСТВАХРОМАТОГРАФИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫДля оценки эффективности системы удобно пользоватьсясмесями углеводородов, поскольку они относительноневосприимчивы к адсорбционным взаимодействиямс поверхностью аппаратуры, вызывающимрасширение хроматографических зон. Для проведенияпервого теста в систему обычно вводят метан, которыйможно использовать и для регулировки скоростигазового потока в колонке. Для начала рекомендуетсяустановить линейную скорость потока, равную15 см-с -1 для азота в качестве газа-носителя или30 см-с -1 для гелия. Метан должен давать иглоподобныйхроматографическии пик; если это не так, тонужно выяснить и устранить неисправность системы.Наиболее вероятная причина искажения пика ме-Установка колонки 87тана — наличие мертвых объемов во входном устройствехроматографа или в блоке детектора. Еслиимеется делитель потока, то может оказаться слишкоммалым соотношение деления; при вводе пробыбез деления потока причина может крыться в недостаточнойочистке испарительной камеры при ее продувании.Последнее может быть связано со смещением,отсутствием или поломкой направляющейтрубки устройства для ввода проб, поскольку приэтом образуются мертвые пространства, содержимоекоторых медленно диффундирует в поток газа-носителя.Во всех этих случаях ввод пробы в колонкуполучается растянутым во времени, и даже для метанаполучается искаженный асимметрический хроматографическиипик. Чрезмерная затяжка гайкисоединения колонки с детектором может привестик появлению трещин в соединительной муфте илиможет произойти сдвиг колонки из-за смещениямуфты из силиконовой резины. Если это происходит,то разделенные в колонке вещества частично вновьперемешиваются, прежде чем они медленно продиффундируютв поток вспомогательного газа, и вследствиеэтого тоже получаются более широкие хроматографическиепики. Если дефект не столь серьезен, напримерочень небольшой мертвый объем во входномустройстве или выходное отверстие колонки расположенона 1—2 мм ниже входного отверстия для газаносителя,хроматографические пики могут быть хорошейформы, но иметь слегка растянутые задниефронты.После того как получены хорошие результатыс метаном, в хроматограф следует ввести смесь углеводородовгомологического ряда, температуры кипениякоторых немного выше температур кипения соединений,предназначенных для анализа; введениев стандартную смесь одного или двух спиртов можетоблегчить обнаружение нежелательных явлений, связанныхс адсорбцией. Сильное расширение болеепоздних хроматографических пиков может быть обусловленонедостаточно высокой температурой входногоустройства, или детектора, или недостаточным

88 Глава 5предварительным подогревом вспомогательного газа.Асимметрическое расширение задних фронтов всехпиков наблюдается, когда входное устройство или начальныйучасток колонки загрязнены материалом,в котором растворяется анализируемая проба. Подобныедефекты могут быть вызваны крошкамимембраны из силиконовой резины, попавшими вовходное устройство или застрявшими в колонке,а также сгущениями неподвижной жидкой фазы в колонке.Хорошая форма хроматографических пиковуглеводородов и расширение заднего фронта, вызываемоеспиртом, таким, как гексанол-1, свидетельствуето наличии адсорбции в системе. Иногда адсорбциюможно предотвратить силанизацией каналоввходного устройства, но если адсорбция идет в самойколонке, то необходимы соответствующие добавкив процессе нанесения неподвижной жидкой фазы.Для предварительной оценки качества хроматографическойсистемы и последующих регулярныхпроверок ее стабильности Гроб [3] рекомендует пользоватьсястандартными смесями двух разных типов.Одна из этих смесей, предназначенная для оценкиполярности, состоит из нонанона-5, октанола-1, нафталинаи четырех углеводородов — последовательныхчленов гомологического ряда. Для колонок используютуглеводороды Сэ, Сю, Сц и Ci2, а для наиболееполярных — Ci3, Cu, C15, Си. Полярность колонкиопределяют по положению хроматографических пиковпервых трех компонентов стандартной смеси относительнопиков алканов, т. е. по индексам удерживанияэтих компонентов. Форма этих пиков и их высотапо сравнению с высотой пиков алканов позволяютсудить об адсорбции в системе. Другую стандартнуюсмесь, представляющую собой раствор 2,6-диметиланилинаи 2,6-диметилфенола в гексане, применяютдля проверки того, является ли данная колонка практическинейтральной или проявляет кислотные илиосновные свойства.Если хроматографические пики всех компонентовстандартной смеси симметричны и степень разделенияудовлетворительна, то система готова к работе.Установка колонки 89Небольшими изменениями скорости потока газа-носителяможно добиться заметного роста эффективности;для проведения трудных разделений или в случаях,когда требуется максимальная эффективность,рекомендуется испытать две или три скорости газовогопотока в диапазонах и = 8—25 см-с -1 для азотаи и = 20—40 CM-C- 1 для гелия (см. рис. 8.3—8.5).Для первоначального анализа сложных природныхвеществ или для разделения соединений, обладающихблизкими характеристиками удерживания, рекомендуетсяприменять высокоэффективные хроматографическиесистемы, работающие в оптимальных условиях.Как уже было отмечено в гл. 1 и 3, эффективностьколонки можно повысить путем уменьшения толщиныпленки неподвижной жидкой фазы до минимума, прикотором емкость колонки еще достаточна для нормальнойработы детектора, и путем уменьшения диаметраколонки. Оба эти изменения приводят к изменениювеличины р, характеризующей колонку. Уменьшениевнутреннего диаметра колонки лимитируетсяростом перепада давлений на ней, который обратнопропорционален квадрату диаметра колонки. Разумеется,эти величины можно изменять лишь в процесссеизготовления колонки, но не при работе с готовымхроматографом.Литература1 Kaiser R., J. Chromatogr., 112, 455 (1975)2 Grob К., Chromatographia, 9, 509 (1976).3. Grob К., Grob G., Chromatographia, 4, 422 (1971).

Измерение эффективности колонки 91Глава 6ИЗМЕРЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИХРОМАТОГРАФИЧЕСКОЙ КОЛОНКИ6.1. ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯСледует еще раз отметить тот факт, что измеренияэффективности колонки большинством способов отражаютне только эффективность самой колонки, нои эффективность хроматографической системы в целом.Входное устройство, соединения колонки с хроматографом,положение точки ввода в систему вспомогательногогаза, недостатки в характеристиках газовогопотока, которые часто связаны с наличиеммертвых объемов, трещин в каналах устройства дляввода проб или наличием соединительных линий,иными словами все, что с момента ввода пробы дорегистрации хроматографического пика оказываетвлияние на разделение и вызывает расширение пикови перемешивание уже разделенных компонентов пробы,все это вносит вклад в данные при измеренииэффективности.Несмотря на то что большинство исследователейпризнают несовершенство понятия теоретической тарелки(см. ниже), его все еще широко применяют дляописания эффективности колонки. Колонки, поступающиев продажу, бывают обычно номинальнойдлины, и в их паспорте иногда указывают соответствующеегарантированное число теоретических тарелок(или, очень редко, число эффективных теоретическихтарелок). Число теоретических тарелок представляетсобой некоторую информацию для покупателя;как правило, колонка с большим числом теоретическихтарелок способна обеспечить лучшее разделениеОднако эта характеристика зависит и от природыфункциональной группы стандартного со-единения, и от соответствующей ему величины k(см. рис. 1.3). Иногда поставляют колонки, указываядля них лишь число эффективных теоретических тарелокбез указания длины колонки. В других случаяхуказывают длину колонки и не указывают величиныN или H, но такая информация ничего не говорито разделительной способности колонки; разделениена более длинных колонках требует большего времени.В идеале стремятся к возможно большемучислу эффективных теоретических тарелок при малойдлине колонки. Иногда эффективность колонки описываюткак число теоретических тарелок на одинметр длины колонки, причем эту величину используюткак критерий оценки эффективности нанесенияслоя неподвижной жидкой фазы. Эттре [1] описываеттеоретически максимально достижимую эффективностьколонки типа HC соотношением вида. г 1 + 6fe -+- llfe 2 i'A lR nrtmln- Г 0 [ 3(l + fe) 2 J •(ЬЛ 'Согласно этому соотношению, при идеальном нанесениипленки неподвижной жидкой фазы в колонке(предполагая k = 4) получают эффективности, приведенныев табл. 6.1. На практике иногда получаютбольшие эффективности, но это бывает редко. Фактическикаждую из этих величин можно рассматриватькак цель, которую не столь легко достигнуть,причем опыт показывает, что на неполярных колонкахэто осуществить легче, чем на полярных.Таблица 6.1г„ (мм)0,050,100,1250,250,3750,50ft min0,080,160,200,410,610,82"max/-"12.50062505000244016401220я т1п0,130,260,320,640,961,28"max/-"77003850312515601040780

92 Глава 6Измерение эффективности колонки 93При использовании перечисленных выше способовописания эффективности обычно принимают, что значенияэффективности аддитивны: если колонке длиной20 м с эффективностью" 3000 теоретическихтарелок на 1 м соответствует 60 000 теоретических тарелок,то колонке с таким же слоем неподвижнойжидкой фазы длиной 60 м будет соответствовать180 000 теоретических тарелок, значительно превышающееполовину числа теоретических тарелок, соответствующегоцелой колонке.-U). 0,S(A)-At,-Oi. 'O1 S(B)6.2. ЧИСЛО РАЗДЕЛЕНИЙОбсудив несовершенство описанных выше способовоценки эффективности, Кайзер в работе [3] отметилпреимущества использования для этой целичисла разделений *, впервые предложенного Туркельтаубоми Жуховицким [4]. Соответствующий способоценки эффективности, применимый и для разделенийс программированием температуры, дает болеереалистическую меру эффективности колонки, причемдля его осуществления можно пользоваться стандартнымисоединениями того же типа, что и анализируемыесоединения. На практике разделение двух членовгомологического ряда, различающихся одной СНггруппой,рассчитывают по формуле (рис. 6.1)TJ-=/ *( С "+'>~ Л ( С "> -1, (6.2)Щ,5(С п ) + »0.5 (C n+1 )Ввиду того что число разделений зависит от коэффициентовемкости стандартных соединений, этивеличины также следует указывать. Определеннуюроль играет и сродство стандартных соединений к неподвижнойжидкой фазе; при использовании жидкойфазы карбовакс 2OM спирты всегда характеризуются* Separation number (англ.), Tnenzahl (нем.). — число разделений.•— Прим. ред.РИС. 6.1. Метод определения числа разделений.TZ = Ш 0,5 (А) + Ю 0,5 (В) — 1,где А и В — два гомолога, различающиеся на одну метиленовуюгруппу.большим числом разделений, чем эфиры или углеводороды.Как отмечал Кайзер [5], число разделенийне следует путать с критерием разделения; это совершенноразные понятия.Если для определения числа разделений взять двауглеводорода гомологического ряда и учесть, чтов системе индексов удерживания Ковача эти углеводородыразличаются на 100 единиц, то можно рассчитатьчисло разделений, требующееся для разделениядвух соединений с известными индексами удерживанияTZ = 100д/ -1. (6.3)Так, для разделения бутил-2-метилбутаноата(/юо°с= 1234) и «-пентанола (/«Vc — 1237) требуетсяколонка, характеризующаяся числом разделенийTZ = 10031-32.

94 Глава б6.3. ДРУГИЕ ПОНЯТИЯ,ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДЛЯ ОПИСАНИЯХАРАКТЕРИСТИК КОЛОНКИХроматографисты-практики уже давно ощущаютнеудовлетворенность установившимися способамиоценки качества работы хроматографической колонки.Данные измерений как числа теоретическихтарелок, так и числа эффективных теоретических тарелок,по сути, не дают никакого представления0 действительной эффективности, особенно в условияхпрограммирования температуры. Более точноепредставление дает число разделений, но значенияэтого критерия характеризуют лишь ограниченнуюобласть хроматограммы, поскольку они зависят откоэффициентов емкости стандартных соединений. Ниодин из соответствующих способов оценки качестваколонки не позволяет оценить продолжительностьанализа, а во многих случаях такая информациячрезвычайно важна.Паушман [6] предложил новый способ оценкиэффективности колонки, опирающийся на взаимосвязьнескольких хроматографических величин. Кайзер[7] предложил использовать для этой цели величину,названную им мощностью разделения SP, равнуюотношению суммы чисел разделений для нормальныхуглеводородов по всей шкале индексов удерживанияот / = 100 до предельного значения для данной системык исправленному времени удерживания последнегопика хроматограммы:YTZSP= 4 • (6.4)'/{finalЕсли t'n выражено в минутах, то величина SP равначислу хроматографически разделенных соединений за1 мин на данной колонке, т. е. в этой величине учитываетсявременной фактор.Недавно Кайзер [5] предложил несколько новыхспособов оценки эффективности колонки. Приведяаргументы против использования числа теоретическихИзмерение эффективности колонки 95тарелок и числа эффективных теоретических тарелокв качестве критериев оценки эффективности, он ввелновую величину n ac tuai, определяемую следующим образом.На оцениваемой колонке проводят анализряда соединений, точно измеряют ширину полученныххроматографических пиков на половине высотыи строят график зависимости этой величины от коэффициентаемкости. Для построения графика пользуютсяметодом наименьших квадратов. После этогопутем экстраполяции находят ширину хроматографическихпиков на половине высоты для гипотетическихвеществ, обладающих коэффициентами емкости k,равными 0 и 10. Пусть полученные величины равныЬ 0 и 6ю соответственно. Тогда величину «actual вычисляютпо формуле"•*"•• = 5 5'4 (l^)- < 6 - 5 >Поскольку /«(Ю) — исправленное время удерживаниявещества с k == 10 и k = t'^tм^о формулу (6.5) можнозаписать в видея «*"- 5 ' и Ь^г)-(6 - 6)Соответствующее значение числа разделений имеетвид."'•-(•иг)- 1 -(6 - 7)Затем Кайзер расширил это понятие, введя величинумощность числа разделений (TZt), в которойучитывается временной фактор. Определение ее опираетсяна тот факт, что с момента ввода до моментавыхода из колонки вещества, характеризующегосявеличиной TZi 0 , проходит (10-J-I)Un. единиц времениTZ t = -^-. (6.8)мВеличины 7ZiO и «actual можно связат ьмежду собойследующим образом. Перепишем выражение

96 Глава б(6.6) в видеИзмерение эффективности колонки 97lO tM = («actual)''« = - ^ = " = (Ь 10 - Ьо), (6.9)и выражение (6.7)—в видеlOt M = (TZ 10 +l)(b 10 +b Q ). (6.10)Приравнивая последние выражения и производя перегруппировкучленов, получимTZ 10 = 0,425 ( *;; ~^о° ) (л.ctu.0* - 1. (6.11)Введенную Кайзером величину можно использоватьи для того, чтобы, установить, сколько хроматографическихпиков, более или менее равномернораспределенных в интервале значений индекса удерживания,равном 100, можно получить на даннойколонке с учетом ее полярности^ , 0 0 = 7 ^ - 1 . (6.12)В этом выражении I 2 и Л — индексы удерживаниядвух разделенных веществ.В дополнение к этому Кайзер [8] суммировал некоторыеприведенные выше результаты и логическиобосновал введение понятия реальное качество разделенияхроматографической системы. В этой величинеучитываются два фактора, которые видны изрис. 6.2. Один из них —степень расширения хроматографическихзон, связанная с ростом коэффициентаемкости и характеризуемая тангенсом угла наклонапрямой, подобной представленным на рис. 6.2:. 1 VДругой фактор — величина отрезка Ьо, отсекаемогопрямой на вертикальной оси; на эту величину оказываютзначительное влияние такие несовершенствасистемы, как слишком малое соотношение деленияпотока на входе, наличие мертвых объемов, неудачноерасположение входного отверстия для потокаРИС. 6.2. Графики для оценки работы колонки по Кайзеру [8].Углы наклона прямых определяются главным образом эффективностьюсамоа колонки, а величина отрезка, отсекаемого прямой на оси ординат,характеризует в основном эффективность всей хроматографической системы.а —высокоэффективная колонка в хорошей хроматографической системе;б—менее эффективная колонка в хорошей хроматографической системе;в—высокоэффективная колонка в плохой хроматографической системе. Посколькуk не зависит, а а> 05 зависит от длины колонки, то подобные простыеграфики для разных колонок не сравнимы (см. текст).вспомогательного газа относительно выходного концаколонки, чрезмерный объем соединительных трубоки другие. Для получения хороших результатов анализатребуется хроматографическая система, для которойпрямая типа приведенных на рис. 6.2 имеетмалый наклон и пересекает вертикальную ось по возможностиближе к началу координат.Периодическая оценка качества системы по способуКайзера может принести большую пользу, таккак при этом исследователь имеет возможность вовремяобнаружить ухудшение свойств хроматографическойколонки или такие неисправности, как поломкатрубки делителя потока, проявляющаясяв возрастании величины 6 0 - Применимость этого способадля сравнения колонок ограничена, посколькудля колонок разной длины соответствующие им графикиимеют разные наклоны. При одних и тех жесоотношениях фаз и условиях разделения величина k4 Зак. 673

98 Глава 6не зависит от длины колонки, но ширина хроматографическогопика пропорциональна корню квадратномуиз длины колонки. Данные, приведенные втабл. 6.2, получены экспериментально с применениемТаблица 6.2Глава 7ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕЛИЧИНУДЕРЖИВАНИЯL (т) n a h т Ьц Ьщ85 224 300 0,38 0,53 0,58 5,910 28 000 0,36 0,49 0,29 2,13,5 10 700 0,33 0,15 0,21 1,7аВеличина k для стандартного соединения равна 5,5.отрезков одной и той же колонки общей длиной 80 м.Несмотря на то что эти данные не полностью согласуютсяс результатами теоретических вычислений,расхождения находятся в пределах ошибки экспериментаи подтверждают выводы автора. Полученныезначения т. и Ь 0 для коротких отрезков колонки достаточнохороши, однако ясно, что целая колонкаобладает гораздо большей эффективностью разделения.Литература1. Ettre L. S., «Open Tubular Columns in Gas Chromatography».Plenum Press, New York, 1965.2. Grob K., Grob G., J. Chromatogr. Sei., 7, 515 (1969).3. Kaiser R., Anal. Chem., 189, 1 (1961).4. Turkeltaub N. M., Zuchowitzkij A. A., «Fortschrifsberichte GasChromatographie 1959», Akad. Verlag, Berlin, 1961.5. Kaiser R., Chromatographia, 9, 337 (1976).6. Pauschmann H., Chromatographia, 9, 517 (1976).7. Kaiser R., Chromatographia, 8, 491 (1975).8. Kaiser R., Chromatographia, 9, 463 (1976).7.1. ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯУдерживание вещества в процессе хроматографическогоразделения наиболее точно описываетсяудельным удерживаемым объемом (приложение I).Эта величина представляет собой объем газа-носителя(приведенный к 0°С), требующийся для переносаэтого вещества сквозь хроматографическую колонку.При вычислении ее учитывают температуруколонки, скорость потока газа-носителя, перепад давленийна колонке и количество находящейся в нейнеподвижной жидкой фазы. Ввиду того что некоторыеиз этих параметров не всегда известны, а другие(такие, как количество неподвижной жидкой фазыв колонке) могут изменяться от анализа к анализу,удельный удерживаемый объем — величина, неудобнаядля практической работы. Большинство хроматографистов-практиковпредпочитают работать с относительнымихарактеристиками удерживания, выражаяудерживание данного анализируемого веществаотносительно удерживания некоторого стандартноговещества.Хорош© известно, что для членов гомологическогоряда в изотермических условиях график зависимостилогарифма исправленного времени удерживания отмолекулярной массы вещества имеет вид прямой.Этот факт широко используют, и на нем основанысистемы индексов удерживания, обсуждение которыхбудет проведено в дальнейшем.4*

100 Глава 77.2. ВЫЧИСЛЕНИЕМЕРТВОГО ВРЕМЕНИПетерсон и Хирш [1] удачно использовали отмеченныйвыше факт и разработали способ вычислениявеличины, tut- Этот способ особенно полезен тем, чтопрактически во всех методиках определения характеристикудерживания используют исправленные временаудерживания, для вычисления которых необходимознать величину t M . Согласно способу Петерсонаи Хирша, в колонку вводят смесь трех членов гомологическогоряда X, Y и Z, такие, что различия в длинахцепи молекул Y и X, а также ZHY одинаковы.Величину tM вычисляют по формуле/ _ ( 1 R (Y)) 2 ~ (*Я (X)^R (Z)) п , v2tR(Y) — (tR (X) + tR (Z))Хакен и сотр. [2] отмечали, что даже небольшиеошибки в определении tM могут оказать существенноевлияние на величины индексов удерживания. Сравнивнесколько способов определения этой величины, ониустановили, что в применении к углеводородам методнаименьших квадратов обеспечивал ту же точностьрезультатов, что и итеративные методы. В работеавтора наиболее удовлетворительным оказался предложенныйРийксом [3J способ определения по переднемуфронту хроматографического пика метана.7.3. СИСТЕМА ИНДЕКСОВУДЕРЖИВАНИЯ КОВАЧАСистема индексов удерживания, предложенная Koвачем[4], получила наибольшее распространение посравнению с другими системами. По этой системелюбому соединению ставится в соответствие гипотетическийнормальный углеводород, обладающий аналогичнымихроматографическими свойствами и содержащийнекоторое промежуточное число атомовуглерода. По определению (приложение I) индекс /АОпределение величин удержания 101соединения А вычисляется по формуле/A = 100JV + 10On Х^Ш~^УТ• ( 7 - 2 >где FR (jv+n) и К«(^) —исправленные удерживаемыеобъемы углеводородов с N + п и N атомами углеродав молекуле соответственно, такие, что значение исправленноговремени удерживания соединения Л Kj? находится в промежутке между Ущю и Ущы+п)-Ввиду того что на практике трудно работатьс удерживаемыми объемами и, кроме того, важноучитывать природу используемой неподвижной жидкойфазы и температуру анализа, большинство исследователейпользуются измерениями времен удерживанияи вычисляют значения индексов удерживанияпо формуле/g=100/V+100л lg fo*)-lg%) , (7.3)где Il — индекс удерживания на неподвижной жидкойфазе а при температуре Ь, а исправленные временаудерживания соответствуют удерживаемымобъемам в формуле (7.2). Как правило, лучше таквыбирать стандартные углеводороды, чтобы п былоравно 1. По определению индекс удерживания углеводородаравен 100/V независимо от природы неподвижнойжидкой фазы; так, для гексана / = 600,а для декана I = 1000. Недавно было опубликованохорошее изложение системы Ковача [5].7.4. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫНА ИНДЕКСЫ УДЕРЖИВАНИЯЗа исключением соединений с большой молекулярноймассой и при высоких температурах, влияниетемпературы на индексы удерживания не слишкомвелико для большинства функциональных групп набольшинстве неподвижных жидких фаз. Иными словами,изменения температуры одинаково влияют на

102 Глава 7во°сL_L_L_Uа/20 "С/0O 0 C__L_iLВремя—*•6Ъ гРИС. 7.1. Влияние температуры колонки на величины относительногоудерживания и порядок элюирования компонентов.а — пентилацетат; б — изобутил-2-метилбутаноат; в — метилгексаноат;г—3,2-метилбутилпропионат; д — метилбутанол; е—бутилбутират. Неподвижнаяжидкая фаза —карбовакс 2OM.величину коэффициента распределения большинствасоединений. Это влияние особенно мало, когда анализируемоеи стандартное соединения имеют аналогичныефункциональные группы. Что касается соединенийсредней молекулярной массы, то наибольшиерасхождения в зависимостях от температуры наблюдаютсямежду высокополярными соединениями (например,спирты) и углеводородами. При разделениисмесей соединений с разными функциональнымигруппами на полярной неподвижной жидкой фазе приразличных температурах могут наблюдаться разныепоследовательности выхода разделенных соединений[6] (рис. 7.1). Изучая влияние температуры на индексыудерживания Ковача, Эттре [7] установил, чтос повышением температуры величины индексов удерживанияизменяются по гиперболическому закону.ЭеJLJ- L-Определение величин удержания 103Однако в интервале температур, равном ~50°С, этазависимость примерно линейна и может быть описанав видеД//10°С= ( ;;Г^;, 0 , (7.4)где А//10 0 C-прирост индекса удерживания, соответствующийизменению температуры на 10°С, 7%и Т\ — верхняя и нижняя границы рассматриваемогоинтервала температур.С другой стороны, значения индексов удерживаниявысокомолекулярных соединений, таких, как стеролы,могут заметно изменяться в зависимости от температуры.Для таких соединений могут наблюдаться значенияД//10°С выше 30. Зависимость индексовудерживания от температуры наблюдал Мёллер [8],анализировавший такие высокомолекулярные соединения,как лекарственные препараты и соединения биологическогопроисхождения. Различия в результатах,полученных в разных лабораториях, были существенноменьше, если измерения вели при одних и тех жетемпературах. Исходя из этого, Мёллер предложилстандартизовать температуру для определения индексовудерживания лекарственных веществ и неизвестныхвеществ в пробах биологического происхожденияна неподвижных жидких фазах OVl и OV 17.7.5. ДРУГИЕ СИСТЕМЫДЛЯ ОПИСАНИЯХАРАКТЕРИСТИК УДЕРЖИВАНИЯКак отмечал Гоблер [9], система индексов удерживанияКовача не всегда удовлетворительна прианализе полярных соединений на полярных неподвижныхжидких фазах, поскольку для ее использованиятребуются углеводороды с необычно большоймолекулярной массой. Наличие такой проблемы привелок разработке нескольких других способовописания характеристик удерживания соединений.Мийва и сотр. [10], а также Вудфорд и ван Гент [11]

