Техника - молодёжи 1963-03, страница 9

ПО ЛАБИРИНТАМ ПОР И КАПИЛЛЯРОВ

Вот как работает аппаратура для газовой хроматографии (в). Из специального баллона под давлением в герметичную систему непрерывно и с постоянной скоростью подается химически инертный газ-носитель. Он увлекает с собой в колонку анализируемую смесь, которая впрыскивается в поток газа-носителя с помощью миниатюрного дозирующего шприца.

Главный узел аппаратуры — сама колонка. Чтобы разделение анализируемой смеси было наиболее полным, маршрут газов по лабиринтам пор или капилляров должен быть достаточно длинным. Длина колонки с пористым наполнителем составляет от 1 до 15 м, протяженность капилляра может достигать 300 м. Для большей компактности трубки и капилляры изгибаются в виде спирали. В таном виде колонка легко умещается в небольшой термостат, который поддерживает температуру колонки неизменной. А это очень важно. Ведь от температуры зависит растворимость анализируемых газов в жидком поглотителе.

Каков механизм капиллярной хроматографии (в)?

Проходя через капилляр (1), анализируемая газовая смесь, впрыснутая в поток носителя, улавливается разделяющей «неподвижной жидкостью» (2). Но так как газ-носитель течет через капилляр непрерывно, то вскоре начинается обратный процесс — переход поглощенных паров смеси в газовый поток (3). Снорость такого перехода зависит от природы компонента. Вот почему каждое из веществ проходит через колонку за строго определенное время. На выходе из колонки поджидают чувствительные опознающие приборы — детекторы (4).

В настоящее время имеется много различных конструкций детекторов, но по принципу действия они могут быть разделены на три группы: физико-химические, физические и биологические.

В детекторах первого типа вещество опознается по характерным для него химическим превращениям. Из физико-химических детекторов сейчас особенно распространены пламенные. Газ-носитель, скажем водород, при выходе из колонки поджигается. При появлении в водороде какого-либо нового вещества температура пламени резко изменяется. Это немедленно воспринимается термопарой. На вкладке показаны детекторы второго типа, в которых исследуемые вещества определяются, например, по изменению теплопроводности выходящего газа. Это так называемые катаро-метры. В простейшем случае они представляют собой две трубки из стекла или металла со впаянной вдоль оси проволокой. Через одну из них пропускается газ-носитель, в другую поступают разделенные газы. Проволока нагревается током.

В зависимости от свойств газа, проходящего по трубке, температура и сопротивление нити меняются.

Наконец, при опознавании веществ (например, гормонов) можно использовать биологические объекты. Например, некоторые бабочки в присутствии определенных запахов бьют крыльями и начинают «танец».

Подобные биологические детекторы бывают очень чувствительны, но могут применяться лишь для качественных измерений.

Показания детенторов передаются автоматичесному прибору — самописцу, а тот вычерчивает на бумаге иривую с частоколом пиков-зубцов.

Площадь, очерченная пиком, пропорциональна количеству компонента ■ смеси.

К. В. ЧМУТОВ, член-корреспондент АН СССР

Вначале нашего века русский биолог М. С. Цвет сделал интересное открытие.

Он пропускал раствор смеси пигментов (биологических красителей) через стеклянную трубку, заполненную порошком пористого поглотителя. И вот странное дело: столбик поглотителя окрасился не в первоначальный цвет смеси, а приобрел полосатую расцветку. Разноцветные кольцевые зоны свидетельствовали о том, что поглощенная смесь расслоилась на составные части. Оставалось лишь пропустить через трубку растворитель, чтобы вымыть из поглотителя и собрать по отдельности очищенные друг от друга составные части смеси. Открытый таким образом способ разделения и очистки веществ М. С. Цвет назвал хроматографией.

Прошло полвека, и хроматография стала одним из самых распространенных аналитических методов. Это понятно. Раньше на анализы сложных смесей уходили дни и недели кропотливого труда. Хроматография принесла с собой подкупающую простоту и небывалую скорость анализа. В самом деле: вы вводите в колонку всевозможные многокомпонентные смеси и через считанные минуты, а то и секунды получаете чистые компоненты. Даже анализ такой смеси, как нефть, теперь не составляет труда. Но разве дело только в быстроте? Хроматография обеспечила изумительную степень очистки выделенных препаратов. Общеизвестно широкое применение синтетических ионообменных смол — ионитов — для извлечения ценных веществ из жидких промышленных сбросов, для очистки питьевой воды. Пожалуй, именно хроматография положила начало химии чистых веществ. Значительно облегчилась, а в некоторых случаях и впервые появилась возможность разделять близкие по свойствам соединения, элементы и их изотопы. Высокая чувствительность этого метода позволила получать и изучать неуловимые количества вещества. В некоторых случаях хроматографиче-ский метод успешно конкурирует со спектральным, так как позволяет накапливать ощутимые количества веществ из их ничтожных следов. При исследовании новых элементов периодической системы elo чувствительность превышает чувствительность масс-спектрографа. И это еще не "все. Хроматографический анализ позволяет автоматизировать химическое производство. Показания приборов можно непрерывно сообщать электронным машинам, управляющим технологическим процессом.

Разновидностью описываемого метода является хроматография на бумаге. Опыт проводят следующим образом. На длинную полоску бумаги, ближе к верхнему концу ее, наносят маленькое пятнышко исследуемой смеси. Одновременно верхний конец помещают в сосуд со смесью растворителей. Впитываясь и распространяясь вниз по бумажной полоске, растворитель размывает исходное пятно на компоненты. В результате опыта бумажная полоска оказывается покрытой серией пятен, в которых после проявления можно опознать искомые вещества.

Распределительная хроматография на бумаге перспективна при работе с ультрамалыми количествами веществ и в этой области неминуемо вытеснит колоночную. Характеризуя чувствительность хроматографии на бумаге в сочетании с разделением ионов при наложении электрического поля, упомяну, что при помощи этого метода удается разделить изотопы Na²² и Na²⁴. Для быстрого качественного определения состава иногда достаточно просто капнуть смесью на бумагу, предварительно пропитанную особым проявителем. Капелька расплывается радужными концентрическими кольцами, причем последовательность и сочетание цветов каждый раз своеобразные. Разработана целая система методов подобного капельного анализа (см. цв. вкл., рис. а).

Основной задачей ученых и инженеров сейчас является скорейшее создание большой хроматографической промышленности в нашей стране, являющейся родиной этого прогрессивного метода.

Одним из наиболее молодых и многообещающих методов анализа является газовая хроматография. О ней рассказывают сотрудники химического факультета МГУ.

|9етхие страницы старинных книг до-** несли до нас удивительный факт. Оказывается, уже в начале XVI века люди умели отделять спирт от воды, пропуская смесь через губку, смоченную оливковым маслом. При этом спирт просачивался свободно, а вода задерживалась маслом. Такой прием, конечно, не был пригоден для очистки больших количеств спирта. Вот почему он был вскоре забыт. Лишь четыре столе

тия спустя было суждено возродиться забытому искусству, чтобы стать одним из самых замечательных достижений современной науки и техники.

В 1950 году англичане Джемс и Мартин ввели в исследовательскую практику любопытное видоизменение хроматографа — аппаратуру для разделения газовых смесей. Газовая хроматография в принципе ничем не отличается от метода М. С. Цвете, о котором только

5