Розвиток хроматографії. Хроматографія як метод дослідження

Першовідкривачем хроматографії був російський вчений, ботанік і физикохимик Михайло Семенович Колір.

Відкриття хроматографії відноситься до часу завершення Кольором роботи над магістерською дисертацією в Петербурзі (1900 - 1902) і першого періоду роботи в Варшаві (1902 - 1903). Досліджуючи пігменти рослин, Колір пропустив розчин суміші дуже мало розрізняються за кольором пігментів через трубку, заповнену адсорбентом - порошкоподібною карбонатом кальцію, і промив потім адсорбент чистим розчинником. Окремі компоненти суміші при цьому розділилися і утворили кольорові смуги. Відповідно до сучасної термінології Колір відкрив варіант проявника хроматографії (проявітельного рідинно-адсорбційну хроматографію). Основні підсумки досліджень з розвитку створеного ним варіанта хроматографії Колір виклав в книзі "Хромофілли в рослинному і тваринному світі" (1910), яка є його докторською дисертацією. хроматографія газовий осадовий іонообмінний

Колір широко використовував хроматографічний метод не тільки для поділу суміші і встановлення її багатокомпонентної, а й для кількісного аналізу, з цією метою він розбивав скляну колонку і розрізав стовпчик адсорбенту на шари. Колір розробив апаратуру для рідинної хроматографії, вперше здійснив хроматографические процеси при зниженому тиску (відкачування) і при деякому надмірному тиску, розробив рекомендації з приготування ефективних колонок. Крім того, він ввів багато основні поняття і терміни нового методу, такі як «хроматографія», «прояв», «витіснення», «хроматограмма» і ін.

Хроматографію спочатку використовували дуже рідко, її прихований період тривав близько 20 років, протягом яких з'явилося лише дуже невелике число повідомлень про різні застосуваннях методу. І тільки в 1931 р Р. Куну (Німеччина) А. Винтерштейн (Німеччина) і Е. Ледерер (Франція), які працювали в хімічній лабораторії (керованої Р. Куном) Інституту імператора Вільгельма з медичних досліджень в Гейдельберзі, вдалося виділити цим методом a - і b-каротин з сирого каротину і тим самим продемонструвати цінність відкриття Кольори.

Важливим етапом у розвитку хроматографії стало відкриття радянськими вченими Н.А. Ізмайлов і М.С. Шрайбер методу хроматографії в тонкому шарі (1938), що дозволяє проводити аналіз з мікрокількостей речовини.

Наступним важливим кроком стало відкриття А. Мартіном і Р. Сингом (Англія) варіанту рідинної розподільної хроматографії на прикладі поділу ацетильних похідних амінокислот на колонці, заповненій силікагелем, насиченим водою, з використанням хлороформу як розчинник (1940). Тоді ж було відзначено, що в якості рухомої фази може бути використана не тільки рідину, а й газ. Кількома роками пізніше ці вчені запропонували здійснювати поділ похідних амінокислот на змоченою водою папері з бутанолом в якості рухомої фази. Вони ж здійснили першу двовимірну систему поділу. За відкриття розподільного варіанти хроматографії Мартін і Сінг отримали Нобелівську премію з хімії. (1952). Далі Мартін і А. Джеймс здійснили варіант газової розподільчої хроматографії, розділивши суміші на змішаному сорбенте з силікону ДС-550 і стеаринової кислоти (1952 - 1953). З цього часу найбільш інтенсивний розвиток отримав метод газової хроматографії.

Одним з варіантів газової хроматографії є \u200b\u200bхроматермографія, при якій для поліпшення поділу суміші газів одночасно з рухом рухомої фази - газу, впливають на сорбент і розділяється суміш рухається температурним полем, які мають певний градієнт по довжині (А.А. Жуховицкий і співр., 1951) .

Помітний внесок у розвиток хроматографічного методу вніс Г. Шваб (Німеччина), що з'явився засновником іонообмінної хроматографії (1937 - 1940). Подальший розвиток вона отримала в роботах радянських вчених Е.Н. Гапона і Т.Б. Гапона, які провели хроматографічне розділення суміші іонів в розчині (спільно з Ф.М. Шемякін, 1947), а також здійснили висловлену ще Кольором ідею про можливість хроматографічного розділення суміші речовин на основі відмінності в розчинності важкорозчинних опадів (осадова хроматографія, 1948).

Сучасний етап у розвитку іонообмінної хроматографії почався в 1975 році після роботи Г. Смолл, Т. Стівенса і У. Баумана (США), в якій вони запропонували новий аналітичний метод, названий іонною хроматографією (варіант високоефективної іонообмінної хроматографії з кондуктометричним детектированием).

Виняткове значення мало створення співробітником фірми "Перкін-Ельмер" М. Голі (США) капілярного варіанти хроматографії (1956), при якому сорбент наноситься на внутрішні стінки капілярної трубки, що дозволяє аналізувати микроколичества багатокомпонентних сумішей.

В кінці 60-х рр. різко зріс інтерес до рідинної хроматографії. З'явилася високоефективна рідинна хроматографія (ВЕРХ). Цьому сприяло створення високочутливих детекторів, нових селективних полімерних сорбентів, нової апаратури, що дозволяє працювати при високому тиску. В даний час ВЕРХ займає провідні позиції серед інших методів хроматографії і реалізована в різних варіантах.

Хроматографія- це метод поділу і визначення речовин, заснований на розподілі компонентів між двома фазами -рухливість і нерухомою. Нерухомою (стаціонарної) фазою служить тверде пористе речовина (часто його називають сорбентом) або плівка рідини, нанесена на тверду речовину. Рухома фаза являє собою рідину або газ, що протікає через нерухому фазу, іноді під тиском. Компоненти аналізованої суміші (сорбат) разом з рухомою фазою пересуваються уздовж стаціонарної фази. Її зазвичай поміщають в скляну або металеву трубку, яка називається колонкою. Залежно від сили взаємодії з поверхнею сорбенту (за рахунок адсорбції або по якій-небудь іншій механізму) компоненти будуть переміщатися уздовж колонки з різною швидкістю. Одні компоненти залишаться в верхньому шарі сорбенту, інші, в меншій мірі взаємодіють з сорбентом, виявляться в нижній частині колонки, а деякі і зовсім покинуть колонку разом з рухомою фазою (такі компоненти називаються неутримуючими, а час їх утримування визначає "мертвий час" колонки) .

Таким чином відбувається швидке поділ складних сумішей компонентів.

Історія відкриття:

народження хроматографії

Увечері цього дня на засіданні біологічного відділення Варшавського Товариства дослідників природи виступив асистент кафедри анатомії і фізіології рослин Михайло Семенович Колір з доповіддю «Про нову категорії адсорбційних явищ і про застосування їх до біохімічного аналізу».

На жаль, М.С.Цвет, будучи за освітою ботаніком, не оцінив належним чином хімічний аналітичний аспект свого відкриття і мало публікував свої роботи в хімічних журналах. Згодом саме хіміки оцінили реальний масштаб запропонованого М.С. Кольором хроматографічного методу, який став найбільш поширеним методом аналітичної хімії.

Слід підкреслити наступні достоінcтва хроматографических методів:

1. Поділ носить динамічний характер, причому акти сорбціі- десорбції поділюваних компонентів повторюються багаторазово. Цим обумовлена \u200b\u200bзначно більша ефективність хроматографічного

поділу в порівнянні зі статичними методами сорбції та

екстракції.

2. При поділі використовують різні типи взаємодії сорбат і нерухомої фази: від чисто фізичних до хемосорбціонних.

Це обумовлює можливість селективного поділу широкого кола

3. На розділяються речовини можна накладати різні додаткові поля (гравітаційне, електричне, магнітне і ін.), Які, змінюючи умови поділу, розширюють можливості хроматографії.

4. Хроматографія - гібридний метод, що поєднує одночасне розділення і визначення декількох компонентів.

5. Хроматографія дозволяє вирішувати як аналітичні завдання (поділ, ідентифікація, визначення), так і препаративні (очищення, виділення, концентрування). Вирішення цих завдань можна поєднувати, виконуючи їх в режимі "online".

Численні методи класифікуються за агрегатним станом фаз, механізму розподілу і техніці проведення поділу.

Хроматографічні методи розрізняються і за способом проведення

процесу поділу на фронтальний, витіснювальний і елюентний.

іонна хроматографія

Іонна хроматографія- це високоефективна рідинна хроматографія для поділу катіонів та аніонів на іонообмінник

низькою ємності. Широке поширення іонної хроматографії

обумовлено рядом її переваг:

- можливість визначати велике число неорганічних і

органічних іонів, а також одночасно визначати катіони і

- висока чутливість визначення (до1 нг / мл без

попереднього концентрування;

- висока селективність і експресному;

- малий обсяг аналізованої проби (НЕ більше2 мл зразка);

- широкий діапазон визначуваних концентрацій (от1 нг / мл до

- можливість використання різних детекторів і їх комбінацій, що дозволяє забезпечити селективність і малий час визначення;

- можливість повної автоматизації визначення;

- у багатьох випадках повна відсутність попередньої пробопідготовки.

Разом з тим, як і будь-який аналітичний метод, іонна хроматографія не позбавлена \u200b\u200bнедоліків, до яких можна віднести:

- складність синтезу ионообменников, що значно ускладнює

розвиток методу;

- нижчу в порівнянні з ВЕРХ ефективність поділу;

- необхідність високої корозійної стійкості

хроматографічної системи, особливо при визначенні

катіонів.

2.1 Історія розвитку:

Вивчення іонообмінних процесів почалося вже на початку XIX ст. з спостережень про вплив грунтів на хімічний склад контактують з ним сольових розчинів. В кінці 40-х років Г. Томпсон зазначив, що грунт поглинає аміак з внесених органічних добрив, відповідні досліди були проведені фахівцем їх Йорка Д. Спенсом. Перші результати дослідів Д. Спенс були опубліковані Г. Томпсоном в 1850 р У статті наголошується, що "перше відкриття високоважних властивостей грунту може ледь не зазнати невдачі як корисне для сільського господарства" і його останні роботи були опубліковані е в 1852 і 1855 рр.

2.3 Принципи поділу іонів в сорбційних процесах

Ионообменная хроматографія відноситься до рідинно-твердофазной хроматографії, в якій рухомий фазою є рідина (елюент), а нерухомою фазою - тверде тіло (ионообменник). В основі методу іонообмінної хроматографії лежить динамічний процес заміщення іонів, пов'язаних з нерухомою фазою, іонами елюента, які надходять в колонку. Поділ відбувається завдяки різному спорідненості до іонообмінник іонів, що знаходяться в суміші, що призводить до різних швидкостей їх переміщення по колонці.

Іонна хроматографія являє собою варіант колонкової іонообмінної хроматографії.

Згідно з рекомендаціями ІЮПАК (1993 г.) терміни ионообменная (ІОХ) і іонна (ІХ) хроматографія визначаються наступним чином. "Ионообменная хроматографія заснована на різниці іонообмінних взаємодій для індивідуальних аналізованих речовин. Якщо іони розділяються і можуть бути детектировать за допомогою кондуктометричного детектора або непрямого УФ - детектування, то вона називається іонної хроматографії".

Сучасна (2005 рік) формулювання: "Іонна хроматографія включає всі високоефективні рідинні хроматографічні (ВЕРХ) поділу іонів в колонках, об'єднані з безпосереднім детектированием в проточному детекторі і кількісною обробкою отриманих аналітичних сигналів". Це визначення характеризує іонну хроматографію безвідносно механізму поділу і методу детектування і тим самим відділяє еѐ від класичного іонного обміну.