104 Глава 7предложили использовать в качестве стандартных соединенийметиловые эфиры. линейных насыщенныхжирных кислот. За исключением выбора стандартныхсоединений, эта система совершенно аналогична системеиндексов удерживания Ковача; получаемые вэтом случае данные выражаются в виде эквивалентнойдлины цепи (ЭДЦ) гипотетического метиловогоэфира жирной кислоты, имеющего тот же индексудерживания, что и анализируемое соединение. Былипредложены система углеродных чисел, опирающаясяна метилкетоны в качестве стандартных соединений[12], система, в которой в качестве стандартных соединенийиспользуются этиловые эфиры [13], а такжесистемы с другими стандартными соединениями [14]*.* Известные относительные величины удерживания можно представитькак частный случаи выраженияR=P (к+Vr Г '_ Гт \n T m JВеличиныудерживанияОтносительныйудерживаемыйобъемудержи­Индексваниягде Л —относительная величина удерживания; P, К—постоянные для даннойсистемы единиц удерживания; г^, г т . T n -исправленные величины удерживанияi-ro соединения и m-го и n-го стандартных веществ. В таблицеприведены известные относительные величины удерживания как частныеслучаи приведенного выше уравнения.АрифметическийиндексОтносительныйиндексПоказатель удерживанияОтносительные величины удерживания100100Параметры уравнения1100ZZ100Z1Ig г, Ig г Z + 1Z+1Расчетные формулыR i,s= r i/ r s/=100Z+100Ig^+1 -IgT 2/4=1002 + 100r i~ r zr z+i~ r zг, ,= 100z + —irl~ r kp. „ = 100+100—:——A B'Г В" Л А—Прим.редОпределение величин удержания 1057.6. ДАННЫЕ УДЕРЖИВАНИЯКАК КРИТЕРИИ ИДЕНТИФИКАЦИИС самого зарождения газовой хроматографии индексыудерживания использовали в качестве критериевидентификации. О возможности этого говорилосьеще в первой работе по газовой хроматографииДжеймса и Мартина [15]. Но в то время было трудноисключить вероятность того, что два соединения будутиметь одинаковые характеристики удерживанияна данной хроматографической колонке, и потомунадежность таких идентификаций была обычно низкойи не отвечала требованиям науки. Практикудобавления в анализируемую смесь небольшого количестваизвестного соединения для проверки, увеличитсяили нет высота хроматографического пикаизбранного соединения, едва ли можно считать применениемданных удерживания для идентификации.Высокая степень неопределенности, связанная с идентификациейпо данным удерживания, объясняласьв основном ограниченной эффективностью газохроматографическойколонки; но немалую роль при этомиграли и такие факторы, как непостоянство характеристикнеподвижной жидкой фазы от партии к партии,реакционная способность твердого носителя,а также ограниченные возможности контроля температурыи скорости потока газа-носителя.Появление стеклянных капиллярных колонок с неподвижнойжидкой фазой на стенках повысило надежностьидентификации по данным удерживания.Рийкс [3] провел интенсивное изучение параметров,от которых зависит величина индексов удерживания.Он обнаружил, что при использовании высокоэффективныхстеклянных капиллярных колонок и при условииточного контроля за температурой и скоростьюгазового потока в колонке степень воспроизводимостивеличин индексов удерживания очень высока. По сообщениюРийкса различия в индексах удерживания,полученных в разных лабораториях, можно довестидо 0,02% и менее.

106 Глава 7В настоящее время индексы удерживания известныдля большого числа соединений; эти данныеопубликованы в нескольких изданиях, но большинствоэтих величин было получено с применением хроматографовс насадочными колонками, нагревательныепечи которых контролировали с точностью меньшей,чем это возможно сейчас. Поэтому величиныиндексов удерживания, получаемые на более точноконтролируемых хроматографах со стеклянными колонкамитипа HC, могут отличаться от опубликованныхранее. Несколько крупных промышленных лабораторийуже накопили богатый материал по индексамудерживания, но эта информация обычно не публикуется.Надежные данные по индексам удерживанияначинают появляться в периодической литературе, ноэтих данных недостаточно, и они рассеяны по разнымизданиям *. Рийкс [3J опубликовал индексы удерживаниядля нескольких изомеров низкомолекулярныхуглеводородов; в работе [16] приведены индексыудерживания для 21 алифатического и 14 гетероциклическихсерусодержащих соединений, полученные нанасадочных стеклянных колонках, содержащих апиезонM, тритон X 305 и полиэтиленгликоль 1000, притемпературе 130 0 C. В работах Питре и Смита приведеныиндексы удерживания для металлорганическихсоединений [17] и для тетраалкилсиланов [18],а в работе [19] указаны индексы удерживания про-* Межлабораторная невоспроизводимость данных по удерживаниюв значительной мере связана с трудно контролируемымиявлениями адсорбции на поверхности газ — неподвижная жидкаяфаза и особенно на поверхности неподвижная жидкая фаза —стенки колонки. Значение этого фактора для капиллярной хроматографиибыло впервые рассмотрено в работах Березкина В. Г.,Фатеевой В. M., Шикаловой И. В. Теория и применение неподвижнойфазы в газожидкостной хроматографии. Общество «Знание»УССР, Киев, 1971, с. 59; Райке Дж., Лейтен Дж„ Березкин В. Г.Ж- анал. хим., 1974, 29, с. 858. В дальнейшем было показано, чтохроматографические колонки с различным содержанием неподвижнойжидкой фазы, в которых удерживание является результатомрастворения и адсорбции хроматографируемых соединений,можно использовать для идентификации различных типов органическихсоединений (Березкин В. Г.. Сояк Л. Collection, 43, 1588(1978) —на русском языке). — Прим. ред.Определение величин удержания 107дуктов пиролиза алкилбензолов, полученные на стеклянныхколонках типа HC с неподвижной жидкойфазой SE 30. В работе [6] приведены индексы удерживаниядля нескольких соединений, выделенных извеществ, определяющих вкус; эти значения были полученына стеклянных колонках типа HC с неподвижнымижидкими фазами карбовакс 2OM и SE 30. Hoвотныи Златкис [20] опубликовали характеристикиудерживания (в метиленовых единицах) для несколькихстероидных триметилсилильных и метоксиметриметилсилильныхпроизводных, полученные настеклянных капиллярных колонках с неподвижнымижидкими фазами OV 101 и OV 17.Может случиться так, что характеристики удерживаниядвух соединений на данной колонке окажутсяидентичными, хотя вероятность этого уменьшаетсяс ростом эффективности колонки. Степеньдостоверности идентификации соединений по их индексамудерживания можно значительно повысить, еслиопределять эти параметры на двух высокоэффективныхколонках разной полярности. Как сообщил Рийкс[3], графическое представление получаемых такимпутем данных для изомерных углеводородов позволяетвыделить четко определенные группы соединений.Аналогичные графики для изомеров приведенына рис. 7.2. На обычных масс-спектрах эфиров такоймолекулярной массы (130—200) получается едва различимаялиния молекулярного иона (особенно прииспользовании квадрупольного масс-спектрометра),поэтому графики типа приведенного на рис. 7.2 могутпринести большую пользу при определении молекулярныхмасс. Кроме того, этот способ позволяетполучить некоторую информацию о неизвестном компонентеанализируемой смеси по положению соответствующейему точки относительно точек других компонентов.Так, бутанол и изобутанол характеризуютсямалыми индексами удерживания на жидкой фазеSE 30 и относительно большими — на жидкой фазекарбовакс 2OM, и на соответствующем графике ихлинии значительно удалены от линий эфиров. Крометого, различным гомологическим рядам соответствуют

108 Глава 71100Определение величин удержания 109такое же, что и для n-алканов (т. е. 100 единиц пошкале индексов удерживания). Графиками такоготипа пользовались несколько исследователей [21—23].900 1000 1100 1200 1300[CBwx гомtoo-РИС. 7.2. Индексы удерживания на карбоваксе 2OM (горизонтальнаяось) и на SB 30 {вертикальная ось).Заметны распределение соецинений по функциональным группам и молекулярноймассе, а также близость углов наклона прямых для соединенийс'аналогичными функциональными группами. (Из работы Yabumoto et al. [6].)а—линейные углеводороды; б—эфиры ММ-158; в—эфиры ММ-144;г—эфиры ММ-30; д—эфиры ММ-116; в—эфиры ММ-102; ж— спирты ММ-74;з—спирты ММ-88.практически прямолинейные графики, что объясняетсялинейной зависимостью между молекулярной массойи логарифмом времени удерживания этих соединений.Интересно также, что для соединений гомологическихрядов приращение логарифма времени удерживания,соответствующее одной метиленовой группе, почтищЛитература1 Peterson M. L., Hlrsch /., J. Lipid Res., 1, 132 (1959).2 Haken J. К., Wainwright M. S., Smith R. /., J. Chromatogr.,133, 1 (1977).3 Rijks J. A., Doctoral Thesis, Tech. Univ. Einhovan, The Netherlands,1973.4 Kovdts E., Adv. Chromatogr., 1, 229 (1965).5. Ettre L. S., Chromatographia, 6, 489 (1973); 7, 39 (1974).6 Yabumoto K-, Jennnings W. G., Yamaguchi M., Anal. Biochera.78, 244 (1977).7. Ettre L. S., Anal. Chem., 36, (8), 31A (1964).8. Moller M. R., Chromatographia, 9, 311 (1976).9. Gobler A., J. Chromatogr. Sci., 10, 128 (1972).10. Miwa T. К., Micolajczak K. L., Earle F. R., Wolff I. A., Anal.Chem., 32, 1739 (1960).11. Woodfard E. P., van Gent C. Af., Lipid Res., 1, 88 (1960).12. Ackman R. G., J. Chromatogr. Sci., 10, 535 (1972).13. Van den Dool H., Kratz P. D., J. Chromatogr., 11, 463 (1963).14. Novak I., Ruzickova I., J. Chromatogr., 91, 79 (1974).15. James A. T., Martin A. J. P., Biochem. J., 50, 679 (1952).16. Golornya R. V., Garbuzov V. G., Chromatographia, 8, 265(1975).17. Peetre I. B., Smith B. E. F., J. Chromatogr., 89, 311 (1974).18. Peetre I. B., Smith B. E. F., J. Chromatogr., 90, 41 (1974).19. Svob V., Deur-Siftat D., J. Chromatogr., 91, 677 (1974).20. Novotny M., Zlatkis A., J. Chromatogr. Sci., 8, 346 (1970).21. Tourres D. A., J. Chromatogr., 30, 357 (1967).22. Walraven J. I., Doctoral Thesis, Tech. Univ. Eindhoven, TheNetherlands, 1968.23. Kaiser R. E., J. Chromatogr. Sci., 12, 36 (1974).

Программирование температуры колонки 111Глава 8ПРОГРАММИРОВАНИЕТЕМПЕРАТУРЫ КОЛОНКИИ ЗАМЕЧАНИЯО ПОТОКЕ ГАЗА-НОСИТЕЛЯ8.1. ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯРабочая температура колонки, природа и скоростьпотока газа-носителя — взаимосвязанные факторы,оказывающие значительное влияние на эффективностьи продолжительность разделения. На практике этифакторы обычно выбирают, идя на некоторый компромисс,во-первых, поскольку оптимальные значениятемпературы колонки и скорости потока газа-носителяразличны для разных участков колонки, т. е. зависятот величины k, и, во-вторых, поскольку разделениепри оптимальных температуре колонки и скоростипотока газа-носителя может оказаться слишкомпродолжительным. Для выбора приемлемых величинэтих параметров может потребоваться длительноеэкспериментирование.За некоторыми исключениями (см. далее), смесисоединений, кипящих в узком интервале температур,можно анализировать в изотермических условиях,при которых колонка обладает, как правило, наибольшейэффективностью. Если же интервал температуркипения компонентов смеси широкий, то обычноприходится программировать температуру колонки.При слишком низкой температуре колонки высококипящиесоединения (характеризующиеся большимизначениями k или KD) медленно перемещаются в колонкепо направлению к детектору, поскольку малаих равновесная концентрация в подвижной газовойфазе. С повышением "температуры колонки возрастаютзначения k (и KD) всех соединений, возрастаютравновесные концентрации в газовой фазе всех компонентовсмеси и в результате получаются более вы-сокие и более узкие хроматографические пики, однакостепень разделения соединений ухудшается. Основноедостоинство программирования температуры колонкизаключается в том, что оно позволяет воспользоватьсяпреимуществом больших значений KD при малых температурах,обеспечивающих лучшее разделение компонентов,а затем, когда компонент окажется ближек концу колонки, оно позволяет уменьшить величинуKD настолько, что компонент выходит из колонкив детектор в виде узкой концентрированной хроматографическойзоны. Еще одно преимущество программированиятемпературы в том, что оно позволяет значительносократить продолжительность разделения.8.2. ПРОБЛЕМЫ,ХАРАКТЕРНЫЕДЛЯ КАПИЛЛЯРНЫХ СИСТЕМПрограммирование не лишено и недостатков: разделяемыекомпоненты подвергаются, хотя и непродолжительно,действию высоких температур, и неполностьюреализуется потенциальная эффективностьколонки (см. далее). Частично это связано с тем, чтов ходе температурного программирования величиныотносительно удерживания соединений с близкимисвойствами приближаются к единице, а также с тем,что с изменением температуры колонки изменяетсялинейная скорость потока газа-носителя. Насадочныеколонки работают с относительно большими объемамигаза-носителя, и их можно оборудовать регуляторами,поддерживающими постоянную скорость потокав ходе программирования температуры. Открытыеколонки работают при гораздо меньших скоростяхпотока, и, кроме того, регулирование скорости потокаможет усложниться еще и тем, что часть потока газаносителявыводится в атмосферу в делителе потокана входе в колонку. По этим причинам открытые колонкиобычно работают при постоянном перепадедавлений и средняя линейная скорость газового

Программирование температуры колонки 113iI1100 200Температура t *CРИС. 8.1. Влияние температуры на среднею линейную скоростьпотока газа-носителя для типичной стеклянной колонки типа OHCразмерами 0,25 мм X 50 м при перепаде давлений 1 атм.a optа"ОСГРИС. 8.2. Типичная кривая Ван-Деемтера, из которой видныоптимальная скорость u opt и практически оптимальная скоростьгазового потока (ПОСГ).Последнюю определяют [3] как скорость, при которой вклад молекулярнойдиффузии в полную величину Л (площадь под пунктирной линией) составляетменее 10%.300потока и меняется с изменением температуры колонки(рис. 8.1).Для проведения трудных разделений- можно рекомендоватьтакой перепад давлений на колонке, чтобыскорость потока газа в ней была оптимальной в течениенаиболее важного этапа разделения. Приближенноэти условия можно определить следующимобразом. Допустим, что температура колонки программируетсяот 50 до 250 0 C и одна пара трудноразделимыхкомпонентов характеризуется температуройвыхода из колонки (температурой элюирования ТЕ,см. приложение 1), равной 180 0 C.Согласно Гиддингсу [1], рассматриваемые соединенияпри температуре 150 0 C (ТЕ— 30 0 C) находилисьпримерно в середине колонки, а при температуре12O 0 C — на расстоянии примерно одной четвертидлины колонки от ее входа. Желательно, чтобы эффективностьколонки была максимальной, т. е. былаоптимальной скорость потока газа-носителя, именнов этот период, а не раньше, когда соединения едвапродвигаются вдоль колонки, и не позже, когда ониуже вышли из колонки. Вследствие асимметричностикривой Ван-Деемтера (рис. 8.2) скорости, превышающиеоптимальную величину и наблюдающиеся принизких температурах (рис. 8.1), будут в меньшейстепени влиять на эффективность колонки, чем скоростиниже оптимальной величины (предполагая, чтовеличины обоих отклонений одинаковыми по абсолютнойвеличине), наблюдающиеся при высоких температурах.В качестве первого приближения можноустановитьтемпературу колонки около. 170 0 C и подобратьперепад давлений, обеспечивающий оптимальнуюскорость потока газа при этих условиях. Приэтом жертвуют эффективностью, особенно на последнемэтапе разделения, но обеспечивают ее максимумтам, где это требуется. Если особенно важного этапав процессе разделения нет, то рекомендуется обеспечитьоптимальную скорость потока газа-носителя напоследнем этапе программирования температуры колонкис тем, чтобы в течение большей части цикларазделения работать при скорости потока большей,

114 Глава 8а не меньшей оптимальной величины. Программированиедавления — метод, который для насадочныхколонок уже в значительной мере устарел из-за распространенияэффективных регуляторов скорости потока,—может найти более широкое применение приработе с незаполненными колонками. Простой способпрограммирования газового потока в стеклянных капиллярныхколонках путем постепенного ограничениявыхода газа из делителя потока предложили Нигрени Маттссон [2].Программирование температуры колонки 115WХ "о,5 - N 28.3. ПРАКТИЧЕСКИОПТИМАЛЬНАЯ СКОРОСТЬГАЗОВОГО ПОТОКАДополнительные соображения появляются прирассмотрении взаимосвязи температуры колонки искорости потока газа в ней. Коэффициент С в уравненииГолея (1.19), отражающий сопротивление массопереносу,представляет собой сумму сопротивлениймассопереносу из газовой фазы в жидкую (C 0 ) и изжидкой фазы в газовую (C L ):h = B/u + C a u + C L u. (8.1)Скотт [3] определил практически оптимальную скоростьгазового потока (ПОСТ) как скорость, соответствующуюточке перехода между криволинейными прямолинейным участками кривой Ван-Деемтера(рис. 8.2). Он полагает, что для практических целейэту точку можно считать точкой, в которой величинапервого слагаемого в уравнении (8.1), характеризующаяпродольную диффузию, составляет менее 10%полной величины h. Начиная с этой точки, величина hявляется в основном функцией двух последних слагаемых.Коэффициенты С в этих слагаемых зависятот квадрата радиуса колонки, и этим главным образомобъясняется огромное цревосходство колонок малогодиаметра, работающих при скоростях газовогопотока, равных или больших ПОСТ. Ввиду того чтомассопередача зависит и от температуры колонки,°1 1 1 " IО 20 40 60й,см/сРИС. 8.3. Кривые Ван-Деемтера для колонки типа OHC размерами0,25 ммХ28 м с неподвижной жидкой фазой карбовакс 20 Mпри использовании различных газов-носителей. Для стандартногосоединения k = 3.Азот: u opt =9,5 см • с -1Гелий: u op t = 16 см -с -1Водород: й ор (=34 см • с -1я=88 900 rt/m=3180 ft=0,31 ммJV = 50000 JV/m=1790 Я =-0,56 ммя=77 800 n/m=2780 A=0,36 мм# = 43 750 JV/m=l56C Я=0,64ммя=62 200 n/m=2200 л=0,45 ммN = 35 000 NIm= 1250 Я=0,80ммможно предсказать, что при таких скоростях потокаэффективность колонки будет выше (меньшие значенияh) при более высоких температурах. Скотт [3Jутверждает, что для любой пары компонентов на любойколонке существует оптимальная температура,при которой наблюдается наилучшее разделение, ноэту температуру экспериментально можно, по-видимому,определить более точно, чем путем вычислений.Эти же соображения помогают и в выборе газаносителя.Для колонок, работающих при скоростяхпотока ниже ПОСГ (например, при «opt), определяю-

116 Глава 8Программирование температуры колонки 117V>W5i 0,5ОО 20 АО 60й,см/сРИС. 8.4. Кривые Ван-Деемтера для колонки типа OHC размерамии 0,25 мм X 47 м с неподвижной жидкой фазой SE 30 прииспользовании разных газов-носителей. Для стандартного соединенияk = 5.Азот: й ор (=9 см • с -1Гелий: a op t =25 см • с~Водород: 0 op t=40 см • C - 'Л=233600 я/т = 4960 Л=0,20MM#=162 100 #/т=3500 Я=0,2Э мм'л=135 000 я/т=2900 л=0,35 мм#= 94 000 #/m=2000 #=0,50 ммп=99 500 я/т=2100 Л=0,47мм#=69 100 ЛГ/т = 1470 Я = 0,68 ммщим является член В/и, и лучшие результаты получаютсяпри использовании газа-носителя высокойплотности (характеризующегося меньшей константойдиффузии). Если колонка работает при скоростях потокавыше ПОСГ, член Сои важнее члена В/и,и лучшие результаты дают газы-носители малой плотности.На практике значительную экономию временибез больших потерь эффективности разделения даетприменение газа-носителя малой плотности при линейныхскоростях потока, равных или выше ПОСГ.Несмотря на то что большинство практических на-10,5ОО 20 40 60 60й,см/СРИС. 8.5. Кривые Ван-Деемтера для колонки типа OHC размерами0,25 мм X 48 м с неподвижной жидкой фазой SP 2250 прииспользовании разных газов-носителей. Для стандартного соединенияk = 7.Азот: u 0 pt=8 см • с -Гелий: 6 op t=17 CM-C -1Водород: S 0 pt=40 см • с -л=183 000 л/т=3800 Л=0,26 мм# = 140000 #/т=2900 Я=0,34ммя = 106300 л/т=2200 я=0,45 »м#=81300 NZm = UOO Я=0,59 ммл=87 600 л/т= 1830 ft=0,S5 мм#=67 000 #/т = 1400 Я=0,72 ммблюдений согласуются с этими выводами, имеютсяработы [4], в которых сообщается о получении го*раздо больших эффективностей (по числу теоретическихтарелок) при использовании гелия, чем при ис*пользовании азота или аргона в качестве газа-носи*теля*; однако в большинстве подобных случаевобычно выяснялось, что колонки работали при скоростяхгазового потока, значительно превышающихоптимальные величины. На рис. 8.3—8.5 приведены* Применение аммиака в качестве газа-носителя позволяетуменьшить градиент давления, уменьшить Я т ш, а также улучшитьдругие хроматографические и эксплуатационные характеристики[Ilkova E. L., Mistoycekov E. A., J. Cmomatogr., 54, 422 (1971);Berezkin V. G., Shkolina L. A., J. Cmomatogr., 119, 33 (1976)1.—Прим. рео.1

118 Глава 8Программирование температуры колонки 119экспериментально полученные графики Ван-Деемтерадля нескольких разных колонок, работавших при различныхскоростях потока газа-носителя.8.4. ЗАВИСИМОСТЬТЕМПЕРАТУРЫ ЭЛЮИРОВАНИЯИ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ АНАЛИЗАОТ СКОРОСТИ ПРОГРАММИРОВАНИЯТЕМПЕРАТУРЫ КОЛОНКИИ СКОРОСТИ ПОТОКАГАЗА-НОСИТЕЛЯЕще два параметра сильно зависят от характерапрограммирования температуры и от скорости газовогопотока: температура элюирования соединений1о(I-вI|150 200 250 300Температура элюирования, °СРИС. 8.6. Графики зависимости отношения скорости программированиятемпературы к средней линейной скорости газовогопотока от температуры элюирования для линейных углеводородов.По графикам этого типа, зная индекс удерживания соединения, можнопредсказать температуру элюирования, продолжительность анализа приааданных скоростях программирования температуры и газового потока.РИС. 8.7. Влияние программирования температуры на эффективностьколонки; колонка типа OHC размерами 0,25 мм X 40 мс неподвижной жидкой фазой карбовакс 20 M. Стандартные соединения:«-гептанол и н-октанол. Температуру программировалиот 70 до 17O 0 C.и продолжительность разделения. Как обнаружилиХэбгуд и Харрис [5], если построить графики зависимостиотношения скорости программирования температурыК Р к скорости газового потока F от температурыэлюирования ТЕ, то получаются кривые, формакоторых определяется в основном характеристикамиудерживания соответствующих соединений. Этуже работу проделали для стеклянных колонок типаOHC [6] и получили графики типа показанных нарис. 8.6. Поскольку эти графики были построены по

