2. Появата и развитието на хроматографията

Възникването на хроматографията като научен метод се свързва с името на изключителния руски учен Михаил Семенович Цвет (1872 - 1919), който през 1903 г. открива хроматографията в хода на изследване на механизма на преобразуване на слънчевата енергия в растителни пигменти. Тази година трябва да се приеме за дата на създаване на хроматографския метод.

Г-ЦА. Цветът преминава разтвора на аналитите и подвижната фаза през адсорбентната колона в стъклената тръба. В тази връзка неговият метод е наречен колонна хроматография. През 1938 г. Н.А. Измайлов и М.С. Шрайбер предложи да се модифицира цветният метод и да се извърши разделянето на смес от вещества върху плоча, покрита с тънък слой адсорбент. Така възниква тънкослойната хроматография, която дава възможност да се извършва анализ с микроколичество вещество.

През 1947 г. Т.Б. Гапон, Е.Н. Гапон и Ф.М. Шемякин е първият, който извършва хроматографско разделяне на смес от йони в разтвор, обяснявайки го с наличието на обменна реакция между йоните на сорбента и йоните, съдържащи се в разтвора. Така беше открита друга посока на хроматографията - йонообменна хроматография. В момента йонообменната хроматография е една от най-важните области на хроматографския метод.

Е.Н. и Г.Б. Гапон през 1948 г. прилага това, което M.S. Оцветете идеята за възможността за хроматографско разделяне на смес от вещества въз основа на разликите в разтворимостта на слабо разтворимите утайки. Появи се седиментна хроматография.

През 1957 г. М. Голей предложи да се приложи сорбент към вътрешните стени на капилярна тръба - капилярна хроматография. Тази опция позволява анализ на микроколичества от многокомпонентни смеси.

През 60-те години на миналия век стана възможно да се синтезират както йонни, така и незаредени гелове със строго определени размери на порите. Това направи възможно разработването на версия на хроматографията, чиято същност е да се раздели смес от вещества въз основа на разликата в способността им да проникват в гела - гел хроматография. Този метод позволява разделянето на смеси от вещества с различно молекулно тегло.

Понастоящем хроматографията е получила значително развитие. Днес различни методи на хроматография, особено в комбинация с други физични и физикохимични методи, помагат на учените и инженерите да решават различни, често много сложни проблеми в научните изследвания и технологиите.

Дмитрий Иванович Менделеев: принос в развитието на химията

Дмитрий Менделеев е роден на 27 януари (8 февруари) 1834 г. в Тоболск в семейството на директора на гимназията и попечителя на държавните училища в Тоболска губерния Иван Павлович Менделеев и Мария Дмитриевна Менделеева, родена Корнилиева ...

Мастноразтворими витамини

Хиповитаминозата е заболяване, свързано с липса на витамини в организма. Липса на някои витамини - авитаминоза. При прекомерен прием на витамини от диетата възниква хипервитаминоза, заболявания, свързани с излишък на витамини ...

История на руското химическо общество

Александър Абрамович Воскресенски (1809-1880) - руски органичен химик, основател (заедно с Николай Николаевич Зинин) на голяма школа от руски химици, член-кореспондент на Санкт Петербургската академия на науките (1864) ...

Исторически преглед на основните етапи в развитието на химията

Колоидни системи в организма и техните функции

Развитие на идеи за колоидни системи и техните свойства. Колоидните процеси като боядисване и лепене се използват още от древен Египет. Думата "колоидален" (от гръцката дума, означаваща "лепило") е въведена от Т. Греъм през 1862 г....

Полихалогенни производни на алкани

Историята на химията на флуора не започва в древен Египет или Финикия, или дори в средновековна Арабия. Началото на химията на флуора е откриването на флуороводорода (Шеле, 1771) и след това на елементарния флуор (Моасан, 1886)...

Традиционно експериментът в лабораторна практика формира емпирично мислене. Студентите изследват явлението, идентифицират структурни елементи в него, класифицират ги, описват връзки, но всичко това е разделено в съзнанието ...

Образуването на химия

1). Предалхимичен период: до III век. AD Химията, науката за състава на веществата и техните трансформации, започва с откриването от човека на способността на огъня да променя природните материали. Очевидно хората са знаели как да топят мед и бронз, да горят глинени изделия...

Основата на една или друга класификация на хроматографските методи може да се основава на различни характерни особености на процеса ...

Физични и химични основи на хроматографския процес

Задачата на теорията на хроматографията е да установи законите на движението и замъгляването на хроматографските зони. Основните фактори, залегнали в класификацията на теориите на хроматографията ...

Химия на нефта и газа

Брилянтно предположение M.V...

Хроматографията като метод за разделяне и анализ

хроматография смес сорбция десорбция Хроматографията е физикохимичен процес, основан на многократно повторение на актовете на сорбция и десорбция на вещество, когато се движи в поток от подвижна фаза по протежение на неподвижен сорбент ...

Еволюцията на химията - непосредствени перспективи

От какво се състоят химичните съединения? Как са подредени най-малките частици материя? Как са разположени в пространството? Какво обединява тези частици? Защо някои вещества реагират едно с друго...

Много малко се знае за провеждането на анализи в древна Рус. Естествено, винаги е било необходимо да се проверява съставът на различни материали, а в Русия това се прави от билкари, бояджии, ковачи; имаше дори специални минни специалисти ...

Етапи на формиране на аналитичната химия в Русия

Изпратете добрата си работа в базата знания е лесно. Използвайте формата по-долу

Студенти, докторанти, млади учени, които използват базата от знания в обучението и работата си, ще ви бъдат много благодарни.

публикувано на http://www.allbest.ru

1. История на откриването и развитието на хроматографията

2. Основни положения

3. Класификация на хроматографските методи за анализ

4. Адсорбционна хроматография. Тънкослойна хроматография

4.1 Експериментална техника при тънкослойна хроматография

5. Газова хроматография

5.1 Газова адсорбционна хроматография

5.2 Газо-течна хроматография

6. Разпределителна хроматография. Хартиена хроматография

7. Седиментна хроматография

7.1 Класификация на методите за седиментна хроматография според експерименталната техника

7.2 Седиментна хроматография върху хартия

8. Йонообменна хроматография

Заключение

Библиография

1. ИСТОРИЯОТКРИТИЯ И РАЗВИТИЕ НА ХРОМАТОГРАФИЯТА

Откривателят на хроматографията е руският учен, ботаник и физикохимик Михаил Семьонович Цвет.

Откриването на хроматографията датира от времето, когато Цвет завършва магистърската си теза в Санкт Петербург (1900 - 1902) и първия период на работа във Варшава (1902 - 1903). Изследвайки растителните пигменти, Цвет пропуска разтвор от смес от пигменти, които се различават много малко по цвят през тръба, пълна с адсорбент - прахообразен калциев карбонат, и след това измива адсорбента с чист разтворител. Отделните компоненти на сместа се разделят и образуват цветни ленти. Според съвременната терминология Цвет открива развиващия се вариант на хроматографията (развиваща течна адсорбционна хроматография). Основните резултати от изследванията върху развитието на създадения от него вариант на хроматография Цвет очертава в книгата „Хромофилите в растителния и животинския свят“ (1910), която е негова докторска дисертация. хроматография газова седиментация йонен обмен

Цвет използва широко хроматографския метод не само за разделяне на смес и установяване на нейната многокомпонентност, но и за количествен анализ, като за целта той счупи стъклена колона и наряза колона с адсорбент на слоеве. Цвет създава апаратура за течна хроматография, първи извършва хроматографски процеси при понижено налягане (изпомпване) и при известно свръхналягане и разработва препоръки за подготовка на ефективни колони. В допълнение, той въвежда много основни понятия и термини на новия метод, като "хроматография", "проявяване", "изместване", "хроматограма" и др.