У іонної хроматографії застосовуються такі принципи поділу:

Іонний обмін.

Освіти іонних пар.

Ексклюзія іонів.

іонний обмін

Іонний обмін являє собою оборотну гетерогенную реакцію еквівалентного обміну іонів, що знаходяться у фазі іоніту (противоионов), наіони елюента. Протівоііони утримуються функціональними групами іоніту за рахунок електростатичних сил. Як правило, в катионной хроматографії ці групи є групами сульфонових кислот; в разі анионной хроматографії - четвертинних амонієвих підстав. На рис. 1 представлена \u200b\u200bсхема процесу обміну катіонів та аніонів. Іони визначається речовини позначені як А, іони елюента, що конкурують з ними за обмінні центри, - Е.

Мал. 1. Іонний обмін катіонів (А +) і аніонів (А-) на іони елюента (Е + або Е) за участю катіонообменнік, що містить функціональні сульфогрупи - SO3-, і анионообменника (групи четвертинного амонійного підстави -N + R3).

Освіта іонних пар

Для реалізації цього механізму поділу застосовують іон-парні реагенти, які додають в розчин елюента. Такі реагенти є аніонні або катіонні поверхнево-активні речовини, наприклад, алкілсульфоновие кислоти або тетраалкіламмоніевие солі.

Разом з протилежно зарядженими обумовленими іонами іони цього іон-парного реагенту утворюють незаряджену іонну пару, яка може утримуватися на нерухомій фазі за рахунок міжмолекулярних взаємодій. Поділ здійснюється за рахунок різниці констант освіти іонних пар і ступеня їх адсорбції на матриці сорбенту. На рис. 2 показана статична ионообменная модель в іон-парної хроматографії після адсорбції реагенту на нерухомій фазі. Цей принцип поділу застосовується як для аніонів, так і для катіонів.

Мал. 2. Ионообменная модель в іон-парної хроматографії.

іонна ексклюзія

Іоноексклюзіонная хроматографія (ІЕХ). в основному, застосовується для поділу слабких кислот або підстав. Найбільше значення ІЕХ має для визначення карбонових і амінокислот, фенолів, вуглеводів.

На рис. 3 показаний принцип поділу за допомогою ІЕХ на прикладі кислот R-COOH.

Мал. 3. Схема поділу карбонових кислот R-COOH з використанням іоноексклюзіонной хроматографії.

У іоноексклюзіонной хроматографії в якості нерухомої фази часто застосовують повністю сульфовані катіонообменнік, що містить іониводорода (протівоіони). У водному розчині елюента сульфокислотні групи іоніту гидратируются. Гидратная оболонка обмежується уявною негативно зарядженої мембраною (Доннановской мембраною). Мембрана проникна тільки для недіссоціірованних молекул (наприклад, води).

Органічні карбонові кислоти можуть бути розділені, якщо в якості елюента застосовуються сильні мінеральні кислоти. Внаслідок низьких значень констант кислотності карбонові кислоти присутні в таких розчинах в недиссоциированной формі. Ці форми можуть проходити через мембрану Доннана і адсорбироваться на нерухомій фазі.

Надіслати свою хорошу роботу в базу знань просто. Використовуйте форму, розташовану нижче

Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань в своє навчання і роботи, будуть вам дуже вдячні.

Розміщено на http://www.allbest.ru

1. Історія відкриття і розвитку хроматографії

2. Основні положення

3. Класифікація хроматографічних методів аналізу

4. Адсорбційна хроматографія. тонкошарова хроматографія

4.1 Техніка експерименту в тонкошарової хроматографії

5. Газова хроматографія

5.1 Газо-адсорбційна хроматографія

5.2 Газо-рідинна хроматографія

6. Розподільна хроматографія. паперова хроматографія

7. Осадова хроматографія

7.1 Класифікація способів осадової хроматографії з техніки експерименту

7.2 Осадова хроматографія на папері

8. Ионообменная хроматографія

висновок

Список літератури

1. ІСТОРІЯВІДКРИТТЯ І РОЗВИТКУ ХРОМАТОГРАФІЇ

Першовідкривачем хроматографії був російський вчений, ботанік і физикохимик Михайло Семенович Колір.

2. ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ

Хроматографія - це метод розділення і визначення речовин, заснований на розподілі компонентів між двома фазами - рухомої і нерухомої. Нерухомою (стаціонарної) фазою служить тверде пористе речовина (часто його називають сорбентом) або плівка рідини, нанесена на тверду речовину. Рухома фаза являє собою рідину або газ, що протікає через нерухому фазу, іноді під тиском. Компоненти аналізованої суміші (сорбат) разом з рухомою фазою пересуваються уздовж стаціонарної фази. Її зазвичай поміщають в скляну або металеву трубку, яка називається колонкою. Залежно від сили взаємодії з поверхнею сорбенту (за рахунок адсорбції або по якій-небудь іншій механізму) компоненти будуть переміщатися уздовж колонки з різною швидкістю. Одні компоненти залишаться в верхньому шарі сорбенту, інші, в меншій мірі взаємодіють з сорбентом, виявляться в нижній частині колонки, а деякі і зовсім покинуть колонку разом з рухомою фазою (такі компоненти називаються неутримуючими, а час їх утримування визначає "мертвий час" колонки) . Таким чином відбувається швидке поділ складних сумішей компонентів. Слід підкреслити наступні достоінcтва хроматографических методів:

2. При поділі використовують різні типи взаємодії сорбат і нерухомої фази: від чисто фізичних до хемосорбціонних. Це обумовлює можливість селективного поділу широкого кола речовин.

4. Хроматографія - гібридний метод, що поєднує одночасне розділення і визначення декількох компонентів.

6. Численні методи класифікуються за агрегатним станом фаз, механізму розподілу і техніці проведення поділу. Хроматографічні методи розрізняються і за способом проведення процесу поділу на фронтальний, витіснювальний і елюентний.

3. КЛАСИФІКАЦІЯ хроматографічні методи АНАЛІЗУ

В основу класифікацій хроматографических методів покладені принципи, що враховують такі різні особливості процесу поділу:

* Відмінності в агрегатному стані фаз використовуваної хроматографічної системи;

* Відмінності в характері взаємодій поділюваних речовин з нерухомою фазою;

* Експериментальні відмінності в способах проведення процесу хроматографічного розділення.

У таблицях 1? 3 наведені основні варіанти класифікації відомих хроматографічних методів.

Оскільки характер взаємодій поділюваних з'єднань з фазами різних хроматографічних систем може сильно відрізнятися, то майже не існує об'єктів, для поділу яких не вдалося б знайти підходящої нерухомої фази (твердої або рідкої) і систем рухомих розчинників. Області застосування основних варіантів хроматографії в залежності від молекулярної маси досліджуваних сполук наведені в табл. 4.

4. Адсорбційні ХРОМАТОГРАФІЯ. тонкошарової хроматографії

Одним з найбільш поширених методів адсорбційної хроматографії є \u200b\u200bтонкошарова хроматографія (ТШХ) - різновид площинний хроматографії, при якій адсорбент використовують у вигляді тонкого шару на платівці.

Принцип і основні поняття методу ТШХ. На чисту плоску поверхню (пластинку зі скла, металу, пластмаси) тим чи іншим способом наносять тонкий шар сорбенту, який найчастіше закріплюється на поверхні пластинки. Розміри пластинки можуть бути різними (довжина і ширина - від 5 до 50 см, хоча це і не обов'язково). На поверхні пластинки обережно, щоб не пошкодити шар сорбенту, намічають (наприклад, олівцем) лінію старту (на відстані 2-3 см від нижнього краю пластинки) і лінію фінішу розчинника.

Схема поділу компонентів А і В методом ТШХ

На лінію старту пластинки наносять (мікрошпріцем, капилляром) пробу - невелика кількість рідини, що містить суміш поділюваних речовин, наприклад двох речовин А і В у відповідному розчиннику. Дають можливість випаруватися розчиннику, після чого платівку занурюють в хроматографічної камері в рідку фазу ПФ, що представляє собою спеціально підібраний для даного випадку розчинник або суміш розчинників. Під дією капілярних сил ПФ мимовільно переміщається уздовж НФ від стартової лінії до лінії фронту розчинника, захоплюючи з собою компоненти А і В проби, які переміщуються з різною швидкістю. В даному випадку спорідненість компонента А до НФ менше спорідненості до тієї ж фазі компонента В, тому компонент А переміщається швидше компонента В. Після досягнення за час t рухомою фазою (розчинником) лінії фронту розчинника хроматографирования переривають, пластинку виймають з хроматографічної камери, висушують на повітрі і визначають положення плям речовин А і В на поверхні пластинки. Плями (зони) зазвичай мають овальну або круглу форму. В даному випадку пляма компонента A перемістилося від лінії старту на відстань l A , пляма компонента В - на відстань l В, А розчинник пройшов через відстань L.

Іноді одночасно з нанесенням проби поділюваних речовин на лінію старту наносять невеликі кількості речовини-стандарту, а також речовин-свідків (тих, які, ймовірно, містяться в аналізованої пробі).

Для характеристики поділюваних компонентів в системі вводять коефіцієнт рухливості Rf (або Rf-фактор):

R f\u003d V 1 / V E\u003d (L 1 / T) / (L / t) \u003d l 1 / L ,

де V 1 = l 1 / t і V E= L/ t - відповідно швидкості переміщення i- го компонента і розчинника Е; l 1 іL - шлях, пройдений i- м компонентом і розчинником відповідно, t - час, необхідний для переміщення розчинника від лінії старту до лінії фронту розчинника. відстані l 1 відраховують від лінії старту до центру плями відповідного компонента.

Зазвичай коефіцієнт рухливості лежить в межах R f =0 - 1. Оптимальне значення становить 0,3-0,7, Умови хроматографування підбирають так, щоб величина R f відрізнялася від нуля і одиниці.

Коефіцієнт рухливості є важливою характеристикою системи сорбент-сорбат. Для відтворюваних і строго постійних умов хроматографування R f = const.

Коефіцієнт рухливості Rf залежить від цілого ряду чинників: природи і якості розчинника, його чистоти; природи і якості сорбенту (тонкого шару), рівномірності його зернения, товщини шару; активності сорбенту (утримання в ньому вологи); техніки експерименту (маси зразки, довжини L пробігу розчинника); навички експериментатора і т.д. Сталість відтворення всіх цих параметрів на практиці іноді буває скрутним. Для нівелювання впливу умов проведення процесу вводять відносний коефіцієнт рухливості Rs.

Rs \u003d l / l ст\u003d R f/ R f ( ст ) ,

де R f = l/ L; R f (Ст)= l ст/ L; l cm - відстань від лінії старту до центру плями стандарту.

Відносний коефіцієнт рухливості Rs є більш об'єктивною характеристикою рухливості речовини, ніж коефіцієнт рухливості R f.

Як стандарт часто вибирають таку речовину, для якого в даних умовах R f? 0,5. За хімічною природою стандарт вибирається близьким до поділюваних речовин. Із застосуванням стандарту величина Rs зазвичай лежить в межах Rs \u003d 0.1--10, оптимальні межі - близько 0,5--2.

Для більш надійної ідентифікації поділюваних компонентів використовують «свідки» - еталонні речовини, наявність яких передбачається в аналізованої пробі. Якщо R f \u003d R f (свид), де R f і R f (свид) - відповідно коефіцієнти рухливості даного компонента і свідка, то можна з більшою ймовірністю припустити, що речовина-свідок присутня в хроматографіруемого суміші.

Для характеристики розподілу двох компонентів А і В у даних умовах вводять ступінь (критерій) поділу R (А / В):

R (А / B) \u003d Д l(\u003d 2Д l ,

де Д l - відстань між центрами плям компонентів А і В; a (A) і a (B) - відповідно діаметри плям А і В на хроматограмі.