120 Глава 8данным для нормальных углеводородов, то по системеиндексов удерживания Ковача нетрудно определитьтемпературу элюирования и продолжительность анализана этой колонке и при этих условиях для любогодругого соединения.Рис. 8.7 показывает влияние программированиятемпературы колонки на ее эффективность (числоразделений). Ясно, что при малых скоростях программированиядостигаются гораздо большие эффективности.Давление в колонке тоже влияет на ее эффективность(см. также гл. 6). Дести и сотр. [6] установили,что при одном и том же перепаде давлений на колонке,но при различных давлениях (например, перепадыот 10 до 9 и от 1 до 0 атм) получаются, каки следовало ожидать, разные значения членов В/и,CQU И, C L U. При давлении в колонке 10 атм ftmin падаетпримерно до 55% значения при давлении 1 атм,но крутизна кривой Ван-Деемтера становится гораздобольшей. Ввиду того что при изменении k изменяетсяи «opt, при более высоких давлениях высокая эффективностьразделения обеспечивается лишь для болееузкого класса соединений. Другие недостатки работыпри повышенных давлениях включают дополнительныеэкспериментальные трудности и увеличение продолжительностианализа, связанное с уменьшениемUopt-Литература1. Giddings J. С, J. Chem. Educ, 39, 569 (1962).2. Nygren S., Mattsson P. E., J. Chromatogr., 129, 101 (1976).3. Scott R. P. W., in «Gas Chromatography» (Proc. Int. Symp.,3rd 1960) (R. P. W. Scott, ed.), p. 144. Butterworths, London,1960.4. Mayzaud P., Ackman R. G., Chromatographia, 9, 7 (1976).5. Habgood H. W., Harris W. E., Anal. Chem., 32, 450 (1960).6. Desty D. H., Goldup A., Whyman B. H. F., J. Inst. Pet. London,45, 287 (1959).Глава 9СТАБИЛЬНОСТЬ КОЛОНКИ9.1. ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯТизон и сотр. [1] определили срок службы колонкикак время, по истечении которого в колонкеостается лишь половина первоначального количестванеподвижной жидкой фазы. Они пришли к выводу,что срок службы колонки зависит от ее рабочей температуры,а также от таких факторов, как концентрациякислорода и воды в газе-носителе и природатвердого носителя. Срок службы открытой колонкисвязан со -степенью сцепления (взаимодействия)между пленкой неподвижной жидкой фазы и стекляннойповерхностью, на которую она нанесена. Покажидкая фаза удерживается в колонке в форме тонкойпленки, равномерно распределенной по стенкам,колонка работает с хорошей эффективностью. Кактолько жидкая фаза отслаивается от стенок колонкии образует отдельные пятна, эффективность колонкирезко падает (рис. 9.1—9.3). Иногда выходят изстроя лишь один или два витка спиральной колонки,чаще всего у ее начала. Если эту часть колонки удалить,то ее эффективность восстанавливается, причемто, что колонка при этом стала короче, обычно неимеет значения. Понимание взаимосвязи факторов,приводящих к разрушению пленки неподвижной жидкойфазы, может помочь продлить срок службы колонки.Большой объем исследований в области моющихсредств был связан с проблемой нанесения тонкихпленок на твердые поверхности и удаления их с твердыхповерхностей; при этом несколько исследователейизучали энергетические взаимодействия между

122 Глава 9пленкой и поверхностью. Результаты многих подобныхисследований, имеющих отношение к технологииизготовления стеклянных колонок типа OHC, рассмотреныв обзоре [2].Практически можно выделить две группы сил,имеющих отношение к рассматриваемой проблеме:силы притяжения между неподвижной жидкой фазойи стеклянной поверхностью и силы другой группы,которые по отношению к стеклянной поверхностиможно назвать силами отталкивания, причем наиболееважными из них являются, по-видимому, силывнутреннего взаимодействия в самой жидкой фазе.При образовании шариков пли капель жидкой фазыплощадь ее поверхности и поверхностная энергияуменьшаются, и поэтому, конечно, такое состояниежидкой фазы более устойчиво. До тех пор пока преобладаютсилы притяжения, жидкая фаза остаетсяв форме тонкой пленки. Если же эти силы перестаютСтабильность колонки 123РИС. 9.3. Испорченная колонка. Ясно видны сгустки неподвижнойжидкой фазы.доминировать, то жидкая фаза отслаивается от поверхностии стягивается в шарики или капли. Основнуюроль при этом играют два фактора: температураколонки и попадание на поверхность материалов, которыеадсорбируются ею сильнее, чем жидкая фаза.Сопротивление пленки неподвижной жидкой фазывоздействию высоких температур определяется, повидимому,и технологией изготовления колонки, т. е.способом нанесения жидкой фазы на ее стенки. Отэтого способа зависит прочность контакта жидкойфазы с поверхностью, а также то, нанесена ли онадействительно на стекло, на гидратированную поверхностьстекла или на промежуточный слой кристалловсоли.PIIC. 9.1. Хорошая пленка неподвижной жидкой фазы — гладкаяи равномерная по толщине.РИС. 9.2. Начало разрушения пленки неподвижной жидкой фазы.В пленке заметны неоднородности.9.2. ВЛИЯНИЕТЕМПЕРАТУРЫ КОЛОНКИКолонки с неподвижной полиэтиленгликольнойжидкой фазой карбовакс 20 M, нанесенной модифицированнымстатическим способом с применениемнагреваемой входной трубки, могут служить неопределеннодолго, если их правильно эксплуатировать(см. ниже) при температурах, не превышающих150 0 C. При рабочей температуре 170°С такая колонкаможет служить около 6 мес; при 18O 0 C этот срокможет сократиться до 1—2 мес, а рабочую температуру200 0 C эта колонка редко выдерживает в течениеболее 2 дней. Имеются сообщения о том, что

124 Глава 9такие колонки выдерживали постоянную эксплуатациюпри температуре 275 0 C, если предварительно ихв течение некоторого времени эксплуатировали приумеренных температурах, однако весьма сомнительно,чтобы при этом в колонке сохранялась исходная неподвижнаяфаза карбовакс 20 M. Более вероятно,что под воздействием некоторых анализируемых материаловв колонке произошла перегруппировка исходнойнеподвижной жидкой фазы с образованиемнового полимера. Недавно в продаже появились колонкис жидкой фазой карбовакс 20 M, которые, согласноих паспортным данным, стабильны при температурахвплоть до 220 0 C.Несколько других неподвижных жидких фаз — метилсиликонSE 30 и OV 101, а также 50%-ная смесьфенилсиликона SP 2250 и OV 17 — выдерживаюттемпературы до 300 0 C и кратковременное воздействиееще более высоких температур. Диапазон температурдля жидкой фазы SP 1000 или FFAP ограничен200 0 C. Колонки, изготовленные другими способами,вряд ли обладают столь же высокой сопротивляемостьюк воздействию высоких температур, и во всехслучаях меньшие температуры способствуют продлениюсрока службы колонки. Изучив влияние темпе-Таблица 9.1Практический ПрактическийПо данным предел для предел дляЖидкая фаза фирмы-по- стеклянных систем ГХ/МСставшика капилляровSF 96 250 200 175OV101 350DC 200 250 00 1759а150 140PPG250 200 180FFAPКарбовакс4000 200Сквалан10 ° '"" 1fiKДексил • 300 500 епп 300 ЯПП IbOаИа работы Шомберга и сотр. [31Стабильность колонки 125ратуры на колонки типа HC, Шомберг [3] получилданные, приведенные в табл. 9.1. По-видимому, этиданные определяют диапазон температур для «нормальной»работы колонки; большинство же из рассматривающихсяв таблице колонок могут выдерживатькратковременное воздействие и более высокихтемператур.9.3. ВЛИЯНИЕ ВЕЛИЧИНЫАНАЛИЗИРУЕМОЙ ПРОБЫИ ЕЕ СОСТАВАДругой важный и связанный с остальными фактор,определяющий срок службы колонки,— тип анализируемыхматериалов. Большие пробы могут смыватьнекоторое количество неподвижной жидкойфазы со стенок колонки; сильно адсорбирующиеся материалы,такие, как вода или спирты, если они проникнутсквозь неподвижную жидкую фазу к стекляннойповерхности, будут сильнее адсорбироваться этойповерхностью и вытеснять с нее неподвижную жидкуюфазу. Очень эффективно вытесняют неподвижнуюжидкую фазу определенные растворители, напримердисульфид углерода CS 2 . Вредное влияниена колонку, особенно с такими жидкими фазами, каккарбовакс 20 M, оказывают малые примеси влагив газе-носителе; с другой стороны, неподвижная жидкаяфаза SE 30 менее проницаема для воды, в связис чем воде труднее достигнуть стеклянной поверхности,на которой она могла бы адсорбироваться и темсамым уменьшить силы притяжения, удерживающиежидкую фазу на поверхности. Весьма возможно, чтосуществует определенная взаимосвязь между этимиявлениями. При более высоких температурах разрушительноедействие дисульфида углерода гораздосильнее, чем при низких. Повышенная термическаястабильность, которой, как сообщалось, обладают колонки,содержащие силанокс 101, введенный в колонкулибо до нанесения неподвижной жидкой фазы, либов виде добавки к раствору неподвижной жидкой

126 Глава 9фазы, можно объяснить гидрофобностью двуокисикремния, а также изменением величины краевого угла[4].По наблюдениям некоторых исследователей, колонки,постоянно поддерживаемые при рабочей температуре,служат дольше тех, которые часто охлаждаюти нагревают; автор не наблюдал это явление у себяв лаборатории, но принимает все меры к тому, чтобыгаз-носитель был сухим. Вполне возможно, что припропускании газа-носителя через холодную колонкупримеси, такие, как вода, насыщают неподвижнуюжидкую фазу, что может привести к отслоению ееот стенок колонки. Колонки сохраняются лучше, еслиих заполнить сухим инертным газом и запаять в пламенигорелки.9.4. ВОССТАНОВЛЕНИЕ КОЛОНОКМаксимальный срок службы колонки обеспечитьдостаточно просто: нужно следить за величиной и составоманализируемых проб, стараться уменьшитьмаксимальную рабочую температуру колонки и сократитьвремя, в течение которого колонка находитсяпри этой температуре. Но даже когда колонка ужеиспорчена настолько, что дальнейшая ее эксплуатацияневозможна, иногда можно до некоторой степенивосстановить ее работоспособность. Вполне точноустановлено, что нанесенную на поверхность пленкужидкости нельзя полностью смыть растворителями,в которых эта жидкость растворима. Слой жидкостиостается на поверхности даже после ее промывкитурбулентным потоком растворителя [5—7]. Аналогичноеявление можно наблюдать и в колонках типаHC; время от времени потерявшие эффективность колонки,неподвижная жидкая фаза в которых стянуласьв капли, можно несколько раз промыть растворителемдля удаления капель и избытка неподвижнойжидкой фазы; иногда после этого в колонке остаетсяочень тонкая пленка неподвижной жидкой фазы,и она может функционировать как высокоэффектив-Ci обильность колонки 127ная колонка малой емкости. Об аналогичной идее недавносообщил Рыба [8]. Чаще всего это явлениевстречается при работе с силиконовыми неподвижнымижидкими фазами, но с ним встречались и при работес полярными жидкими фазами.Литература1. Thizon M,, Eon C, Valentin P., Guiochon G., Anal. Chem., 48,1861 (1976).2. Jennings W. G., Chromatographia, 8, 690 (1975).3. Schombutg G., Husmann H., Weeke F., J. Chromatogr., 99, 63(1974).4. Blunter M., Anal. Chem., !5, 980 (1973).5. Anderson R., Satanek J. J., Harris J. C 1 J. Am. Oil Chem. Soc,36, 286 (1959).6. Bourne M. C, Jennings W. G., Food Technol., 15, 495 (1961).7. Bourne Al C., Jennings W. G., Nature, 197, 1003 О 973 )-8. Ryba Ni., Chromatographia, 9, 105 (1976).

Выбор колонкиШГлава 10ВЫБОР КОЛОНКИ10.1. ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯВыбор неподвижной жидкой фазы для конкретногоанализа — непростая задача, и не всегда можнонайти правильные пути ее решения. Хроматографистпрактикгодами накапливает опыт и развивает своегорода «чутье» на выбор неподвижных жидких фаз,которые могли бы'обеспечить наилучшее разделениетех или иных конкретных соединений; однако надежностьподобного «шестого чувства» оставляет желатьлучшего. Столь же ненадежно полагаться на взятыеиз литературы описания аналогичных разделений;если в какой-либо работе описывается разделениена хроматографической системе малой эффективности(например, на насадочных колонках), то для этихразделений, наверное, выбирали неподвижную фазу,характеризующуюся по возможности большим значениема. При использовании хроматографической системывысокой эффективности гораздо лучшее разделениеможно получить с менее удерживающей неподвижнойжидкой фазой, обеспечивающей' меньшуюпродолжительность анализа (см. ниже). Для разделениявысокомолекулярных соединений, включаябольшинство летучих производных, можно попытатьсявначале использовать неполярные жидкие фазыSE 30 или OV 101; если разделение будет неудовлетворительным,то можно последовательно испытыватьвсе более полярные неподвижные жидкие фазы, незабывая наблюдать за нижней и верхней границамидиапазона рабочих температур.Для первых разделений смеси неизвестного составаавтор предпочитает пользоваться очень короткими(3—4 м) колонками с неподвижной жидкой фазойSE 30. Эти разделения дают хорошую картину полногоинтервала времен удерживания компонентов смеси,благодаря чему в последующих анализах не остаютсянезамеченными хроматографические пики высококипящихсоединений, которых обычно нет на главнойчасти хроматограммы. Вторую серию разделенийавтор вел на колонках длиной 12—20 м с неподвижнойжидкой фазой карбовакс 20 M. Получаемые приэтом результаты служили некоторой основой для выборанаиболее подходящей неподвижной жидкой фазы.Если колонка с карбоваксом 20 M обладает настолькосильным удерживанием, что не все компонентыанализируемой смеси дают достаточно отчетливыехроматографические пики (по сравнению с хроматограммойна жидкой фазе SE 30), то можно рекомендоватьвыбор менее полярной неподвижной жидкойфазы. В этом случае имеет смысл применить жидкуюфазу SP 2250 (или OV 17), для которой. характерноменьшее, чем на карбоваксе 20 M, удерживание и котораяможет выдерживать гораздо большие температуры(см. приложение II). Наконец, для разделениябольшинства сложных смесей природных веществследует применять колонки длиной 50—80 м.Даже выполнив все эти рекомендации, не всегдаудается обеспечить полное разделение на одной неподвижнойжидкой фазе. Применив высокоэффективныеколонки (я>250 000) для разделения веществ,определяющих запах дыни канталупки, Ябумото [1]обнаружил, что ни карбовакс 20 M, ни SE 30 не обеспечивалиполного разделения всех компонентов смеси.На неподвижной жидкой фазе карбовакс 2OM изобутилацетати метил-2-метилбутаноат имеют индексудерживания, равный 1008, а 2-метилбутилацетат и3-метилбутилаце_тат — равный 1119. На колонке сжидкой фазой SE 30 эти пары можно было разделить,поскольку вещества первой пары имели индексыудерживания, равные 766 и 772 соответственно, авещества второй пары — 872 и 870 соответственно.Однако пентилацетат и изобутилбутират, которые хорошоразделялись на колонке с карбоваксом 20 M5 Зак. 673

180 Глава 10(/=1169 и /=1158 соответственно), дают общийхроматографический пик при разделении на колонкес жидкой фазой SE 30 (/ = 905 и / = 906 соответственно).Появление асимметрично растянутых хроматографическихпиков может указывать на необходимостьспециальных мер. Если этот дефект вызван кислотнойгруппой, то пики хорошей формы обычно удается получить,использовав неподвижные жидкие фазы FFAPили SP 1000. Если же этот дефект вызван основнойгруппой, то полезным может оказаться добавлениеследовых количеств KOH в раствор неподвижнойжидкой фазы, применяемый для нанесения жидкойфазы на стенки колонки. В этих случаях полезной мо*жет оказаться стандартная смесь, рекомендованнаяГробом (разд. 5.4). При разделениях на простых колонкахс неподвижной жидкой фазой SE 30 наблюдаетсянекоторое расширение задних фронтов хроматографическихпиков спиртов; этот недостаток можноустранить при помощи определенных добавок к жидкойфазе (разд. 2.2), однако при этом сильно снижаетсяверхний предел диапазона рабочих температурколонки.При выборе подходящей колонки для конкретныхразделений могут помочь примеры, приведенныев гл. 13, которые ограничиваются в основном разделениямина открытых стеклянных колонках. Совершенноясно, однако, что при всей первостепенной важностиэффективности колонки существенную роль играети полярность неподвижной жидкой фазы.Выбор колонки 131жидкой фазе, то оно будет подвергаться действиютолько неполярных или дисперсионных сил, посколькуполярные силы (вызывающие индукцию, ориентацию,перенос зарядов или образование водородныхсвязей) при этом отсутствуют. В качестве стандартнойнеполярной жидкой фазы Роршнейдер выбралсквалан (сильно разветвленный насыщенный углеводородC 3 OH 62 ), а для описания характеристик удерживаниявеществ он пользовался системой индексовудерживания Ковача (разд. 7.3).Соединение RX (R — углеводородная цепь, X —функциональная группа) характеризуется наименьщиминдексом удерживания / на сквалане; любаядругая жидкая фаза обладает некоторой долей полярности,причем полярные силы действуют на RX вбольшей степени, чем на нормальные углеводороды,относительно которых определяются индексы удерживания.Соответствующую разность в индексахудерживания, представляющую собой меру полярностивторой жидкой фазы относительно сквалана, Роршнейдеробозначил А/:А/ = /* фаза яяа - /, 'сквалан-Для представления набора функциональных групп,с которыми могут взаимодействовать полярные силы,были выбраны пять стандартных соединений: бензол,этанол, бутанон-2, нитрометан и пиридин. Если разделитьна 100 увеличение индекса удерживания каждогоиз этих соединений по отношению к индексу10.2. КОНЦЕПЦИЯ ПОЛЯРНОСТИПО РОРШНЕЙДЕРУСоединение'20Mсквалан//100КонстантаНеобходимость разработки более рациональнойконцепции полярности неподвижной жидкой фазыотмечали многие исследователи; один из наиболее логическиобоснованных подходов к этой проблеме принадлежитРоршнейдеру [2]. Он исходил из того, чтоесли вещество растворено в совершенно неполярнойБензолЭтанолБутанон-2НитрометанПиридин967917912115911996493845314576953,185,333,817,025,04УS5*

132 Глава Wудерживания на сквалане, то получатся константыРоршнейдера х, у, г, и и s соответственно. Так, длянеподвижной жидкой фазы карбовакс 20 M былиполучены приведенные выше (стр. 131) константы Роршнейдера.Таким образом, константы Роршнейдера х, у, г, ии s дают качественное и количественное представленияо селективности неподвижной жидкой фазы.Можно ожидать, что жидкие фазы, характеризующиесябольшими значениями х, будут сильнее удерживатьсоединения с двойными связями; спирты будутсильнее удерживаться жидкими фазами, характеризующимисябольшими значениями у.По мнению Роршнейдера, эта селективность обусловленане только свойствами неподвижной жидкойфазы, которая взаимодействует с анализируемым веществом,но и свойствами анализируемого вещества,которое взаимодействует с неподвижной жидкой фазой.Он предложил следующую зависимость:AI = ах+by+cz + cz + du + es, (10.2)тгде a, b, с, d, e характеризуют силы взаимодействия,обусловленные анализируемым веществом, а х, у, г,и, s — силы, обусловленные неподвижной жидкой фазой.Выше было показано, каким образом определяютсяконстанты Роршнейдера. Определив величиныД/ для одного и того же анализируемого вещества напяти разных неподвижных жидких фазах, для которыхизвестны константы х, у, z, и, и s, можно записатьсистему пяти уравнений [вида (10.2)] относительнопяти неизвестных а, Ь, с, d и е.Позднее Мак-Рейнольде предложил небольшую модификациюэтого метода, но основной принцип осталсятем же. В настоящее время константы Мак-Рейнольдса(приложение II) широко применяют длясравнения полярностей разных неподвижных жидкихфаз, но они не дают полного представления о том,какие жидкие фазы наиболее подходят для разделениясоединений с аналогичными характеристикамиудерживания.10.3. ДРУГИЕ МЕТОДЫВЫБОРА КОЛОНКИВыбор колонки 133Было показано, что смеси неподвижных жидкихфаз характеризуются промежуточными значениямиконстант Роршнейдера (или Мак-Рейнольдса) и чтоэти значения можно заранее оценить. В связи с этимвысказывалось предположение о том, что неподвижныежидкие фазы можно специальным образом перемешатьдля получения неподвижных фаз, характеризующихсянаилучшими константами Роршнейдера длятребуемого разделения [3]. Основываясь на этом,-Вайнер и Парчер [4] разработали методику факторногоанализа для выбора неподвижных жидких фазТю ограниченному объему данных.Одной из наиболее интересных представляетсяметодика выбора колонки, предложенная Вестом иХоллом [5]. Авторы этой методики установили простоесоотношение, которое опирается на систему индексовудерживания Ковача и в котором учитываютсяэффективность колонки и селективность неподвижнойжидкой фазы, необходимые для осуществленияжелаемой степени разделения двух веществ,дающих близко расположенные хроматографическиепики.Лауб и Пернелл предложили новый метод выборасмесей неподвижных жидких фаз, обеспечивающихоптимальное разделение известных [6] и неизвестных[7] смесей. Этот метод позволяет установить, прикаких объемных долях двух (или большего числа)смешиваемых неподвижных жидких фаз будут обеспеченынаибольшие относительные удерживания (значенияа) всех компонентов анализируемой смеси,сколько пиков будет на хроматограмме и каков будетпорядок элюирования разделенных компонентов. Несмотряна то что наибольшую ценность этот методимеет для насадочных колонок в силу присущей иммалой эффективности, он может быть полезен и припроведении особенно трудных разделений на открытыхколонках.