Първоначално хроматографията се използва много рядко, с латентен период от около 20 години, през който се появяват само много малък брой съобщения за различни приложения на метода. И едва през 1931 г. Р. Кун (Германия), А. Винтерщайн (Германия) и Е. Ледерер (Франция), които работят в химическата лаборатория (ръководена от Р. Кун) на Института за медицински изследвания на император Вилхелм в Хайделберг, управляват за изолиране на a - и b-каротин от суров каротин и по този начин демонстриране на стойността на откриването на цвета.

Важен етап в развитието на хроматографията беше откритието на съветските учени Н.А. Измайлов и М.С. Шрайбер на метода на тънкослойна хроматография (1938), който позволява анализ със следи от вещество.

Следващата важна стъпка беше откриването от A. Martin и R. Sing (Англия) на вариант на течна разделителна хроматография, използвайки примера за разделяне на ацетилови производни на аминокиселини в колона, пълна с наситен с вода силикагел, използвайки хлороформ като разтворител (1940 г.). В същото време беше отбелязано, че не само течност, но и газ може да се използва като подвижна фаза. Няколко години по-късно тези учени предложиха да се извърши разделянето на производни на аминокиселини върху навлажнена с вода хартия с бутанол като подвижна фаза. Те внедриха и първата система за двуизмерно разделяне. Мартин и Синг получиха Нобелова награда за химия за откриването на разделителната хроматография. (1952 г.). Освен това Мартин и А. Джеймс извършват вариант на газоразделителна хроматография, разделяйки смеси върху смесен сорбент от силикон DS-550 и стеаринова киселина (1952 - 1953). Оттогава методът на газовата хроматография е получил най-интензивно развитие.

Един от вариантите на газовата хроматография е хроматографията, при която, за да се подобри разделянето на смес от газове, едновременно с движението на подвижната фаза - газ, сорбентът и сместа, която се разделя, се влияят от движеща се температура поле с определен градиент по дължината (A.A. Zhukhovitsky et al., 1951) .

Значителен принос за развитието на хроматографския метод е направен от G. Schwab (Германия), който е основател на йонообменната хроматография (1937 - 1940 г.). Доразвито е в трудовете на съветските учени E.N. Гапон и Т.Б. Гапон, който извърши хроматографско разделяне на смес от йони в разтвор (заедно с Ф. М. Шемякин, 1947 г.), а също така реализира идеята, изразена от Цвет за възможността за хроматографско разделяне на смес от вещества въз основа на разликата в разтворимостта на слабо разтворими утайки (седиментна хроматография, 1948).

Съвременният етап в развитието на йонообменната хроматография започва през 1975 г. след работата на G. Small, T. Stevens и W. Bauman (САЩ), в която те предлагат нов аналитичен метод, наречен йонна хроматография (вариант на високо- ефективна йонообменна хроматография с кондуктометрично откриване).

Изключително важно е създаването от М. Голей (САЩ) на капилярен вариант на хроматография (1956 г.), при който върху вътрешните стени на капилярна тръба се прилага сорбент, което позволява да се анализират микроколичества от многокомпонентни смеси.

В края на 60-те години. интересът към течната хроматография рязко нарасна. Ражда се високоефективна течна хроматография (HPLC). Това беше улеснено от създаването на високочувствителни детектори, нови селективни полимерни сорбенти и ново оборудване, което прави възможно работата при високо налягане. В момента HPLC заема водеща позиция сред другите хроматографски методи и се прилага в различни версии.

2. ОСНОВНИ РАЗПОРЕДБИ

Хроматографията е метод за разделяне и определяне на вещества, основан на разпределението на компонентите между две фази - подвижна и неподвижна. Стационарната (стационарна) фаза е твърдо поресто вещество (често наричано сорбент) или течен филм, отложен върху твърдо вещество. Подвижната фаза е течност или газ, протичащи през неподвижна фаза, понякога под налягане. Компонентите на анализираната смес (сорбати) заедно с подвижната фаза се движат по протежение на неподвижната фаза. Обикновено се поставя в стъклена или метална тръба, наречена колона. В зависимост от силата на взаимодействие с повърхността на сорбента (поради адсорбция или друг механизъм), компонентите ще се движат по колоната с различни скорости. Някои компоненти ще останат в горния слой на сорбента, други, взаимодействайки със сорбента в по-малка степен, ще попаднат в долната част на колоната, а някои ще напуснат колоната напълно с подвижната фаза (такива компоненти се наричат незадържани, а времето им на задържане определя „мъртвото време“ на колоната). По този начин сложните смеси от компоненти се разделят бързо. Трябва да се подчертаят следните предимства на хроматографските методи:

1. Разделянето има динамичен характер и актовете на сорбция-десорбция на отделените компоненти се повтарят многократно. Това е причината за значително по-високата ефективност на хроматографското разделяне в сравнение със статичните методи на сорбция и екстракция.

2. При разделянето се използват различни видове взаимодействие между сорбатите и неподвижната фаза: от чисто физическо до хемосорбция. Това прави възможно селективното разделяне на широк спектър от вещества.

3. Различни допълнителни полета (гравитационни, електрически, магнитни и др.) могат да бъдат наложени върху веществата, които трябва да се разделят, които чрез промяна на условията на разделяне разширяват възможностите на хроматографията.

4. Хроматографията е хибриден метод, който съчетава едновременното разделяне и определяне на няколко компонента.

5. Хроматографията позволява решаването както на аналитични проблеми (отделяне, идентификация, определяне), така и на препаративни (пречистване, изолиране, концентриране). Решаването на тези задачи може да се комбинира, като се изпълняват в режим „онлайн“.

6. Множество методи се класифицират според състоянието на агрегиране на фазите, механизъм на разделяне и техника на разделяне. Хроматографските методи също се различават по начина, по който се извършва процесът на разделяне на фронтално, изместване и елуент.

3. КЛАСИФИКАЦИЯ НА ХРОМАТОГРАФСКИ МЕТОДИ ЗА АНАЛИЗ

Класификациите на хроматографските методи се основават на принципи, които отчитат следните различни характеристики на процеса на разделяне:

* разлики в агрегатното състояние на фазите на използваната хроматографска система;

* различия в характера на взаимодействията на отделяните вещества с неподвижната фаза;

* експериментални разлики в начина, по който се извършва процесът на хроматографско разделяне.

Таблици 1–3 показват основните опции за класифициране на известни хроматографски методи.

Тъй като естеството на взаимодействията на съединенията, които трябва да се разделят, с фазите на различни хроматографски системи може да варира значително, почти няма обекти, за разделянето на които не би било възможно да се намери подходяща стационарна фаза (твърда или течна) и системи от мобилни разтворители. Областите на приложение на основните варианти на хроматография, в зависимост от молекулното тегло на изследваните съединения, са дадени в таблица. 4.

