Газовая хроматография домашнего спирта с примерами

Хроматография - это метод разделения смеси веществ основанный на различной скорости их перемещения в системе двух несмешивающихся фаз, одна из которых подвижна, а другая неподвижна.

Все мы хоть раз сталкивались с хроматографией в жизни. Самый простой пример: когда исписанный лист бумаги промокает, то паста начинает растекаться и образовывать отдельные зоны с выраженной границей. Другой пример: тест на беременность также основан на хроматографии (те неожиданные 2 полоски и есть результат работы хроматографии). В промышленном масштабе хроматография применяется для разделения смесей веществ, а также для их качественного (чтобы понять что именно было в пробе) и количественного (чтобы понять в каких количествах) анализа.

Основателем хроматографии является Михаил Семенович Цвет. В 1901 году перед ним стояла задача: разделить смесь растительных пигментов (вещества которые придают растению разные цвета) на отдельные составляющие. Для этого он взял колонку заполненную мелом и с помощью бензина пропустил через нее смесь пигментов. После чего наблюдал как смесь расслаивается, а каждый пигмент занимает в колонке отдельную окрашенную область. В данном случае подвижной фазой являлся бензин, а неподвижной - мел. Вот такая ирония судьбы: ученый по фамилии Цвет придумал самый значимый метод анализа который назвали толи в его честь, толи в честь первого эксперимента - хроматография (хром - по-гречески цвет, т.е. по-русски метод называется цветописание).

Конечно, современные хроматографы уже не являются простой колонкой с мелом, а имеют более сложное технологичное устройство. Кроме того, видов хроматографии очень много. Поэтому, не вдаваясь в подробности, просто для общего понимания, разберем самый распространенный вид хроматографии - газожидкостную хроматографию (ГЖХ).

Как работает газовая хроматография

Тут сразу стоит пояснить. Газовая хроматография бывает газожидкостной (ГЖХ) и газоадсорбционной (ГАХ). Для упрощения мы будем говорить просто ГХ имея в виду именно ГЖХ.

Сущность метода заключается в следующем. Анализируемая жидкая проба из летучих компонентов переводится в парообразное состояние и смешивается с потоком инертного газа образуя с ним так называемую подвижную фазу (ПФ). Эта смесь проталкивается новой порцией непрерывно подаваемого инертного газа и попадает в колонку, заполненную неподвижной фазой (НФ). Неподвижная фаза представляет собой жидкость в виде пленки внутри колонки. Разделяемые компоненты распределяются между ПФ и НФ в соответствии с их коэффициентами распределения.

Обмен вещества между ПФ и НФ происходит из-за многократного повторения актов сорбции-десорбции молекул по мере движения ПФ. Поскольку сродство различных разделяемых веществ к веществу НФ различно, то они задерживаются на НФ неодинаковое время (простыми словами одни вещества смываются быстрее других). Пары разделяемых компонентов по очереди проходят в детектор стоящий на выходе из колонки, который генерирует электрический сигнал - тем больший чем выше концентрация компонента. На выходе получается хроматограмма в виде диаграммы, у которой по оси X отложено время прохождения веществ в минутах, а по оси Y уровни сигналов в пикоамперах.

На рисунке представлена хроматограмма спирта полученного на домашнем самогонном аппарате. Пики примесей подписаны, а пик этилового спирта уходит в небо.

Параметры хроматограммы

Общий вид хроматограммы со всеми анализируемыми параметрами представлен на рисунке ниже. Ключевые параметры это: время удерживания, ширина и высота пика.

Время удерживания - это время от момента ввода пробы до момента максимума пика. По этому параметру можно судить о том, какое конкретно вещество вышло из колонки.

Зная ширину и высоту пика можно найти его площадь. А площадь пика пропорциональна концентрации вещества.

Также, каждая хроматограмма дополняется результатами всех расчетов: составом анализируемой смеси и концентрацией каждого из определенных веществ.

Примеры хроматограммы

Часто самогонщики пытаются угодить ГОСТу (правда непонятно для чего, ведь все это по большому счету бюрократия придуманная для заводов). Вот и посмотрим, на сколько это реально. Приведу 2 примера ГХ моего спирта. Такие анализы можно сделать в специализированных лабораториях вашего города (гугл в помощь). Стоимость одного анализа порядка 1500 рублей.

Пример 1

Спирт получен на самогонном аппарате "Домспирт-2", на 18 тарелках. Это была моя самая первая в жизни перегонка и сделана она была небрежно. Головы отбирал просто тонкой прерывающейся струйкой, а тело со скоростью 2 литра в час. Во втором примере я постарался точно засечь все данные о перегонке и выполнить ее аккуратнее.

Что можно сказать по данным ГХ. Продукт не соответствует ни одному из пищевых спиртов по ГОСТ 5962-2013, т.к. его крепость составляет 95.67 %(об.). Однако по крепости он подходит под характеристики медицинского спирта, но не по остальным параметрам. Сразу посмотрим на общее количество альдегидов: 3.3 мг/дм³ или 0.00033 %, а для медицинского спирта должно быть не более 0.00025 %. Остальные параметры можете сравнить самостоятельно.

В общем, данный продукт не соответствовал ни одному из перечисленных видов спиртов.

Пример 2

На следующей раз я сделал все по фэншую и дополнительно решил перестраховаться увеличением насадочной части.

Спирт был получен также на самогонном аппарате "Домспирт-2", но уже на 30 тарелках. В куб было залито 37 литров спирта-сырца крепостью 49 % (из 36 килограмм сахара). Спирт-сырец был разбавлен до 40 % и занял 57 литров в кубе с увеличителем. Голов отобрал 10 % от абсолютного спирта со скоростью 10 миллилитров в минуту (или 600 миллилитров в час), тело со скоростью 30 миллилитров в минуту (или 1.8 литра в час). Всего получилось 19 литров спирта крепостью 96.41 % по показаниям спиртомера АСП-1 (90-100) с поправкой на температуру. Расход воды 60 литров в час. Температура воды на выходе 40 °C. На весь процесс ушло 15 часов. И вот что получилось.

Сравнивая со спиртом Альфа, при крепости пробы в 96.15 %(об.) спирт дотягивает только до марки Базис. Однако остальные показания очень порадовали: метанола, изоамилола и ацетона нет вообще; остальные парамеры намного лучше, чем у Альфы.

Вывод

Даже при относительно высокой скорости отбора голов и использовании колонны с тарелками, а не с СПН, спирт по своей чистоте превзошел заводской Альфа.

Уложиться в ГОСТ на домашней ректификационной колонне вполне реально даже без особых усилий.