134 Глава 1010.4. РОЛЬ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОЛОНКИПри выборе неподвижной жидкой фазы для проведенияконкретных разделений необходимо уделятьвнимание и эффективности колонки. Выше уже былопоказано (разд. 1.3), что степень разделения двух соединенийзависит от их относительного удерживания аи от эффективности колонки N. Допустим, что необходиморазделить два компонента, для которых величинаа =1,056 на метилсиликоновой неподвижнойжидкой фазе SE 30 и а = 1,194 на неподвижной жидкойфазе карбовакс 20 M. Из выражения (1.15) следует,что для разделения этих компонентов вблизи нулевойлинии (R = 1,5) на неподвижной жидкой фазеSE 30 потребуется примерно 13 000 теоретических тарелок,а на неподвижной жидкой фазе карбовакс20 M—около 1400 теоретических тарелок. При этомисследователь, работающий с насадочной колонкойразмерами 2 м X 6 мм, не имеет выбора: он вынужденвзять неподвижную жидкую фазу карбовакс 20 M стем, чтобы скомпенсировать малое значение N большимзначением а. Но 13000 теоретических тарелок —не предел для колонок типа OHC; часто такую эффективностьможно обеспечить при длине колонкилишь 4—5 м. Благодаря высокой эффективности такихколонок можно пересмотреть многие ограничения,которые учитывались в прошлом. Относительно «малоселективные» неподвижные жидкие фазы часто могутобеспечить превосходное разделение лишь за доли'того времени, которое требуется на это при использованиижидких фаз, характеризующихся большим удерживаниеманализируемых соединений.Литература1. Yabumoto K-, Investigation of Certain Volative Constituents ofRipening Cantaloupe. Ph. D. Thesis, Univ. of California, Davis,California, 1976.2. Rohrschnelder L., Chromatogr., 22, 6 (1966).3. Jennings W. G., Chem. Mikrobiol. Technol. Lebensm., 1, 9 (1971).4. Weiner P. H., Parcher I. F., J. Chromatogr. Sci., 10, 612 (1972).5. West S. D., Hall R. C, J. Chromatogr. Sci., 14, 339 (1976).6. Laub R. /., Purnell J. H., Anal. Chem., 48, 799 (1976).7. Laub R. /., Purnell J. H., Anal. Chem., 48, 1720 (197¾.Глава 11'ПОДГОТОВКААНАЛИЗИРУЕМОЙ ПРОБЫ11.1. ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯГазовая хроматография обеспечила огромный прогрессв области анализа летучих веществ, но вместе стем этим методом очень часто злоупотребляли и вредких других методах результаты анализа стольчасто подвергались вопиюще неправильной интерпретации.Часто исследователи ошибочно полагают, чтохроматограмма дает точное представление о составеанализируемого материала, забывая о том, что, за некоторымисключением, требуется существенная предварительнаяобработка большинства анализируемыхвеществ для приготовления экстракта или летучихпродуктов, пригодных для газохроматографическогоанализа. В процессе подготовки подобных проб могутпроисходить глубокие изменения в составе анализируемыхвеществ, и, кроме того, не все вещества,вводимые в хроматографическую колонку, устойчивыв условиях газохроматографического процесса: одникомпоненты анализируемой пробы не достигают входногоустройства хроматографа, другие не выходят изнего и третьи не выдерживают условий в самой колонке.Применение незаполненных хроматографическихколонок и целиком стеклянных хроматографическихсистем позволяет решить некоторые из этихпроблем.Иногда в хроматограф можно вводить непосредственно,т. е. без предварительной обработки, эфирныемасла и такие материалы, как относительно концентрированныехимические реакционные смеси илисмеси низкокипящих фракций нефти. Но даже и вэтих случаях при помощи предварительного выделе-

136 Глава Иния или фракционирования концентрацию следовыхкомпонентов можно поднять до уровня, достаточногодля обнаружения. Исследователь, желающий изучитьсостав разбавленной парофазной системы (например,анализ воздуха, дымовых газов, вдыхаемых и выдыхаемыхгазов) или состав проб, содержащих большиеколичества воды, спиртов или нелетучих материалов(к которым относится большинство продуктов биологическогопроисхождения), встречается с новыми проблемами.Вводом в хроматограф проб, содержащихбольшие количества воды, спирта или других сильноадсорбирующихся материалов, можно быстро испортитьколонку; кроме того, нужно тщательно избегатьввода нелетучих материалов. Такие нелетучие веществамогут не только испортить колонку, но, медленноразлагаясь в ней с образованием летучих веществ,привести к появлению серьезных проблем, связанныхс уровнем шумов; кроме того, эти материалы могутвступать в реакции с компонентами последующихпроб, что станет причиной появления лишних хроматографическихпиков. Особое беспокойстве эти явлениямогут причинять при анализе материалов биологическойприроды. Чтобы анализировать летучиевещества без подобных помех, следует каким-либоспособом удалить из смеси нелетучие компоненты.Итак, перед исследователем стоят две задачи. Однаиз них, которую можно назвать выделением, заключаетсяв том, чтобы отделить анализируемые летучиесоединения от мешающих веществ, таких, как нелетучиематериалы, вода или большие количества этанола.Другая задача — концентрирование. Она состоитв том, чтобы увеличить концентрацию детектируемыхматериалов настолько, чтобы в пробе тойвеличины, которая допустима для ввода в колонку,содержалось достаточное для детектирования количествоэтих материалов.Эти проблемы многогранны, и поэтому невозможновыбрать какую-либо единственную методику выделенияили концентрирования, которая была бы универсальной.Вместо поиска универсального метода исследовательдолжен учесть особенности имеющейся уПодготовка анализируемой пробы 137него хроматографической системы и особенности планируемогоим анализа и решить, какие из существующихметодик наиболее подходят для него или какиеиз этих методик можно модифицировать для достиженияпоставленных целей.11.2. АНАЛИЗ ПАРОВ ЛЕТУЧИХ ВЕЩЕСТВНАД АНАЛИЗИРУЕМЫМ МАТЕРИАЛОМИ АНАЛИЗ ПОЛНОГО СОДЕРЖАНИЯЛЕТУЧИХ ВЕЩЕСТВ В МАТЕРИАЛЕ* Вейрман [1] опубликовал хороший обзор класси-., ческих методик выделения и концентрирования летучихкомпонентов. Несмотря на то что в этом обзореосновное внимание он уделил веществам, определяющимзапах пищевых продуктов, многие из высказанныхим идей применимы и к другим системам какбиологической, так и небиологической природы. Онсчитает, что полное содержание летучих веществ вматериале связано с составом выделяющихся из неголетучих веществ, который зависит от распределенияэтих веществ внутри материала и от его физическогосостояния. Этот вывод иллюстрирует рис. 11.1. В верхнейчасти схемы, приведенной на этом рисунке, показаныдве водные пробы биологического происхождения,которые содержат полярные и неполярные летучиекомпоненты, нелетучие нерастворимые липиды,а также нелетучие вещества, среди которых могутбыть сахара, соли, аминокислоты и белки. Крометого, продукт, приведенный в левой части рис. 11.1,содержит частицы твердого нерастворимого материала,и, как показано на рисунке, некоторые компоненты(летучие и нелетучие) адсорбированы на этих частицах.В том случае, когда имеется избыток липидов,как, например, в продукте в правой части рисунка,считают, что все неполярные летучие вещества раствореныв липидных шариках. С другой стороны, впродукте в левой части рисунка имеется ограниченноеколичество липидов, и некоторое количество неполяр-

Подготовка анализируемой пробы 139ных летучих веществ осталось взвешенным в воднойфазе. Круги нижней части схемы отражают распределениеразличных веществ в парах веществ над продуктоми последующую дистилляцию. Несмотря на точто полное количество летучих веществ качественно иколичественно одно и то же в обоих случаях, относительноедавление паров этих веществ, а следовательно,и их концентрация в парах над продуктомразличны, поскольку различны распределения этихкомпонентов.11.3. АНАЛИЗРАВНОВЕСНОЙ ПАРОВОЙ ФАЗЫНепосредственный ввод в хроматограф пробы паранад пищевым продуктом привлекает своей простотойи в некоторых случаях дает удовлетворительные результаты[2, 3]. К сожалению, при этом хроматографическиепикя дают лишь те вещества, которые характеризуютсядостаточно высоким давлением парови которые имеются в пробе в количестве, достаточномдля их обнаружения детектором. Пробы большей величинысодержат большие количества менее летучихматериалов, однако такие пробы не смогут обеспечитьузкие хроматографические зоны и острые хроматографическиепики; вместо этого они дают широкие наложенныедруг на друга пики и плохое разделение.Некоторые исследователи перед входом в колонкуустанавливают охлаждаемую ловушку или охлаждаюткороткий начальный участок самой колонки.При этом неконденсирующиеся газы проходят сквозь,а конденсирующиеся летучие вещества остаются в ловушкеили в охлажденном переднем участке колонки.Затем охлаждаемый участок нагревают, и начинаетсяпроцесс хроматографирования. Сразу же очевидны двесвязанные с этим трудности: нелегко сконструироватьдоколоночную ловушку так, чтобы ее содержимое быстропереносилось в колонку при малых скоростях газовогопотока, используемых в таких высокоэффек-

140 Глава 11Подготовка анализируемой пробы 141тивных системах; кроме того, при анализе проб, содержащихпары воды, основным выделяемым веществомявляется вода. При существующих в настоящеевремя методах детектирования относительно мало системможно достаточно хорошо исследовать простымметодом, непосредственно вводя в хроматограф пробыпара летучих компонентов, образующегося над продуктом.11.4. ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯО МЕТОДИКАХ ВЫДЕЛЕНИЯИ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯБольшинство методик выделения или концентрированиялетучих компонентов включают стадии кристаллизации(в том числе и воды), дистилляции, экстракцииили адсорбции. На любой из этих стадиймогут происходить количественные изменения в содержаниивыделяемых веществ, а на некоторых стадияхмогут происходить и качественные изменения, напримеробразование новых летучих или исчезновение ранееприсутствующих летучих веществ.Перед выделением летучих фракций многие материалытребуется так или иначе механически расщеплятьили разрезать. Иногда на этом этапе, особеннопри обработке биологических проб, необходимоследить за тем, чтобы не произошло химических илиферментативных изменений в обрабатываемом материале.Очень важно (это подчеркивал и Вейрман)помнить о том, что ошибки, допущенные на начальныхстадиях выделения и концентрирования, невозможноисправить на последующих стадиях анализа.11.5. ПЕРЕГОНКАПерегонка — стадия, которую чаще всего применяютдля выделения летучих веществ из нелетучихматериалов; иногда перед перегонкой или после нееиспользуют стадию концентрирования, включающуюРИС. 11.2. Модифицированное устройство для перегонки и экстракции.Продукты перегонки из большой колбы с образцом (справа) конденсируютсявместе с непрерывно циркулирующим растворителем. Через левыйотвод менее плотный растворитель возвращается в резервуар с растворителем,а через правый отвод водный остаток возвращается в колбуадсорбцию, экстракцию или вымораживание (см.ниже). Иногда перегонку ведут в простом аппаратеневысокой эффективности (одна тарелка) при атмосферномили пониженном давлении, а иногда в многотарелочнойколонке с обратным холодильником; в любомслучае материал, из которого отгоняются легкиефракции, подвергается относительно энергичной обработкев течение относительно продолжительного времени.В последнее время в продаже появились вакуумныеиспарители с поднимающейся пленкой ивращающейся пленкой. Эти устройства обладают не-

142 Глава 11Подготовка анализируемой пробы 143выделяют летучие вещества путем экстракции или ад-.сорбции; иногда рекомендуется предварительно кон-.центрировать этот дистиллят (см. ниже).Добавление воды к безводной пробе (например,жира или масла) или к пробе с ограниченным содержаниемводы иногда может оказаться нежелательным.В таких случаях для перенесения летучих компонентовв охлаждаемую ловушку, в адсорбент илив абсорбент (см. ниже) можно использовать диоксидуглерода [6], азот [7] или воздух [8,9]. Очень хорошиерезультаты можно получить при выделениилетучих, веществ из различных материалов с применениемвысокого вакуума без использования перегонкис газом или водяным паром. Простое устройстводля проведения такого выделения в вакууме показанона рис. 11.3.РИС. 11.3. Простая охлаждаемая ловушка для работы в высокомвакууме.Образец (от пищевых продуктов до сырой нефти или битума) помещаютв большую камеру, а внутренний сосуд—«олодный палец» — заполняютохлаждающим агентом (сухой лед или жидкий азот). Камеру откачиваютчерез боковую трубку; образец можно нагревать, поместив все устройствона горячую поверхность.сколькими преимуществами и оказывают меньшее неблагоприятноевоздействие на обрабатываемые материалывследствие гораздо меньшей продолжительностиих контакта с нагретой поверхностью. Несколькодругих методик перегонки с использованием замкнутыхи рециркуляционных систем описали Вейрман, апозднее Тераниши и сотр. [4]. Специального упоминаниязаслуживает устройство для одновременной перегонкии экстракции, описанное Никерсоном и Ликенсом[5]. Это устройство, показанное на рис. 11.2,способно работать и при пониженных давлениях. Заисключением этого устройства, все остальные даютразбавленный водный дистиллят, из которого затем11.6. КОНЦЕНТРИРОВАНИЕПОНИЖЕНИЕМ ТЕМПЕРАТУРЫПри необходимости экстрагирования водных проббольших объемов требуются большие объемы растворителей(или специальные рециркуляционные системы,с применением которых связаны свои трудности;см. ниже). Большие объемы растворителя нежелательныс многих точек зрения, но основная причиназаключается в необходимости извлечения основнойчасти растворителя (и части экстрагированных летучихкомпонентов) из обрабатываемого материала переданализом, а также неизбежное концентрированиесодержащихся в растворителе примесей, которыеиногда оказываются доминирующими в последующиханализах. Часто бывает нужно уменьшить объем воднойпробы перед проведением экстракции или адсорбции.В тщательно контролируемых условиях можновыморозить из пробы практически чистую воду так,что концентрация других компонентов в меньшемобъеме незамерзающей жидкости станет пропорциональновыше. Эта методика привлекает тем, что пробаобрабатывается в.очень мягких условиях и для

144 Глава 11проведения вымораживания достаточно простогоустройства. Порции раствора можно помещать в стакани непрерывно перемешивать его при температурениже температуры замерзания или вводить в круглодоннуюколбу, погруженную наполовину в охлаждающуюбаню и непрерывно вращающуюся. Во избежаниеокклюзии и улавливания охлаждение нужно вестимедленно и в равновесных условиях. Важную рольиграют при этом скорость перемешивания (или вращения)и температура охлаждающей бани. Сообщалось,что этим способом удавалось повысить концентрациюв 5—40 раз, что эквивалентно удалению 80—95% воды.11.7. ЭКСТРАКЦИЯОбычно, но не всегда экстракцию предваряютстадией разделения, такой, как перегонка с водянымпаром. В качестве экстрагирующей жидкости обычноиспользуют неполярный органический растворитель,причем применяют самые разнообразные растворители.Если экстрагирование ведется низкокипящимрастворителем, то перед анализом основную часть егоизвлекают фракционированной перегонкой или испарением.При использовании высококипящего растворителянаиболее летучие компоненты анализируемоговещества извлекают из него перегонкой обычно припониженном давлении. Этот способ более подходитв тех случаях, когда исследователь заинтересован ввыделении низкокипящих летучих компонентов. Длявытеснения экстрагируемых соединений из воднойфазы в органический растворитель часто применяютсоли, такие, как хлорид или сульфат натрия. Однакоиногда действие этих солей оказывается более сложным,чем обычно полагают, и вопрос об их примененииследует внимательно проанализировать. В некоторыхслучаях соль вытесняет растворенные веществаиз водной фазы, но при этом они могут появиться впарах над обрабатываемым материалом, а не экстрагироватьсяорганическим растворителем.Подготовка анализируемой пробы 146Обычно растворитель-экстрагент выбирают с учетомего экстракционной эффективности, инертности итемпературы кипения. Для экстракции продуктов перегонкис водяным паром многие исследователи предпочитаютэтиловый эфир в силу его высокой экстракционнойспособности, хотя пентан или изопентан могутобеспечить лучшие результаты при экстракциипродуктов ферментации; углеводороды обладаютменьшей экстракционной эффективностью, но при ихиспользовании в водной фазе остаются низкомолекулярныеспирты, которые обычно переходят в эфирныйэкстракт. Этиловый эфир склонен к образованию перекиси,и неосторожное его использование в качестверастворителя-экстрагента может привести к образованиюпосторонних веществ. Как правило, чем нижетемпература кипения растворителя-экстрагента, темменьше потери низкокипящих летучих веществ наокончательной стадии концентрирования. Но даже ипри использовании кизкокипящего растворителя необходимоследить за объемом удаленного растворителя;летучие вещества даже с достаточно высокимитемпературами кипения вносят свой вклад в давлениепаров системы, и поэтому в процессе концентрированияследует ожидать потерь летучих пропорциональноих концентрации и давлению паров. Иногда концентрированиеосуществляют, направляя поток азота впробирку с концентрируемым экстрактом. По мереиспарения растворителя экстракт охлаждается, приэтом происходит концентрирование имеющихся в газепримесей, которые затрудняют последующий анализ.В некоторых условиях в пробирке может конденсироватьсяатмосферная влага. От имеющихся в газепримесей можно избавиться, если предварительно пропуститьгаз через молекулярное сито (см. ниже).В качестве растворителей-экстрагентов применяюти фторуглероды, а также этилхлорид, имеющиесяв продаже и называемые фреонами. Применяют такжеи жидкий диоксид углерода в. системах с повышеннымдавлением [12]. Во всех случаях, когда неизвестенсостав анализируемой смеси, очень важновключить в нее контрольное вещество с тем, чтобы

146 Глава IlПодготовка анализируемой пробы 147мощно было проверить, какие из полученных хроматографическихпиков обусловлены компонентами анализируемойсмеси *.11.8. ЗОННАЯ ОЧИСТКАПрименение зонной очистки (или зонной плавки)при приготовлении проб имеет то преимущество, чтопозволяет получать очень высокие концентрации веществв очень мягких условиях. Бензол, обладающийтемпературой замерзания 5,5 °С, — весьма подходящийрастворитель для этого способа. При помощи этойметодики, которая пригодна и для концентрированияпродуктов перегонки с водяным паром, Хакль [13] добился3000-кратного увеличения концентрации компонентовмалинового сока. Принцип, лежащий в ее основе,заключается в том, что медленно замораживаемыйв равновесных условиях растворитель выталкиваетпримеси и замораживается в чистом виде. Хакльзаполнял бензолом стеклянную трубку и замораживалего. При помощи устройства, показанного нарис. 11.4, вдоль трубки перемещали несколько зонплавления, расположенных на одинаковых расстояниях.Эти зоны получали при помощи узких медленноперемещающихся кольцевых нагревателей. Мощностьнагревателей и температуру воздуха, окружающегоненагреваемые участки трубки, необходимо тщательноподобрать с таким расчетом, чтобы каждая расплавленнаязона вновь замораживалась в равновесных ус*ловиях по мере передвижения нагревателей. Содержащиесяв бензоле примеси, оставаясь в расплаве, пере:* В ряде случаев для идентификации анализируемых соединенийцелесообразно использовать комбинированные хроматораспределительныеметоды. Хроматораспределительные методы являютсядвухстадийными методами. Первая стадия включает установлениеравновесия анализируемых соединений между двумянесмешивающимися фазами, вторая — анализ фаз с целью определенияв них концентрации анализируемых компонентов. Подробноэти методы описаны в работе: Березкин В. Г., Лощило 1ва В. Д., Панков А. Г., Ягодовский В. Д. Хроматораспределительныйметод.—M.: Наука, 1976.— Прим. ред.РИС. 11.4. Типичный аппарат для зонной плавки.Нагреватели расположены в ряд и закреплены на жестких направляющихна расстояниях, равных высоте кулачка d. При вращений кулачкаобразуются шесть непрерывно перемещающихся зон плавления. Времяодного оборота кулачка 2—6 ч./ — пластиковый корпус; 2—трубка для очистки растворителя; 3— жесткиенаправляющие и держатели нагревателей; 4—нагреватели; 5—клеммыдля подачи электрического напряжения к нагревателям; в—кулачок.мещаются ко дну пробирки. После того как зоныплавления проходят по трубке несколько раз (длячего может потребоваться несколько дней), всю трубкузамораживают и отбрасывают ее донную часть.Полученным тщательно очищенным растворителем,можно провести экстракцию, отделить экстракт от обрабатываемогоматериала и подвергнуть его очисткетем же способом. Однако на этот раз выделенныепримеси представляют собой сильно концентрированныеанализируемые летучие вещества, которые можноввести в хроматограф.Несмотря на всю привлекательность, этот способконцентрирования не нашел широкого применения.

148 Глава ItОсновная трудность, по крайней мере в работе автораэтим способом, была связана с флуктуациямитемпературы воздушной бани, которую применяли длязамораживания растворителя. Мощность нагревателейможно контролировать с очень высокой точностью,но при изменениях температуры воздушной бани впределах 1—2 0 C либо замерзает растворитель повсей длине трубки и не происходит отгонки примесей,либо весь растворитель в пробирке плавится и происходитего полное перемешивание.11.9. АДСОРБЦИОННЫЕ МЕТОДЫДля выделения летучих веществ из потока водяногопара или воды широко применяют активированныйуглерод в форме гранулированного древесногоугля [12, 14—16]. Несмотря на то что в любом процессеадсорбции велика вероятность образования постороннихвеществ, несколько исследователей, изучавшихэти процессы [17—19], не обнаружили значительныхперегруппировок или разрушений. В лабораторииавтора наблюдали небольшие перегруппировкиэфирных масел груши Бартлетта: небольшое количествотранс: 2-цис: 4-декадиеноатов явно перегруппировалосьв транс, грамс-конфигурацию после адсорбциина древесном угле и хранения в течение 8 лет прикомнатной температуре.чВ качестве адсорбентов применяли также кокосовыйи костяной угли как в виде таблеток, так и ввиде относительно грубого помола (например, 20—40 меш). После стадии адсорбции без предварительноговысушивания угля адсорбированные компонентыможно элюировать разными растворителями, такими,как этиловый эфир, пентан, дисульфид углерода илижидкий диоксид углерода. Кроме того, уголь с адсорбированнымивеществами можно лиофилизироватьдля удаления воды и затем элюировать растворителемлибо подвергнуть действию медленно повышающейсятемпературы в вакууме. Последним способомможно получить безводные не содержащие раствори-Подеотовка анализируемой пробы 149теля продукты. Можно показать, что стадии адсорбциии десорбции обладают некоторой долей селективности[1].11.10. АБСОРБЦИЯПОРИСТЫМИ ПОЛИМЕРАМИНесколько лет назад появились новые материалыв форме пористых полимерных шариков, предназначенныедля гель-проникающей хроматографии. Какправило, эти материалы представляют собой сополимерыстирола и дивинилбензола или подобных имсоединений; они поступают в продажу под разнымимарками (см. приложение III). Шарики таких материаловсодержат поверхностные функциональныегруппы, и этим они похожи на твердые носители, покрытыенеподвижной жидкой фазой. По этой причиненесколько исследователей изучали возможность их использованияв качестве газохроматографических насадок.Результаты исследований показали, что подобноеприменение таких материалов ограничивается несколькимиспециальными случаями, но вместе с темони характеризуются определенными уникальнымисвойствами: вода и низкомолекулярные спирты обладаюточень малыми временами удерживания на такихнасадках (приложение III) и дают симметричныехроматографические пики. Эти свойства указывали навозможность использования таких материалов в техникеподготовки проб: сквозь трубки или ловушки,заполненные подобным пористым полимером, можнопропускать большие количества воздуха или паровлетучих веществ, образующихся над анализируемымматериалом. Вещества, обладающие малыми временамиудерживания, такие, как неконденсирующиесягазы, вода и низкомолекулярные спирты, проходятсквозь такую ловушку за относительно короткийсрок. Другие вещества накапливаются в ловушке, ивпоследствии их можно вывести оттуда обратной продувкойв охлаждаемую ловушку [20,21]. Этот способоказался весьма успешным, и его широко применяли

160 Глава Itв ананлизах самых разнообразных материалов ([2, 8,9, 22—26], см. также гл. 13).При всей видимой простоте этого способа многиеисследователи встречались с разными трудностямипри его осуществлении. Большинство поступающихв продажу пористых полимеров сильно загрязнено, иперед употреблением их необходимо тщательно кондиционировать.Следует также отметить, что еслипредварительно не очистить применяемый для продувкигаз-носитель (обычно воздух или азот высокойчистоты), то основными выделенными летучими веществами,как правило, будут следовые примеси, имеющиесяв этом газе. Для очистки газа применяли несколькометодов; обычно достаточно пропустить газсквозь смешанный слой молекулярных сит 4А (или5A) и 13Х. При нагревании в присутствии воздухаили кислорода пористые полимеры претерпевают некоторуюдеградацию; поэтому кондиционирование полимераи извлечение из него анализируемых веществлучше всего вести с использованием инертного газа,такого, как азот.В большинстве случаев ловушка представляет собойкороткую стеклянную трубку (с внешним диаметром4—15 мм), содержащую небольшое количество(0,5—20 г) пористого полимера, заключенного междудвумя пробками из стекловаты. Кондиционированиеведут пропусканием сквозь ловушку при повышеннойтемпературе предварительно очищенного азота. Какуже упоминалось выше, прежде чем повышать температуруловушки, рекомендуется вытеснить из неевоздух; максимальная температура должна быть ниже,верхнего предела, указанного в паспорте полимера.Вести кондиционирование следует в течение по меньшеймере одной ночи, а лучше в течение несколькихсуток. По окончании кондиционирования ловушку охлаждаютдо температуры чуть выше температуры образцаи ведут улавливание при помощи потока газа(воздуха или азота), идущего в том же направлении.Затем образец убирают и иногда после этого ловушкупродувают потоком газа для удаления из нее следовслабоудерживаемых веществ (воды, этанола) [27].Подготовка анализируемой пробы 151После этого из ловушки извлекают уловленные веществапутем продувки ее в обратном направлении азотомпри повышенной температуре.Предлагалось также элюировать вещества из пористогополимера растворителем [28]; по-видимому,наилучшие результаты эта методика дает при использованиипористого полимера тенакс GC (приложениеIII). Сначала один конец стеклянной трубки вытягиваютв длинный суживающийся капилляр, а затемтрубку заполняют полимером. После улавливаниясквозь слой пористого полимера пропускают минимальноеколичество свежеперегнанного этиловогоэфира до тех пор, пока небольшое количество эфиране окажется в конце капилляра. Этот эфир и отбираютмикрошприцем для последующего анализа.Литература1. Weurman C, J. Agric. Food Chem., 17, 370 (1969).2. Jennings W. G., Filsoof M., J. Agric. Food Chem., 25, 440(1977).3. Yabumoto K., Yamaguchi M., Jennings W. G., J. Food Chem.(in press).4. Teranishi R., Hornstein I., Issenberg P., Wick E. L., «FlavorResearch», Dekker, New York, 1971.5. Nickerson G. B., Likens S. T., J. Chromatogr., 21, 1 (1966).6 Honkanen H., Karvonen P., Acta Chem. Scand., 20, 2626 (1966).7. Nawar W. W., Fagerson I. S., Food Technol. Chicago, 16, 107(1962).8. Tressl R., Jennings W. G., J. Agric. Food Chem., 20, 189 (1972).9 Jennings W. G., Tressl R., Chem. Mikrobiol. Technol. Lebensm.,3, 52 (1974).10. Kepner R. E., van Straten S., Weurman C, J. Agric. FoodChem,, 17, 1123 (1969).11. Shapiro /., Anal. Chem., 39, 280 (1967).12. Schultz T. A., Flath R. A., Black D. R., Guadagni D. Q.,Schultz W. G., Taranishi R., J. Food Sci., 32, 279 (1967).13. Huckle M. T., Chem. Ind., p. 1490 (1966).14. Ralls J. W., McFadden W. H., Siefert R. M., Black D. R., KUpatrickP. W., J. Food Sci., 30, 228 (1965).15. Tang C. S., Jennings W. G., J. Agric. Food Chem., 15,24 (1967).16. Jennings W. G., Nurtsen H„ Anal. Chem., 39, 521 (1967).17. Carson J. F., Wong F. F., J. Agric. Food Chem., 9, 140 (1961).18. Paillard N., Fruits, 20, 189 (1965).19. Hentz D. E., Sevenants M. R., Jennings W, G., J. Food Sci. 31,63 (1966).