4. АДСОРБЦИОННА ХРОМАТОГРАФИЯ. ТЪНКОСЛОЙНА ХРОМАТОГРАФИЯ

Един от най-разпространените методи на адсорбционна хроматография е тънкослойна хроматография (TLC) - вид планарна хроматография, при която адсорбентът се използва под формата на тънък слой върху плоча.

Принцип и основни понятия на метода TLC. Върху чиста плоска повърхност (плоча от стъкло, метал, пластмаса) по един или друг начин се нанася тънък слой сорбент, който най-често се фиксира върху повърхността на плочата. Размерите на чинията могат да бъдат различни (дължина и ширина - от 5 до 50 см, въпреки че това не е необходимо). На повърхността на плочата внимателно, за да не повредите сорбентния слой, маркирайте (например с молив) стартовата линия (на разстояние 2–3 cm от долния ръб на плочата) и финалната линия на разтворителя.

Схема за разделяне на компоненти А и В чрез ТСХ

На началната линия на плаката се нанася проба (с микроспринцовка, капилярка) - малко количество течност, съдържаща смес от вещества, които трябва да се разделят, например две вещества А и В в подходящ разтворител. Разтворителят се оставя да се изпари, след което плаката се потапя в хроматографската камера в течната фаза на PF, която е разтворител или смес от разтворители, специално подбрани за този случай. Под действието на капилярните сили PF спонтанно се движи по NF от началната линия до предната линия на разтворителя, увличайки със себе си компонентите A и B на пробата, които се движат с различни скорости. В разглеждания случай афинитетът на компонент A към NP е по-малък от афинитета към същата фаза на компонент B, така че компонент A се движи по-бързо от компонент B. След като подвижната фаза (разтворителят) достигне предната линия на разтворителя за време t , хроматографията се прекъсва, плаката се изважда от хроматографската камера и се изсушава на въздух и се определя позицията на петна от вещества А и В върху повърхността на плаката. Петна (зони) обикновено имат овална или кръгла форма. В разглеждания случай петното на компонент А се е преместило от стартовата линия на разстояние л А , компонент B място - на разстояние л IN, а разтворителят е изминал разстояние Л.

Понякога, едновременно с прилагането на проба от вещества за разделяне, малки количества от стандартно вещество, както и свидетелски вещества (тези, които се предполага, че се съдържат в анализираната проба) се прилагат към стартовата линия.

За да се характеризират компонентите, които трябва да бъдат разделени в системата, се въвежда коефициентът на подвижност Rf (или Rf фактор):

Р f=V 1 /В д= (л 1 /t)/ (L/t)=l 1 /L ,

Където V 1 = л 1 / TИ V д= Л/ T - според скоростта на движение аз- ти компонент и разтворител Е; л 1 ИЛ - поет път аз- m компонент и съответно разтворител, t е времето, необходимо за преместване на разтворителя от началната линия до предната линия на разтворителя. Разстояния л 1 брои от стартовата линия до центъра на петното на съответния компонент.

Обикновено коефициентът на мобилност е в диапазона Р f =0 - 1. Оптималната стойност е 0,3-0,7.Хроматографските условия се избират така, че стойността на R f да е различна от нула до единица.

Коефициентът на подвижност е важна характеристика на системата сорбент-сорбат. За възпроизводими и строго постоянни хроматографски условия Р f = конст.

Коефициентът на подвижност Rf зависи от редица фактори: природата и качеството на разтворителя, неговата чистота; естеството и качеството на сорбента (тънък слой), равномерността на гранулирането му, дебелината на слоя; активност на сорбента (съдържание на влага в него); експериментални техники (тегла на пробите, дължини L на цикъла на разтворителя); умението на експериментатора и др. Постоянството на възпроизвеждане на всички тези параметри на практика понякога е трудно. За да се изравни влиянието на условията на процеса, се въвежда коефициентът на относителна подвижност рупии.

Rs=l/l ул=Р f/Р е( ул ) ,

Където Р f = л/ Л; Р f (ст)= л ул/ Л; л см - разстояние от стартовата линия до центъра на стандартната точка.

Относителният коефициент на подвижност Rs е по-обективна характеристика на подвижността на дадено вещество от коефициента на подвижност Rf.

Като стандарт често се избира вещество, за което при дадени условия R f? 0,5. Според химическата природа стандартът се избира близък до веществата, които трябва да се разделят. При използването на стандарта стойността на Rs обикновено е в диапазона Rs=0,1--10, оптималните граници са около 0,5--2.

За по-надеждна идентификация на отделените компоненти се използват "свидетели" - референтни вещества, чието присъствие се очаква в анализираната проба. Ако R f = R f (сертификат), където R f и R f (сертификат) са коефициентите на подвижност съответно на този компонент и свидетел, тогава може да бъде по-вероятно да се приеме, че свидетелското вещество присъства в сместа, която се хроматографира .

За да се характеризира разделянето на два компонента A и B при тези условия, се въвежда степента (критерият) на разделяне R (A / B):

R (A / B) \u003d D л(=2D л ,

къде л- разстояние между центровете на петната на компоненти А и В; a(A) и a(B) са диаметрите съответно на петна A и B на хроматограмата.

Колкото по-голяма е стойността на R (A/B), толкова по-ясно се разделят петната на компонентите A и B на хроматограмата.

За да се оцени селективността на разделянето на две вещества А и В, се използва факторът на разделяне A:

а=лб / лА.

Ако а=1,тогава компонентите А и В не са разделени.

За определяне на степента на разделяне R (A/B) на компонентите A и B.

4.1 Експериментална техника при тънкослойна хроматография:

а) Примерно заявление. Анализираната течна проба се нанася върху стартовата линия с помощта на капилярка, микроспринцовка, микропипета, внимателно докосвайки слоя сорбент (диаметърът на петното на стартовата линия обикновено е от един до няколко милиметра). Ако няколко проби се прилагат към стартовата линия, тогава разстоянието между петната на пробите на стартовата линия не трябва да бъде по-малко от 2 см. Ако е възможно, използвайте концентрирани разтвори. Петната се изсушават на въздух и след това се хроматографират.

б) Разработване на хроматограма (хроматография).Процесът се извършва в затворени хроматографски камери, наситени с пари на разтворителя, използван като PF, например в стъклен съд, покрит с капак отгоре.

В зависимост от посоката на движение на ПФ има възходящ, низходящ И хоризонтална хроматография.

При варианта на възходяща хроматография се използват само плочи с фиксиран слой сорбент. PF се излива на дъното на камерата (като последно може да се използва стъклена чаша с подходящ размер със стъклен капак), хроматографската плака се поставя вертикално или наклонено в камерата, така че PF слоят на дъното на камерата намокря дъното на чинията (под стартовата линия с ~1,5 - 2 cm). PF се движи поради действието на капилярните сили отдолу нагоре (срещу силата на гравитацията) относително бавно.

Низходящата хроматография също използва само плочи с фиксиран слой. PF се подава отгоре и се движи надолу по протежение на слоя сорбент на плочата. Силата на гравитацията ускорява движението на PF. Тази опция се прилага при анализа на смеси, съдържащи компоненти, които бавно се движат с PF.