Чим більше величина R (А / B), тим чіткіше поділяються плями компонентів А і В на хроматограмі.

Для оцінки селективності розділення двох речовин А і В використовують коефіцієнт поділу а:

а \u003dl B / l A.

якщо а \u003d 1,то компоненти А і В не розділяються.

До визначення ступеня поділу R (A / B) компонентів А і В.

4.1 Техніка експерименту в тонкошарової хроматографії:

а) Нанесення проби. Анализируемую рідку пробу наносять на лінію старту за допомогою капіляра, микрошприца, микропипетки, обережно торкаючись шару сорбенту (діаметр плями на лінії старту - зазвичай від одного до декількох міліметрів). Якщо на лінію старту наносять кілька проб, то відстань між плямами зразків на лінії старту не повинно бути менше 2 см. По можливості використовують концентровані розчини. Плями сушать на повітрі, після чого проводять хроматографування.

б) Розвиток хроматограми (хроматографування).Процес проводять в закритих хроматографических камерах, насичених парами розчинника, використовуваного в якості ПФ, наприклад, в скляній посудині, покритому зверху кришкою.

Залежно від напрямку руху ПФ розрізняють висхідну, спадну і горизонтальну хроматографію.

У варіанті висхідній хроматографії використовують тільки пластинки із закріпленим шаром сорбенту. ПФ наливають на дно камери (в якості останньої можна використовувати скляний хімічний стакан відповідного розміру зі скляною кришкою), хроматографическую пластинку поміщають вертикально або похило в камеру так, щоб шар ПФ на дні камери змочував нижню частину пластинки (нижче лінії старту на ~ 1,5 - 2 см). ПФ переміщається за рахунок дії капілярних сил від низу до верху (проти сили тяжіння) порівняно повільно.

У варіанті низхідній хроматографії також застосовують тільки пластинки із закріпленим шаром. ПФ подається зверху і переміщається вниз вздовж шару сорбенту пластинки. Сила тяжіння прискорює рух ПФ. Такий варіант реалізують при аналізі сумішей, що містять компоненти, що повільно переміщаються з ПФ.

У варіанті горизонтальної хроматографії пластинку поміщають горизонтально. Можна використовувати прямокутні або круглі пластинки. При застосуванні круглих пластинок (кругової варіант горизонтальної хроматографії) стартову лінію позначають у вигляді кола відповідного радіусу (~ 1,5-2 см), на яку наносять проби. У центрі круглої пластинки вирізають отвір, в яке вставляють гніт для подачі ПФ. Остання переміщується вздовж шару сорбенту від центру кола до його периферії. Хроматографирования проводять в закритій камері - ексикаторі або в чашці Петрі. При круговому варіанті можна одночасно аналізувати до декількох десятків проб.

У методах ТШХ використовують одновимірну, двовимірну, багаторазову (повторну), ступінчасту хроматографію.

При одноразової хроматографії аналіз проводять, не змінюючи напрямку руху ПФ. Цей спосіб найбільш поширений.

Двовимірну хроматографію зазвичай застосовують для аналізу складних сумішей (білки, амінокислоти і т.д.) Спочатку проводять попереднє поділ суміші, використовуючи першу ПФ 1. На хроматограмі отримують плями не індивідуальних речовин, а сумішей декількох нероздільний компонентів. Потім через ці плями проводять нову лінію старту, пластинку розгортають на 90 ° і знову хроматографіруют, але вже з другої ПФ 2, прагнучи остаточно розділити плями сумішей на плями окремих компонентів.

Якщо пластинка квадратна, то пробу наносять на діагональ цього квадрата поблизу нижнього його кута. Іноді двовимірну хроматографію здійснюють з однією і тією ж ПФ на квадратної платівці.

Схема, що ілюструє принцип двомірної хроматографії:

а - хроматограмма, отримана з ПФ1;

б - хроматограмма, отримана з ПФ2

У багаторазової (повторної) хроматографії процес проводять кілька разів послідовно з однієї і тієї ж ПФ (кожен раз - після чергового висушування) до тих пір, поки не отримають бажане поділ плям компонентів суміші (зазвичай - не більше трьох разів).

У разі ступінчастою хроматографії процес проводять з однієї і тієї ж платівкою послідовно, використовуючи кожен раз нову ПФ, до досягнення виразного поділу плям.

в) розшифровка хроматограмм. Якщо плями на хроматограмі пофарбовані, після висушування пластинок визначають відстань від лінії старту до центру кожного плями і обчислюють коефіцієнти рухливості. Якщо ж до складу аналізованої проби входять безбарвні речовини, що дають незабарвлені, тобто візуально не ідентифікуються плями на хроматограмі, необхідно провести детектування цих плям, для чого хроматограми проявляють.

Нижче описані найбільш поширені методи детектування.

Опромінення ультрафіолетовим світлом.Використовується для виявлення флуоресціюючих з'єднань (плями світяться при опроміненні пластинки УФ-світлом) або нефлуоресцірующіх речовин, але із застосуванням сорбенту з флуоресцирующим індикатором (сорбент світиться, плями не світяться). Таким чином детектируют, наприклад, алкалоїди, антибіотики, вітаміни та інші лікарські речовини.

Термічна обробка.Висушену після хроматографування пластинку обережно нагрівають (до ~ 200 ° C), уникаючи потемніння шару самого сорбенту (наприклад, тоді, коли тонкий шар сорбенту містить крохмаль). При цьому плями проявляються зазвичай у вигляді коричневих зон (за рахунок часткового термолиза органічних компонентів).

Хімічна обробка.Часто хроматограми виявляють, обробляючи їх реагентами, які утворюють забарвлені сполуки з розділяються компонентами сумішей. Для цих цілей застосовують різні реагенти: пари йоду, аміаку, брому, діоксиду сірки, сірководень, спеціально приготовлені розчини, якими обробляють пластинки. Застосовують як універсальні, так і селективні реагенти (поняття «універсальні» є досить умовним).

Універсальними реагентамімогут служити, наприклад, концентрована сірчана кислота (при нагріванні спостерігається потемніння плям органічних сполук), кислий водний розчин перманганату калію (зони спостерігаються у вигляді коричневих плям на фіолетовому тлі сорбенту), розчин фосфорно-молібденової кислоти при нагріванні (з'являються сині плями на жовтому тлі) і т.д.

Як селективних застосовують, наприклад, реактив Драгендорфа; реактив Циммермана; водний аміачний розчин сульфату міді (10% по CuSO 4, 2% по аміаку); суміш нингидрина C 9 H 4 O 3 H 2 O з етанолом і оцтовою кислотою.

Реактив Драгендорфа являє собою розчин основного нітрату вісмуту BiONO 3, йодиду калію KJ і оцтової кислоти у воді. Використовується для визначення амінів, алкалоїдів, стероїдів.

Реактив Циммермана готують, обробляючи розчином лугу KOH 2% -й етанольний розчин динітробензолу з подальшим нагріванням суміші при ~ 70-100 ° C. Застосовують для виявлення стероїдів.

За допомогою нингидрина детектируют плями амінів, амінокислот, білків та інших сполук.

Застосовують і деякі інші способи детектування плям. Наприклад, вимірюють їх радіоактивність, якщо деякі з поділюваних компонентів радіоактивні, або вводять спеціально добавки радіоактивних ізотопів елементів, що входять до складу поділюваних складових суміші.

Після детектування плям на хроматограмі проводять їх ідентифікацію, тобто визначають, якому з'єднанню відповідає той чи інший пляма. Для цього найчастіше використовують еталонні плями «свідків». Іноді плями ідентифікують за величиною коефіцієнтів рухливості R f, порівнюючи їх з відомими для даних умов величинами R f. Однак така ідентифікація за величиною R f часто носить попередній характер.

Забарвлення флуоресціюючих плям також використовують з метою ідентифікації, оскільки різні сполуки флуоресцируют випромінюванням різної довжини хвилі (різного кольору).

При хімічному детектировании плям селективні реагенти дають забарвлені плями з сполуками певної природи, що також використовується в цілях ідентифікації.

За допомогою методу ТШХ можна не тільки відкривати, а й кількісно визначати вміст компонентів в сумішах. Для цього або аналізують самі плями на хроматограмі, або витягають розділені компоненти з хроматограми тим чи іншим способом (екстракцією, елюювання підходящими розчинниками).

При аналізі плям припускають існування певного зв'язку між площею плями і змістом даної речовини (наприклад, наявність пропорційної або лінійної залежності), яку встановлюють методом побудови градуювального графіка, вимірюючи площі плям «свідків» - еталонів з відомим змістом аналізованого компонента.

Іноді порівнюють інтенсивність забарвлення плям, вважаючи, що інтенсивність забарвлення плями пропорційна кількості даного пофарбованого компонента. Для вимірювання інтенсивності забарвлення застосовують різні прийоми.

Під час вилучення розділених компонентів з хроматограми отримують розчин, що містить даний компонент. Останній потім визначають тих чи інших аналітичним методом.

Відносна помилка кількісного визначення речовини методом ТШХ становить 5-10%.

ТШХ - фармакопейний метод і широко застосовується для аналізу і контролю якості різноманітних лікарських засобів.

5. ГАЗОВА ХРОМАТОГРАФІЯ

У газової хроматографії (ГХ) в якості рухомої фази використовують інертний газ (азот, гелій, водень), званий газом носієм. Пробу подають у вигляді пари, нерухомою фазою служить або тверда речовина - сорбент (газо-адсорбційна хроматографія) або висококипляча рідина, нанесена тонким шаром на твердий носій (газорідинна хроматографія). Розглянемо варіант газорідинної хроматографії (ГРХ). В якості носія використовують кизельгур (діатоміт) - різновид гідратованого силікагелю, часто його обробляють реагентами, які переводять групи Si-OH в групи Si-О-Si (CH 3) 3, що підвищує інертність носія по відношенню до розчинників. Такими є, наприклад, носії "хромосорба W" і "газохромQ". Крім того, використовують скляні мікрокульки, тефлон і інші матеріали.

5.1 Газо- адсорбційна хроматографія

Особливість методу газоадсорбционной хроматографії (Гах) в тому, що в якості нерухомої фази застосовують адсорбенти з високою питомою поверхнею (10--1000 м 2 г -1), і розподіл речовин між нерухомою і рухомою фазами визначається процесом адсорбції. Адсорбція молекул з газової фази, тобто концентрованої на поверхні розділу твердої і газоподібної фаз, відбувається за рахунок міжмолекулярних взаємодій (дисперсійних, орієнтаційних, індукційних), що мають електростатичну природу. Можливо, освіту водневої зв'язку, причому внесок цього виду взаємодії в утримувані обсяги значно зменшується зі зростанням температури.

Для аналітичної практики важливо, щоб при постійній температурі кількість адсорбованого речовини на поверхні С s було пропорційно концентрації цієї речовини в газовій фазі З m:

C s = кc m (1)

тобто щоб розподіл відбувався відповідно до лінійної ізотермою адсорбції (до - константа). У цьому випадку кожен компонент переміщується вздовж колонки з постійною швидкістю, що не залежить від його концентрації. Поділ речовин обумовлено різною швидкістю їх переміщення. Тому в Гах надзвичайно важливий вибір адсорбенту, площа і природа поверхні якого обумовлюють селективність (поділ) при заданій температурі.