152 Глава 1120. Dravnieks A., O'Donnell A., Paper 2, 160th Nat. Meet., Am.Chem. Soc, Chicago, Sept. 13—18, 1970.21. Jennings W. G., Paper 99, 160th Nat. Meet. Am. Chem. Soc.,Chicago, Sept. 13—18, 1970.22. Jennings W. G., Wohleb R. H., Lewis M. /., J. Food Sci., 37,69 (1972).23. Uchman W., Jennings W. G., J. Food Chem., 2, 135 (1977).24. Jennings W. G., J. Food Chem., 2, 185 (1977).25. Zlatkis A., Bertsch W., Lichtenstein H., Tishbee A., Shunbo F.,Leibich H. M., Coscia A. Af., Fleischer N., Anal. Chem. 45, 763(1973).26. Novotny Af., McConnell Af., Lee Af. L., J. Agric. Food Chem.,22, 765 (1974).27. Jennings W. G., Wohleb R. H., Lewis Af. J., Master BrewersAssoc. Am. Tech. Quart., 11, 104 (1974).28. Shaefer J., TNO, Zeist, The Netherlands, Personal communication.Глава 12АНАЛИЗ МАТЕРИАЛОВОГРАНИЧЕННОЙ ЛЕТУЧЕСТИ12.1. ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯСоединения, содержащие активные атомы водорода(например, амино-, гидроксильные или карбоксильныегруппы) могут взаимодействовать с другимианалогичными группами или с неподвижной жидкойфазой. Иногда получают производные соединенияэтого типа с тем, чтобы выделить более летучие соединения,которые можно анализировать методами газовойхроматографии. Так, жирные кислоты частопревращают в соответствующие сложные метиловыеэфиры. Эти эфиры не только обладают большей летучестью,но и гораздо менее склонны взаимодействоватьс хроматографической системой, поскольку в нихотсутствует активный атом водорода карбоксильнойгруппы. Менее известные методы получения производныхсоединений некоторых специальных типов упоминаютсяв гл. 13.12.2. ПИРОЛИТИЧЕСКАЯГАЗОВАЯ ХРОМАТОГРАФИЯМатериалы, летучесть которых слишком мала длягазохроматографического анализа, иногда можно подвергнутьтермическому разложению и получить летучиепродукты, анализ которых может дать информациюоб исходном образце. Используемый для этойцели метод термического разложения известен подназванием пиролиз, а результирующую хроматограммуназывают пирограммой.Большинство устройств для проведения пиролизавключает микрореактор или камеру с филаментом,

164 Глава 12Последние больше распространены в силу простотыих устройства, но они обладают и некоторыми недостатками.Пробу обычно наносят непосредственно нанить или помещают ее в небольшой контейнер, окруженныйнитью. Иногда ячейку с пробой размещаютв потоке газа-носителя, нить нагревают для получениялетучих продуктов разложения пробы, которые потокомгаза-носителя переносятся в хроматографическуюколонку; при этом на выходе из хроматографа получаютхарактеристическую хроматограмму. В литературебыли описаны примеры анализа таким методомпластмасс, полимеров и покрытий [1,2], сополимеров[3—5], стеринов [6], микроорганизмов [7, 8], а такжеингредиентов пищевых продуктов и лекарственныхпрепаратов [9]. В практических анализах этим методоммогут возникать трудности, связанные с вторичнымиреакциями, и воспроизводимость результатованализа не всегда удовлетворительна. С развитиемнадежных методов силанизации в основном пропаланеобходимость обращаться к этому методу, и в настоящеевремя пиролитическую газовую хроматографиюприменяют главным образом в нескольких специальныхслучаях, таких, как анализ полимеров, хотянекоторые интересные сведения продолжают появлятьсяв литературе. Блэкуэлл [10] применил пиролитическуюгазовую хроматографию для анализа.мономерногосостава сополимеров гексафторпропиленаи винилиденфторида, а Босс и Хазлетт [11] подвергалипиролизу в золотой реакционной трубке несколькоизомеров спиртов и кетонов и анализировали продуктыпиролиза при помощи комбинации методовгазовая хроматография — масс^спектрометрия.12.3. СИЛИЛИРОВАНИЕРазработка надежных методов силанизации, котораязаключается в замещении активного атома водорода(иногда иона металла соли) триметилсилильнойгруппой, позволила применять газовую хроматографиюдля анализа гораздо более широкого спектрасоединений.Анализ материалов ограниченной летучести 155Так же, как и в примере с метиловым эфиром(разд. 12.1), в результате замещения активного атомаводорода триметилсилильной группой снижается полярностьсоединения и ослабевает его тенденция кобразованию водородных связей. Поэтому соединения,проявляющие сильную тенденцию к образованию во«дородных связей, имеют обычно более летучее силильноепроизводное. Снижается и реакционная способностьсоединения, благодаря чему оно становится менеесклонным вступать в реакции с другими веществамиили с компонентами хроматографической системы.R ~ 0H(CH 3 ) 2 S1C1TMCS - *" R-O-Si(CH 3 J 3 + HCl(CH 3 ) 3 Si-N(C 2 H 5 )2R-COOH TMSDEA • R-COOSi(CH 3 ) 3 +(C 2 Hs) 2 NH.OSi(CHa) 32CH 3 C^NSl(CH 8 )SR-CH-COOH — •NH 2—> CH 3 -CH-C-OSi(CHs) 3 + 2CH 3 C^IX NHSi(CH 3 ) 3NHSi(CH 3 J 3Реагенты для этих и других аналогичных реакцийлегко доступны (приложение IV), а методики проведенияреакций просты и легко реализуемы. Эти реакцииобратимы: в присутствии влаги вновь образуетсяисходное соединение.Иногда выгодно регенерировать исходное соединениепосле процесса разделения, однако регенерацияможет и мешать анализу. Силильные производные некоторыхсоединений, например аминокислот, можнохроматографировать на насадочных колонках. Повторениеанализа с использованием более эффективнойстеклянной капиллярной хроматографической системыпоказало, что не все компоненты выдерживают

156 Глава 12условия разделения в насадочной колонке. По-видимому,это объясняется тремя факторами: наличиемследовых количеств влаги (или кислорода?) в газеносителе,температурой колонки и продолжительностьюпроцесса разделения. Если в линию газа-носителяпоместить химические поглотители влаги и работатьс высокими скоростями потока газа-носителя, топроцент «выживаемости» таких производных повысится.Некоторую роль может играть и скорость программированиятемпературы колонки. Если разложениеобусловлено термической нестабильностью, то,возможно, следует снизить скорость программирования.Если, с другой стороны, основная причина разложения— слишком большая продолжительность анализа,то «выживаемость» производных может повыситьсяпри увеличении скорости программированиятемпературы (разд. 8.4). Вполне возможно, что прианализе неустойчивых соединений лучшие результатыудастся получить на колонках типа HC или HCTHбольшого диаметра; при этом придется несколько пожертвоватьэффективностью разделения, но затоуменьшатся времена удерживания анализируемыхсоединений (разд. 1.2).ЛитератураАнализ материалов ограниченной летучести 1571. Coupe N. В., Jones С. E. R., Stockwell P. В., Chromatographia,6, 483 (1973).2. Cucor P., Persiani C, J. Macromol. ScL Chem., 8, 105 (1974).3. Okumoto Т., Tsugi S., Yamamoto Y., Takeuchi Т., Macromolecules,7, 376 (1974).4. Sellier N., Jones C. E. R., Guiochon G-, J. Chromatogr. ScL.13, 383 (1975).5. Wallisch K. L., J. Appl. Polym. ScL, 18, 203 (1974).6. Gassiot-Matas M., Julia-Danes E., Chromatographia, 9, 1517. Meuzelaar H. L. C, Ficke H. G., den Harink H. C, J. Chromatogr.,ScL, 13, 12 (1975).8. Quinn P. A., J. Chromatogr. ScL, 12, 796 (1974).9. Roy T. A., Szinai S. S., J. Chromatogr. ScL, 14, 580 (1976).10. Blackwell J. T., Anal. Chem., 48, 1883 (1976).IL Вове B. D., Hazlett R. N., Anal. Chem., 48, 417 (1976).12.4. МЕТОДИКА СИЛАНИЗАЦИИПоскольку реагенты силанизации обладают высокойреакционной способностью, их нужно хранить вохлаждаемом дессикаторе и перед использованием испытыватьна известной системе. Обычно для полученияпроизводного к сухому исходному соединениюдобавляют 10—50-кратный избыток реагента силанизации.Реакцию ведут в безводных условиях в закрытойзавинчивающейся пробкой толстостенной стекляннойреакционной ампуле, стенки которой покрытытефлоном. В качестве растворителя чаще всегоиспользуют пиридин, причем отдельные исследователисчитают его катализатором силанизации. Указания нанекоторые специальные аналитические методикиимеются в приложении IV.

Газовая хроматография на Капиллярных колонках 169Глава 13ПРИМЕНЕНИЯГАЗОВОЙ ХРОМАТОГРАФИИНА СТЕКЛЯННЫХКАПИЛЛЯРНЫХ КОЛОНКАХ13.1. ВВЕДЕНИЕКак отмечали Новотны и сотр. [1], в силу чрезвычайнойсложности смесей летучих соединений, определяющихзапах пищевых продуктов, загрязнений воздуха,табачного дыма и физиологических жидкостей,для их достаточно эффективного разделения требуютсявысокоэффективные капиллярные колонки. Крометого, многие компоненты таких смесей (а также некоторыепестициды, производные наркотиков, фармацевтическиевещества, аминокислоты., стероиды и сахариды)при анализе в обычной газохроматографическойсистеме сильно разрушаются или совсем не доходятдо детектора. В связи с этим иногда пытаютсяиспользовать для подобных специфических анализовболее инертные и высокоэффективные стеклянныеоткрытые хроматографические колонки. Некоторые изэтих попыток были связаны с подробным анализомсоединений определенного класса, другие сводились кповерхностному анализу для демонстрации преимуществэтих хроматографических систем.Цель данного раздела — дать не исчерпывающийобзор, а, скорее, представительную выборку результатовисследований, применявших стеклянные открытыеколонки для анализов в разных областях.13.2. АНАЛИЗ ВОЗДУХА И ДЫМАОколо 28 полициклических и полициклических ароматическихуглеводородов было обнаружено в газовойсаже из серусодержащих нефтяных продуктовпри анализе на короткой стеклянной колонке типаOHC с неподвижной жидкой фазой SE 30 [2]. Приповторении этого анализа на насадочной колонке изнержавеющей стали не только понизилась эффективностьразделения, но и не удалось обнаружить серусодержащихсоединений. Стеклянная капиллярная колонкаобеспечила гораздо большую эффективностьразделения и позволила разделить ранее не разделенныеизомеры и соединения, присутствующие в следовыхколичествах.Комбинируя фракции, разделенные методом жидкостнойхроматографии, Ли и сотр. [3] получали селективнообогащенные конденсаты дыма табака имарихуаны и затем анализировали их на стекляннойгазохроматографической колонке. Новотны и сотр. [4]концентрировали дым сигарет трех различных сортовпри помощи пористого полимера тенакс GC. Полученныеконцентраты десорбировали и хроМатографировалина стеклянных колонках типа HC (рис. 13.1).В другом исследовании [5] из пылевидных загрязненийвоздуха было выделено свыше 100 полицикличе^ских соединений и в том числе следовые количестваалкилированных соединений. При этом было продемонстрированопрекрасное разделение, в том числе иизомеров, различающихся положением алкильныхгрупп. .Рапп и сотр. [6] идентифицировали разделенныекомпоненты конденсата табачного дыма, непосредственносоединив стеклянную капиллярную колонку смасс-спектрометром. При этом они добились четкогоразделения фенантрена, антрацена, флуорантрена, пирена,кризена, перилена, бензпирена, коронена и углеводородовCH, 16, 18, 20, 22, 24, 28, 32, 34- KpOMe ТОГО, быларазделена стандартная смесь лимонена, фурфуриловогоспирта, никотина и фенола.Онуска и Комба [7] добились прекрасного разделениясмеси полициклических ароматических углеводородовна стеклянной капиллярной колонке с сильно«ворсистой» внутренней поверхностью (рис. 13.2).Рёрааде [8] анализировал дым сигарет на стекляннойкапиллярной колонке OHC размерами0,2 мм X 9,6 м, а Гроб [9] добился прекрасного

M" 96-JLAJLШ\ IvW %Wгз т *11 25 29,26»m l yy 27^JiJ31l32UW33I.I34IdAТемпература.'С70 90—I 1 1 1 1 1 1 1IW 130 ISO 170 190 ZW 230 ZAOВремя, I -MUH " io го зо АО 70 BO 90 100РИС. 13.1. Хроматограммы экстрактов марихуаны, полученной из трех разных источников.Стеклянная капиллярная колонка размерами 0,26 мм X 11 м с неподвижной жидкой фазой SE 52. (Перепечатано с разрешенияиз работы Novotny et al.- [11]. Copyright by the American Chemical Society.)

РИС. 13.2. Хроматограмма полициклических ароматических углеводородов. Стеклянная капиллярная колонкас неподвижной жидкой фазой OV3.Температуру колонки программировали в интервале 60—230 0 C со скоростью 2° в 1 мин./ — бифенил; 2—аценафталин; 3—флуорен; 4—фенантрен; 5—антрацен; 6—9-метилфенантрен; 7 —флуорантрен; S—пирен;9—бензо(а)флуорен; 10—бензо(Ь)флуорен; 11— 1-метилпирен; 12—трифенилен; 13 — бензо(е)пирен; 14 — бензо(а)пирен; 15—перилен;16 — дибензо(а, с) антрацен.

Газовая хроматография на капиллярных колонках 163РИС. 13.3. Хроматограмма фракции табачного дыма, полученнаяна стеклянной капиллярной колонке. (From Roeraade [8]; reprintedby permission of the copyright owner.)разделения фракции табачного дыма (рис. 13.3) настеклянной капиллярной колонке типа OHC размерами0,32 мм X 145 м с неподвижной жидкой фазойэмульфор ON 870.Для анализа карбонильных соединений, содержащихсяв табачном дыме и выхлопных газах автомобилей,Хосика и Таката [10] получали 2,4-динитрофенилгидразоновыепроизводные, которые затем разделялина стеклянной капиллярной колонке размерами0,25 мм X 20 м с неподвижной жидкой фазойSF 96. По их сообщению, за исключением производных«-валеральдегида и изобутилметилкетона, пикикоторых перекрывались, а также о- и. ж-толвальдегидныхпроизводных, которые были плохо разделены,наблюдалось полное разделение 2,4-динитрофенолгидразоновыхпроизводных десяти алифатических альдегидов,восьми алифатических кетонов и четырех ароматическихальдегидов.В работе [11] был описан специфический методанализа проб марихуаны «по отпечаткам пальцев».Пробу экстрагировали циклогексаном по методу Сокслетаи промывали экстракты нитрометаном. Промытыеэкстракты сушили досуха в вакууме, растворялив дихлорметане и концентрировали при помощи короткойвспомогательной колонки. Летучие компонентыпробы анализировали на стеклянной капиллярнойб*

164 Глава 13колонке типа HC размерами 0,26 мм X 11 м с неподвижнойжидкой фазой SE 52. Как сообщалось, хроматограммыоказались воспроизводимыми, и былипродемонстрированы существенные различия междутурецкой и мексиканской марихуаной. Заметно различалисьхроматограммы проб мексиканской марихуаны,выращенной в Мексике и в шт. Индиана(США).13.3. АНАЛИЗ АМИНОКИСЛОТПрименимость газовой хроматографии на стеклянныхкапиллярных колонках для анализа производныхаминокислот изучали несколько исследователей. Дейл[12] сообщил о том, что хорошими возможностямиобладают фенилтиогидантоиновые производные, хотяочень полезны и триметилсилильные производные.Была продемонстрирована также возможность хроматографическогоанализа некоторых ацетилированныхфенилтиогидантоиновых производных, которые не удавалосьанализироать на колонках из нержавеющейстали. Кроме того, Дейл добился приемлемого разделенияметиловых эфиров N-пивалиламинокислот настеклянной капиллярной колонке со смесью неподвижныхжидких фаз XE 60 и FFAP.На короткой стеклянной капиллярной колонке малогодиаметра со смесью жидких фаз OV 101 и OV 225Эйм и Шоквист [13] обеспечили разделение силилированныхметилтиогидантоиновых (MTH) производныхаминокислот. При условии превращения цистеинильныхи аргинильных остатков в соответствующиеS-метилцистеинильные и орнитильные производныеудавалось в одном цикле разделить соответственно20 аминокислот. Некоторые производные давалитипичные двойные хроматографические пики, причемавторы обнаружили, что такие пики можно использоватьдля диагностики. Так, двойной хроматографическийпик давал изолейцин, что было связано с образованиемМТН-алло-изолейцина в реакции силанизации.Наилучшим было разделение при малыхскоростях программирования температуры колонки,Газовая хроматография на капиллярных колонках 165однако при этом наблюдалось частичное разложениепроизводных определенных аминокислот и иногдаполностью пропадал хроматографический пик производногогистидина. При больших скоростях программированияразделение ухудшалось, но уменьшалосьи разложение.Кавадоре и сотр. [14] применяли стеклянную капиллярнуюколонку с неподвижной жидкой фазойFFAP для разделения метиловых эфиров бензоильныхи пивалильных производных аминокислот, а Шомбурги Хусман [15] продемонстрировали разделение эфировраценатов аминокислот на специально приготовленнойнеподвижной жидкой фазе.13.4. ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ПРЕПАРАТЫИ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВАРийкс и Крамере [16] опубликовали данные поразделению смеси барбитуратов на стеклянной насадочнойколонке, содержащей смесь неподвижных жидкихфаз OV17 и OV 225 на твердом носителе газхромQ. В стандартную смесь, которую удалось четкоразделить, входили апробарбитал, амобарбитал, секобарбитал,гексобарбитал, браллобарбитал, гептобарбитали гептабарбитал. Те же авторы проводили разделенияи на другой микронасадочной колонке с жидкойфазой OV 101 и гидрооксидом калия в качестветвердого носителя. Стандартная смесь, которая былатакже хорошо разделена, состояла из метил-, этил-,изопропил-, метилэтил-, бутил- и метилизопропиламфетамина.На стеклянной колонке типа OHC Шомберг и Хусманразделяли смесь циклопентамина, пропилгекседрина,метамфетамина, амфетамина, мефентермина,фендиметразина, эфедрина, фенметразина, фенилпропаноламинаи бензфетамина, а также смесь фендиметразина,эфедрина, фенметразина, фенилпропаноламина,бензфетамина, ксилометазолина, тетрагидрозолина,кофеина, кокаина, нафтазолина и оксиметазолина.

IlI с «*IОёis Iи.\ /JULI*«Iisli 8 з las!ШJU.WLX^РИС. 13.4. Хроматограмма стандартной смеси метиловых эфиров жирных кислот.Стеклянная капиллярная колонка длиной 50 м с неподвижной жидкой фазой FFAP. Температуру колонки программировалив интервале 95—198 0 C со скоростью I е в 1 мин. Газ-ыоситель — водород. (From Yaeqer et al. [18]; reprinted by permission of thecopyright owner.)

168 Глава 1313.5. АНАЛИЗ ЖИРНЫХ КИСЛОТДля анализа смесей Жирных кислот, содержащихв различной степени ненасыщенные компоненты и изомеры,особенно важна высокая эффективность разделения,которую можно достигнуть на стеклянных капиллярныхколонках. Шомбург и Хусман [15] изучаливлияние нескольких параметров на разделениежирных кислот от Сю До Cis, а также метиловых эфировжирныя кислот от Ci 8 до С 2 в на стеклянных капиллярныхколонках с неподвижными жидкими фазамикарбовакс 20 M, а также ДЭГС. Бейдингс исотр. [17] продемонстрировали разделение метиловыхэфиров жирных кислот молочного жира, а Джагер исотр. [18] достигли очень хорошего разделения метиловыхэфиров жирных кислот во всем диапазоне отСю до Сго (рис. 13.4). Хорошее разделение сложныхсмесей жирных кислот получили также Онуска иКомба [7].13.6. АНАЛИЗ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВИ НАПИТКОВСуществует большой интерес к мясным запахам,связываемый обычно с разработкой синтетических запахов,которые можно было бы использовать для приготовленияискусственных продуктов питания и темсамым внести вклад в решение мировой проблемы питания.Несмотря на это, попытки синтезировать приемлемыемясные запахи, опираясь на анализ натуральныхпродуктов, имели ограниченный успех. В недавнемисследовании Шибамото и Расселл [19]использовали модельную систему, состоящую из D-ГЛЮкозы,сероводорода и аммиака, которую они выдерживалипри температуре 100°С в течение 2 ч. Послеперегонки с водяным паром продукты реакции экстрагировалидихлорметаном и анализировали на целикомстеклянной газохроматографической системе с использованиемстеклянных капиллярных колонок типаOHC с неподвижными жидкими фазами карбоваксГазовая хроматография на капиллярных колонках 1692OM и SE 30 (рис. 13.5 и 13.6). Идентификацию вели,используя комбинацию газовый хроматограф — массспектрометр(ГХ—MC), в которой стеклянные капиллярныеколонки непосредственно были соединеныс квадрупольным масс-спектрометром. При этом былполучен широкий спектр алифатических и циклическихсоединений, в том числе серо- и азотсодержащиесоединения. Летучие компоненты включали сульфиды,тиолы, тиофены, тиазолы, пиразины и производныефурана. Сообщалось, что некоторые выделенныесоединения обладали запахом свежеприготовленногомяса.В аналогичном анализе консервированной свинины,подвергнутой различной тепловой обработке[20], также были выделены соединения серы и несколькоалифатических спиртов.На стеклянных капиллярных колонках анализировалисоединения, определяющие запах несколькихфруктов и в том числе персиков [21] и инжира [22].Разновидность дыни с оранжевой мякотью, известнойпод названием «дыня канталупка», анализировалидля изучения различий в ее разновидностях [23](рис. 13.7), процесса ее созревания [24] и схемы биосинтезасоединений, определяющих ее запах [25].Бейдингс и сотр. [17] получили очень хорошее разделениесмесей летучих соединений, определяющих запах(источник запаха не был обнаружен), состоящихв основном из альдегидов, эфиров и кетонов; они использовалистеклянные капиллярные колонки с неподвижнойжидкой фазой SE 30 и карбонизированныеколонки с неподвижной жидкой фазой UCON HB 5100.Для выделения летучих веществ пива [26] их увлекалипотоком азота в ловушку с пористым полимером(разд. 11.10). Затем полученный концентрат выводилииз ловушки и хроматографировали на стеклянныхкапиллярных колонках.Стеклянные колонки типа HC применяли и дляанализа ароматических компонентов вин и фруктов[21], а также эфирных масел черного перца [27], лимона[28] и калифорнийского перцового дереваSchinus molle [29].

27 !Г HS8IO MUH200!I360 380400340РИС. 13.5. Хроматограмма летучих веществ из системы, моделирующей запах мяса.Продукты реакции глюкозы и аммиака анализировали на стеклянной капиллярной колонке размерами 0,25 мм X 100 и с неподвижнойжидкой фазой карбовакс 2OM. Температуру колонки программировали в интервале 70—170 °С со скоростью 1° в мин.(С разрешения Shibamoto. Ogawa and Company, Токуо.)i420

РИС. 13.6. Хроматограмма летучих веществ из системы, моделирующей запах мяса.Продукты реакции сульфида водорода, аммиака и глюкозы анализировали на стеклянной капиллярной колонке размерами0,25 MMXIOO M с неподвижной жидкой фазой карбовакс 20 M. Температуру колонки программировали в интервале 70 —170 0 C соскоростью 1° в 1 мин. (Из работы [23]. Reprinted by permission of the copyright owener.)

