Назад к новостям
Выбор газа-носителя в газовой хроматографии

Выбор газа-носителя в газовой хроматографии

Основной вопрос, который возникает у тех, кто начинает знакомство с хроматографией: какие газы применяются в хроматографии и как правильно сделать выбор?

    Итак, газы, используемые в газовой хроматографии, это:

  1. Мобильная (подвижная) фаза или иначе газ-носитель – это газ, который перемещает образец от входа (инжектора) хроматографа через всю колонку до детектора и далее на сброс;
  2. Газы поддержки – это и вспомогательные газы, без которых невозможна работа определенных типов детекторов, и дополнительные газы, которые вводят («поддувают») в детекторы с целью повысить их чувствительность (поддувочный газ).

 

Газ-носитель должен быть инертен по отношению к компонентам исследуемой смеси. Все, что от него требуется это перенести аналитические зоны или полосы (именно их Вы видите, как пики на хроматограмме по мере того, как они выходят из колонки и регистрируются детектором) от входа хроматографа через колонку и подать на датчик.

Требования к чистоте газа зависят от выполняемой им функции, чувствительности анализа и от типа детектора. Приведем примеры.

  • Примесь кислорода в газе-носителе вредна, поскольку сокращает срок службы колонки за счет постоянного окисления фазы, но при этом, этот же кислород в составе вспомогательного газа для  пламенно-ионизационного детектора не повлияет на его чувствительность.
  • Примеси летучих галоидоуглеродов на уровне 1 ppb во вспомогательном газе совершенно незаметны для пламенно-ионизационного датчика (ПИД, FID), но в значительной степени влияют на сигнал электронно-захватного датчика (ЭЗД, ECD).
  • Напротив, следовые количества летучих углеводородов оказывают влияние на ПИД, но не на ЭЗД.
  • Примеси же углеводородов на уровне 1 ppm в газе-носителе незначительно влияют на процесс пламенно-ионизационного детектирования при условии значительного количества аналита на колонке и не приводят к ослаблению сигнала датчика.

 

Общий принцип оценки пригодности газа для газовой хроматографии таков

Газы, используемые в газовой хроматографии, не должны содержать примесей, которые повлияют на результаты анализа или приведут к сокращению срока службы  хроматографического оборудования.

Вы можете выбрать соответствующие газы, сравнивая технические характеристики Вашего хроматографа с характеристиками газов, указанными их поставщиками, или обращаясь к таблицам для выбора газов.

В России используются следующие газы для газовой хроматографии:

  • азот особой чистоты по ГОСТ 9293 (объемная доля азота не менее 99,996 %; объемная доля кислорода не более 0,001 %; концентрация водяных паров не более 0,005 г/м3; содержание оксида и диоксида углерода не нормируется);
  • аргон высшего сорта по ГОСТ 10157–79 (объемная доля аргона не менее 99,993 %, объемная доля азота не более 0,005 %, объемная доля кислорода не более 0,0007 %, объемная доля углеводородов не более 0,0005 %, объемная доля водяных паров не более 0,0009 %, содержание оксида и диоксида углерода не нормируется);
  • гелий газообразный марки А по ТУ 51–940 (объемная доля гелия не менее 99,995 %, объемная доля азота не более 0,005 %, объемная доля кислорода не более 0,0001 %, объемная доля двуокиси углерода не более 0,0002 %, объемная доля углеводородов не более 0,0001 %, объемная доля водяных паров не более 0,0005 %).
  • гелий газообразный марки «60» по ТУ 2114–001–45905715–02 или по ТУ 0271–001–45905715–02 (объемная доля гелия не менее 99,9999 %, объемная доля азота не более 0,000045 %, объемная доля кислорода и аргона в сумме не более 0,000015 %, объемная доля окиси и двуокиси углерода не более 0,0001 %, объемная доля метана не более 0,00001 %, объемная доля водяных паров не более 0,0002 %) – для работы с МСД.

 

Вы должны иметь представление о том, какие примеси и при какой концентрации повлияют на результаты Вашего анализа и в соответствии с этим выбрать подходящий газ.

Характеристики газов, приведенные в паспортах на баллоны, не являются результатами анализа! В них указаны максимальные уровни примесей, допустимые для определенного вида газа. Фактически же содержания примесей в газах могут быть значительно ниже, чем указано в их характеристиках. С другой стороны, все газы, кроме газов чистоты 6.0 и выше, проходят контроль качества и обычно для  этого проводится анализ 10 % или менее газовых баллонов из партии.

 

Набивные и капиллярные колонки могут по-разному реагировать на присутствие примесей в газе-носителе. Это обусловлено различиями в поперечных сечениях колонок, количеством неподвижной фазы, сроком службы и условиями предварительной подготовки колонок, а также зависит от температур, при которых термостатируется колонка.

Какой газ-носитель выбрать?

Это зависит от Вашей прикладной задачи и в некоторых случаях от конструкции Вашего детектора. Ответьте для себя на следующие вопросы:

Используете ли Вы набивные газохроматографические колонки для поточного анализа в изотермическом режиме или же, наоборот, Вас интересует определение следовых количеств веществ методом капиллярной газовой хроматографии с программированием температуры? А может, Ваша задача контроль качества промышленной продукции, когда существенным является высокая производительность и не требуется высокое разрешение? Или же Вы ученый и используете газовый хроматограф в научно-исследовательских целях?

Газы-носители для набивных колонок.

В качестве газов-носителей для набивных колонок могут быть использованы гелий, азот, и аргон.

Гелий, например, легко удаляется струйным сепаратором при использовании в методе ГХ-МС.

Азот обладает тем преимуществом, что он дешевле, чем аргон и гелий.

Аргон используется при анализе газов для определения содержания водорода и гелия с детектором по теплопроводности (ДТП).

Смеси аргона/метана могут быть использованы в качестве газа-носителя в изотермических режимах с ЭЗД.

Газы-носители для капиллярных колонок.

В качестве газов-носителей для капиллярных колонок могут быть использованы гелий, водород, азот.

Гелий в качестве газа-носителя для капиллярных колонок используется наиболее часто, поскольку он является инертным газом, обладающим физическими свойствами, обеспечивающими высокую разрешающую способность в газовой хроматографии, особенно в режиме программирования температуры.

Хотя водород огнеопасен, его высокие диффузионные свойства позволяют достичь более высоких линейных скоростей, что значительно сокращает время, затрачиваемое на выполнение анализа, при той же эффективности разделения компонентов, которую обеспечивает гелий.

В некоторых ситуациях реактивность водорода (в результате чего происходит каталитическое гидрирование ненасыщенных молекул при высокой температуре на входе хроматографа) может представлять собой проблему. Это надо обязательно учитывать! Имеются также некоторые проблемы в использовании водорода в качестве мобильной фазы в ГХ-МС: датчик, измеряющий давление ионов в источнике, обычно калибруется по азоту и, таким образом, результаты измерения давления в среде водорода могут быть неточными. Из-за высокой диффузионной способности водорода турбомолекулярные насосы могут недостаточно эффективно удалять водород из источника ионов в настольных ГХ-МС спектрометрах.

Использование азота с капиллярными колонками в режиме программирования температуры не допускается. Небольшие изменения в линейной скорости во время температурной программы могут привести к существенному уменьшению эффективности за счет неконтролируемого потока.

В руководстве по эксплуатации Вашего газового хроматографа обязательно должны быть рекомендации выбору газа-носителя.

Главный вывод, который можно сделать на основе имеющихся технических данных таков:  

Водород – наиболее предпочтительный газ-носитель для капиллярных колонок.