З підвищенням температури зменшуються теплота адсорбції DH / T, Від якої залежить утримування, і відповідно t R . Це використовують у практиці аналізу. Якщо поділяють сполуки, сильно різняться по летючості при постійній температурі, то низкокипящие речовини елюіруются швидко, висококиплячі мають більший час утримування, їх піки на хроматограмі будуть нижче і ширше, аналіз займає багато часу. Якщо ж в процесі хроматографування підвищувати температуру колонки з постійною швидкістю (програмування температури), то близькі по ширині піки на хроматограмі будуть розташовуватися рівномірно.

Як адсорбенти для Гах в основному використовують активоване вугілля, силікагель, пористе скло, оксид алюмінію. Неоднорідністю поверхні активних адсорбентів обумовлені основні недоліки методу Гах і неможливість визначення сильно адсорбирующихся полярних молекул. Однак на геометрично і хімічно однорідних макропористістю адсорбентах можна проводити аналіз сумішей сільнополярних речовин. В останні роки випускають адсорбенти з більш-менш однорідною поверхнею, такі, як пористі полімери, макропористі силикагели (сілохром, порасіл, Сферос), пористі скла, цеоліти.

Найбільш широко метод газоадсорбционной хроматографії застосовують для аналізу сумішей газів і низкокипящих вуглеводнів, що не містять активних функціональних груп. Ізотерми адсорбції таких молекул близькі до лінійних. Наприклад, для поділу О2, N 2, CO, CH 4, СО 2 з успіхом застосовують глинисті. Температура колонки програмується для скорочення часу аналізу за рахунок зменшення t R висококиплячих газів. На молекулярних ситах - високопористих природних або синтетичних кристалічних матеріалах, все пори яких мають приблизно однакові розміри (0,4--1,5 нм), - можна розділити ізотопи водню. Сорбенти, звані порапакамі, використовують для поділу гідридів металів (Ge, As, Sn, Sb). Метод Гах на колонках з пористими полімерними сорбентами або вуглецевими молекулярними ситами найшвидший і зручний спосіб визначення води в неорганічних і органічних матеріалах, наприклад в розчинниках.

5.2 Газо- рідинна хроматографія

В аналітичній практиці частіше використовують метод газорідинної хроматографії (ГРХ). Це пов'язано з надзвичайною різноманітністю рідких нерухомих фаз, що полегшує вибір селективної для даного аналізу фази, з лінійністю ізотерми розподілу в більш широкій області концентрацій, що дозволяє працювати з великими пробами, і з легкістю отримання відтворюваних по ефективності колонок.

Механізм розподілу компонентів між носієм і нерухомою рідкою фазою заснований на розчиненні їх в рідкій фазі. Селективність залежить від двох чинників: пружності пари визначається речовини і його коефіцієнта активності в рідкій фазі. Згідно із законом Рауля, при розчиненні пружність пара речовини над розчином p i прямо пропорційна його коефіцієнту активності g молярної частки N i в розчині і тиску пари чистого речовини Р ° i при даній температурі:

p i \u003d N i Р ° I (2)

Оскільки концентрація i-го компонента в рівноважної парової фазі визначається його парціальним тиском, можна прийняти що,

P i ~ c m, а N i ~ c s тоді

а коефіцієнт селективності:

Таким чином, чим нижче температура кипіння речовини (чим більше P 0 i), то менше утримується воно в хроматографічної колонці.

Якщо ж температури кипіння речовин однакові, то для їх поділу використовують відмінності у взаємодії з нерухомою рідкою фазою: чим сильніше взаємодія, тим менше коефіцієнт активності і більше утримування.

Нерухомі рідкі фази . Для забезпечення селективності колонки важливо правильно вибрати нерухому рідку фазу. Ця фаза повинна бути хорошим розчинником для компонентів суміші (якщо розчинність мала, компоненти виходять з колонки дуже швидко), нелетучей (щоб не випаровувалася при робочій температурі колонки), хімічно інертною, повинна володіти невеликою в'язкістю (інакше сповільнюється процес дифузії) і при нанесенні на носій утворювати рівномірну плівку, міцно з ним пов'язану. Роздільна здатність нерухомої фази для компонентів даної проби повинна бути максимальною.

Розрізняють рідкі фази трьох типів: неполярні (насичені вуглеводні і ін.), Помірно полярні (складні ефіри, нітрили і ін.) І полярні (полигликоли, гідроксіламііи і ін.).

Знаючи властивості нерухомої рідкої фази і природу поділюваних речовин, наприклад клас, будова, можна досить швидко підібрати підходящу для поділу даної суміші селективну рідку фазу. При цьому слід враховувати, що час утримування компонентів буде прийнятним для аналізу, якщо полярності стаціонарної фази і речовини аналізованої проби близькі. Для розчинених речовин з близькою полярністю порядок елюювання зазвичай корелює з температурами кипіння, і якщо різниця температур досить велика, можливо повне розділення. Для поділу близько - киплячих речовин різної полярності використовують стаціонарну фазу, селективно - яка утримує один або кілька компонентів внаслідок диполь - дипольного взаємодії. Зі збільшенням полярності рідкої фази час утримування полярних сполук зростає.

Для рівномірного нанесення рідкої фази на твердий носій її змішують з легколетучим розчинником, наприклад ефіром. До цього розчину додають твердий носій. Суміш нагрівають, розчинник випаровується, рідка фаза залишається на носії. Сухим носієм з нанесеною таким чином нерухомою рідкою фазою заповнюють колонку, намагаючись уникнути утворення пустот. Для рівномірної упаковки через колонку пропускають струмінь газу і одночасно постукують по колонці для ущільнення набивки. Потім до приєднання до детектора колонку нагрівають до температури на 50 ° С вище тієї, при якій її передбачається використовувати. При цьому можуть бути втрати рідкої фази, але колонка входить в стабільний робочий режим.

Носії нерухомих рідких фаз. Тверді носії для диспергування нерухомій рідкої фази в вигляді однорідної тонкої плівки повинні бути механічно міцними з помірною питомою поверхнею (20м 2 / г), невеликим і однаковим розміром часток, а також бути досить інертними, щоб адсорбція на поверхні розділу твердої і газоподібної фаз була мінімальною. Найнижча адсорбція спостерігається на носіях з сіланізірованного хромосорба, скляних гранул і флуоропака (фторуглеродний полімер). Крім того, тверді носії не повинні реагувати на підвищення температури і повинні легко змочуватися рідкою фазою. У газової хроматографії хелатів як твердого носія найчастіше використовують сіланізірованние білі діатомітові носії - діатомітовий кремнезем, або кизельгур. Діатоміт - це мікроаморфний, що містить воду, діоксид кремнію. До таких носіїв відносять хромосорба W, газохром Q, хроматон N і ін. Крім того, використовують скляні кульки і тефлон.

Хімічно пов'язані фази. Часто використовують модифіковані носії, ковалентно - пов'язані з рідкою фазою. При цьому стаціонарна рідка фаза міцніше утримується на поверхні навіть при найвищих температурах колонки. Наприклад, діатомітовий носій обробляють хлорсиланов з довголанцюгових заступником, які володіють певною полярністю. Хімічно зв'язана нерухома фаза більш ефективна.

6. РОЗПОДІЛЬНА ХРОМАТОГРАФІЯ. ПАПЕРОВА ХРОМАТОГРАФІЯ (ХРОМАТОГРАФІЯ НА ПАПЕРІ)

Розподільна хроматографія заснована на використанні відмінностей в розчинності розподіляється речовини в двох контактуючих змішуються рідких фазах. Обидві фази - ПФ і НФ - представляють собою рідкі фази. При переміщенні рідкої ПФ уздовж рідкої же НФ хроматографіруемого речовини безперервно перерозподіляються між обома рідкими фазами.

До розподільчої хроматографії відноситься паперова хроматографія (або хроматографія на папері) в її типових випадках. У цьому методі замість пластинок з тонким шаром сорбенту, що вживаються при ТШХ, застосовують спеціальний хроматографічний папір, по якій, просочуючи її, переміщається рідка ПФ під час хроматографирования від лінії старту до лінії фінішу розчинника.

розрізняють нормальнофазовую і обращеннофазовую паперову хроматографію.

У варіанті нормальнофазовой паперової хроматографії рідкої НФ є вода, сорбированная у вигляді тонкого шару на волокнах і знаходиться в порах гидрофильной паперу (до 25% по масі). Ця зв'язана вода за своєю структурою і фізичному стану сильно відрізняється від звичайної рідкої води. У ній і розчиняються компоненти поділюваних сумішей.

Роль ПФ, що переміщається по папері, грає інша рідка фаза, наприклад, органічна рідина з додаванням кислот і води. Рідку органічну ПФ перед хроматографирования насичують водою для того, щоб ПФ не розчиняла в собі воду, сорбованих на волокнах гидрофильной хроматографічного паперу.

Хроматографічна папір випускається промисловістю. Вона повинна відповідати ряду вимог: готуватися з високоякісних волокнистих сортів бавовни, бути однорідною по щільності і товщині, у напрямку орієнтування волокон, хімічно чистої і інертною по відношенню до НФ і розділяються компонентів.

У нормальнофазовом варіанті в якості ПФ найчастіше застосовують рідкі суміші, складені з різних розчинників. Класичним прикладом такої ПФ є суміш оцтової кислоти, н-бутанолу та води в об'ємному відношенні 1: 4: 5. Використовують і такі розчинники, як етилацетат, хлороформ, бензол і т. Д.

У варіанті обращеннофазовой паперової хроматографії рідка НФ є органічний розчинник, тоді як в ролі рідкої ПФ виступає вода, водні або спиртові розчини, суміші кислот зі спиртами. Процес проводять з використанням гидрофобной хроматографічного паперу. Її отримують обробкою (просоченням) паперу нафталіном, силіконовими маслами, парафіном і т. Д. Не полярні і малополярние органічні розчинники сорбируются на волокнах гидрофобной паперу і проникають в її пори, утворюючи тонкий шар рідкої НФ. Вода не утримується на такий папері не змочує її.

Техніка паперової хроматографії в загальних рисах така ж, як і в методі ТШХ. Зазвичай на смужку хроматографічного паперу на лінію старту наносять кашпо аналізованого розчину, що містить суміш поділюваних речовин. Після випаровування розчинника папір нижче лінії старту занурюють в ПФ, розташовуючи папір вертикально (підвішуючи її). Закривають камеру кришкою і проводять хроматографування до тих пір, поки ПФ не досягне зазначеної на папері лінії фронту розчинника. Після цього процес переривають, папір сушать на повітрі і проводять детектування плям і ідентифікацію компонентів суміші.

Паперова хроматографія подібно методу ТШХ застосовується як в якісному, так і в кількісному аналізі.

Для кількісного визначення змісту того чи іншого компонента суміші застосовують різні методи:

1) виходять з наявності певної залежності (пропорційної, лінійної) між кількістю речовини в плямі і площею плями (часто при цьому попередньо будують градуйований графік);

2) зважують вирізане пляма з речовиною і таку ж за площею чистий папір, а потім по різниці знаходять масу визначається речовини;

3) враховують зв'язок між інтенсивністю забарвлення плями і змісту в ньому визначається компонента, що додає забарвлення плями.

У ряді випадків речовини, що містяться в плямах, екстрагують яким-небудь розчинником і потім аналізують екстракт.

Паперова хроматографія - фармакопейний метод, використовується для розділення сумішей, що містять як неорганічні, так і органічні речовини. Метод доступний, простий по виконанню, проте в цілому він поступається більш сучасному методу ТШХ, в якому застосовується тонкий шар сорбенту.

7. осадових ХРОМАТОГРАФІЯ

Метод осадової хроматографії застосовується переважно для розділення та ідентифікації неорганічних іонів, що входять до складу сумішей.