M.3 5 « П 19 Il 23 25Время оюТемпература 5(ГС W'cРИС. 13.7. Хроматограмма летучих веществ дыни канталупки, полученная на стеклянной капиллярной колонкеразмерами 0,25 мм X 80 м с неподвижной жидкой фазой карбовакс 20 M.

Газовая хроматография на капиллярных колонках 17513.7. ПЕСТИЦИДЫВ то время как стеклянные капиллярные колонкиуже применяют в нескольких областях, большинствоанализов хлорированных пестицидов и других анало*гйчных соединений продолжают вести на насадочныхколонках. В нескольких исследованиях показано, чтобольшая инертность стеклянных открытых колонок всочетании с их гораздо более высокой эффективностьюделают эти колонки наилучшим инструментом и дляисследования пестицидов.Как отмечали Франкен и Руттен [30], для удовлетворительногоанализа пестицидов требуется в тойили иной степени дезактивировать даже стеклянныеколонки типа HC. Наилучшие результаты эти исследователиполучили, покрыв стенки колонки пленкойсредней толщины неполярного материала; при этомони добились хорошего разделения смесей синтетическихпестицидов.Необходимость дезактивации признали такжеШульте и Эккер [31]. На внутренние стенки капиллярнойколонки они наносили толстый слой BTPPC;для этого они погружали колонку в водяную баню стемпературой 50°С и пропускали сквозь нее 1%-ныйраствор BTPPC в дихлорметане. Избыток BTPPC вымывалииз колонки растворителем при комнатнойтемпературе, в результате чего на стенках колонкиоставался тонкий слой соли фосфония. После этогодинамическим способом в колонку наносили слой неподвижнойжидкой фазы SE 30, OV 101 или дексил300. Авторы сообщали о получении ими очень хорошихрезультатов разделения нескольких хлорированныхуглеводородных пестицидов.Бейдингс и сотр. [17]'продемонстрировали достаточнохорошее разделение стандартных смесей хлорзамещенныхпестицидов на стеклянной колонке типаHC размерами 0,7 мм X 24 м с пленкой неподвижнойжидкой фазы SE 30 толщиной 1 мкм. Качество разделениязначительно улучшилось при переходе к колонкеразмерами 0,9 мм X 8 м с неподвижной жидкойфазой ДЭГС — фосфорная кислота (3: 1).

РИС. 13.8. Хроматограмма токсафена, полученная на стеклянной капиллярной колонке. (Из работы [33].Copyright by the American Chemical Society.)^mu^g^gi

Газовая хроматография на капиллярных колонках 177,—I MlMВремя, минВРИС. 13.9. Хроматограмма материала Арохлор 106, полученнаяна стеклянной капиллярной колонке размерами 0,25 мм X 30 мс неподвижной жидкой фазой SE 30. (С разрешения P. Taylor,California Analitical Laboratories.)Холмстед [32] применял стеклянные капиллярныесистемы для того, чтобы следить за продуктамиразложения в нормальных условиях инсектицида мирекс(додекахлоропентацикло [6.3.0, О 2 ' 6 «О 3 ' 9 * 4 > 8 ]декан).Сале и Касида [33] сообщили о том, что при анализеметодом газовой хроматографии на стеклянныхкапиллярных колонках каждая из восьми различныхпроб токсафена (приготовленных путем хлорированиякамфена и других терпенов) давала одни ите же 29 основных хроматографических пика в почти

178 Глава 13Газовая хроматография на капиллярных колонках 179и бензофуранов. Он отметил, что существенно лучшееразделение этих соединений обеспечивают колонкималого диаметра с тонким слоем неподвижной жидкойфазы, которые позволяют работать при малыхтемпературах. Он также отметил превосходство стеклянныхкапиллярных колонок в анализах этого типа.Этот вывод согласуется с наблюдениями Крупчика исотр. [36], которые сообщили о том, что капиллярныеколонки из натрий-кальциевого стекла, протравленныегазообразным HCl и покрытые тонкой пленкойнеподвижной жидкой фазы OV101, обладают адсорбционнымисвойствами, которые обеспечивают высокиезначения индексов удерживания. Такие колонки способнык разделению пар полихлорзамещенных дифенилов,которые не разделяются на колонках с болеетолстыми пленками неподвижной фазы (рис. 13.10).О 5 /ОВремя, минРИС. 13.10. Хроматограмма пестицидов, выделенных из куриногояйца. •Стеклянная капиллярная колонка размерами 0,2S мм X 30 м с неподвижнойжидкой фазой SE 30. (С разрешением P. Taylor, California AnaliticalLaboratories.)идентичных соотношениях (рис. 13.8). Они применяликолонки типа OHC размерами 0,25 мм X 30 м с неподвижнойжидкой фазой SE 30 и обнаружили, чтомогут обеспечить гораздо более подробный анализ составатоксафена.Имеется сообщение об улучшенном разделенииполихлорзамещенных дифенилов, полученном на стеклянныхкапиллярных колонках с программированиемтемпературы [34] (рис. 13.9).Бьюсер [35] изучал возможность применениястеклянных капиллярных колонок с неподвижнымижидкими фазами OV17, OVlOl и силар 10 С дляразделения полихлорзамещенных дибензо-п-диоксинов13.8. АНАЛИЗ САХАРИДОВГазовую хроматографию на стеклянных капиллярныхколонках применяли с целью выявить распределениеоксиэтильных групп в глюкозных звеньях, образующихсяв реакции оксида этилена и крахмала.JZ10 20 SOВремя, минUJUULРИС. 13.11. Хроматограмма производных дисахаридов, полученнаяна стеклянной капиллярной колонке. (Из работы [39]. Reprintedby permission of the copyright owner.)40

180 Глава 13Пробу гидролизовали, силанизовали и получали полноеразделение шести монозамещенных и двенадцатидизамещенных аномерных форм. Более высокие производныевплоть до пентазамещенных продуктов делилина группы, что позволяло вести количественноеопределение степени замещения с высокой точностью[37].Шафранек и сотр. [38] сообщили о разделениисмесей производных моносахарида на стеклянной капиллярнойколонке с неподвижной жидкой фазойSE 30, к которой был примешан плавленый диоксидкремния (силанокс 101). Шомбург и Хусман разделилисиланизованные продукты деструкции (по соединениямСб) глюкозы, облученной у-лучами, на стеклянныхколонках типа HC [15]. В работе [39] сообщаетсяо разделении триметилсилильных и метоксиламинтриметилсилильныхпроизводных смеси восьмидисахаридов (рис. 13.11).С .32О13.9. АНАЛИЗ СТЕРОИДОВБыло продемонстрировано разделение холестерина,кампестерина, стигмастерина и р-ситостерина на колонкеразмерами 0,25 мм X 40 м с неподвижнойжидкой фазой карбовакс 20 M при постоянной температуре26O 0 C; силанизованные производные прегнандиола,андростерона, этиохоланолона, эпиандростерона,прегнантриола и холестерина разделяли на несколькоболее короткой колонке при температуре270 0 C [15]. Сандра и сотр. [40] разделяли разнообразныеметоксиламинтриметилсилильные производныестероидов мочи (рис. 13.12).Новотны разделял сложные смеси стероидов плазмы,используя их метокситриметилсилильные производные.Перед анализом он фракционировал их наразные сопряженные группы [41].Как сообщили Мадани и сотр. [42], покрытые метилсилоксаномстеклянные незаполненные колонкидают очень хорошие результаты в анализе гормональныхстероидов (рис. 13.13). Гидролизом дихлордиме-45Время, минРИС. 13.12. Хроматограммы стандартной смеси стероидов (а) истероидов мужской мочи (б), полученные на стеклянной капиллярнойколонке.А—анлостерон; Е — этиохоланолон; ДНЕ—дегидроэтио A; U-KA-11-кетоА• U-KE-11-кетоЕ? ll-OH-A-ll-0-окси A; U-OH-E-П-Р-окси E,PD-поег'нандиол; PT-прегнантриол; THE —тетрагидрокортизон; ТНФтетрагидрокортизол;Cort-кортолон-го-а; р-Сог1-кортолон-20-Р;СВи-холестерилйутнрат;тНВ-4-метил-2,6-дитргтбутилфенол (антноксидант).(Из работы [40]. Reprinted by permission of the copyright owner.)

182 Глава 1350 40 30 20Время, мингIOвремя, минРИС. 13.14. Хроматограмма органических веществ из проб поверхностныхсточных вод,, полученная на стеклянной капиллярной колонке.(С разрешения фирмы Hawlett-Packard, Inc.).Без деления потока; проба—-2 мкл. Стеклянная колонка типа HC,50 м X 0,32 мм с жидкой фазой OV 101; газ-носитель — гелий, давление0,72 атм.РИС. 13.13. Хроматограмма стандартной смеси стероидов, полученнаяна стеклянной капиллярной колонке.Список сокращений см. в подписи к рис. 13.12. (Из работы [42] Reprintedby permission of the copyright owner.)тилсилана готовят силоксановую полимерную смесь,которую затем наносят на предварительно протравленныестенки колонки реакцией, катализируемой основанием;в результате получают высокостабильнуюнеполярную колонку с хорошими хроматографическимихарактеристиками. Авторы продемонстрировалиразделения на такой колонке широкого спектра стеринов,стероидов и метаболитов стероидов [42].I \Jd-JUIKi^13.10. ДРУГИЕ АНАЛИЗЫСуществуют различные другие анализы на стеклянныхнезаполненных капиллярных колонках, которыене охвачены рассмотренными выше категориями.К ним относятся анализ состава природного газа [43],душистых масел [15], моторного мазута [9], сточныхвод [9], запаховых компонентов пряностей [1,9],2,4-динитрофенилгидразонов [10,44], а также быстроеразделение низкомолекулярных углеводородов [16](рис. 13.14 и 13.15).-„ >' ЮО 125 lio t* „.„„,„Изотермич., 70Изотермич., 170Температура, °СРИС. 13.15. Хроматограммы летучих веществ запаха двух разновидностейрозы, полученные на стеклянной капиллярной колонке.А: а—сабиаен; б—а-терпинен; в—лимонен; г—n-цимен; д—терпинолен;е — неизвестное вещество; ж—цитронеллол; з — линелоол; и—атерпинеол;к — цитронеллилацетат; л—гераниол; м—*геранилпропионат;н — геранилацетат; о —нерол; га—гераниол; р —фенилэтиловый спирт.Б. а — а-пинен; б—мирцен; в — камфен; г — транс-р-оцимен; д — цитролелилформат;е—терпинен-4-ол; ж — геранилформат; э—гермакрен D;ц—цитронеллол; к —геранилацетат.

184 Глава 13Литература1. Novotny M., McConnell M. L., Lee M. L., J. Agric. Food Chem.,22, 765 (1974).2. Lee M. L., Hues R. A., Anal. Chem., 48, 1890 (1976).3. Lee M. L., Novofny M., Bertie K. D., Anal. Chem., 48, 405(1976).4. Novotny M., McConnell M. L., Lee M. L., J. Agric. Food Chem.,22, 765 (1974).5. Lee M. L., Novotny M., Bartle K. D., Anal. Chem., 48, 1566(1976).6. Rapp U., Schroder U., Meier 5., Elmenhorst M., Chromatographia,8, 474 (1975).7. Onuska F. L., Comba M. E., J. Chromatogr., 126, 133 (1976).8. Roeraade /., Chromatographia, 8, 511 (1975).9. Grob K., Chromatographia, 8, 423 (1975).10. Hoshika Y., Takata Y., J. Chromatogr., 120, 379 (1976).11. Novotny M., Lee M. L., Low C, Raymond A,, Anal Chem., 48,24 (1976).12. Deyl Z., J. Chromatogr., 127, 91 (1976).13. Eyem J., Sjquist S., Anal. Biochem., 52, 255 (1973).14. Cavadore J. C., Nota G., Prota G., Preview A., Anal. Biochem.,60, 608 (1974).15. Schomburg G., Hustnann H., Chromatographia, 8, 517 (1975).16. Rijka J. A., Cramers C. A., Chromatographia, 8, 482 (1975).17. Badings H. T., van der Pol. J. J., Wassink J. G., Chromatographia,8, 440 (1975).18. Jaeger H., Klor H., Bios G., Ditschuneit H., J. Lipid Res., 17,185 (1976).19. Shibamoto T., Russell G. F., J. Agric. Food Chem., 24, 843(1976).20. Uchman W., Jennings W. G., J. Food Chem., 2, 135 (1977).21. Jennings W. G., Filsoof M., J. Agric. Food Chem., 25, 440(1977).22. Jennings W. G., J. Food Chem. (in press).23. Yabumoto K., Jennings W. G., Yamaguchi M., J. Food Sci., 42,32 (1977).24. Yamaguchi M., Hughes D. L., Yabumoto K., Jennings W. G.,Sci. Hortic, 6, 59 (1977).25. Yabumoto K., Yamaguchi M., Jennings W. G., Chem. Mikrobiol.Technol. Lebensm., 5, 53 (1977).26. Jennings W. G., Yabumoto K., Wohleb R. H., J. Chromatogr.Sci., 12,344 (1974).27. Jennings W. G., Wohleb R. H., Chem. Mikrobiol. Technol. Lebensm.,3, 33 (1974).28. Kugler E., Langlais R., Chromatographia, 8, 468 (1975).29. Jennings W. G., Bernhard R. A., Chem. Mikrobiol. Technol. Lehensm.,4, 95 (1975).30. Franken J. J., Rutten G. A. F. M., in «Gas Chromatography1972» (S. G. Perry, ed.). Applied Science, New York and London,1973.Газовая хроматография на капиллярных колонках 18531. Shulte E., Acker L., Z. Anal. Chem., 268, 260 (1974).32. Holmstead R., J. Agric. Food Chem., 24, 620 (1976).33. Saleh M. A., Casida J. E., J. Agric. Food Chem., 25, 63 (1977).34. Mounts J. W., Merkus H. G., de Galan L., Anal. Chem., 48,1557 (1976).35. Buser H. R., Anal. Chem., 48, 1553 (1976).36. Krupcik /., Kristin M., Valachlvicova M., Janiga S., J. Chromatogr.,126, 147 (1976).37. Mounts J. W., Merkus H. G., de Galan L., Anal. Chem., 48,1557 (1976).38. Szafranek J., Pfaffenberger C. D., Horning E. C, J. Chromatogr.,88, (1974).39. Adam 5., Jennings W. G., J. Chromatogr., 115, 218 (1975).40. Sandra P., Verzele M., VanLuchene E., Chromatographia, 8,499 (1975).41. Novotny M., Maskarinec M. P., Steverink A. T., Farlow R.,Anal. Chem., 48,469 (1976).42. Madani C, Chambaz E. M., Rigaud M., Durand /., ChebrouxP., J. Chromatogr., 126, 161 (1976).43. Goretti G. C, Liberti A., Nota G., Chromatographia, 8, 486[1975).44. Fiiickiger R., Chromatographia, 8, 435 (1975).45. Sirikulvadnana S., Jennings W. G., Vogel G., Int. Flavours,p. 126 (March./April), 1975.

Приложение IНОМЕНКЛАТУРАВ газохроматографической терминологии можетвозникнуть значительная путаница, поскольку разныеавторы используют различные символы для обозначенияодной и той же величины или, что еще хуже,один и тот же символ для обозначения разных величин.Так, Литтлвуд [1] символом р обозначает константураспределения, а Эттре [2] тем же символомобозначает соотношение объемов подвижной и неподвижнойфаз в колонке.Насколько возможно, терминология, принятая вданной книге, совпадает или аналогична рекомендациямМеждународного союза теоретической и прикладнойхимии [3] с несколькими небольшими модификациямии некоторыми необходимыми добавлениями.По-видимому, уместно остановиться здесь на вопросах,связанных с измерениями параметров удерживания.Результаты этих измерений, так же как и результатыизмерений мертвого объема и ширины хроматографическогопика, можно выражать в единицахвремени, в единицах длины по нулевой линии хроматограммыили в единицах объема. Несмотря на то чтов большинстве теоретических рассуждений предпочитаютпользоваться единицами объема, единицами времениили длины удобнее пользоваться в большинствепрактических ситуаций. Если скорость движения лентысамописца и скорость потока газа-носителя постоянны,то объем газа пропорционален времени илирасстоянию, измеряемому по нулевой линии хрома*тограммы. Поскольку в зубчатых передачах многихНоменклатура. 137самописцев имеется люфт, результаты измерений вединицах длины по нулевой линии самописца могутоказаться ненадежными. Это важно учитывать особеннов тех случаях, когда ленту самописца протягиваютвручную, поскольку затем после включения самописцамотор из-за наличия люфта не сразу начинаетпротягивать ленту.ад/s — фактор разделенияОн определяется как отношение коэффициентовраспределения двух веществ А и В, измеренных видентичных условиях. Можно показать, что ад/в == #!(В)///г(Д). Принято, что величина а всегда больше 1.P — отношение объемов фазОтношение объема газовой фазы в колонке кобъему неподвижной фазыP= VJV L .df — толщина пленкиТолщину пленки неподвижной жидкой фазы обычноизмеряют в микронах.ft — высота, эквивалентная(ВЭТТ)теоретической тарелкеДлину колонки, деленную на число эффективныхтеоретических тарелок, обычно выражают в миллиметрах;величину h, соответствующую оптимальнойскорости газового потока по Ван-Деемте,ру M op t, иногдаобозначают символом п т ш-I — высота, эквивалентная эффективнойтеоретической тарелке (ВЭЭТТ)Длину колонки, деленную на число эффективныхтеоретических тарелок, обычно выражают в миллиметрах;величину H, соответствующую оптимальной

188 Приложение Iскорости газового потока по Ван-Деемтеру м 0 рь можнообозначать символом Я т ш-/ — индекс удерживанияЧисло, получаемое логарифмической интерполяцией,связывающее исправленный удерживаемый объемкомпонента А с исправленными удерживаемымиобъемами нормальных (линейных) углеводородов.Каждому нормальному углеводороду присвоен поопределению индекс удерживания, равный числу атомовуглерода в его молекуле, умноженному на 100.IK=WON+ 100« , * (А) т-р—.где V'mN+n) и Уд(лг>— исправленные удерживаемыеобъемы линейных углеводородов с N + п и N атомамиуглерода в молекуле, такие, что УЯ(ЛО

190 Приложение Iвеществ с коэффициентами емкости k = 0 и 6=10(т. е. Ь 0 и Ь\ 0 ) по экспериментально построенномуграфику зависимости ш 0 ,5 от k (разд. 6.3):„ actua , =5,54(-5^¾-)Rs — критерий разделенияВеличина, характеризующая степень разделениядвух компонентов и учитывающая среднюю ширинухроматографических пиков (рис. 1.11):S^0,5 (A)+^0,5 (B)'го — радиус капилляраВнутренний радиус, измеряемый обычно оптическиммикрометром или микроскопом.twi — мертвое времяВремя (или расстояние по нулевой линии самописца),требующееся для переноса сквозь колонкунесорбирующегося в ней вещества; К эквивалентновремени, соответствующему моменту появления нахроматограммепика воздуха; мертвое время обычнооценивают, вводя в колонку пробу метана или(разд. 1.2) путем вычислений (разд. 7.2).t R — время удерживанияВремя (или расстояние по нулевой линии хроматограммы)между моментом ввода пробы и моментомпоявления максимума хроматографического пика(рис. 1.2). Пик должен быть достаточно симметричным;симметричность и положение пика на хроматограммемогут исказиться вследствие неправильноговвода пробы, недостаточно высокой температуры входногоустройства или самой колонки, наличия адсорб-Номенклатура 191ции, приводящей к расширению заднего фронта пика,или из-за перегрузки колонки пробой./£> — исправленное время удерживанияРазность между временем удерживания и мертвымвременем; таким образом, исправленное время удерживанияэквивалентно времени, в течение которогокомпонент находится в неподвижной фазе.TZ — число разделенийМера эффективности колонки, учитывающая степеньразделения двух членов гомологического ряда;в ней учитываются острота хроматографических пикови относительные времена удерживания соответствующихсоединений:TZ = **< В) "~**< А ' _ 1010,5 (А) + Ш0.5 (В)й—средняя линейная скорость потокагаза-носителяОпределяется обычно как частное от деления длиныколонки, выраженной в сантиметрах, на время tm,выраженное в секундах.«opt — оптимальная скорость газового потокаСкорость потока, соответствующая минимуму кривойВан-Деемтера (рис. 1.13).w — ширина хроматографического пикау нулевой линииРасстояние по нулевой линии хроматограммы, выражаемоев единицах длины (мм) или в единицахвремени, от начала хроматографического пика до егоконца. Иногда для определения этой величины требуетсяэкстраполяция (рис. 1.2).

192 Приложение 1Wo,5 — ширина хроматографического пикана половине высотыРасстояние, выражаемое в единицах длины или вединицах времени, между центрами (по толщине) проведенныхсамописцем линий, измеряемое вдоль линиипараллельной нулевой линии и расположенной на половинерасстояния между нулевой линией и максимумомпика.Литература1. Littlewood A. В., «Gas Chromatography», 2nd ed. AcademicPress, New York, 1972.2. Ettre L. S., «Open Tubular Columns in Gas Chromatography»,Plenum Press, New York, 1965.3. Recommendations on Nomenclature for Chromatography, Commissionon Analytical Nomenclature, Anal. Chem. Div. Internal.Union Pure Appl. Chem.Приложение IIНЕПОДВИЖНЫЕ ЖИДКИЕ ФАЗЫИз множества имеющихся неподвижных жидкихфаз относительно немногими удавалось успешно покрыватьстенки стеклянных колонок типа OHC. Большеечисло неподвижных жидких фаз можно использоватьдля колонок типов ОЗПС и ОНПС, и практическилюбые жидкие фазы пригодны для микронасадочныхколонок. Границы рабочего диапазона температуруказывает фирма-поставщик, причем эти границыотносятся к работе на насадочных колонках.Срок службы колонки, особенно стеклянной типаOHC, будет существенно больше, если работать принесколько сниженных максимальных температурах(гл. 9). Приведенные в таблицах* константы Мак-Рейнольдса, опирающиеся на соответствующее понятие,введенное Роршнейдером, перепечатаны из работ[1,2] с разрешения журнала Journal of ChromatographicScience и фирмы Supelco, Inc. B графе таблицы«Замечания» даны «эквивалентные» неподвижныежидкие фазы и ссылки на описания разделений с использованиемсоответствующих жидких фаз в стеклянныхнезаполненных колонках. При этом указываютсяглава и номер ссылки в данной главе; так,(10)2 означает ссылку [2] в гл. 10.Литература1. McReynolds W. 0., J. Chromatogr. ScL, 8, 685 (1970).2. Catalog № 10, Supelco, Inc., Bellefonte, Pennsylvania 16823.* Дополнительные сведения о свойствах неподвижных жидкихфаз приведены в кн.: Коцев H. Справочник по газовой хроматографии.— M.: Мир, 1976.'/ 27 Зак. 673

Неподвижная жидкая фазаТемпература,0 C min/maxКонстанты Мак-Рейнольдсау' г' и'ЗамечанияАлкатерж TАмин 220 'Апиезон LАрмии SD5/18050/25030/751173238022181152933213342См. SP 21; (3)4, 22Бентон 347,8-Бензох;инолинБензилцианйд (фенилацетонитрил)Бензилцианид — нитрат серебраБензилдифенилн,и-Бис(2-цианоэтил)формамидБис(2-этоксизтил)адипатБис(2-этилгексил)тетрахлорфталатБис(2-метоксиэтил)адипатБутандиоладипатБутандиолсукцинат0/18055/15025/1000/3560/1200/125 .0/1500/15020/10060/22550/22569011237099115057185312344811101686571000181611ВерсамидЭООВерсамидЭЗОGESE 30 (ГХ)GESE52GESF 96GEXE 60 (цианоэтил) *190/275115/15050/30050/3000/2500/250109015032012204313053072053381144044065042340211064098061493209041067037367(3)19, (2)29(3) (2)29(3)4, 11, 19Галокарбон 10-25Галокарбон К-352Галокарбон воск«Тексадекан1,2,3,4,5,6- Гексакис(2-цианоэтоксициклогексан)ГексаметилфосфорамидГипроза SP 8020/1000/25050/15018/50125/1500/500/175047047055567336070070071825742108073116713492133238143978639111146123901727ДибутилмалеатДидецилфталатДиэтиленгликольадипат (ДЭГА)ДиэтиленгликольсебацинатДиэтиленгликольсукцинат (ДЭГС)Ди(2-этилгексил)себацинатДииоддецилфталат2,4-ДиметилсульфоланДинонилфталат0/5010/1750/20080/20020/2000/1250/1750/5020/150136378496.728483255603746168173183213460590108137147320665837180218231235658835 (3)5, 16125155159