При вариант на хоризонтална хроматография плаката се поставя хоризонтално. Могат да се използват кръгли или правоъгълни чинии. Когато се използват кръгли плаки (кръгова версия на хоризонтална хроматография), началната линия се обозначава като кръг с подходящ радиус (~1,5-2 cm), върху който се нанасят пробите. В центъра на кръглата плоча се изрязва отвор, в който се вкарва фитил за захранване на ПФ. Последният се движи по сорбентния слой от центъра на кръга към неговата периферия. Хроматографията се извършва в затворена камера - ексикатор или в петриево блюдо. С кръглата версия могат да се анализират до няколко десетки проби едновременно.

TLC методите използват едномерна, двумерна, многократна (повтаряща се), поетапна хроматография.

При единична хроматография анализът се извършва без промяна на посоката на движение на PF. Този метод е най-често срещаният.

Двуизмерната хроматография обикновено се използва за анализ на сложни смеси (протеини, аминокиселини и др.) Първо се извършва предварително разделяне на сместа с помощта на първия PF 1 . На хроматограмата се получават петна не от отделни вещества, а от смеси от няколко неразделени компонента. След това през тези петна се начертава нова начална линия, плаката се завърта на 90° и се хроматографира отново, но с втория PF 2, като се опитват накрая петната от смеси да се разделят на петна от отделни компоненти.

Ако плочата е квадратна, тогава пробата се прилага върху диагонала на този квадрат близо до долния му ъгъл. Понякога двуизмерната хроматография се извършва със същия PF върху квадратна плака.

Схема, илюстрираща принципа на двуизмерната хроматография:

а - хроматограма, получена с PF1;

b - хроматограма, получена с PF2

При многократната (повтаряща се) хроматография процесът се провежда няколко пъти последователно с една и съща PF (всеки път след следващото сушене) до получаване на желаното разделяне на петната от компонентите на сместа (обикновено не повече от три пъти).

В случай на поетапна хроматография, процесът се извършва с една и съща плака последователно, като се използва всеки път нов PF, докато се постигне ясно разделяне на петната.

V) Тълкуване на хроматограма. Ако петната на хроматограмата са оцветени, след изсушаване на плочите се определя разстоянието от стартовата линия до центъра на всяко петно ​​и се изчисляват коефициентите на подвижност. Ако в състава на анализираната проба влизат безцветни вещества, които дават неоцветени, т.е. визуално неразпознаваеми петна върху хроматограмата, е необходимо да се извърши откриване тези петна, за които хроматограми манифест.

Най-често срещаните методи за откриване са описани по-долу.

Облъчване с ултравиолетова светлина.Използва се за откриване на флуоресцентни съединения (петната светят, когато плаката е изложена на ултравиолетова светлина) или нефлуоресцентни вещества, но с помощта на сорбент с флуоресцентен индикатор (сорбентът свети, петната не светят). По този начин например се откриват алкалоиди, антибиотици, витамини и други лечебни вещества.

Топлинна обработка.След хроматографията, изсушената след хроматография плака се нагрява внимателно (до ~200°C), за да се избегне потъмняването на самия сорбентен слой (например, когато тънък сорбентен слой съдържа нишесте). В този случай петна обикновено се появяват под формата на кафяви зони (поради частична термолиза на органични компоненти).

Химическа обработка.Хроматограмите често се разработват чрез третирането им с реагенти, които образуват оцветени съединения с разделими компоненти на сместа. За тези цели се използват различни реагенти: пари от йод, амоняк, бром, серен диоксид, сероводород, специално приготвени разтвори, с които се обработват плочите. Използват се както универсални, така и селективни реагенти (концепцията за "универсален" е доста произволна).

Например, концентрирана сярна киселина може да служи като универсален реагент (наблюдава се потъмняване на петна от органични съединения при нагряване), кисел воден разтвор на калиев перманганат (зони се наблюдават под формата на кафяви петна на лилав фон на сорбента), разтвор на фосфорно-молибдова киселина при нагряване (появяват се сини петна на жълт фон) и др.

Като селективни, например, се използва реактивът на Драгендорф; реактив на Цимерман; воден амонячен разтвор на меден сулфат (10% за CuSO 4, 2% за амоняк); смес от нинхидрин C 9 H 4 O 3 H 2 O с етанол и оцетна киселина.

Реактивът на Драгендорф е разтвор на основен бисмутов нитрат BiONO 3, калиев йодид KJ и оцетна киселина във вода. Използва се за определяне на амини, алкалоиди, стероиди.

Реактивът на Цимерман се приготвя чрез третиране на 2% етанолов разтвор на динитробензен с алкален разтвор на КОН, последвано от нагряване на сместа при ~70–100°C. Използва се за откриване на стероиди.

С помощта на нинхидрин се откриват петна от амини, аминокиселини, протеини и други съединения.

Използват се и други методи за откриване на петна. Например, тяхната радиоактивност се измерва, ако някои от отделените компоненти са радиоактивни или се въвеждат специални добавки от радиоактивни изотопи на елементи, които са част от отделените компоненти на сместа.

След откриване на петна върху хроматограмата, те се идентифицират, т.е. определи кое съединение съответства на конкретно място. За това най-често се използват опорни точки на "свидетели". Понякога петната се идентифицират чрез стойността на коефициентите на подвижност R f, сравнявайки ги със стойностите на R f, известни за дадените условия. Въпреки това, такава идентификация чрез стойността на R f често е предварителна.

Цветът на флуоресцентните петна също се използва за целите на идентификацията, тъй като различните съединения флуоресцират с различни дължини на вълната (различни цветове).

При химичното откриване на петна селективните реагенти дават оцветени петна със съединения от определено естество, което се използва и за целите на идентификацията.

С помощта на метода TLC може не само да се открие, но и да се определи количествено съдържанието на компонентите в смесите. За целта или самите петна се анализират върху хроматограмата, или отделените компоненти се екстрахират от хроматограмата по един или друг начин (екстракция, елуиране с подходящи разтворители).

При анализиране на петна се приема, че има определена връзка между площта на петното и съдържанието на дадено вещество (например наличие на пропорционална или линейна зависимост), което се установява чрез конструиране на калибровъчна графика чрез измерване на площите на петна от "свидетели" - стандарти с известно съдържание на анализирания компонент.

Понякога интензитетът на цвета на петна се сравнява, като се приема, че интензитетът на цвета на петна е пропорционален на количеството на даден цветен компонент. Използват се различни методи за измерване на интензитета на цвета.

При извличане на отделените компоненти от хроматограмата се получава разтвор, съдържащ този компонент. След това последният се определя чрез един или друг аналитичен метод.

Относителната грешка при количественото определяне на веществото чрез TLC е 5-10%.

TLC е фармакопеен метод и се използва широко за анализ и контрол на качеството на различни лекарства.

5. ГАЗОВА ХРОМАТОГРАФИЯ

Газовата хроматография (GC) използва инертен газ (азот, хелий, водород) като подвижна фаза, наречен газ носител. Пробата се доставя под формата на пари, неподвижната фаза е или твърдо вещество - сорбент (газо-адсорбционна хроматография), или висококипяща течност, нанесена в тънък слой върху твърд носител (газо-течна хроматография). Помислете за вариант на газо-течна хроматография (GLC). Като носител се използва кизелгур (диатомит) - вид хидратиран силикагел, често се третира с реагенти, които превръщат Si-OH групите в Si-O-Si (CH 3) 3 групи, което увеличава инертността на носителя с по отношение на разтворителите. Това са например носителите “Chromosorb W” и “Gazochrome Q”. Освен това се използват стъклени микробалони, тефлон и други материали.