Суть методу. Осадова хроматографія заснована на використанні хімічних реакцій осадження поділюваних компонентів суміші з реагентом-осадителем, що входять до складу НФ. Поділу здійснюється внаслідок неоднаковою розчинність сполук, що утворюються, які переносяться рухомий фазою з різною швидкістю: менш розчинні речовини переносяться з ПФ повільніше, ніж більш розчинні.

Можна проілюструвати застосування методу на прикладі поділу галогенид-іонів: хлорид-іонів Cl -, бромід-іонів Br - і йодид-іонів I -, одночасно містяться в аналізованому водному розчині. Для цього використовують хроматографическую колонку (представляє собою скляну трубку з краном в нижній частині), заповнену сорбентом. Останній складається їх носія - оксиду алюмінію Al 2 O 3 або кремнію SiO 2, просоченого розчином нітрату срібла AgNO 3 (вміст нітрату срібла становить близько 10% по масі від маси сорбенту-носія).

Через хроматографическую колонку пропускають водний розчин, що містить суміш поділюваних аніонів. Ці аніони взаємодіють з катіонами срібла Ag +, утворюючи малорозчинні опади галогенідів срібла:

Ag + + I -\u003e AgIv (жовтий)

Ag + + Br -\u003e AgBrv (кремовий)

Ag + + Cl -\u003e AgClv (білий)

Розчинність галогенідів срібла в воді збільшується в послідовності:

Agl (К ° \u003d 8,3 * 10 -17)< АgВг (К° = 5,3*10 -13) < AgCl (K°= 1,78*10 -10),

де в дужках наведені значення творів розчинності при кімнатній температурі. Тому спочатку буде утворюватися жовтий осад йодиду срібла, як найменш розчинної на хроматограмі буде спостерігатися жовта (верхня) зона. Потім утворюється зона осаду броміду срібла кремового кольору (проміжна зона). В останню чергу утворюється білий осад хлориду срібла - нижня біла зона, темніють на світлі внаслідок фотохімічного розкладання хлориду срібла з виділенням дрібнодисперсного металічного срібла.

В результаті отримують первинну осадочную хроматограму.

Для більш чіткого поділу зон після отримання первинної хроматограми через колонку пропускають чистий розчинник до отримання вторинної осадової хроматограми з чітким поділом зон опадів.

В описаному прикладі осадитель входив до складу НФ, а через колонку пропускався розчин, що містить суміш поділюваних іонів. Можна, навпаки, пропускати розчин осадителя через колонку, в НФ якої знаходяться хроматографіруемого іони. При цьому, однак, утворюються змішані зони.

Схема поділу іонів Cl-, Br- і I- в хроматографічної колонці методом осадової хроматографії.

7.1 Класифікація способів осадової хроматографії з техніки експерименту

зазвичай розрізняю колоночную осадочную хроматографію, проведену в хроматографічних колонках, і площинну осадочную хроматографію, реалізовану на папері або в тонкому шарі сорбенту.

В якості сорбентів в осадової хроматографії застосовують суміші інертних носіїв з осадителем; сорбенти, які утримують осаджувачі у вигляді іонів (іонообмінні смоли) або у вигляді молекул (активоване вугілля); папір, просочену розчином осадителя.

Носіями найчастіше вибирають силікагель, крохмаль, оксиди алюмінію, кальцію, сульфат барію, іонообмінні смоли і т.д. Носій використовується в тонкодисперсном стані з розмірами частинок близько 0,02-0,10 мм.

Як осадителей застосовують такі реагенти, які утворюють малорозчинні осади з хроматографіруемого іонами, наприклад, йодид натрію NaI, сульфід натрію Na 2 S, сульфат срібла Ag 2 SO 4, ферроцианид калію K 4, оксихінолін, піридин і т.д.

Зазвичай при використанні методу колоночной осадової хроматографії після пропускання через колонку чистого розчинника отримують чітко розділені зони, кожна з яких містить лише один компонент (в тому випадку, коли розчинності опадів розрізняються не менш, ніж в три рази). Метод відрізняється хорошою відтворюваністю результатів.

У разі утворення безбарвних зон опадів хроматограму виявляють, або пропускаючи через колонку розчин-проявник, що дає з опадами забарвлені продукти реакції, або відразу вводячи проявник в ПФ або в НФ.

7.2 Осадова хроматографія на папері

Розглянемо сутність цього методу на прикладі аналізу водного розчину, що містить суміш катіонів міді Cu 2? заліза Fe 3+ і алюмінію Al 3+.

У центр аркуша паперу, просоченої розчином осадителя - ферроцианида калію K 4, капилляром наноситься аналізований водний розчин. Іони міді Cu 2 і заліза Fe 2+ взаємодіють з ферроцианид-іонами з утворенням малорозчинних опадів:

2Cu 2+ + 4\u003e Cu 2 (коричневий)

4Fe 3+ + 3 4\u003e Fe4 (синій)

Оскільки ферроцианид міді (II) менш розчинний, ніж ферроцианид заліза (III), то спочатку виділяється осад ферроцианида міді (II), який утворює центральну коричневу зону. Потім утворюється синій осад ферроцианида заліза (III), що дає синю зону. Іони алюмінію переміщаються на периферію, даючи безбарвну зону, оскільки вони не утворюють пофарбованого ферроцианида алюмінію.

Схема поділу Cu2 +, Fe3 + і Al3 + методом осадової хроматографії.

Таким шляхом отримують первинну хроматограму, на якій зони опадів частково перекриваються.

Потім отримують вторинну хроматограму. Для цього придатний розчинник (в даному випадку - водний розчин аміаку) наносять капіляром в центр первинної хроматограми. Розчинник мимовільно переміщається від центру паперу до периферії, захоплюючи з собою і опади, які переміщуються з різною швидкістю: зона більш розчинного осаду ферроцианида заліза переміщається швидше зони менш розчинного осаду ферроцианида міді. На цьому етапі за рахунок різниці в швидкостях переміщення зон відбувається їх більш чіткий поділ.

Для відкриття іонів алюмінію, що утворюють безбарвну периферичну зону, вторинну хроматограму виявляють - обприскують (з пульверизатора) розчином алізарину - органічного реагенту, що утворює з іонами алюмінію продукти реакції рожевого кольору. Отримують зовнішнє рожеве кільце.

8. іонообмінної хроматографії

У іонообмінної хроматографії поділ компонентів суміші досягається за рахунок оборотного взаємодії іонізуючого речовин з іонними групами сорбенту. Збереження електронейтральності сорбенту забезпечується наявністю здатних до іонного обміну протиіонів, розташованих в безпосередній близькості до поверхні. Іон введеного зразка, взаємодіючи з фіксованим зарядом сорбенту, обмінюється з протиіоном. Речовини, що мають різне спорідненість до фіксованих зарядом, поділяються на аніонітах або на катіоніти. Аніоніти мають на поверхні позитивно заряджені групи і сорбують з рухомої фази аніони. Катіоніти відповідно містять групи з негативним зарядом, що взаємодіють з катіонами.

В якості рухомої фази використовують водні розчини солей кислот, підстав і розчинники типу рідкого аміаку, тобто системи розчинників, що мають високе значення діелектричної проникності і велику тенденцію іонізувати з'єднання. Зазвичай працюють з буферними розчинами, що дозволяють регулювати значення рН.

При хроматографическом поділі іони аналізованого речовини конкурують з іонами, що містяться в елюенті, прагнучи вступати у взаємодію з протилежно зарядженими групами сорбенту. Звідси випливає, що іонообмінну хроматографію можна застосовувати для поділу будь-яких з'єднань, які можуть бути будь-яким чином іонізовані. Можна провести аналіз навіть нейтральних молекул цукрів у вигляді їх комплексів з борат-іоном.

Ионообменная хроматографія незамінна при поділі ви-сокополярних речовин, які без перекладу в похідні не можуть бути проаналізовані методом ГРХ. До таких сполук відносяться амінокислоти, пептиди, цукру.

Іонообмінну хроматографію широко застосовують в медицині, біології, біохімії, для контролю навколишнього середовища, при аналізі змісту ліків і їх метаболітів в крові і сечі, отрутохімікатів в харчовій сировині, а також для поділу неорганічних сполук, в тому числі радіоізотопів, лантаноїдів, актиноїдів і ін . Аналіз біополімерів (білків, нуклеїнових кислот і ін.), на який зазвичай витрачали години або дні, за допомогою іонообмінної хроматографії проводять за 20-40 хв з найкращим поділом. Застосування іонообмінної хроматографії в біології дозволило спостерігати за зразками безпосередньо в середовищі, зменшуючи можливість перегрупування або ізомеризації, що може привести до неправильної інтерпретації кінцевого результату. Цікаво використання даного методу для контролю змін, що відбуваються з біологічними рідинами. Застосування пористих слабких аніонообменіков на сілікагелевой основі дозволило розділити пептиди. Механізм іонного обміну можна представити у вигляді наступних рівнянь:

для аніонного обміну X - + R + Y - - Y - + R + X -

для катіонного обміну X + + R - Y + - Y + + R - X +

У першому випадку іон зразка X - конкурує з іоном рухомої фази Y - за іонні центри R + іонообмінника, а в другому в конкуренцію з іонами рухомої фази Y + за іонні центри R -вступают катіони зразка Х +.

Природно, що іони зразка, слабо взаємодіють з іонообмінником, при цій конкуренції будуть слабо утримуватися на колонці і першими вимиваються з неї і, навпаки, більш сильно утримувані іони будуть елюіровать з колонки останніми. В основному виникають вторинні взаємодії неіонної природи за рахунок адсорбції або водневих зв'язків зразка з неіонної частиною матриці або за рахунок обмеженої розчинності зразка в рухомій фазі.

Поділ конкретних речовин залежить в першу чергу від вибору найбільш підходящого сорбенту і рухомої фази. Як нерухомих фаз в іонообмінної хроматографії застосовують іонообмінні смоли і силікагелі з прищепленими йоногенних групами.

Полістирольні іонообмінні смоли для ВЕРХ зернения 10 мкм і менш володіють селективністю і стабільністю, але сітчаста структура їх, що характеризується відстанню між вузлами сітки 1,5 нм, що значно менше розміру пір застосовується для адсорбційної хроматографії силікагелю (10 нм), уповільнює массообмен і, отже , значно знижує ефективність. Застосовувані в ВЕРХ іонообмінні смоли представляють собою в основному сополімери стиролу і дивинилбензола. Звичайно додають 8-12% останнього. Чим більше зміст ді-вінілбензол, тим більше жорсткість і міцність полімеру, вище ємність і, як правило, селективність і тим менше набухає.

подібні документи

Загальна характеристика процесу хроматографії. Фізико-хімічні основи тонкошарової хроматографії, класифікація методів аналізу. Варіанти хроматографії по фазовим станам. Контроль якості харчових продуктів за допомогою методу ТШХ, обладнання.

курсова робота, доданий 27.12.2009

Явища, що відбуваються при хроматографії. Два підходу до пояснення - теорія теоретичних тарілок і кінетична теорія. Газова, рідинна, паперова хроматографія. Іонообмінний метод. Випадки застосування іонообмінної хроматографії. Гельхроматографірованіе.

реферат, доданий 24.01.2009

Поняття і структура полімерних сорбентів, історія їх створення та розвитку, значення в процесі розподільної хроматографії. Види полімерних сорбентів, можливості їх використання в ексклюзіонной хроматографії. Особливості застосування жорстких гелів.

реферат, доданий 07.01.2010

Виникнення і розвиток хроматографії. Класифікація хроматографічних методів. Хроматографія на твердій нерухомій фазі: газова, рідинна (рідинно-адсорбційна). Хроматографія на рідкої нерухомій фазі: газо-рідинна і гель-хроматографія.

