Характеристика хроматографічної колонки

Чіткість хроматографічного розділення у значній мірі залежить від правильного вибору матеріалу, розмірів і форми колонки.

Матеріал, з якого виготовлена насадочна колонка, не повинен бути каталітично активним по відношенню до сорбента і компонентів суміші, що розділяється. Необхідно також, щоб площа перерізу колонки не змінювалась при нагріванні до робочої температури і щоб колонці можна було надати необхідну форму. Зазвичай, колонки виготовляють із скла, нержавіючої сталі, міді, алюмінію та полімерів.

Металічні колонки легко термостатувати. Найбільш швидко теплова рівновага встановлюється в колонках з міді та алюмінію. Однак перед заповненням металічні колонки необхідно ретельно очищати від бруду та оксидів. Для цього трубки промивають хлоридною кислотою, органічними розчинниками, очищають механічно, а потім висушують. Мідні колонки не придатні для розділення ацетиленвмісних сумішей, а алюмінієві – якщо адсорбентом є молекулярні сита.

При розділенні активних речовин застосовують пластмасові колонки.

Скло придатне для виготовлення U-подібних колонок, однак для виготовлення спіральних колонок воно не завжди годиться, так як при скручуванні заповненої сорбентом трубки скло може зруйнуватися.

До матеріалів капілярних колонок пред’являються наступні вимоги:

§ відсутність адсорбційної активності по відношенню до нерухомої рідини і компонентів суміші, що розділяється, в газорідинній хроматографії, а також відсутність каталітичної активності;

§ змочуваність внутрішньої стінки нерухомою рідиною;

§ стійкість при робочій температурі;

§ можливість виготовляти з даного матеріалу капіляри з практично постійним перерізом;

§ відсутність тріщин і зон оксидів.

Перевагами скла є його гнучкість при підвищеній температурі, можливість виготовлення з нього колонок великої довжини, добра змочуваність. Як недолік є хрупкість скла при нормальній температурі і складність приєднання скляних колонок до деталей, виготовлених з інших матеріалів.

Найкращим матеріалом для капілярних колонок є нержавіюча сталь, оскільки вона задовольняє всі вимоги.

Мідь погано змочується полярними рідинами, тому при застосуванні в якості нерухомої фази, наприклад, β, β´- диціанодиетилового етеру на стінках мідного капіляру утворюються краплі рідини, що негативно впливає на якість розділення.

Купрум має деяку каталітичну активність, особливо при підвищенних температурах. Так, спирти при 180 ⁰С можуть розкладатися на мідній стінці. Крім того, мідь кородує, тому мідні капіляри доцільно застосовувати лише при розділенні вуглеводнів.

До преваг алюмінію відноситься можливість використання його при підвищених температурах і добра змочуваність. На внутрішній стінці капіляра утворюється тонкий шар достатньо стабільного оксиду.

З полімерних матеріалів для виготовлення капілярних колонок застосовують поліаміди та тефлон. Працювати з такими колонками зручно, хоча вони мають і недоліки. Так, поліамідні матеріали при підвищених температурах проникні для водяної пари, максимальна робоча температура для колонок з поліамідів знаходиться в межах 80-120 ⁰С. Тефлон витримує і більш високу температуру, але при цьому змінюється форма колонки. До недоліків тефлону відноситься також погана змочуваність його багатьма рідинами нерухомої фази.

Звичайна довжина насадочних колонок від 1 до 20 метрів, що від­повідає ефективності колонки порядку 500-20000 теоретичних тарілок. Довжина капілярних колонок, гідравлічний опір яких значно нижчий, ніж опір насадочних колонок, становить 30-50 метрів і може доходити до кілометра при ефективності до мільйона теоретичних тарілок.

Діаметр насадочних колонок становить 3-8 мм, але в препаративній хроматографії застосовують колонки більшого діаметра. Визначальним фактором при виборі діаметра колонки є кількість суміші, що розділяється, яка залежить в свою чергу, від характеристик детектора. Для того, щоб початкова довжина колонки, занята пробою, завжди була однаковою, що в певних межах забезпечує однакову чіткість розділення, об’єм проби повинен бути пропорційним площі перерізу, тобто квадрату діаметра колонки. Діаметр капілярних колонок, зазвичай, дорівнює 0,2-1,0мм.

Для вимірювання внутрішнього діаметра капіляра можна використати мікроскоп, або розрахувати за результатами хроматографування метану, якщо він практично не сорбується в колонці, за формулою:

,

де V – об’єм метану, що пройшов через колонку;

L – довжина колонки.

Найчастіше використовують U-подібні, W-подібні чи спіральні колонки. Довгим колонкам зручно надавати форму спіралі, але перед заповненням їх треба випрямляти. Крім того, у процесі руху по спіральній трубці газ поблизу внутрішньої і зовнішньої частини витка проходить різний шлях, що призводить до додаткового розмивання смуг. Зазвичай, спіральні колонки мають діаметри витків 15-25см. При цьому вплив спіральної форми є несуттєвим.