5.1 Газо- адсорбционна хроматография

Характеристика на метода на газовата адсорбционна хроматография (GAC) е, че като неподвижна фаза се използват адсорбенти с висока специфична повърхност (10–1000 m 2 g -1) и се определя разпределението на веществата между неподвижната и подвижната фаза чрез процеса на адсорбция. Адсорбция на молекули от газовата фаза, т.е. концентриран на границата между твърдата и газообразната фази, възниква поради междумолекулни взаимодействия (дисперсия, ориентация, индукция), които са от електростатичен характер. Може би образуването на водородна връзка и приносът на този тип взаимодействие към задържаните обеми намалява значително с повишаване на температурата.

За аналитичната практика е важно при постоянна температура количеството адсорбирано вещество на повърхността С s да бъде пропорционално на концентрацията на това вещество в газовата фаза С m:

° С с = kc м (1)

тези. така че разпределението става в съответствие с линейната адсорбционна изотерма (Да се -- постоянен). В този случай всеки компонент се движи по колоната с постоянна скорост, независимо от концентрацията му. Разделянето на веществата се дължи на различната скорост на тяхното движение. Следователно при GAC изборът на адсорбент е изключително важен, площта и характерът на повърхността на който определят селективността (отделянето) при дадена температура.

С повишаване на температурата топлината на адсорбция намалява. DH/T, от които зависи задържането и съответно T Р . Това се използва в практиката на анализа. Ако се разделят съединения, които се различават значително по летливост при постоянна температура, тогава нискокипящите вещества се елуират бързо, висококипящите вещества имат по-дълго време на задържане, техните пикове на хроматограмата ще бъдат по-ниски и по-широки и анализът отнема много време . Ако обаче по време на хроматография температурата на колоната се повишава с постоянна скорост (температурно програмиране), тогава пиковете с близка ширина върху хроматограмата ще бъдат равномерно разпределени.

Активен въглен, силикагел, поресто стъкло и алуминиев оксид се използват главно като адсорбенти за HAC. Нехомогенността на повърхността на активните адсорбенти е отговорна за основните недостатъци на метода GAC и невъзможността за определяне на силно адсорбирани полярни молекули. Въпреки това е възможно да се анализират смеси от силно полярни вещества върху геометрично и химически хомогенни макропорести адсорбенти. През последните години се произвеждат адсорбенти с повече или по-малко равномерна повърхност, като порести полимери, макропорести силикагелове (силохром, поразил, сферосил), порести стъкла и зеолити.

Най-широко използваният метод на газова адсорбционна хроматография е да се анализират смеси от газове и нискокипящи въглеводороди, които не съдържат активни функционални групи. Изотермите на адсорбция на такива молекули са близки до линейни. Например, за разделянето на O 2 , N 2 , CO, CH 4 , CO 2 успешно се използва глина. Температурата на колоната е програмирана да намали времето за анализ чрез намаляване на t R на висококипящите газове. На молекулярни сита - силно порести естествени или синтетични кристални материали, всички пори на които са с приблизително еднакъв размер (0,4 - 1,5 nm), - могат да се разделят водородни изотопи. За отделяне на метални хидриди (Ge, As, Sn, Sb) се използват сорбенти, наречени порапаки. GAC методът върху колони с порести полимерни сорбенти или въглеродни молекулярни сита е най-бързият и удобен начин за определяне на вода в неорганични и органични материали, като разтворители.

5.2 Газо- течна хроматография

В аналитичната практика по-често се използва методът на газово-течна хроматография (GLC). Това се дължи на изключителното разнообразие от течни стационарни фази, което улеснява избора на фаза, селективна за даден анализ, с линейна изотерма на разпределение в по-широк диапазон на концентрация, което ви позволява да работите с големи проби и лесно да получавате възпроизводими колони по отношение на ефективността.

Механизмът на разпределение на компонентите между носителя и неподвижната течна фаза се основава на тяхното разтваряне в течната фаза. Селективността зависи от два фактора: налягането на парите на аналита и неговия коефициент на активност в течната фаза. Съгласно закона на Раул, при разтваряне, налягането на парите на вещество върху разтвор стр аз е право пропорционална на неговия коефициент на активност g молна фракция н азв разтвор и налягане на парите на чисто вещество R° азпри дадена температура:

p i = N i R ° I (2)

Тъй като концентрацията на i-тия компонент в равновесната парна фаза се определя от неговото парциално налягане, можем да приемем, че,

P i ~ c m и N i ~ c s тогава

и коефициентът на селективност:

Следователно, колкото по-ниска е точката на кипене на дадено вещество (колкото по-голямо е P 0 i), толкова по-слабо се задържа в хроматографската колона.

Ако точките на кипене на веществата са еднакви, тогава разликите във взаимодействието с неподвижната течна фаза се използват за разделянето им: колкото по-силно е взаимодействието, толкова по-нисък е коефициентът на активност и толкова по-голямо е задържането.

Неподвижни течни фази . За да се гарантира селективността на колоната, е важно да се избере правилната неподвижна течна фаза. Тази фаза трябва да бъде добър разтворител за компонентите на сместа (ако разтворимостта е ниска, компонентите напускат колоната много бързо), нелетлива (така че да не се изпарява при работната температура на колоната), химически инертна , трябва да има нисък вискозитет (в противен случай процесът на дифузия се забавя) и когато се нанесе върху носителя, да образува равномерен филм, здраво свързан с него. Силата на разделяне на неподвижната фаза за компонентите на тази проба трябва да бъде максимална.

Има три вида течни фази: неполярни (наситени въглеводороди и др.), умерено полярни (естери, нитрили и др.) и полярни (полигликоли, хидроксиламини и др.).

Познавайки свойствата на неподвижната течна фаза и естеството на веществата, които се разделят, например клас, структура, човек може бързо да избере селективна течна фаза, подходяща за разделяне на дадена смес. В този случай трябва да се има предвид, че времето на задържане на компонентите ще бъде приемливо за анализ, ако полярностите на неподвижната фаза и веществото на анализираната проба са близки. За разтворени вещества с близка полярност редът на елуиране обикновено корелира с точките на кипене и ако температурната разлика е достатъчно голяма, е възможно пълно разделяне. За разделяне на близки до кипене вещества с различна полярност се използва неподвижна фаза, която селективно задържа един или повече компоненти поради дипол-диполно взаимодействие. С увеличаване на полярността на течната фаза, времето на задържане на полярните съединения се увеличава.

За равномерно нанасяне на течната фаза върху твърд носител, тя се смесва със силно летлив разтворител, като етер. Към този разтвор се добавя твърд носител. Сместа се нагрява, разтворителят се изпарява, течната фаза остава върху носителя. Така покритият с неподвижната течна фаза сух носител се напълва в колоната, като се внимава да се избегне образуването на празнини. За равномерно опаковане, газова струя преминава през колоната и в същото време колоната се потупва, за да запечата опаковката. След това, преди да се прикрепи към детектора, колоната се нагрява до температура с 50 °C над тази, при която се предполага, че ще се използва. В този случай може да има загуби на течната фаза, но колоната влиза в стабилен работен режим.