реферат, доданий 01.05.2009

Суть методу хроматографії, історія його розробки і види. Сфери застосування хроматографії, прилади або установки для хроматографічного розділення і аналізу сумішей речовин. Схема газового хроматографа, його основні системи і принцип дії.

реферат, доданий 25.09.2010

Основи методу зверненої газової хроматографії. Газова хроматографія - універсальний метод якісного і кількісного аналізу складних сумішей і спосіб отримання окремих компонентів в чистому вигляді. Застосування зверненої газової хроматографії.

курсова робота, доданий 09.01.2010

Сутність і зміст іонно-парної хроматографії, її використання в рідинної хроматографії і екстракції для отримання ліків і їх метаболітів з біологічних рідин в органічну фазу. Варіанти іонно-парної хроматографії, відмінні риси.

реферат, доданий 07.01.2010

Газова хроматографія - один з найбільш перспективних фізико-хімічних методів дослідження, бурхливо розвивається в даний час. Класифікація хроматографічних методів. Різні характерні ознаки процесу. Сутність методів хроматографії.

реферат, доданий 25.01.2010

Сутність високоефективної рідинної хроматографії (ВЕРХ) як методу аналізу і поділу складних домішок. Сорбенти, координаційно-насичені хелати; закономірності впливу будови ліганду на поведінку хелатов в умовах обращенофазной хроматографії.

реферат, доданий 11.10.2011

Поняття і основні етапи протікання методу ексклюзіонной хроматографії, його принципова особливість і сфери застосування, різновиди та їх відмінні ознаки. Характеристика обладнання, що використовується в процесі ексклюзіонной хроматографії.

Безліч відкриттів минулого століття зобов'язані російському вченому Михайлу Кольору і його методу хроматографічного аналізу. Велике число видатних дослідників зобов'язане йому своїми успіхами, а багато і Нобелівськими преміями!

"... Без робіт Майкла Кольори нам, всім" пігментщікам ", робити було б нічого ..." - ось думка одного відомого англійського вченого.

Михайло Семенович Колір (1872-1919) - син італійки і російського інтелігента. Він народився в Італії в місті Асті, неподалік від Турина. У 1891 році Михайло закінчив Женевську гімназію і вступив на фізико-математичний факультет Женевського університету. Представивши дисертацію "Дослідження фізіології клітини. Матеріали до пізнання руху протоплазми, плазматичних мембран і хлоропластів" Колір в жовтні 1896 року одержав диплом доктора природничих наук. У грудні того ж року він приїжджає в Петербург.

Михайло не знав, що вчений ступінь Женевського університету не зізнається в Росії. Тому йому довелося працювати у відомого ботаніка Андрія Сергійовича Фамінцина, також вивчав хлорофіл, можна сказати, на пташиних правах. У Петербурзі Колір познайомився з іншими видатними ботаніками і фізіологами рослин: І.П. Бородіним, М.С. Вороніним, А.Н. Бекетовим. Це було блискуче суспільство оригінальних, багатих ідеями мислителів і умілих експериментаторів. Колір продовжив свої дослідження хлоропластів, готуючись в той же час до нових магістерських іспитів і до захисту дисертації. Іспити він здав в 1899 році, а магістерську дисертацію він захистив у Казанському університеті 23 вересня 1901 року.

З листопада 1901 року Колір працює на посаді асистента кафедри анатомії і фізіології рослин у Варшавському університеті. На XI з'їзді природознавців і лікарів Михайло Семенович зробив доповідь "Методи і завдання фізіологічного дослідження хлорофілу", в якому вперше повідомив про метод адсорбційної хроматографії.

Михайло Семенович довгий час вирішував завдання поділу пігментів зеленого листа, а вони дуже близькі за властивостями. До того ж в листі присутні і інші, дуже яскраві, пігменти - каротиноїди. Саме завдяки каротиноїдів і по осені з'являються жовті, помаранчеві, червоні листя. Однак поки хлорофіли не зруйнують, відокремити їх від каротиноїдів було майже неможливо.

Як зауважує Ю.Г. Чирков, "мабуть, відкриття Кольори стало реакцією на існуючі тоді грубі і вбивчі для пігментів методи їх розподілу. Ось один із прийомів.

Спочатку добували спиртову витяжку хлорофілу, потім її три години киплячо гілі з додаванням в розчин міцної лугу (їдкого калію). В результаті хлорофіл розкладається на складові частини - зелений і жовтий пігменти.

Але ж в процесі виготовлення цього зілля (майже алхімічні маніпуляції) природний хлорофіл міг зруйнуватися. І тоді дослідник мав би справу з шматками пігментів, а то і з продуктами їх хімічного перетворення ".

Про те, як сталося велике відкриття, пише С.Е. Шноль: "Він взяв скляну трубку, наповнив її порошком крейди і на верхній шар налив трохи спиртового екстракту листя Екстракт був буро-зеленого кольору, і такого ж кольору став верхній шар крейдяний колонки. А потім М.С. почав по краплях лити зверху в трубку з крейдою чистий спирт. Крапля за краплею чергова порція розчинника елюіровать пігменти з крупинок крейди, які переміщалися вниз по трубці. Там свіжі крупинки крейди адсорбувати пігменти і в свою чергу віддавали їх новим порцій розчинника. в силу кілька різної міцності адсорбції (легкості елюції) захоплюються рухливим розчинником різні пігменти рухалися по крейдяний колонці з різною швидкістю і утворювали однорідні забарвлені смуги чистих речовин в стовпчику крейди. це було чудово. Яскраво-зелена смуга, смуга трохи жовтіше зеленого - це два види хлорофілів - і яскрава жовто-оранжева смуга каротиноїдів. М.С. назвав цю картину хроматограммой ".

"Колір показав, - пише Чирков, - що при пропущенні розчинених в рідині рослинних пігментів через шар безбарвного пористого сорбенту окремі пігменти розташовуються у вигляді забарвлених зон - кожен пігмент має власний колір або хоча б відтінок. Порошок сорбенту (це може бути крейда, цукрова пудра ...) адсорбує (поверхнево поглинає: латинське adsorbere значить "ковтати") різні пігменти з неоднаковою силою: одні можуть "проскочити" з струмом розчину далі, інші виявляться затриманими ближче. Отриманий таким чином пошарово забарвлений стовпчик сорбенту Колір назвав хроматограммой, а метод - хроматографією ".

Так було вирішено, здавалося нерозв'язаним завдання. Метод виявився геніально простий. Він зовсім не схожий на громіздкі, потребували значної частини реактивів складні процедури, які застосовуються до цього.

Може, ця простота стала причиною того, що велика частина сучасників або не сприйняла це дивовижне відкриття, або, що ще сумніше, різко повстала проти його автора.

Але час усе розставив на свої місця. Колір винайшов хроматографію для досліджень хлорофілу. Він уперше виділив речовину, яку назвав хлорофілом альфа і хлорофілом бета. Він виявився придатним для досліджень не тільки пігментів, але і безбарвних, пофарбованих сумішей - білків, вуглеводів. До шестидесятих років двадцятого століття хроматографії було присвячено вже кілька тисяч досліджень. Хроматографія стала універсальним методом.

"... Принцип хроматографічного розділення речовин, відкритий М. Кольором, лежить в основі безлічі різноманітних методів хроматографічного аналізу. Без його використання було б неможливо більшість досягнень в науці і техніці XX століття ...

В основі всього цього - одна спільна ідея. Вона проста. Це, по суті, ідея геометричній прогресії. Нехай є два речовини дуже близькі за всіма своїми властивостями. Ні осадженням, ні екстракцією, ні адсорбцией не вдається розділити їх в помітному ступені. Нехай одна речовина адсорбується на поверхні, наприклад, карбонату кальцію (т. Е. Менше 1 відсотка).

Іншими словами, його зміст на адсорбенті складе 0,99 від змісту іншого. Опрацюємо адсорбент будь-яким розчинником так, щоб відбулися десорбція (від'єднання) і елюція (змивання) обох речовин і обидва вони перейшли б з адсорбенту в розчинник, і перенесемо цей розчин, що вийшов на свіжу порцію адсорбенту. Тоді частка першого речовини на поверхні адсорбенту знову буде дорівнює 0,99 від змісту другого, т. Е. Адсорбується частина, рівна 0,99 х 0,99 \u003d 0,98 від початкової кількості. Ще раз проведемо елюція і знову адсорбцію - тепер частка першого речовини складе 0,98 х 0,99 \u003d 0,97 від змісту другого. Щоб зміст першого речовини на черговий порції адсорбенту склало всього 1 відсоток від змісту другого, потрібно повторити цикл адсорбції-елюції близько 200 разів ...

Ідея багаторазової переадсорбціі для розділення речовин може бути модифікована в багаторазове перерозподіл суміші речовин в системі змішуються розчинників. Це - основа розподільної хроматографії. Та ж ідея лежить в основі сучасних методів електрофорезу, коли суміш речовин рухається з різною швидкістю по різним адсорбенту в електричному полі.

1. ВВЕДЕННЯ.

2. Виникнення і розвиток хроматографії.

3. Класифікація хроматографічних методів.

4. Хроматографія на твердій нерухомій фазі:

а) газова (газо-адсорбційна) хроматографія;

б) рідинна (рідинно-адсорбційна) хроматографія.

5. Хроматографія на рідкої нерухомій фазі:

а) газо-рідинна хроматографія;

б) гель-хроматографія.

6. Висновок.

Як промені спектру, в стовпчику вуглекислого кальцію закономірно розподіляються різні компоненти суміші пігментів, даючи можливість свого якісного і кількісного визначення. Одержуваний таким чином препарат я називаю хроматограммой, а пропоновану методику - хроматографічної.

М. С. Колір, 1906 р

ВСТУП

З необхідністю поділу і аналізу суміші речовин доводиться стикатися не тільки хіміку, а й багатьом іншим фахівцям.

У потужному арсеналі хімічних і фізико-хімічних методів розділення, аналізу, дослідження структури і властивостей індивідуальних хімічних сполук і їх складних сумішей одне з провідних місць займає хроматографія.

Хроматографія - це фізико-хімічний метод розділення і аналізу сумішей газів, парів, рідин або розчинених речовин і визначення фізико-хімічних властивостей індивідуальних речовин, заснований на розподілі поділюваних компонентів сумішей між двома фазами: рухомою і нерухомою. Речовини, що становлять нерухому фазу, називаються сорбентами. Нерухома фаза може бути твердою і рідкої. Рухома фаза - це потік рідини або газу, що фільтрується через шар сорбенту. Рухома фаза виконує функції розчинника і носія аналізованої суміші речовин, перекладеної в газоподібний або рідкий стан.

Розрізняють два види сорбції: адсорбцію - поглинання речовин твердою поверхнею і абсорбцію - розчинення газів і рідин в рідких розчинниках.

2. возникноВЕН і розвиток хроматографії

Виникнення хроматографії як наукового методу пов'язано з ім'ям видатного російського вченого Михайла Семеновича Кольори (1872 - 1919), який в 1903 р відкрив хроматографію в ході досліджень механізму перетворення сонячної енергії в рослинних пігментах. Це рік і слід вважати датою створення хроматографічного методу.

М.С. Колір пропускав розчин аналізованих речовин і рухомої фази через стовп адсорбенту, що знаходиться в скляній трубці. У зв'язку з цим його метод отримав назву колоночной хроматографії. У 1938 р Н.А. Ізмайлов і М.С. Шрайбер запропонували видозмінити метод Цвета і проводити розділення суміші речовин на платівці, покритої тонким шаром адсорбенту. Так виникла тонкослойная хроматографія, що дозволяє проводити аналіз з мікрокількостей речовини.

