Гибридные методы

Среди наиболее интенсивно развивающихся в последние годы аналитических методов важное место принадлежит газовой хроматографии. Она типична  для методов, которые называют гибридными. Здесь слиты воедино способ разделения (хроматографическая колонка) и способ неселективного определения разделенных компонентов (детектор). Такая гибридизация реализуется в одном компактном приборе. Таким образом, гибридными считаются способы анализа, в которых органически объединено разделение и определение. Это объединение – не просто последовательное использование двух приемов. Появляется новое качество; методы разделения и определения образуют не «механическую смесь», а новое «химическое соединение».

Рассмотрение таких методов, которые целесообразно выделить в отдельную группу, следует начать с газовой хроматографии – исключительно важного приема анализа, нашедшего широкое применение главным образом в анализе органических соединений. Метод восходит к фундаментальной работе Мартина и Синджа, в которой была предложена распределительная хроматография. В Газовой хроматографии подвижная фаза газообразна, а неподвижной может быть просто твердая поверхность (газо-адсорбционная хроматография) или тонкий слой жидкости, нанесенный на твердую поверхность (газо-жидкостная). Разделение смеси основано на различном распределении компонентов между этими фазами.

Газовая хроматография позволяет разделять и определять вещества, обладающие значительной  летучестью и термической устойчивостью. Многие органические соединения обладают такими свойствами. Достоинства газовой хроматографии – высокая степень разделения, относительная простота, низкий предел обнаружения, возможность автоматизации.

Развитие этого метода, выпуск совершенных хроматографов позволили решить много сложных задач анализа нефтепродуктов, полимерных материалов, синтетических кислот, спиртов, биологически активных веществ и многих других объектов. Отечественные специалисты в этой области – А.А.Жуховицкий, Н.М.Туркельтауб, А.В.Киселев, В.Г.Березкин, К.И.Сакодынский и многие другие – внесли большой вклад в развитие метода. Предложено много новых вариантов газовой хроматографии, налажен выпуск аппаратуры для газовой хроматографии. Хроматографы серии «Цвет» отмечены государственной премией.

Успехи газовой хроматографии можно иллюстрировать на примере ее использования в одной лишь отрасли – в нефтехимии. Это основной метод анализа в нефтехимическом производстве. Большая экспрессность определений, низкий предел обнаружения и простота эксперимента делают свое дело: около 90 % всех анализов в данной отрасли приходится на долю газовой хроматографии.

Хотя наибольшее распространение газовая хроматография получила в анализе смесей органических веществ, она пригодна и для целей неорганического анализа Некоторые соединения металлов обладают достаточно высокой летучестью и термической устойчивостью. Это гидриды, некоторые хлориды и особенно внутрикомплексные соединения. В качестве реагентов, образующих такие внутрикомплексные соединения, зарекомендовали себя β-дикетоны, прежде всего фторированные.

Существует много центров исследований в области газовой хроматографии. Работы отечественных специалистов по газовой хроматографии хорошо известны за рубежом.

Очень обширна и литература по газовой хроматографии.

К числу основных задач в области газовой хроматографии относится задача улучшения разделения компонентов смесей. Для этой цели эффективно использование так называемых реакционных методов, т.е. методов, включающих химические реакции. Химическая обработка возможна на разных стадиях процесса, например при разделении аминокислот нужно сначала защитить активные функциональные группы, при анализе высокополимерных веществ применяют гидролиз.

Для увеличения избирательности газохроматографического определения  нужна разработка селективных детекторов. Другие задачи включают увеличение  экспрессности анализа, что может быть достигнуто, в частности, повышением давления вплоть до 2-3 млн. Па,  а также разработку методов определения микропримесей.

В качестве детектора для определения компонентов, разделенных в газохроматографической колонке, можно использовать масс-спектрометр. В этом случае мы получаем еще более сложный гибрид: систему газовый хроматограф – масс-спектрометр. Эта комбинация получила широкое распространение также и за рубежом, причем в качестве третьего элемента устройства выступает ЭВМ. Такое сочетание обеспечивает экспрессность определений, низкий предел обнаружения. Эта комбинация выбрана в США для оснащения государственных лабораторий контроля качества природных вод. Другая система из тех же компонентов используется для идентификации лекарственных веществ и их метаболитов, содержащихся в организме человека, например в крови. Установка позволяет быстро идентифицировать более 400 лекарств, их метаболитов, естественных веществ, содержащихся в организме, и различных примесей.

После того как были разработаны эффективные детекторы для растворов, бурно начала развиваться высокоскоростная жидкостная хроматография под давлением. Это – один из очень быстро развивающихся аналитических методов с большим будущим.

 Распространены и другие гибридные методы. Нельзя не назвать экстракционно-фотометрическое определение элементов и соединений – фотометрирование окрашенного соединения,экстрагированного из водной фазы или образованного в экстракте путем добавления какого-либо реагента после экстракции. К экстракционно-фотометрическим не следует относить методы, включающие фотометрическое определение после реэкстракции или разложения экстракта. Нашими химиками-аналитиками разработано огромное число экстракционно-фотометрических приемов, многие из которых получили массовое применение не только в нашей стране, но и в других странах. Это, например, определение сурьмы в виде ассоциата ее хлоридного комплекса с кристаллическим фиолетовым или другими основными красителями. Можно назвать также определение ниобия с роданид-ионом, титана с роданидом и диантипирилметаном. Эффективны и аналогичные экстракционно-люминесцентные методы. В сочетании с экстракцией применяются атомно-абсорбционные и пламенно-фотометрические методы, эмиссионный спектральный анализ, полярография.

Особенно важны экстракционно-атомно-абсорбционные методы; это тоже очень характерный гибридный метод. Введение в пламя органического экстракта часто улучшает условия распыления по сравнению с распылением водных растворов. Поскольку органические растворители в большинстве своем горючи, с их введением растет температура пламени, это, в свою очередь, обеспечивает снижение предела обнаружения. Кроме того, устранение стадии реэкстракции или разложения экстракта упрощает и ускоряет анализ. Этот прием широко применяется во всем мире, распространен он в наших аналитических лабораториях.