Носители на неподвижни течни фази. Твърдите носители за диспергиране на неподвижната течна фаза под формата на хомогенен тънък филм трябва да бъдат механично здрави с умерена специфична повърхност (20 m 2 /g), малък и еднакъв размер на частиците и също така да бъдат достатъчно инертни, за да позволят адсорбция при интерфейс твърдо-газообразно. фазибеше минимален. Най-ниска адсорбция се наблюдава при носители от силанизиран хромосорб, стъклени перли и флуоропака (флуоровъглероден полимер). В допълнение, твърдите носители не трябва да реагират на повишаване на температурата и трябва лесно да се намокрят от течната фаза. В газовата хроматография на хелати най-често се използват силанизирани бели диатомитни носители, диатомит силициев диоксид или кизелгур като твърда подложка. Диатомичната пръст е микроаморфен силициев диоксид, съдържащ вода. Такива носители включват хромосорб W, газов хром Q, хроматон N и др. Освен това се използват стъклени перли и тефлон.

Химически свързани фази. Често се използват модифицирани носители, ковалентно свързани с течната фаза. В този случай неподвижната течна фаза се задържа по-здраво на повърхността дори при най-високите температури на колоната. Например, носител от диатомитна пръст се третира с хлоросилан с дълговерижен заместител с определена полярност. Химически свързаната неподвижна фаза е по-ефективна.

6. РАЗПРЕДЕЛИТЕЛНА ХРОМАТОГРАФИЯ. ХАРТИЕНА ХРОМАТОГРАФИЯ (ХАРТИЕНА ХРОМАТОГРАФИЯ)

Разделителната хроматография се основава на използването на разликите в разтворимостта на разделено вещество в две контактуващи несмесващи се течни фази. И двете фази - PF и NF - са течни фази. Когато течният PF се движи по течния NF, хроматографираните вещества се преразпределят непрекъснато между двете течни фази.

Разпределителната хроматография е хартиен хроматграфика (или хроматография на хартия) в нормалния си вид. При този метод, вместо плочи с тънък слой сорбент, използван в TLC, се използва специална хроматографска хартия, по която, импрегнирайки я, течният PF се движи по време на хроматография от началната линия до крайната линия на разтворителя.

Разграничете нормална фаза и обърната фаза хартиена хроматография.

Във варианта нормална фаза течен NF за хартиена хроматография е вода, адсорбирана под формата на тънък слой върху влакната и разположена в порите хидрофилен хартия (до 25% от теглото). Тази свързана вода по своята структура и агрегатно състояние е много различна от обикновената течна вода. В него се разтварят компонентите на отделените смеси.

Ролята на PF, движеща се върху хартията, се играе от друга течна фаза, например органична течност с добавяне на киселини и вода. Преди хроматография течният органичен PF се насища с вода, така че PF да не разтваря водата, адсорбирана върху влакната на хидрофилната хроматографска хартия.

Хроматографската хартия се произвежда от индустрията. Той трябва да отговаря на редица изисквания: да е приготвен от висококачествени влакнести сортове памук, да е еднакъв по плътност и дебелина, по посока на ориентация на влакната, химически чист и инертен по отношение на NF и отделими компоненти.

В нормалнофазовия вариант като PF най-често се използват течни смеси, съставени от различни разтворители. Класически пример за такъв PF е смес от оцетна киселина, n-бутанол и вода в обемно съотношение 1:4:5. Използват се и разтворители като етилацетат, хлороформ, бензен и др.

Във варианта обратна фаза В хартиената хроматография течният NF е органичен разтворител, докато течният PF е вода, водни или алкохолни разтвори и смеси от киселини с алкохоли. Процесът се извършва с помощта на хидрофобен хроматографска хартия. Получава се чрез обработка (импрегниране) на хартия с нафталин, силиконови масла, парафин и др. Неполярни и слабополярни органични разтворители се сорбират върху влакната на хидрофобната хартия и проникват в нейните пори, образувайки тънък слой течен NF. Върху такава хартия не се задържа вода и не я мокри.

Техниката на хартиената хроматография като цяло е същата като при метода TLC. Обикновено съд с анализирания разтвор, съдържащ смес от вещества, които трябва да се разделят, се поставя върху лента от хроматографска хартия на стартовата линия. След като разтворителят се изпари, хартията под стартовата линия се потапя в PF, като хартията се поставя вертикално (окачена). Затворете камерата с капак и извършете хроматография, докато PF достигне предната линия на разтворителя, посочена на хартията. След това процесът се прекъсва, хартията се суши на въздух и се откриват петна и се идентифицират компонентите на сместа.

Хартиената хроматография, подобно на метода TLC, се използва както при качествен, така и при количествен анализ.

Използват се различни методи за количествено определяне на съдържанието на определен компонент на сместа:

1) те изхождат от наличието на определена връзка (пропорционална, линейна) между количеството вещество в петното и площта на петното (често предварително се изгражда графика за калибриране);

2) претеглете изрязаното място с веществото и чистата хартия със същата площ и след това намерете масата на веществото, която трябва да се определи от разликата;

3) вземете предвид връзката между интензивността на цвета на петното и съдържанието в него на определения компонент, който придава цвета на петното.

В някои случаи веществата, съдържащи се в петната, се екстрахират с някакъв разтворител и след това екстрактът се анализира.

Хартиената хроматография е фармакопеен метод, използван за разделяне на смеси, съдържащи както неорганични, така и органични вещества. Методът е достъпен, лесен за изпълнение, но като цяло отстъпва на по-модерния ТСХ метод, при който се използва тънък слой сорбент.

7. СЕДИМЕНТНА ХРОМАТОГРАФИЯ

Седиментната хроматография се използва главно за разделяне и идентифициране на неорганични йони в смеси.

Същността на метода. Седиментната хроматография се основава на използването на химични реакции на утаяване на разделените компоненти на смес с утаител, който е част от NF. Разделянето се извършва поради неравномерната разтворимост на получените съединения, които се пренасят от подвижната фаза с различна скорост: по-малко разтворимите вещества се прехвърлят от PF по-бавно, отколкото по-разтворимите.

Приложението на метода може да се илюстрира с примера за разделяне на халогенидни йони: хлоридни йони Cl - , бромидни йони Br - и йодидни йони I - едновременно съдържащи се в анализирания воден разтвор. За да направите това, използвайте хроматографска колона (която е стъклена тръба с кран в долната част), пълна със сорбент. Последният се състои от тяхната среда - алуминиев оксид Al 2 O 3 или силициев SiO 2, импрегниран с разтвор на сребърен нитрат AgNO 3 (съдържанието на сребърен нитрат е около 10% от теглото на масата на носителя на сорбента).

Воден разтвор, съдържащ смес от аниони за разделяне, преминава през хроматографска колона. Тези аниони взаимодействат със сребърни катиони Ag +, образувайки слабо разтворими утайки от сребърни халиди:

Ag + + I - > AgIv (жълто)

Ag + + Br - > AgBrv (крем)

Ag + + Cl - > AgClv (бял)

Разтворимостта на сребърните халиди във вода нараства в последователността:

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

където стойностите на продуктите на разтворимост при стайна температура са дадени в скоби. Следователно, първо ще се образува жълта утайка от сребърен йодид, като най-малко разтворим на хроматограмата ще се наблюдава жълта (горна) зона. След това се образува кремава зона на утайка от сребърен бромид (междинна зона). Накрая се образува бяла утайка от сребърен хлорид - долната бяла зона, която потъмнява на светлина поради фотохимичното разлагане на сребърния хлорид с отделяне на фино диспергирано метално сребро.

Резултатът е първична седиментна хроматограма.

