Хроматограф: устройство и принцип работы, основные виды

Без этого приспособления невозможно узнать составляющие того, что обычно для нашего глаза невидимо. Поговорим о хроматографе. В этой статье мы узнаем, что он собой представляет, его устройство и принцип работы. Рассмотрим различные виды хроматографа и основные сферы его применения.

Что это такое хроматограф?

Хроматограф – это  прибор для разделения смеси веществ методом хроматографии; это лабораторное оборудование, которое востребовано в каждой лаборатории мира. Так как хроматографический метод был и остаётся самым популярным и широко распространённым, то применяется он во многих сферах, профессиональных и бытовых, от криминалистики до контроля над качеством пищевых продуктов. Раньше хроматографию производили вручную, сегодня же этот процесс можно «переложить на плечи» машинам.

Сам термин «хроматография» был введён в употребление в 1906 году, когда ботаник Михаил Цвет, как это и бывает с гениальными изобретениями, совершенно случайно разделил зерно на хлорофиллы. В 1952 году Арчер Джон Портер Мартин и Ричард Лоуренс Миллингтон Синдж были удостоены Нобелевской премии по химии за изобретение распределительной хроматографии. Именно эти учёные обнаружили, что принцип изобретённого Цветом метода может применяться по-разному, что привело к возникновению различных видов хроматографии.

Производство самого прибора можно отнести к тому же времени  прошлого столетия. Именно эти два учёных считаются прародителями современного аппарата хроматографа. Мартин и Синдж первые провели опыты с водой и хлороформом. Ни один аналитический метод не может конкурировать с хроматографией по универсальности применения и эффективности разделения самых сложных многокомпонентных смесей. На современных газохроматографических капиллярных колонках в одном эксперименте могут быть разделены более 1000 индивидуальных компонентов.

Устройство и принцип работы

Перед покупкой хроматографа следует рассмотреть его «под микроскопом», чтобы понять, какие практические задачи он способен выполнять. Это же применимо к любому прибору лаборатории, к примеру, анализатору микротоксинов, купить который можно у нас. Давайте рассмотрим устройство и принцип работы хроматографа на примере газового типа. Любой аппарат состоит минимум из 4х основных узлов: источники газа; дозирующие устройства; хроматографическая колонка и детектирующая система. Разберёмся, что собой представляет каждый из узлов.

В современных приборах регулировка газа автоматизирована. Пользователь с помощью программы управления задает требуемые давление, расход, скорость или поток, а электронное устройство отрабатывает значение. Дозирующим устройством является узел вводящий пробу в поток газа-носителя.  Самым простым вариантом является шприцевой дозатор и испаритель. Колонка – это сердце хроматографического процесса. Именно в ней происходит разделение введенной смеси веществ на отдельные компоненты. Детектор распознаёт выходящие из колонки вещества.

Элементы смеси распределяются между двумя фазами: подвижной и неподвижной. Как понятно из названия и предназначения, для газового хроматографа характерно проведение исследования, где в качестве подвижной фазы выступает газ или пар. Чаще всего в качестве элюента выступают гелий, водород и азот. Неподвижной фазой может быть как твердое тело (тогда речь идет о газообсорбционной хроматографии), так и жидкое вещество (в таком случае, принято говорить о газожидкостной хроматографии).

Основные виды

Как и любой другой агрегат, используемый в лаборатории, даже анализатор вина, принято распределять на несколько разновидностей. В зависимости от агрегатного состояния термодинамической фазы, которая необходима для перемещения компонентов веществ по колонке, хроматографы могут быть жидкостными и газовыми. Они действуют по одному принципу, разделяя элементы вещества между подвижной и неподвижной фазами.

Жидкостные хроматографы состоят из насоса, регистра, детектора, дозатора анализируемого вещества, а также хроматографической колонки. Применение прибора позволяет добиться качественного изменения организационных принципов многоцелевых лабораторий.  Смысл заключается в использовании одного аналитического способа вместо большого количества других вариантов.

Газовый хроматограф представляет собой аналитический прибор, с помощью которого осуществляется определение количественного состава смеси веществ, доведенных до газообразного состояния путём нагрева пробы. Исследуемое вещество может быть жидким, газообразным или твёрдым. Как мы говорили выше, конструктивно такой вид прибора имеет подвижные и неподвижные части, между которыми в процессе работы распределяется вещество, которое подлежит разделению.

Сфера использования хроматографов

Хроматографы применяют, как и  анализаторы кинетики, повсеместно, почти в каждой лаборатории мира. Но в первую очередь стоит отметить, что  с помощью хроматографа, благодаря точности его исследований, экспрессности анализов и чувствительности, производится контроль качества фармакологических и наркотических препаратов.

Хроматографы незаменимы в исследованиях окружающей среды (определение наличия вредных веществ в воде, почве, воздухе), в нефтехимии (бензины, масла, керосин содержат сотни и тысячи соединений). Помимо прочего, газовая хроматография активно применяется во всем цикле от добычи до переработки газа и нефти. Ни одна криминалистическая лаборатория не справится без хроматографа, там, где требуется анализ образцов с места преступления, этот аппарат незаменим.

В юриспруденции хроматограф позволяет определить наличие или отсутствие,  а также количество наркотических веществ в крови и моче. Даже их концентрацию и период распада можно узнать с помощью этого агрегата. В пищевой промышленности – это контроль за качеством пищевых продуктов. Именно хроматограф «трудится», когда мы в ожидании замираем перед экранами телевизоров, не отрываясь от интересного сюжета детективной мелодрамы, где проводят тест на отцовство.