У 1947 р Т.Б. Гапон, Є.Н. Гапон і Ф.М. Шемякін вперше здійснили хроматографічне розділення суміші іонів в розчині, пояснивши його наявністю обмінної реакції між іонами сорбенту і іонами, що містяться в розчині. Так було відкрито ще один напрямок хроматографії - іонообмінна хроматографія. В даний час ионообменная хроматографія є одним з найважливіших напрямків хроматографічного методу.

Е.Н. і Г.Б. Гапон в 1948 р здійснили висловлену ще М.С. Кольором ідею про можливість хроматографічного розділення суміші речовин на основі відмінності в розчинності важкорозчинних опадів. З'явилася осадова хроматографія.

У 1957 р М. Голей запропонував наносити сорбент на внутрішні стінки капілярної трубки - капілярна хроматографія. Цей варіант дозволяє аналізувати микроколичества багатокомпонентних сумішей.

У 60-х роках з'явилася можливість синтезувати як іоногенні, так і незаряджені гелі, що володіють строго визначеними розмірами пір. Це дозволило розробити варіант хроматографії, сутність якого полягає в поділі суміші речовин на основі відмінності їх здатності проникати в гель - гель-хроматографія. Цей метод дозволяє розділяти суміші речовин, що володіють різною молекулярною масою.

В даний час хроматографія отримала значного розвитку. Сьогодні різноманітні методи хроматографії, особливо в поєднанні з іншими фізичними та фізико-хімічними методами, допомагають науковцям і інженерам вирішувати найрізноманітніші, часто дуже складні завдання в наукових дослідженнях і в техніці.

3. классификація хроматографических методів

Різноманіття видозмін і варіантів методу хроматографії вимагає їх систематизації та класифікації.

В основу класифікації можна покласти різні ознаки, а саме:

1. агрегатний стан фаз;

2. механізм поділу;

3. спосіб проведення процесу;

4. мета проведення процесу.

Класифікація за агрегатним станом фаз:

газова (рухома фаза - газ), газорідинна (рухома фаза - газ, нерухома фаза - рідина), рідинна (рухома фаза - рідина) хроматографія.

Класифікація за механізмом поділу.

Адсорбційна хроматографія заснована на вибіркової адсорбції (поглинання) окремих компонентів аналізованої суміші відповідними адсорбентами. Адсорбційна хроматографія поділяється на рідинну (рідинно-адсорбційна хроматографія) і газову (газо-адсорбційна хроматографія).

Ионообменная хроматографія заснована на використанні іонообмінних процесів, що протікають між рухомими іонами адсорбенту та іонами електроліту при пропущенні розчину аналізованого речовини через колонку, заповнену іонообмінним речовиною (іонітом). Іоніти представляють собою нерозчинні неорганічні і органічні високомолекулярні сполуки. Як іонітів застосовують окис алюмінію, Пермут, сульфовугілля та різноманітні синтетичні органічні іонообмінні речовини - іонообмінні смоли.

Осадова хроматографія заснована на різній розчинності опадів, утворених компонентами аналізованої суміші зі спеціальними реактивами. Наприклад, при пропущенні розчину суміші солей Нg (II) і Pb через колонку з носієм, попередньо просоченим розчином KI, утворюються 2 забарвлених шару: верхній, пофарбований в оранжево-червоний колір (HgI 2), і нижній, пофарбований в жовтий колір (PbI 2).

Класифікація за способом проведення процесу.

Колонкової хроматографії - вид хроматографії, в якій в якості носія для нерухомого розчинника використовують колонку.

Паперова хроматографія - вид хроматографії, в якій в якості носія для нерухомого розчинника замість колонки використовують смужки або листи фільтрувального паперу, що не містить мінеральних домішок. В цьому випадку краплю випробуваного розчину, наприклад суміш розчинів солей Fe (III) і Co (II), наносять на край смужки паперу. Папір підвішують в закритій камері (рис.1), опустивши її край з нанесеною на нього краплею випробуваного розчину в посудину з рухомим розчинником, наприклад з н-бутіловим спиртом. Рухомий розчинник, переміщаючись по папері, змочує її. При цьому кожне міститься в аналізованої суміші речовина з властивою йому швидкістю переміщається в тому ж напрямку, що і розчинник. Після закінчення поділу іонів папір висушують і потім обприскують реактивом, в даному випадку розчином K 4, який утворює забарвлені сполуки з речовинами, що (синє - з іонами заліза, зелене - з іонами кобальту). Утворені при всьому цьому зони у вигляді забарвлених плям дозволяють встановити наявність окремих компонентів.

Паперова хроматографія в поєднанні із застосуванням органічних реактивів дозволяє провести якісний аналіз складних сумішей катіонів та аніонів. На одній хроматограмме за допомогою одного реактиву можна виявити ряд речовин, так як для кожної речовини характерно не тільки відповідне забарвлення, а й певне місце локалізації на хроматограмі.

Тонкошарова хроматографія - вид хроматографії за своїм механізмом поділу аналогічний паперової хроматографії. Різниця між ними полягає в тому, що замість аркушів паперу поділ проводять на пластинках, покритих тонким шаром сорбенту, виготовленого з порошкоподібної окису алюмінію, целюлози, цеолітів, силікагелю, кизельгура і т.п. і утримує нерухомий розчинник. Основна перевага тонкошарової хроматографії полягає в простоті апаратури, простоті і великій швидкості проведення експерименту, достатньої чіткості поділу суміші речовин і в можливості аналізу ультрамикроколичеств речовини.

Класифікація за метою проведення хроматографічного процесу.

Найбільше значення хроматографія має як метод якісного і кількісного аналізу сумішей речовин (аналітична хроматографія).

Препаративна хроматографія - вид хроматографії, в якому поділ суміші речовин проводиться в препаративних цілях, тобто для отримання більш-менш значних кількостей речовин в чистому, вільному від домішок вигляді. Завданням препаративної хроматографії може бути також концентрування і подальше виділення з суміші речовин, що містяться у вигляді мікродомішок до основної речовини.

Неаналітичних хроматографія - вид хроматографії, який використовується в якості методу наукового дослідження. Її застосовують для дослідження властивостей систем, наприклад розчинів, кінетики хімічних процесів, властивостей каталізаторів і адсорбентів.

Отже, хроматографія є універсальним методом аналізу сумішей речовин, отримання речовин в чистому вигляді, а також методом дослідження властивостей систем.

4. хроматограміфія на твердій нерухомій фазі

а)Газова (газо-адсорбціон) хроматографія

Газова хроматографія - хроматографический метод, в якому рухомою фазою є газ. Газова хроматографія отримала найбільше застосування для розділення, аналізу та дослідження речовин і їх сумішей, що переходять без розкладання в пароподібний стан.

Одним з варіантів газової хроматографії є \u200b\u200bгазо-адсорбційна хроматографія - це метод, в якому нерухомою фазою є твердий адсорбент.

У газової хроматографії в якості рухомої фази (газу-носія) використовується інертний газ: гелій, азот, аргон, значно рідше водень і вуглекислий газ. Іноді газом-носієм служать пари легколетких рідин.

Газохроматографический процес зазвичай здійснюється в спеціальних приладах, званих газовими хроматографами (рис.3). У кожному з них є система подачі потоку газу-носія, система підготовки і введення досліджуваної суміші, хроматографічна колонка з системою регулювання її температури, що аналізує система (детектор) і система реєстрації результатів розділення і аналізу (реєстратор).

Важливе значення в газо-адсорбційної хроматографії має температура. Її роль перш за все полягає в зміні сорбційної рівноваги в системі газ - тверде тіло. Від правильного підбору температури колонки залежить, і ступінь поділу компонентів суміші, і ефективність колонки, і загальна швидкість аналізу. Має місце певний температурний інтервал колонки, в якому хроматографічний аналіз оптимальний. Зазвичай цей температурний інтервал знаходиться в області, близької до температури кипіння визначається хімічної сполуки. Коли температури кипіння компонентів суміші сильно розрізняються між собою, застосовують програмування температури колонки.

Поділ в хроматографічної колонці є найважливішою, але попередньої операцією всього процесу газохроматографического аналізу. Що вийшли з колонки, як правило, бінарні суміші (газ-носій - компонент) потрапляють в детектуючий пристрій. Тут відбувається перетворення змін концентрацій компонентів в часі в електричний сигнал, який реєструється за допомогою спеціальної системи у вигляді кривої, яку називають хроматограммой. Результати всього досвіду в значній мірі залежать від правильного вибору типу детектора, його конструкції. Має місце кілька класифікацій детекторів. Розрізняють диференціальні і інтегральні детектори. Диференціальні детектори реєструють миттєве значення однієї з характеристик (концентрації або потоку) в часі. Інтегральні детектори підсумовують кількість речовини за певний проміжок часу. Також застосовують різноманітні за принципом дії, чутливості і призначенням детектори: термокондуктометрические, іонізаційні, спектроскопічні, мас-спектрометричні, кулонометрические і багато інших.

Застосування газо-адсорбційної хроматографії

Газо-адсорбційна хроматографія використовується в хімічній і нафтохімічній промисловості для аналізу продуктів хімічного і нафтохімічного синтезу, складу фракцій нафти, визначення чистоти реактивів і змісту ключових продуктів на різних стадіях технологічних процесів і т.п.

Аналіз постійних газів і легких вуглеводнів, включаючи ізомери, методом газової хроматографії займає 5 - 6 хвилин. Раніше, на традиційних газоаналізаторах, цей аналіз тривав 5 - 6 годин. Все це призвело до того, що газова хроматографія стала широко використовуватися не тільки в науково-дослідних інститутах і контрольно-вимірювальних лабораторіях, але і увійшла в системи комплексної автоматизації промислових підприємств.

Сьогодні газова хроматографія застосовується і при пошуку нафтових і газових родовищ, дозволяючи визначати в відібраних з грунтів пробах вміст органічних речовин, що вказують на близькість нафтових і газових родовищ.

Газова хроматографія успішно застосовується в криміналістиці, де з її допомогою встановлюють ідентичність зразків плям крові, бензинів, масел, підробку дорогих харчових продуктів і т.п. Дуже часто газова хроматографія застосовується для визначення вмісту спирту в крові водіїв автомобілів. Кілька крапель крові з пальця досить, щоб дізнатися, скільки, коли і який спиртний напій він випив.

Газова хроматографія дозволяє отримувати цінну та унікальну інформацію про склад запахів харчових продуктів, таких, як сир, каву, ікра, коньяк і ін. Іноді інформація, одержувана газохроматографічному аналізом, нас не радує. Наприклад, нерідко в харчових продуктах виявляється зайва кількість пестицидів або фруктовий сік містить трихлоретилен, який всупереч заборонам використовували для підвищення ступеня вилучення каротину з фруктів і т.д. Але саме ця інформація захищає здоров'я людини.

Втім, нерідкі випадки, коли отриманою інформацією люди просто нехтують. В першу чергу це відноситься до паління. Детальний газохроматографічний аналіз давно встановив, що дим сигарет і цигарок містить до 250 різних вуглеводнів та їх похідних, з яких близько 50 мають канцерогенну дію. Саме тому у курців рак легенів зустрічається в 10 разів частіше, але як і раніше мільйони людей продовжують отруювати себе, своїх колег і родичів.

Газова хроматографія знаходить широке застосування в медицині для визначення змісту численних лікарських препаратів, визначення рівня жирних кислот, холестерину, стероїдів і т.д. в організмі хворого. Такі аналізи дають надзвичайно важливу інформацію про стан здоров'я людини, під час його хвороби, ефективності використання тих чи інших ліків.