За по-ясно разделяне на зоните, след получаване на първичната хроматограма, през колоната се пропуска чист разтворител, докато се получи вторична седиментна хроматограма с ясно разделяне на зоните на утаяване.

В описания пример утаителят беше част от NF и разтвор, съдържащ смес от йони за разделяне, беше прекаран през колоната. Напротив, възможно е разтворът на утаителя да се прекара през колоната, в NF на която се намират йоните, които ще се хроматографират. В този случай обаче се образуват смесени зони.

Схема за разделяне на Cl-, Br- и I- йони в хроматографска колона чрез седиментна хроматография.

7.1 Класификация на методите за седиментна хроматография според експерименталната техника

Обикновено различавам колоненседиментна хроматография, извършена в хроматографски колони, и планаренседиментна хроматография, изпълнена върху хартия или в тънък слой сорбент.

Като сорбенти в седиментната хроматография се използват смеси от инертни носители с утаител; сорбенти, които задържат утаители под формата на йони (йонообменни смоли) или под формата на молекули (активен въглен); хартия, импрегнирана с утаителен разтвор.

Най-често избираните носители са силикагел, нишесте, оксиди на алуминий, калций, бариев сулфат, йонообменни смоли и др. Носителят се използва във фино дисперсно състояние с размер на частиците около 0,02-0,10 mm.

Като утаители се използват такива реагенти, които образуват умерено разтворими утайки с хроматографски йони, например натриев йодид NaI, натриев сулфид Na 2 S, сребърен сулфат Ag 2 SO 4, калиев фероцианид K 4, оксихинолин, пиридин и др.

Обикновено, когато се използва методът на седиментната колонна хроматография, след преминаване на чист разтворител през колона се получават ясно разделени зони, всяка от които съдържа само един компонент (в случай, че разтворимостта на утайките се различава най-малко три пъти) . Методът има добра възпроизводимост на резултатите.

В случай на образуване на безцветни утайки, хроматограмата се развива или чрез преминаване на разтвор на проявител през колоната, което дава оцветени реакционни продукти с утайки, или чрез незабавно въвеждане на проявителя в PF или NF.

7.2 Седиментна хроматография върху хартия

Нека разгледаме същността на този метод на примера за анализ на воден разтвор, съдържащ смес от медни катиони Cu 2+? желязо Fe 3+ и алуминий Al 3+.

В центъра на лист хартия, импрегниран с разтвор на утаител - калиев фероцианид К 4, анализираният воден разтвор се нанася чрез капиляр. Медните йони Cu 2+ и желязото Fe 2+ взаимодействат с фероцианидни йони, за да образуват слабо разтворими утайки:

2Cu 2+ + 4- > Cu 2 (кафяв)

4Fe 3+ + 3 4->Fe4 (синьо)

Тъй като медният (II) фероцианид е по-малко разтворим от железния (III) фероцианид, първо се утаява утайка от меден (II) фероцианид, образувайки централна кафява зона. След това се образува синя утайка от железен (III) фероцианид, което дава синя зона. Алуминиевите йони мигрират към периферията, давайки безцветна зона, тъй като не образуват оцветен алуминиев фероцианид.

Схема за разделяне на Cu2+, Fe3+ и Al3+ чрез седиментна хроматография.

По този начин се получава първична хроматограма, в която зоните на утаяване частично се припокриват.

След това се получава вторична хроматограма. За да направите това, подходящ разтворител (в този случай воден разтвор на амоняк) се нанася с капилярка в центъра на първичната хроматограма. Разтворителят спонтанно се движи от центъра на хартията към периферията, носейки със себе си утайките, които се движат с различна скорост: зоната на по-разтворимата утайка от железен фероцианид се движи по-бързо от зоната на по-малко разтворимата утайка от меден фероцианид. На този етап, поради разликата в скоростите на движение на зоните, те са по-ясно разделени.

За отваряне на алуминиевите йони, които образуват безцветна периферна зона, е показана вторичната хроматограма - напръскана (от спрей бутилка) с разтвор на ализарин, органичен реагент, който образува розови реакционни продукти с алуминиеви йони. Вземете външния розов пръстен.

8. ЙОННООБМЕННА ХРОМАТОГРАФИЯ

При йонообменната хроматография разделянето на компонентите на сместа се постига благодарение на обратимото взаимодействие на йонизиращите се вещества с йонните групи на сорбента. Запазването на електрическата неутралност на сорбента се осигурява от наличието на противойони, способни на йонообмен, разположени в непосредствена близост до повърхността. Йонът на въведената проба, взаимодействайки с фиксирания заряд на сорбента, се обменя с противойона. Вещества с различен афинитет към фиксиран заряд се разделят на анионобменници или на катионобменници. Анионообменниците имат положително заредени групи на повърхността и сорбират аниони от подвижната фаза. Катионообменниците съответно съдържат групи с отрицателен заряд, взаимодействащи с катиони.

Като подвижна фаза се използват водни разтвори на соли на киселини, основи и разтворители като течен амоняк, т.е. системи от разтворители, имащи висока диелектрична константа и силна тенденция към йонизиране на съединенията. Обикновено те работят с буферни разтвори, които ви позволяват да регулирате стойността на pH.

По време на хроматографското разделяне йоните на аналита се конкурират с йоните, съдържащи се в елуента, като се стремят да взаимодействат с противоположно заредени групи на сорбента. От това следва, че йонообменната хроматография може да се използва за разделяне на всякакви съединения, които могат да бъдат йонизирани по някакъв начин. Възможно е да се анализират дори неутрални захарни молекули под формата на техните комплекси с боратния йон.

Йонообменната хроматография е незаменима за разделянето на силно полярни вещества, които не могат да бъдат анализирани чрез GLC без превръщане в производни. Тези съединения включват аминокиселини, пептиди, захари.

Йонообменната хроматография се използва широко в медицината, биологията, биохимията, за контрол на околната среда, при анализ на съдържанието на лекарства и техните метаболити в кръвта и урината, пестициди в хранителни суровини, както и за разделяне на неорганични съединения, включително радиоизотопи, лантаниди, актиниди и др. Анализът на биополимери (протеини, нуклеинови киселини и др.), който обикновено отнема часове или дни, с помощта на йонообменна хроматография се извършва за 20-40 минути с по-добро разделяне. Използването на йонообменна хроматография в биологията направи възможно наблюдаването на проби директно в биологична среда, намалявайки възможността за пренареждане или изомеризация, което може да доведе до погрешно тълкуване на крайния резултат. Интересно е да се използва този метод за контрол на промените в биологичните течности. Използването на порести слаби анионобменници на базата на силикагел направи възможно разделянето на пептидите. Йонообменният механизъм може да бъде представен като следните уравнения:

за анионен обмен X - + R + Y - - Y - + R + X -

за катионен обмен X + + R - Y + - Y + + R - X +

В първия случай йонът на пробата X - се конкурира с йона на подвижната фаза Y - за йонните центрове R + на йонообменника, а във втория случай катионите на пробата X + влизат в конкуренция с йоните на подвижната фаза Y + за йонните центрове R - .

Естествено, йони на пробата, които слабо взаимодействат с йонообменника, ще бъдат слабо задържани в колоната по време на това състезание и са първите, които ще бъдат измити от нея, и, обратно, по-силно задържаните йони ще бъдат последни, които ще се елуират от колоната. Обикновено възникват вторични взаимодействия с нейонен характер поради адсорбция или водородна връзка на пробата с нейонната част на матрицата или поради ограничената разтворимост на пробата в подвижната фаза.