Il MSWVJtIWGnMGI MUJlU Ц OtСОНеподвижная жидкая фазаjТемпература,0 C mln/maxх'Константы Мак-Рейнольдсау'Z'а'S'Замечания=3VTICDG 710DC OF 1 (FS 1265)-5/2500/250107144149233153355228463190305ожеъ%ECNSS-MEGSS-XEGSP-ZJXR силиконИгепал СО 880Игепал СО 99030/20090/2000/300100/200100/200421484308015259298690710474053461508581585399045311345. 803831548064482540732778549041426475См. SP 2100Карбовакс 400Карбовакс 600Карбовакс 1000Карбовакс 1500Карбовакс 1540Карбовакс 4000Карбовакс 400 моностеаратКарбовакс20 MКарбовакс 20 M — терефталевая кислотаКвадролКсиленилцианид (3-циано-о-ксилен)10/10030/12540/15040/17550/17560/20060/20060/22560/2250/150347371317282322321214607639545496536537571418453378331368367357626666578517572573472589641521467510520489(3)16(3)5, 15, 22, 3, 17, 29н-Лаурил-1,-валил-?-бутиламидLAC-1-R-296LAC-2-R-446LAC-3-R-72860/1400/20050/2000/200377387502601616755458471594663679849655667852НеопентилгликольадипатНеопентилгликольизофталатНеопентилгликольсебацинатНеопентилгликольсукцинат50/2250/25050/22550/2252341722724253274693122253664023445394383264746,6-ОксидипропионитрилOV 1, метилкаучукOV 3 (10% фенила)OV 7 (20% фенила)OVIl (35% фенила)OV 17 (50% фенила)OV 22 (65% фенила)0/75100/3500/3500/3500/3500/3750/350016044069102119160055086113142158188044081111145162191065124171219243283042088128178202253См. SP 2100; (2)29См. SP 2250; (3)3,(2)29съподв\

Продолжение таблицыНеподвижная жидкая фазаТемпература,"С min/maxРРЕ-20 (поли-М-феноксилен) 125/375Полифениловый эфир (5 колец) OS 124 0/200Полифениловый эфир (6 колец) OS 138 0/225Полипропиленгликоль 0/150Полипропиленгликоль—нитрат серебра 0/50Полипропиленимин 0/200Поливинилпирролидин (ПВП) 0/225Пропиленкарбонат 0/50х'Константы Мак Рейнольдсаг'257 355 348 433176 227 224 306 283182 233 228 313 293128 294 173 264 226122 435 168 263 224и'S'ЗамечанияСОгРеоплекс-400 (полиэфир) 0/200Силар 5 CP 0/250Силар 10CP 0/250SP 400 (хлорфенил) 0/350SP 2100 (метил) 0/350SP 2250 (50% фенила) 0/375SP 2300 (36% цианпропила) 25/275+SP 2310 (55% цианпропила) 25/275+SP 2330 (68% цианпропила) 25/275+SP 2340 (75% цианпропила) 25/275+SP 2401 (трифторпропила) 0/275+364 619 449 647319520032017119316440490520146495757072057158495637725757238446660070045162446605630659.358637942100067243637840913942468671531 См. SP 2300; (2)29800 См. SP 2340 (2)29,(3)16068043202 (3)15, 16530 См. Силар SCP670778800 См. Силар ЮС310Сипонат DS 10SP 216 PSSP 525SP 1000SP 1200Спан 80СкваланСкваленSTAPСахарозы ацетоизобутират (SAIB)0/20025/20060/27550/27525/20015/15020/1000/100100/2250/2000996322253320670970001523451725698752555551702660003415863303207332533931031700002384002513441000368583203216000329610378388680320546166268000344627295(3)5(3)3Тетраэтиленпентамин1,2,3,4-Тетракис-(2-цианоэтокси)бутанTHEED (тетраоксиэтилендиамин)T рикрезилфосфатТримерная кислота1,2,3-Трис-(2-цианоэтокси)пропанТритон Х-1000/125110/2000/15020/1250/1500/1750/20061746317609459420386054232127185739977362625016375926810483741821031402941893299378917362HenQjOn8S

200 Приложение IlПриложение IIIСПCN"*СО"Ke)—. юсо со(N —IСП (NСО Tf1000;аСОSо625602со юTJc СОCN О)(N СО(N CNTf-яю00О)ОTf — СО f~ CNт? О И - NСО СО СО CD СОю Os о ю соOl M СО Ю -СО Ю СО CD 00О) CDоо соСО TfS(NаяиСО 00 CD0 CN CD01 Tf оДАННЫЕ ПО ПОРИСТЫМПОЛИМЕРАМИногда эти материалы оказываются весьма ценнымидля тех или иных газохроматографических разделений,однако наиболее широко их применяют дляконцентрирования анализируемых проб (разд. 11.10).PСО OOCN (NTf COсп —СО Tf(N TfО —(N (N0/2000/20039758034050/2500/75О СОсо •*00 ОCO 00(N (NOJ о>C-. 00о о40/1508/150о>1Поо— СО Tf СО (NЮ О ч* 1П ОCN •* CN Ч" CDЮ O)M(O SOi со оо t^ чIfJS&фтал;о.очXево.ьCU58(HIfJя "'CU ^яОCTj ЭМАТЕРИАЛЫ ТИПА П0РАПАКПорапаки характеризуются малыми временамиудерживания воды, спиртов и гликолей; они наиболееуниверсальны из всех пористых полимеров. По возрастаниюстепени сродства к воде им приписываютполярность (N, P, Q, R, S, T). Порапак Р —тройнойсополимер стирола, этилвинилбензола и дивинилбензола;порапак Q — сополимер этилвинилбензола и дивинилбензола;порапак R— N-винилпирролидин; порапакT — этиленгликоль — диметакрилат. В продажупоступают все эти материалы зернением 50—80, 80—100, 100—120, 150—200 и 200—325 меш. По даннымфирмы-поставщика верхний предел температуры дляних равен 250 °С, за исключением порапаков типа Nи T, для которых этот предел равен 190 0 C, но дажеи при меньших температурах можно наблюдать ихдеградацию в присутствии кислорода. Полную информациюоб этих материалах можно получить изProduct Brochure PB-71-205 и Data Sheet DS-71-004,которые можно приобрести у фирмы Waters Associates.Inc., 61 Fountain Street, Framingham, Massachusetts01701, USA.Приведенные ниже данные, представленные фирмой-поставщиком,позволяют оценить эффективностьулавливания летучих соединений разных типов наэтих материалах. В приведенных далее таблицахуказаны времена элюирования (в минутах) разных8 За к. 673

202 Приложение IIIДанные по пористым полимерам 203веществ на различных порапаках в колонке длинойоколо 2 м и с использованием гелия в качестве газаносителя.TEHAKC GCПористый полимер на основе оксида 2,6-дифениля-фенилена,поставляемый фирмой Enka N. V., Голландия.Продажей этого материала в США занимаетсяфирма Applied Science Laboratories, Inc., P. О.Box 440, State College Pennsylvania 16801. Этот материалобладает меньшей емкостью по сравнению с другимипористыми полимерами, однако благодаря высокойтермической стабильности он представляет собойбольшую ценность (см. разд. 11.10, 13.2, 13.10). В продажуон поступает с зернением 60—80 и 35—60 меш.Фирма, производящая этот полимер, предупреждает,что при его использовании в хроматографических целяхнеобходимо перед качественным или количественныманализом провести несколько циклов разделенияанализируемой смеси. Подробные данные об этом полимереимеются в Technical Bulletin, № 24, которыйможно получить у фирмы Applied Science Laboratories.Приводимые ниже данные взяты из этого бюллетеня.•Время удерживания летучих соединений (в мин)на порапаках при различных температурахТемпература колонки 32 °СТип порапакаПродолжениеВоздух аМетанДиоксид углеродаЭтиленАцетиленЭтанВодаПропиленПропанМетилхлоридВинилхлоридМетиловый спиртЭтиленоксидЭтилхлоридАцетонЭтиловый спиртПентанЦиклопентанБутадиенИзопропиловый спиртАцетонитрилАкрилонитрилДиэтиловый эфирМетиленхлоридк-Пропиловый спиртгрег-Бутиловый спиртP0,310,39—0,54—0,541,00—1,001,21,61,4—2,75,32,86,710,02,45,24,97,06,65,57,77,7Q0,290,59—0,880,880,881,22,93,25,62,9—9,7178,2—-—7,918122130192939Температура колонки 157Ти п порапака0 CR0,230,330,560,750,950,953,52,32,62,84,75,64,28,5151420257,527132122194755S0,400,520,781,11,21,33,23,63,64,57,17,87,813,53619,53649U40203235296574Г0,420,450,850,951,41,07,12,62,64,26,810,09,513412622289,154415828348598P Q R S TPQRSTВоздухМетанДиоксид углеродаЭтиленАцетиленЭтанВодаПропиленПропанМетилхлорид0,390,490,831,271,461,764,885,07,98,60,300,471,12,32,33,35,91621190,350,611,723,24,84,3550,018,722,8—0,330,81,74,05,05,633,22629340,440,663,63,811,04,5ПО272450ВоздухМетанДиоксид углеродаЭтиленАцетиленЭтанВодаа0,28—————0,480,30,35—0,5—0,550,650,30,390.390,520,580,581,00,390,460,620,700,620,701,40,320,400,500,530,640,531,7По-видимому ниже приведены данные для температуры, отличнойот 32°.8*

204 Приложение IUДанные по пористым полимерам 205ПродолжениеПропиленПропанМетил хлоридВинилхлоридМетиловый спиртЭтиленоксидЭтилхлоридАцетонЭтиловый спиртПентанЦиклопентанБутадиенИзопропиловый спиртАцетонитрилАкрилонитрилДиэтиловый эфирМетиленхлоридм-Пропиловый спиртгрег-Бутиловый спиртГексанЦиклогексанБензолНитроэтанЭтиленгликольПропиленгликольМуравьиная кислотаУксусная кислотаПропионовая кислотар Q R S T_———0,54——1,000,751,111,30,730,941,091,220,931,21,21,252,12,352,652,553,14,0————1,161,211,71,1—2,53,52,25,67,1—3,83,24,14,94,25,06,113,51714,59,710,518,52,054,310,50,910,911,11,61,51,352,33,42,84,55,52,04,53,24,44,23,76,57,28,510,510,08,52334—14,5321,41,41,62,21,9—3,14,53,45,87,52,75,74,25,75,55,37,88,21317161328422626—0,910,911,31,62,22,12,75,84,13,64,51,96,76,27,74,35,09,510,58,110,013,022536913,52146МАТЕРИАЛЫ ТИПА ХРОМОСОРБ«100-СЕРИЯ»Эти материалы не следует путать с обычными диатомитовымиземлями типа хромосорб. Пористые по^лимеры, о которых здесй идет речь, поставляет фирмаJohns-Manville, Celite Division, 22 East 40th street,New York, N. Y. 10016; данные об этих материалахимеются в бюллетене Technical Bulletin FF-202A, которыйможно получить у фирмы-поставщика. В продажуэти материалы поступают зернением 50—60,60—80, 80—100 и 100-120 меш.105104103102S.СВОЙСТS О)в* Sп©аромаескийя E.и Яил По.Л- T!ЛОНИТрдивиниАк рипо- —;речноитыйс Во ио- яS °иVOUо". Iооосо!ЗОЛ0,320—200

Времена удерживания и индексы удерживания на хромосорбах(стеклянная колонка размерами 3 мм X U3 м, 80 —100 меш, 60«100-серия»мл• мин~ > газ-носитель — гелий)(ОCSQ5Соединение T. кип., 0 CСпиртыH-Ci64,7K-C 278,4K-C 397,2K-C 4118,0K-C 5119,9иэо-Сз82,4изо-С 4 108,1изо-Съ 130,0втор-d 99,5трет-Ct 82,6трет-С 5 102,4КетоныАцетон 56,5мэк79,6ДиЗК102,0ЭфирыДипропиловый90,1Дибутиловый142,4ХлоралкилыCH 2 Cl40,2CHCl 361,2CCl 476,81,2-CI 2 Et 83,51,2-Cl 2 Pr 96,4Гликоли1,2-C 2 196,01,3-Сз 97/6 мм1,4-C 4 228,01,3-C 4 116/20 мм23-C 4 —Молекулярнаямасса32,0046,1060,1074,1288,1560,1074,1288,1574,1274,1288,1550,1072,1086,10\ •102,18130,2384,93119,40153,8298,96113,0062,1076,1090,1290,12901210время индексудер­удерживаниянижива­мин0,460,570,831,312,130,711,121,870,980,741,240,701,031,601,273,260,771,071,271,321,621,913,676,634,472834404955957008055556657756355656905556457456458855906757207257757809101030950865времяудерживания,мин0,430,651,112,083,910,941,843,551,601,202,380,911,612,880,815,211,101,822,582,153,201,402,614,783,55254102индексУдерживания3604255106157254855957005705256354805706651510880510590650620685625745895810740времяудерживания,мин0,460,570,871,412,360,671,192,071,090,771,340,430,671,040,842,230,510,740,920,911,13103индексудерживания420495595705810540660780655575695530640735690885575660710705755времяудерживания,мин1,051,382,283,995,881,573,195,962,571,963,431,852,924,54——1,54—1,66——104индексудерживания625690795905980720865985820765780755850935——715—730—времяудерживания,мин0,507,791,513,076,301,172,615,512,261,643,441,062,033,06———2,91——105индексудерживания365435535655760490625755615545665465580675—_635IlpuAi%1///ь*ахgОпо

208 Приложение IIIДанные по пористым полимерам 209

210 Приложение IIIДанные по пористым полимерам 2113-a«213s-CUBSCUOOO.fc!О IIII!Miljit!ISIiIIliiЯItI*SiPPIiHiiie « и Wо Ч я u' ячSо." —" —•" oo" IN"f-О"00кло«(DUоч Mсосо"00X(Dо WOJU-Oч MК— Tf OJ(О О) (чII inСО(N00вся E-(Uяа Sо о ча о. оо (~ SSrЧ ГСДCUе1П_in"SSч:Sо.SНекоторые соединения, разделенные на тенаксе QC аОксиэтилированныи лауриловыи спиртТехнический лауриловыи спирт+5 звеньев этиленоксидаСпирты1-Деканол1-Додеканол1-Гексадеканол1-ОктадеканолПолиэтиленгликоль4 звена этиленоксида8 звеньев этиленоксидаДиолыЭтиленгликоль1,3-Пропандиол>•1,4-Бутандиол1,5-Пентандиол1,6-Гександиол1,7-Гептан диол1,8-Октандиол1,9-Нонандиол1,10-ДекандиолФенолыФенолж-Крезол2,6-Диметилфенол3,5-Диметилфеноло-Аминофенолjw-Аминофенолл-ЫД-ДиэтиламинофенолНафтол/t-ФенилфенолМетиловые эфиры дикарбоновых кислотГександионовая кислотаГептандионовая кислотаТемператураэлюирования.°СВремя удерживания,мин200-380 502602652903102603501551601751902052252402552702102202252302452602802853202402501,52,57107,518,50,524,579,5121517,5202,5456911,515,51723,556,5

212 Приложение IIIДанные по пористым полимерам 213Продолжение таблицыПродолжение таблицыТемператураэлюирования,о сВремя удерживания,минТемператураэлюирования,0 CВремя удерживания,минОктандионовая кислотаНонандионовая кислотаДекандионовая кислотаДодекандионовая кислотаЭтаноламиныЭтаноламинДиэтаноламинТриэтаноламинАлкиламиныПропиламин1-МетилпропиламинБутиламииЗ-МетилбутиламинГексиламинДиамины1,5-Пентадиамин1,6-Гексадиамин1,7-Гептадиамин1,8-Октадиамин1,9-Нонадиамин1,10-Декадиамин1,12-ДодекадиаминАмидыФормамидАцетамидN.N-ДиметилформамидN-МетилацетамидПропиоамидМ,К-ДкметилацетамидАроматические аминыПиридинМорфолинАнилино-Толуидин265275290315.15521027013014015517019519019521022023024526513014014014515015516016519020589,511,5 .14,50,57,51557911,5162,54710131621,5367910,511,5 -1.52,56,59Карбонильные соединенияАцетонГликольальдегид2,4-ПентандионЦиклогексанонБензальдегид5-Нонанон6-УндеканонЗ-Додеканон4-Тридеканон5-Тетрадеканон6-Пентадеканон6-Гексадеканона1201301701902102002252402552702802902,54911,513,59,51518,52123,52628,5Температура элюирования и время удерживания приведены для режима программирования температуры.

Реакции силанизации и образования производных 215Приложение IVРЕАКЦИИ СИЛАНИЗАЦИИИ ОБРАЗОВАНИЯ ПРОИЗВОДНЫХТермин силилирование обычно означает триметилсилилирование,т. е. замещение активного атома водородагруппой —Si (CH 3 ) 3. Иногда этим терминомобозначают замещение или присоединение таких кремнийорганическихгрупп, как диметилсилил —Si (CH 3 )2или хлорметилдиметилсилил Si (CH 3 ) 2СН 2 С1. Реагенты,специальные наборы для силанизации, а такжепревосходное руководство «Справочник по силанизации»[1] можно получить у фирмы Pierce ChemicalCompany, P. О. Box 117, Rockford, Illinois, 61105, USA.Эта же фирма распространяет подробное руководство[2] по методикам и реакциям силилирования.Под действием воды триметилсилильные (TMC) реагентыи их производные обычно разлагаются; поэтомушприцы, реакционные сосуды, реагенты и обрабатываемыематериалы должны быть сухими. Продуктгидролиза—гексаметилдисилоксан (Ch 3 ) 3SiOSi (Ch 3 ) 3;по высоте хроматографического пика этого соединенияможно судить о содержании влаги в обрабатываемомматериале и в реагентах. Продолжительностьреакции силанизации может изменяться от несколькихсекунд до нескольких часов. Для определенияминимально необходимой продолжительностиреакции в хроматограф следует вводить пробыреакционной смеси через 5, 15, 30 мин, 1, 4 и 8 чпосле ее приготовления. В качестве необходимойпродолжительности реакции силилирования можнопринять наиболее короткий из этих интервалов, по истечениикоторого по меньшей мере в двух последующихразделениях не наблюдалось увеличения высотыхроматографического пика продукта (или продуктов)реакции [1].При испарении производных на металлической поверхностиможет произойти их разложение; рекомендуетсяиспользовать целиком стеклянные устройствадля ввода проб. Наличие следовых примесей влагив газе-носителе может привести к разложению производных;необычную устойчивость к действию влагипроявляют производные Сахаров, а производные аминокислотнеобычно неустойчивы к действию даже следовыхколичеств влаги. Некоторые исследователи рекомендуютустанавливать поглотители кислорода ивлаги на линии газа-носителя.Растворы также должны быть безводными; наиболеешироко применяют для этой цели пиридин; некоторыеисследователи считают его преимуществом акцепторнуюспособность по отношению к HCl [1,2].Широко применяют и диметилформамид; в некоторыхспециальных случаях полезны диметилсульфоксид итетрагидрофуран. Иногда применяют и ацетонитрил,несмотря на его токсичность в жидкой и паровойфазах.Так как реагент силилирования обычно берут в избытке,то вводимая в хроматограф проба содержитзаметное количество непрореагировавшего реагента.Вследствие этого приходится отказываться от использованиянеподвижных жидких фаз, содержащих активныеатомы водорода; наиболее широко применяютсиликоновые неподвижные жидкие фазы, хотя хорошопроявили себя и жидкие фазы типа апиезон.РЕАГЕНТЫНиже перечислены несколько наиболее распространенныхреагентов силанизации. Эти реагенты, а такжемного других можно приобрести, например, у фирмыPierce Chemical Company.BSA: N.O-бис- (триметилсилил) -ацетамидBSTFA: N.O-бис- (триметилсилил) -Тр,ифтороацетамидПреимущество второго реагента в том, что побочныепродукты его реакции имеют низкие температуры

216 Приложение IVкипения. Его поставляют в чистом виде или с добавкой1 % TMC (см. ниже) в качестве катализатора.HMDS: гексаметилдисилазанДает несколько замедленную реакцию, но ее можнокатализовать TMCS (см. ниже).TMCS: триметилхлоросиланДает несколько замедленную реакцию, но являетсямощным катализатором в комбинации ,с другими реагентами.НАБОРЫ ДЛЯ СИЛАНИЗАЦИИПродают наборы с ампулами одноразового примененияи со склянками, закрытыми мембранами; в наборахимеются растворитель, реагент и готовый катализатор(на случай необходимости его применения).В типичном наборе имеются следующие соединения:TRI-SILПрименяют для разнообразных соединений, содержащихгидрокси-, карбокси- и аминогруппы.TRI-SILZРеагирует в присутствии умеренных количествводы, особенно полезен для получения производныхСахаров.TRI-SIL-BSAМощный и универсальный силильный донор; поставляютв виде растворов в пиридине (форма P) идиметилформамиде (форма D).ТИПИЧНЫЕ РЕАКЦИИНиже перечислено несколько общих и классическихреакций. Подробный обзор специфических реакцийобразования производных имеется в работе [3].ОбщиеПробу 5—10 мг и 1 см 3 реагента TRI-SIL встряхиваютв пластмассовой закрытой ампуле в течение примерно30 с. Если растворение идет с трудом, то смесьРеакции силанизации и образования производных 217нагревают до 75—85 °С. Затем выжидают в течение5 мин и вводят содержимое ампулы в хроматограф [4].Сахара и т. п. (см. [5])Раствор не более 10 мг карбогидрата в 1 см 3 безводногопиридина обрабатывают 0,2 см 3 HMDS и0,1 см 3 TMCS. Смесь встряхивают (примерно 30 с) дополного растворения реагентов; как и в предыдущемслучае, может потребоваться нагревание. Спустя5 мин начинают вводить в хроматограф серию пробдля определения продолжительности реакции.• Сиропы и т. п.К 60—70 мг густого сахарного сиропа добавляют1 см 3 пиридина, 0,9 см 3 HMDS и 0,1 см 3 трифторуксуснойкислоты. Встряхивают смесь в течение 30 с,оставляют ее на 15 мин и начинают ввод серии проб.Сахара и т. п.: 5—20 мг образца добавляют к 1 см 3пиридина, содержащего 12 мг солянокислого метоксиламина,и в течение 2 ч выдерживают смесь притемпературе 8O 0 C; затем к ней добавляют 0,3 см 3BSTFA, содержащего 4% TMCS, смесь выдерживаютпри температуре 80 0 C в течение 15 мин и вводят вхроматограф [6].Стероиды (см. [7, 8])0,1—5 мг образца добавляют к 0,2—0,4 см 3 BSA;при необходимости полного растворения образца всмесь добавляют 0,1—0,2 см 3 пиридина и нагреваютдо 60 0 C. Продолжительность реакции изменяется отнескольких минут до нескольких часов; область примененияэтой реакции ограничивается главным образомзамещением пространственно-незатрудненныхгрупп [6]. Для замещения пространственно-среднезатрудненныхгрупп (например, N-p-олы) совместнос незатрудненными группами вместо BSA рекомендуетсяTRI-SIL-'BT'. Реакция полного замещениясреднезатрудненных групп идет в течение 6—24 чпри комнатной температуре или 3—6 ч при темпера-