Наукові дослідження в металургії, мікробіології, біохімії, в розробці засобів захисту рослин і нових лікарських препаратів, в створенні нових полімерів, будівельних матеріалів і в багатьох інших самих різних областях практичної діяльності людини неможливо собі уявити без такого потужного аналітичного методу, як газова хроматографія.

Газова хроматографія успішно використовується для визначення вмісту поліциклічних ароматичних сполук, небезпечних для здоров'я людини, в воді і в повітрі, рівня бензину в повітрі приміщень автозаправних станцій, складу вихлопних газів автомобілів в повітрі і т.д.

Цей метод широко використовується як один з основних методів контролю чистоти навколишнього середовища.

Газова хроматографія займає важливе місце в нашому житті, забезпечуючи нас колосальним об'ємом інформації. У народному господарстві і в науково-дослідних організаціях використовується понад 20 тис. Різних газових хроматографів, які є незамінними помічниками при вирішенні багатьох складних завдань, щодня виникають перед дослідниками і інженерами.

б)Рідинна (рідинно-адсорбційна)хроматографія

Рідинна хроматографія являє собою групу варіантів хроматографії, в яких рухомою фазою є рідина.

Одним з варіантів рідинної хроматографії є \u200b\u200bрідинно-адсорбційна хроматографія - це метод, в якому нерухомою фазою є твердий адсорбент.

Хоча рідинна хроматографія була відкрита раніше газової, вона лише в другій половині ХХ століття вступила в період виключно інтенсивного розвитку. В даний час за ступенем розробки теорії хроматографічного процесу і техніки інструментального оформлення, за паливною ефективністю і швидкості поділу вона навряд чи поступається методу газохроматографического поділу. При цьому кожен з цих двох основних видів хроматографії має свою переважну область застосування. Якщо газова хроматографія придатна головним чином для аналізу, розділення і дослідження хімічних речовин з молекулярною масою 500 - 600, то рідинна хроматографія може бути використана для речовин з молекулярною масою від декількох сот до кількох мільйонів, включаючи гранично складні макромолекули полімерів, білків і нуклеїнових кислот. Разом з тим протиставлення різних хроматографічних методів за своєю суттю позбавлене здорового глузду, так як хроматографічні методи вдало доповнюють один одного, і до самої задачі конкретного дослідження треба підходити по-іншому, а саме, який хроматографический метод дозволяє вирішити її з більшою швидкістю, інформативністю і з меншими витратами.

Як і в газовій хроматографії, в сучасної рідинної хроматографії застосовують детектори, що дозволяють безперервно фіксувати концентрацію визначається речовини в потоці рідини, яка витікає з колонки.

Єдиного універсального детектора для рідинної хроматографії не існує. Тому в кожному конкретному випадку слід підбирати найбільшою мереподходящій детектор. Найбільшого поширення набули ультрафіолетовий, рефрактометричний, мікроадсорбціонний і транспортний полум'яно-іонізаційний детектори.

Спектрометричні детектори. Детектори цього типу є високочутливими селективними приладами, що дозволяють визначати в потоці рідкої фази досить малі концентрації речовин. Їхні свідчення мало залежать від коливань температури та інших випадкових змін середовища. Одна з важливих особливостей спектрометричних детекторів полягає в прозорості більшості застосовуються в рідинно-адсорбційної хроматографії розчинників в робочій області довжин хвиль.

Найчастіше застосовують поглинання в УФ, рідше в ІК області. В УФ області застосовують прилади, що працюють в широкому діапазоні - від 200 нм до видимої частини спектра, або на певних довжинах хвиль, найчастіше на 280 і 254 нм. Як джерела випромінювання застосовуються ртутні лампи низького тиску (254 нм), середнього тиску (280 нм) і відповідні фільтри.

Мікроадсорбціонние детектори. В основі дії мікроадсорбціонних детекторів лежить виділення теплоти при адсорбції речовини на адсорбенті, яким заповнена осередок детектора. Вимірюється, однак, не теплота, а температура адсорбенту, до якої він нагрівається в результаті адсорбції.

Мікроадсорбціонний детектор - досить високочутливий інструмент. Його чутливість залежить перш за все від теплоти адсорбції.

Мікроадсорбціонние детектори є універсальними, придатними для детектування як органічних, так і неорганічних речовин. При цьому на них важко отримати досить чіткі хроматограми, особливо при неповному розділенні компонентів суміші.

5. хроматограміафія на рідкої нерухомій фазі

а) Газо-рідинна хроматографія

Газо-рідинна хроматографія - газохроматографічний метод, в якому нерухомою фазою є леткий рідини, нанесена на твердий носій.

Цей вид хроматографії використовується для поділу газів і парів рідин.

Основна відмінність газо-рідинної від газо-адсорбційної хроматографії полягає в тому, що в першому випадку метод заснований на використанні процесу розчинення і подальшого випаровування газу або пари з рідкої плівки, утримуваної твердим інертним носієм; у другому випадку процес поділу заснований на адсорбції і подальшої десорбції газу або пари на поверхні твердого речовини - адсорбенту.

Процес хроматографирования схематично можна представити таким чином. Суміш газів або парів летких рідин вводять потоком газу-носія в колонку, заповнену нерухомим інертним носієм, на якому розподілена нелетка рідина (нерухома фаза). Досліджувані гази і пари поглинаються цією рідиною. Потім компоненти суміші, що селективно витісняються в певному порядку з колонки.

В газо-рідинної хроматографії застосовується ряд детекторів, специфічно реагують на будь-які органічні речовини або ж на органічні речовини з певною функціональною групою. До їх числа відносяться іонізаційні детектори, детектори електронного захоплення, термоіонного, спектрофотометричні і деякі інші детектори.

Полум'яно-іонізаційний детектор (ПІД). Робота ПІД заснована на тому, що органічні речовини, потрапляючи в полум'я водневої пальника, піддаються іонізації, внаслідок чого в камері детектора, що є одночасно ионизационной камерою, виникає струм іонізації, сила якого пропорційна кількості заряджених частинок.

ПІД чутливий тільки до органічних сполук і не чутливий або дуже слабо чутливий до таких газів, як повітря, оксидів сірки і вуглецю, сірководню, аміаку, сірковуглецю, парам води і до ряду інших неорганічних сполук. Нечутливість ПІД до повітря дозволяє застосовувати його для визначення забруднень повітря різними органічними речовинами.

При роботі з ПІД застосовуються 3 газу: газ-носій (гелій або азот), водень і повітря. Всі 3 газу повинні мати високий ступінь чистоти.

Аргоновий детектор. У аргоновому детекторі іонізація викликається зіткненням молекул визначається речовини з метастабільними атомами аргону, що утворюються в результаті впливу радіоактивного В-випромінювання.

Термоіонний детектор. Принцип дії термоіонного детектора полягає в тому, що солі лужних металів, випаровуючись у полум'ї пальника, селективно реагують з сполуками, що містять галогени або фосфор. За відсутності таких з'єднань в ионизационной камері детектора встановлюється рівновага атомів лужних металів. Присутність атомів фосфору внаслідок їх реакції з атомами лужних металів порушує цю рівновагу і викликає появу в камері іонного струму.

Так як термоіонний детектор має найвищу чутливістю до фосфоровмісних сполук, він отримав назву фосфорного. Застосовується цей детектор головним чином для аналізу фосфорорганічних пестицидів, інсектицидів і ряду біологічно активних сполук.

б)Гель-хроматограміфія

Гель-хроматографія (гель-фільтрація) - метод розділення сумішей речовин з різними молекулярними масами шляхом фільтрації аналізованого розчину через поперечно-зшиті ніздрюваті гелі.

Поділ суміші речовин відбувається в тому випадку, якщо розміри молекул цих речовин різні, а діаметр пір зерен гелю постійний і може пропускати лише ті молекули, розміри яких менше діаметра отворів пір гелю. При фільтруванні розчину аналізованої суміші більш дрібні молекули, проникаючи в пори гелю, затримуються в розчиннику, що містяться в цих порах, і рухаються уздовж шару гелю повільніше, ніж великі молекули, які не здатні проникнути в пори. Таким чином, гель-хроматографія дозволяє розділяти суміш речовин в залежності від розмірів і молекулярної маси частинок цих речовин. Цей метод поділу досить простий, швидкий і, що найголовніше, він дозволяє розділяти суміші речовин в більш м'яких умовах, ніж інші хроматографічні методи.

Якщо гранулами гелю заповнити колонку і потім налити в неї розчин різних речовин з різною молекулярною масою, то при русі розчину уздовж шару гелю в колонці буде відбуватися поділ цієї суміші.

Початковий період досвіду: нанесення розчину аналізованої суміші на шар гелю в колонці. Другий етап - гель не перешкоджає дифузії молекул малого розміру в пори, великі ж молекули залишаються в розчині, що оточує гранули гелю. При промиванні шару гелю чистим розчинником великі молекули починають рухатися зі швидкістю, близькою до швидкості переміщення розчинника, в той час як дрібні молекули повинні спочатку продіффундіровать з внутрішніх пір гелю в обсяг між зернами і внаслідок цього затримуються і вимиваються розчинником пізніше. Відбувається поділ суміші речовин згідно їх молекулярній масі. Вимивання речовин з колонки відбувається в порядку зменшення їх молекулярної маси.

Застосування гель-хроматографії.

Основне призначення гель-хроматографії - розділення сумішей високомолекулярних сполук і визначення молекулярномассового розподілу полімерів.

При цьому в рівній мірі гель-хроматографія застосовується для поділу суміші речовин середньої молекулярної маси і навіть низькомолекулярних сполук. У цьому випадку велике значення має те, що гель-хроматографія дозволяє вести поділ при кімнатних температурах, що вигідно відрізняє її від газо-рідинної хроматографії, що вимагає нагрівання для перекладу аналізованих речовин в парову фазу.

Поділ суміші речовин методом гель-хроматографії можливо і тоді, коли молекулярні маси аналізованих речовин дуже близькі або навіть рівні. У цьому випадку використовується взаємодія розчинених речовин з гелем. Ця взаємодія може виявитися настільки значним, що зводить нанівець відмінності в розмірах молекул. Якщо природа взаємодії з гелем для різних речовин неоднакова, ця різниця можна використовувати для розділення цікавить суміші.

Прикладом може служити застосування гель-хроматографії для діагностики захворювань щитовидної залози. Діагноз встановлюють за кількістю йоду, визначеному в ході аналізу.

Наведені приклади застосування гель-хроматографії показують її широкі можливості для вирішення найрізноманітніших аналітичних завдань.

висновок

Як науковий метод пізнання навколишнього нас світу хроматографія постійно розвивається і вдосконалюється. Сьогодні вона застосовується настільки часто і настільки широко в наукових дослідженнях, медицині, молекулярної біології, біохімії, техніці та народному господарстві, що дуже важко знайти галузь знань, в якій би хроматографія не використовувалася.

Хроматографія як метод дослідження з її винятковими можливостями є потужним фактором пізнання і перетворення ускладнюється світу в інтересах створення прийнятних умов проживання людини на нашій планеті.

ПЕРЕЛІКЛ І Т Е Р А Т У Р И

1. Айвазов Б.В. ВСТУП в хроматографію. - М .: Висш.шк., 1983 - с. 8-18, 48-68, 88-233.

2. Крешков А.П. Основи аналітичної хімії. Теоретичні основи. Якісний аналіз, книга перша, Изд.4-е, перераб. М., «Хімія», 1976 - с. 119-125.

3. Сакодинскій К.І., Орєхов Б.І. Хроматографія в науці і техніці. - М .: Знание, 1982 - с. 3-20, 28-38, 58-59.