218 Приложение IVтуре 60 0 C [6]. Для замещения наиболее затрудненныхгрупп вместо BSA следует применить реагентTRI-SIL-'TBT. Продолжительность соответствующейреакции обычно равна 6—24 ч при температуре 60—80 0 C [7]. Кетостероиды анализировали в формео-пентафторбензилоксимовых производных [9] методом,который позже стали применять для анализадегидроэпиандростерона в плазме человеческой крови[10].АминокислотыДля приготовления летучих производных аминокислот,пригодных для газохроматографического анализа,применяли разнообразные методики. Хорнинг исотр. [11] разработали методику, которая позволяетосуществлять силанизацию гидроксильных групп с одновременнымацилированием аминогрупп. Опираетсяэта методика на тот факт, что Л^-триметилсилилимидазол(TSIM) силанизует только гидроксильныегруппы, блокируя их от последующей реакции, ааминогруппы остаются свободными, и их можно ацилироватьс образованием О-триметилсилил, N-фтороацильныхпроизводных.К раствору 1 мг образца в 0,1 см 3 ацетонитриладобавляют 0,2 см 3 реагента TSIM и выдерживают закрытыйреакционный сосуд в течение 3 ч при температуре6O 0 C. В зависимости от того, какое производноежелательно получить, в сосуд добавляют 0,1 см 3либо N-гептафторбутирилимидазола (HFBI), либоN-трифторацетилимидазола (TFAI) и выдерживаютсмесь в течение 30 мин при температуре 60 0 C. Послеэтого порции реакционной смеси непосредственновводят в хроматограф. Вместо N-ацилированныхэфиров в качестве летучих производных для газохроматографическогоанализа предлагалось использоватьвнутренние эфиры ацилированных аминокислот, азлактоныили оксазолиноны-5 [12]. Смеси а-метиламинокислотытакже анализировали в форме ихпроизводных 2-фенилоксазолинона-5, полученныхпутем N-бензолилирования аминогруппы с по-'•Реакции силанизации и образования производных 219следующим образованием внутреннего эфира под действиемдициклогексилкарбодиимина [13].Позднее Тенот и Хорнинг [14] сообщили о том, чтоможно одновременно замещать карбоксильную и аминогруппыпод действием только N, N-диметилформамиддиметилацеталя.Первая из этих групп образуетметиловый эфир, вторая — N-диметиламинометиленовоепроизводное; сообщается, что получаемый приэтом летучий продукт обладает высокими газохроматографическимии масс-спектральными характеристиками.Пробу смешивают с реагентом, выдерживают притемпературе 6O 0 C в течение 10 мин и вводят в хроматографпорции теплой реакционной смеси. Как обна--ружил Скоггинс [15], эта методика применима и дляобразования производных диастереоизомеров диаминов.Несколько других методик образования производныхаминокислот описано в разд. 13.3.ПестицидыОсновное в анализе пестицидов — проблема очистки.В нескольких номерах журнала Journal of Chn>matographic Science были опубликованы обзоры, посвященныеанализу пестицидов (13, май — июль, 1975).Жирные кислоты. Имеется большая информация по методикам полученияпроизводных жирных кислот. Анализу жирныхкислот было посвящено несколько номеровжурнала Journal of Chromatographic Science (13,сентябрь — октябрь, 1975). Ниже кратко описанобольшинство применяемых в настоящее время методик(см. также разд. 13.5).Наиболее широко применяют методику с использованиемреагента трифторида бора (BTF), посколькуон устойчив, а реакция отличается простотой и большойскоростью [16]. Очень популярен и реагент BTFбутанол[17]. При использовании любого из этих pea-

-220 Приложение IVгентов около 25 мг обрабатываемой жирной кислоты,обычно растворенной в 2 см 3 бензола, смешивают с2 см 3 реагента и кипятят смесь на водяной бане в течение3 мин. Затем к смеси добавляют около 1 см 3воды и выжидают ее расслоения (при необходимостисмесь центрифугируют). Верхний слой бензола, содержащийэфиры жирных кислот, используют для анализа.Для приготовления метиловых эфиров жирныхкислот применяли также метанольный раствор HCl,который получали путем пробулькивания сухого газообразногоHCl через безводный метанол; сообщалось,что такая методика особенно эффективна для обработкиболее летучих или короткоцепочечных. жирныхкислот.Для приготовления метиловых, этиловых, м-пропиловых,н-бутиловых и трет-бутиловых эфиров длинноцепочечныхжирных кислот Тенот и сотр. [18]применяли диметилформамиддиалкилацетали. Легкорастворимыепробы выдерживали с реагентом притемпературе 60 0 C в течение 10 мин и затем вводилив хроматограф; для менее растворимых проб применялисмесь 1 : 1 реагента и пиридина и вели обработкутем же способом.Раствором HCl в безводном метаноле проводилигранс-этерификацию жирных кислот, жиров и масел[19], причем в одном случае для ускорения реакциии для того, чтобы обойтись без нагревания, к реакционнойсмеси добавляли 2,2-диметоксипропан [20].В работе [21] был описан и способ количественногополучения метиловых эфиров глицеридов, холестериловыхэфиров и фосфолипидов при помощи реакции,катализируемой метоксидами натрия и калия.Реакции силанизации и образования производных 2215. Laine R. A., Sweeley C. С, Carbohydr. Res., 27, 199 (1973).6. Chambaz E. M., Horning E. С, Anal. Lett., 1, 201 (1968).7. German A., Horning E. C, J. Chromatogr. Sci., U, 76 (1973).8. Sandra P., Verzele M., van Luchene E., Chromatographia, 8,499 (1975).9. Koshy K. T., Kaiser D. C, van der SUk A. L., J. Chromatogr.Sci., 13, 97 (1975).10. Nambara T., Kigasawa K., Iwata T., Ibuki Af., J. Chromatogr,114,81(1975).11. Horning M. G., Moss A, M., Boucher E. A., Horning E. C,Anal. Lett., 1, 311 (1968).12. Grahl-Nielsen 0., Solheim E., Chem. Commun., 1972, 1093.13. Grahl-Nielsen 0., Solheim E., Anal. Chem., 47, 333 (1975)14. Thenot J. P., Horning E. C, Anal. Lett., 5, 519 (1972).15. Scoggins M. W., J. Chromatogr. Sci., 13, 146 (1975).16. Metcalfe L. D., Schnitz A. A., Anal. Chem., 33, 363 ^(1961).17. Jones E. P., Davison V. L., J. Am. Oil Chem. Soc, 62, 121(1965).18. Thenot J. P., Horning M. G., Stafford M., Horning E. C, AnalLett., 5, 217 (1972).19. Stoffel W., Chu F., Ahrens E. H., Anal. Chem., 31, 307 (1959)20. Mason M. E., Waller G. R., Anal. Chem., 36, 583 (1964).21. buddy E. F., Barford R. A., Riemenschneider R. W., J. Am OilChem. Soc, 45, 549 (1968).Литература1. Handbook of Silylation. Pierce Chemical Company, Rockford,Illinois.2. Pierce A. E., «Silylation of Organic Compounds», Pierce Chem.Company, Rockford. Illinois, 1968.3. Cram S. P., Juvei R. S., AnaL Chem., 48, 411R (1976)4. Sweeley C. C, Bentley R., Makita M., Wells W. W., J. Am.Chem. Soc, 85, 2497 (1963).

Капиллярные колонки с насадкой 223Дополнение*КАПИЛЛЯРНЫЕ КОЛОНКИС НАСАДКОЙВ ГАЗОВОЙ ХРОМАТОГРАФИИКапиллярные колонки с насадкой все шире используютв хроматографической практике для проведенияаналитических и физико-химических измерений(см., например, обзор [I]). Под насадочными капиллярнымиколонками (HKK) следует понимать заполненныесорбентом колонки с внутренним диаметромменее или равным 2 мм. Это определение являетсяусловным и несколько субъективным, что объясняетсяотсутствием четкой границы между капиллярными насадочнымиколонками и насадочными колонками. Однакоименно у колонок диаметром 1—2 мм начинаютпроявляться характерные свойства, присущие капиллярнымколонкам.Впервые HKK были получены Халаши [2] путемвытягивания на машине Дести [3] трубки, предварительнозаполненной либо активным адсорбентом[2,4], либо инертным носителем [5], с последующимнанесением на него стационарной фазы фронтальнымметодом. В колонках, полученных таким способом, распределениесорбента по длине колонки неравномерно;имеются участки с частично вдавленным сорбентом встенки капилляра. Этим способом можно получить колонкибольшой длины и сравнительно высокой эффективности,но для этого необходим носитель с достаточноймеханической прочностью и термостабильностью;носитель в большинстве случаев нельзя обработатьстационарной фазой заранее. Предпочтительными оказалиськапиллярные колонки с плотной регулярнойупаковкой сорбента, которые впервые получены Картером[6] путем заполнения стальных трубок длиной* Составлено проф. В. Г. Березкиным.200 см с внутренним диаметром 0,25 и 0,5 мм зернамимикросферического стекла (зернением 40 мкм) и нанесенияна него фронтальным методом неподвижнойжидкой фазы (ВДКФ). ВЭТТ для колонок, полученныхтаким способом (H), составляли 2 и 0,7 мм. Болееэффективные колонки (H = 0,36—0,39 мм) полученыпозднее в работе [7], где металлические трубкидиаметром 0,5 и 1 мм длиной 100 см заполняли хромосорбомили кизельгуром при помощи вибратора изатем фронтальным методом наносили НЖФ на твердыйноситель в колонке.С 1963 г. в практике газовой хроматографии при-. меняют капиллярные колонки, заполненные предварительноприготовленным сорбентом [8, 9]. Системаэтическоеизучение характеристик колонок этого типапроведено в работах [10—12], в которых исследованыобщие аналитические свойства этих колонок в болеешироком аспекте (в частности, впервые изучено изменениеэффективности колонок этого типа в зависимостиот основных параметров эксперимента), а такжепоказана перспективность их использования для измеренияфизико-химических характеристик (теплота адсорбции,энергия активации химических реакцийи т. д.). В хроматографической практике применяюткороткие и длинные капиллярные колонки.Процесс разработки заполненных сорбентом капиллярныхколонок можно разделить на два этапа:1) разработка методов изготовления и применения колонокнебольшой длины; 2) разработка методов изготовленияи применения длинных колонок. Короткиеколонки (в основном 1—2 м) характеризуются высокойудельной эффективностью (число теоретическихтарелок (TT) на 1 м колонки составляет 2000), нообщая эффективность их незначительна (обычно неболее 2000—5000 TT). Короткие колонки целесообразноиспользовать для экспресс-анализа относительнонесложных смесей. Развитие длинных капиллярныхколонок с насадкой (длина более 10 м) началось лишьв 1971 г. [13]. Высокая^ эффективность этих колонок(описаны колонки с эффективностью до 60 000 TT, однакоможно получить и более длинные колонки) оп-

224 Дополнениеределяет их перспективность для исследования многокомпонентныхи трудно разделяемых смесей и дляанализа примесей.В HKK благодаря малому диаметру и наличиюсорбента выгодно сочетаются преимущества классическихкапиллярных и обычных насадочных колонок.Малый диаметр определяет существенные преимуществаHKK по сравнению с обычными насадочнымиколонками. К ним относятся: 1) высокая эффективность;2) экспрессность анализа; проведенные в работе[14] расчеты показали, что время, необходимоедля получения одной и той же степени разделения вHKK, в два раза меньше, чем в обычных колонках;3) более стабильный режим программировании температурыкак следствие незначительной тепловойинерции колонок; 4) миниатюризация колонок, т. е.возможность создания малогабаритной аппаратуры скомпактным термостатом, в котором легко осуществитьбыстрый нагрев и охлаждение колонки; 5) экономичность,т. е. более широкие возможности использованиядефицитных и дорогостоящих сорбентов, таккак количества используемых сорбентов невелики.В качестве недостатков HKK при сопоставлении с.обычными насадочными колонками следует отметить:1) несколько более сложная и продолжительная техниказаполнения, 2) необходимость использованиядетекторов с «мертвым» объемом менее 30 мкл (в частности,микрокатарометра), так как обычный катарометрслишком инерционен.Применение сорбента в HKK обусловливает ряд ихпреимуществ по сравнению с классическими капиллярнымиколонками.1) Экспрессность при разделении легко- и среднесорбирующихсявеществ [14]. Так, при коэффициентераспределения K = 10 продолжительность разделенияв HKK меньше в ~30 раз, а при К =50 — меньшев 2—3 раза;2) Используя сорбенты различной полярности, колонкиэтого типа можно приготовить с хорошей воспроизводимостьюкак для хроматографии газ — жидкость,так и для хроматографии газ — твердое тело;Капиллярные колонки с насадкой 2253) Достаточно высокая емкость позволяет вводитьпробу без разделения потока, что уменьшает ошибкив количественных результатах и снижает требованияк чувствительности детектора (возможна работа смикрокатарометром). Кроме того, большая емкостьHKK приводит к повышению разделительной способностиколонки при разделении слабосорбирующихсявеществ и расширяет возможности капиллярной хроматографиив анализе примесей. Недостатком HKKпо сравнению с классическими капиллярными колонкамиявляется довольно большое сопротивление потоку.HKK характеризуется в общем большей эффективностьюпо сравнению с аналитическими колонками^большего диаметра. Это, по-видимому, связано1) с меньшей вероятностью образования «доменов» —плохо продуваемых газом-носителем уплотнений сорбентаи 2) с уменьшением вклада эффекта отделанныхканалов, впервые отмеченных Гиддингсом. HKKхарактеризуются не только повышенной эффективностью,но и меньшей зависимостью H от скоростигаза-носителя. Это позволяет считать целесообразнымих широкое использование в экспресс-анализе, которыйреализуется обычно при больших скоростях газаносителя.Заметное влияние на эффективность HKK оказы^вает также природа используемого газа-нос.ителя.Применение аммиака в качестве газа-носителя посравнению с широко используемыми азотом и, гелиемимеют следующие преимущества [15]: 1) вследствиеменьшей вязкости уменьшается предел давления, чтоимеет важное значение для длинных HKK; 2) величинаВЭТТ при использовании аммиака меньше, чемпри использовании гелия; 3) емкость баллонов с аммиакомбольше, чем баллонов с азотом и гелием, чтопозволяет реже проводить смену баллонов и использоватьнебольшие баллоны для переносных хроматографов;4) симметричность хроматографических зонв некоторых случаях повышается вследствие адсорбцииаммиака на активных центрах твердого носителя[16].

226 ДополнениеТаким образом, анализ опубликованных данныхсвидетельствует о целесообразности применения HKKв хроматографической практике.Капиллярные колонки небольшой длины (до 5 м)можно заполнять заранее приготовленным сорбентомвручную, используя либо простукивание по колонке,либо механический вибратор, перемещая его вдоль колонки.Эти способы позволяют получать колонки, воспроизводимыекак по плотности заполнения, так и похарактеристикам удерживания. Общим недостаткомих является возможность заполнения сорбентом лишьпрямых колонок и небольшой длины.Разработанные недавно способы получения HKKбольшой длины, в том числе и стеклянных, расширяютвозможности их применения в газохроматографическоманализе. Предложенный Крамерсом с сотр. [17]способ заключается в следующем. Спиральную трубку(стеклянную или металлическую), расположенную горизонтально,подсоединяют к цилиндрическому контейнеру.Насадку засыпают в контейнер и соединяютего с линией подачи давления. Нижнюю часть контейнераи почти всю спираль помещают в ультразвуковуюванну, причем второй конец колонки располагаютвыше уровня ванны. Вибрация и давление способствуютнепрерывному переводу насадки в колонку.Поддержание перепада давления через наполненнуючасть колонки приблизительно постоянным обеспечиваетоднородную плотность набивки по всей колонке.Конечное давление зависит от материала используемойнасадки, но оно должно быть ~0,4—0,2 атм наметр длины колонки (первая цифра относится к хромосорбу,последняя — к стеклянным шарикам). Время,необходимое для заполнения, составляет 1—2 минна метр колонки. Большое значение имеет однородностьчастиц насадки, разброс величины которой долженсоставлять не более 20 мкм. Удаление пылевидныхчастиц достигается отсеиванием в вакууме. В зависимостиот плотности носителя вместо отсеиваниядля получения однородной фракции можно применятьфлотацию или седиментацию. Описываемым вышеспособом были получены колонки длиной до 15 м сКапиллярные колонки с насадкой 227внутренним диаметром 1,0—0,6 мм, эффективность которыхсоставляла для стеклянных шариков 3500 и дляхромосорба 3000 TT на 1 м (с хорошей воспроизводимостью).Разработано более простое устройство [18], не требующееприменения ультразвуковой ванны, в основукоторого также положено действие двух факторов:вибрации колонки и давления инертного газа. Устройствопозволяет заполнять сорбентом стеклянные колонкидлиной до 30 м и более внутренним диаметром0,6—1,2 мм с хорошей воспроизводимостью как поплотности заполнения, так и по эффективности. Эффективностьколонок составляла 3000, в некоторыхслучаях до 4000 TT на 1 м, что не ниже эффективностиколонок, полученных при помощи ультразвука.Основные области применения HKK: 1) анализсложных смесей (например, анализ смесей углеводородов[19, 20], спиртов [14], стероидов [17], барбитуратов[21], загрязнений воздуха [22] и т. д.); 2) анализпримесей (например, анализ примесей в изопрене[10] и во фторотане [23]); 3) экспресс-анализ (анализуглеводородов [24, 25]); 4) применение в промышленныхавтоматических хроматографах [26];5) измерение физико-химических характеристик (например,теплот адсорбции [24]).Литература• 1. Березкин В. Г., Школина Л. А., Липавский В. H., Сердан А. А.„Усл. химии, 1978, 47, с. 1875.2. Halasz /., Heine E., Nature, 194, 971 (1962).3. Desty D. H., Naresnape J. JV., Whyman B. H., Analyt. Chem.,32, 302 (1960).4. Schneider W., Bruderreck H., Halasz /., Analyt. Chem., 36,1533 (1964).5. Halasz I., Heine E., Analyt. Chem., 36, 1533 (1964).6. Carter H. V., Nature, 197, 684 (1963).7. Virus W., J. Chromatogr., 12, 406 (1963).8. Вигдергауз M. С, Андреев Л. В. Нефтехимия, 1964, 4, с. 507.9. Wigdergaus M. S., Andrejev L. V., J. Chromatogr., 18, 226(1965).!0. Святошенко А. Т., Березкин В. Г. Нефтехимия, 1964, 4, с. 938И. Березкин В. Г. и др. Ж. анал. хим., 1966, 21, с. 1367.

228 Дополнение12. Березкин В. Г. и др. ДАН СССР, 1968, 181, с. 867.13. Cramers С. A., Rijka J. A., Bodek P. Clinica Chimica Acta, 34,159 (1971).14. Школина Л. А. Канд. дисс, ИНХС АН СССР. —M.: 1975.15. berezkin V. G., Shkolina L. A., J. Chromatogr., 119, 33 (1976).16. llkova E. L., Mistryukov E. A., J. Chromatogr., 54, 422 (1971).17. Cramers C. A., Rijks ]., Boiek P., J. Chromatogr., 65, 29 (1972).18. Березкин В. Г., Школина Л. А., Липавский В. H., КрашенниковС. К., Чернобровое А. В. Зав. лаб., 1974, 40, с. 650.19. Школина Л. А., Кугучева E. E., Березкин В. Г., АртемоваО. А. Зав. лаб., 1975, 41, с. 787.20. Березкин В. Г., Школина Л. А. Журн. анал. хим., 1973, 28,с. 1838.21. Rijks J. A., Cramers С. A., Bodek P. Chromatographia, 8, 481П975).22. Bruner P., Ciccioli P., Bertoni G., Liberti A., J. Chromatogr.ScL, 12, 758 (1974).23. Пахомов В. П., Буданова Л. И., Березкин В. Г., Школина Л. А.Всесоюзн. совещ. по анал. контролю производства, лекарственныхи фармацевтических препаратов. Тезисы докладов. —Пермь: 1974, с. 60.24. Святошенко А. Т. и др. Изв. АН СССР, сер. хим., 1967,с. 1250.25. Cirendini S., Guillemin J., Vermont ]., Gressin J. С, J. Chromatogr.,84, 21 (1973).26. Липавский В. H., Березкин В. Г. и др. Автоматизация и контрольно-измерительныеприборы. Сб. статей. ЦНИИТЭнефтехим.—M.: 1973, №9, с. 18.СодержаниеПредисловие редактора перевода 5Предисловие 8Глава 1ВВЕДЕНИЕ1.1. Общие замечания 91.2. Теория хроматографического процесса 101.3. Разделение компонентов смеси 24Литература 29» Глава 21 СТЕКЛЯННЫЕ КАПИЛЛЯРНЫЕ КОЛОНКИ 302.1. Введение 302.2. Предварительная обработка ловерхности колонки 34Литература 42Глава 3НАНЕСЕНИЕ СЛОЯ НЕПОДВИЖНОЙ ЖИДКОЙ ФАЗЫНА ВНУТРЕННЮЮ ПОВЕРХНОСТЬ КОЛОНКИ 443.1. Общие замечания 443.2. Динамические способы нанесения неподвижной жидкойфазы 443.3. Статические способы ' 483.4. Открытые колонки с пористыми стенками и колонкисо стенками, покрытыми твердым носителем 523.5. Химически связанные фазы 553.6. Насадочные капиллярные и микронасадочные колонки56Литература '57Глава 4СИСТЕМЫ ДЛЯ ВВОДА ПРОБ В КОЛОНКУ 594.1. Общие замечания 594.2. Предварительное концентрирование пробы 604.3. Ввод пробы в колонку без деления потока газа-носителя614.4. Делители потока газа-иосигел? 64Литература 74

230 СодержаниеГлава 5УСТАНОВКА ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОИ КОЛОНКИВ ХРОМАТОГРАФ 755.1. Общие замечания 755.2. Унифицированные блоки 815.3. Вспомогательный газ 845.4. Предварительная оценка качестваской системыхроматографиче-86Литература 89Глава бИЗМЕРЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИХРОМАТОГРАФИЧЕСКОИ КОЛОНКИ 906.1. Общие замечания 906.2. Число разделений 926.3. Другие понятия, используемые для описания характеристикколонки 94Литература 98Глава 7ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕЛИЧИН УДЕРЖИВАНИЯ 997.1. Общие замечания7.2. Вычисление мертвого времени991007.3. Система индексов удерживания Ковача 1007.4. Влияние температуры на индексы удерживания 1017.5. Другие системы для описания характеристик удерживания1037.6. Данные удерживания как критерии идентификации' 105Литература 109Глава 8ПРОГРАММИРОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ КОЛОНКИИ ЗАМЕЧАНИЯ О ПОТОКЕ ГАЗА-НОСИТЕЛЯПО8.1. Общие замечания ПО8.2. Проблемы, характерные для капиллярных систем 1118.3. Практически оптимальная скорость газового потока 1148.4 Зависимость температуры элюирования и продолжительностианализа от скорости программированиятемпературы колонки и скорости потока-носителя 114Литература . 120«5Содержание 231Глава 9СТАБИЛЬНОСТЬ КОЛОНКИ 1219.1. Общие замечания 1219.2. Влияние температуры колонки 1239.3. Влияние величины анализируемой пробы и ее состава 1259.4. Восстановление колонок 126Литература 127Глава 10ВЫБОР КОЛОНКИ 12810.1. Общие замечания 12810.2. Концепция полярности по Роршнейдеру 13010.3. Другие методы выбора колонки 13310.4. Роль эффективности колонки 134Литература 134Глава ИПОДГОТОВКА АНАЛИЗИРУЕМОЙ ПРОБЫ 13511.1. Общие замечания 13511.2. Анализ паров летучих веществ над анализируемымматериалом и анализ полного содержания летучихвеществ в материале 13711.3. Анализ равновесной паровой фазы 13911.4. Общие замечания о методиках выделения и концентрирования14011.5. Перегонка 14011.6. Концентрирование понижением температуры 14311.7. Экстракция 14411.8. Зонная очистка 14611.9. Адсорбционные методы 14811.10. Абсорбция пористыми полимерами 149Литература 151Глава 12АНАЛИЗ МАТЕРИАЛОВОГРАНИЧЕННОЙ ЛЕТУЧЕСТИ 15312.1. Общие замечания 15312.2. Пиролитическая газовая хроматография 15312.3. Силилирование 15412.4. Методики силанизации 156Литература 157

~*Ч|232 СодержаниеГлава 13ПРИМЕНЕНИЯ ГАЗОВОЙ ХРОМАТОГРАФИИНА СТЕКЛЯННЫХ КАПИЛЛЯРНЫХ КОЛОНКАХ 15813.1. Введение 15813.2. Анализ воздуха и дыма 15813.3. Анализ аминокислот 16413.4. Лекарственные препараты и фармацевтические вещества16513.5. Анализ жирных кислот 16813.6. Анализ пищевых продуктов и напитков 16813.7. Пестициды 17513.8. Анализ сахаридов 17913.9. Анализ стероидов13.10. Другие анализы 182Литература 184Приложение I 186НОМЕНКЛАТУРА 186Литература 192Приложение II 192НЕПОДВИЖНЫЕ ЖИДКИЕ ФАЗЫ 193Литература 193Приложение HI 201ДАННЫЕ ПО ПОРИСТЫМ ПОЛИМЕРАМ 201Материалы типа Порапак ' 201Тенакс GC 202Материалы типа хромосорб «100-серия» 204Приложение IV 214РЕАКЦИИ СИЛАНИЗАЦИИИ ОБРАЗОВАНИЯ ПРОИЗВОДНЫХ 214Реагенты 215Наборы для силанизации 216Типичные реакции 216Литература 220Дополнение 222КАПИЛЛЯРНЫЕ КОЛОНКИ С НАСАДКОЙВ ГАЗОВОЙ ХРОМАТОГРАФИИ 222Литература 227