Разделянето на конкретни вещества зависи преди всичко от избора на най-подходящия сорбент и подвижна фаза. Като неподвижни фази в йонообменната хроматография се използват йонообменни смоли и силикагели с присадени йоногенни групи.

Полистиренови йонообменни смоли за HPLC с размер на зърното от 10 μm или по-малко имат селективност и стабилност, но тяхната мрежова структура, характеризираща се с разстояние между възлите на мрежата от 1,5 nm, което е много по-малко от размера на порите на силикагела, използван за адсорбционна хроматография (10 nm), забавя преноса на маса и следователно значително намалява ефективността. Йонообменните смоли, използвани в HPLC, са главно съполимери на стирен и дивинилбензен. Обикновено добавете 8-12% от последното. Колкото по-голямо е съдържанието на дивинилбензен, толкова по-голяма е твърдостта и здравината на полимера, толкова по-висок е капацитетът и, като правило, селективността и толкова по-ниско е набъбването.

Подобни документи

Обща характеристика на хроматографския процес. Физични и химични основи на тънкослойната хроматография, класификация на методите за анализ. Варианти на хроматография по фазови състояния. Контрол на качеството на храните по метода на ТСХ, оборудване.

курсова работа, добавена на 27.12.2009 г


Явления, които възникват по време на хроматография. Два подхода за обяснение са теорията на теоретичните плочи и кинетичната теория. Газова, течна, хартиена хроматография. йонообменен метод. Приложения на йонообменна хроматография. Гел хроматография.

резюме, добавено на 24.01.2009 г


Концепцията и структурата на полимерните сорбенти, историята на тяхното създаване и развитие, тяхното значение в процеса на разделителната хроматография. Видове полимерни сорбенти, възможности за тяхното използване в хроматография с изключване на размера. Характеристики на използването на твърди гелове.

резюме, добавено на 01/07/2010


Появата и развитието на хроматографията. Класификация на хроматографските методи. Хроматография върху твърда неподвижна фаза: газ, течност (течна адсорбция). Хроматография върху течна неподвижна фаза: газ-течност и гел хроматография.

резюме, добавено на 05/01/2009


Същността на хроматографския метод, историята на неговото развитие и видове. Области на приложение на хроматографията, устройства или инсталации за хроматографско разделяне и анализ на смеси от вещества. Схема на газов хроматограф, неговите основни системи и принцип на работа.

резюме, добавено на 25.09.2010 г


Основи на метода на обратната газова хроматография. Газовата хроматография е универсален метод за качествен и количествен анализ на сложни смеси и метод за получаване на отделни компоненти в чист вид. Приложение на обратната газова хроматография.

курсова работа, добавена на 01.09.2010 г


Същността и съдържанието на йонно-двойната хроматография, нейното използване в течна хроматография и екстракция за извличане на лекарства и техните метаболити от биологични течности в органичната фаза. Варианти на йонно-двойна хроматография, отличителни черти.

резюме, добавено на 01/07/2010


Газовата хроматография е един от най-обещаващите физикохимични методи за изследване, който се развива бързо в момента. Класификация на хроматографските методи. Различни характеристики на процеса. Същността на хроматографските методи.

резюме, добавено на 25.01.2010 г


Същността на високоефективната течна хроматография (HPLC) като метод за анализ и разделяне на сложни примеси. Сорбенти, координационно наситени хелати; модели на влияние на структурата на лиганда върху поведението на хелатите при условия на хроматография с обърната фаза.

резюме, добавено на 11.10.2011 г


Концепцията и основните етапи на процеса на метода на хроматографията с изключване на размера, неговите основни характеристики и обхват, разновидности и техните отличителни черти. Характеристики на оборудването, използвано в процеса на хроматография с изключване по размер.

Хроматографските техники преобладават сред другите в контрола на качеството на въздуха в работната зона в промишлеността и индустриалната хигиена; те са в основата на по-голямата част от токсикологичните изследвания; с помощта на газова хроматография лекарите успяха да изследват "синдрома на болната сграда" - лошо здраве и някои заболявания, причинени от наличието във въздуха на жилищни помещения и офис сгради на голямо количество вредни химикали, отделяни от синтетични материали (килими , пътеки, панели, линолеум, мебелна тапицерия и др.), мастики, лакове, покрития и други битови химикали, както и газови емисии по време на работа на лазерни принтери и газови нагреватели.[ ...]

Процесът на хроматографско разделяне се основава на сорбцията, която срещаме в ежедневието - това е абсорбцията на вещества от твърда повърхност (адсорбция) или разтварянето на газове и течности в течни разтворители (абсорбция). Най-известното приложение на адсорбцията е пречистването на въздуха в противогазите: адсорбентът (активен въглен), който пълни кутията на противогаза, задържа вредните примеси или RH, съдържащи се във въздуха. Абсорбцията е характерна за много биологични процеси, по-специално за процеса на дишане. Абсорбцията на кислород от кръвния хемоглобин в белите дробове също е хроматографски процес до известна степен, тъй като в този случай кислородът се отделя чрез сорбция от други газове, присъстващи във вдишания въздух. За съжаление съдържащите се във въздуха нечистотии, вредни за организма, също се абсорбират от кръвта и понякога необратимо.[ ...]

Човекът, който за първи път успя да обясни правилно процеса на сорбция (явление, което възниква, когато веществото се движи по слой от сорбент), беше руският учен Михаил Семенович Цвет. Използвайки тези явления, той създава забележителен аналитичен метод, показва широките му възможности и дава името, с което и до днес обозначаваме не само метода, но и самия процес и научната дисциплина, която го изучава.[ ...]

Но тъй като различни вещества се извличат с бензен от адсорбента (креда) по различни начини, те се спускат през тръбата с различни скорости. Следователно първоначалният зелен пръстен, спускайки се, постепенно се разширява и се разделя на няколко цветни пръстена. В крайна сметка имаше шест от тези пръстени: горният жълт, след това маслиненозелен, след това тъмнозелен и три жълти.[...]

Цвет извади слой тебешир от тръбата, наряза го на цилиндри, всеки от които имаше свой цветен пръстен. Сега беше възможно да се извлекат вещества от адсорбента с алкохол и да се изследват. В резултат на това ученият показа, че хлорофилът не е отделно съединение, а смес от две вещества, които се разделят върху колона тебешир и дават маслиненозелени и тъмнозелени пръстени. Останалите вещества бяха ксантофили.[...]

Цветът нарича многоцветната картина, получена по време на разделянето на веществата, хроматограма, а самият метод (въз основа на разделянето на веществата според склонността им към адсорбция) е хроматографски адсорбционен анализ или хроматография.[ ...]

До 1914 г. Цвет публикува няколко статии по хроматография, но след работата му методът не получава широко развитие. Едва през 1931 г. Кун, Винтерщайн и Ледерер възпроизвеждат първоначалните опити на Цвет (използвайки примерите за отделяне на каротин от моркови, листенца от глухарче и жълтък от пилешко яйце). Такава дълга забрава на изследванията, които вече са станали класика, се дължи до голяма степен на негативните отзиви на властите от онова време, които не могат да разберат цялата дълбочина на откритието на младия учен.[...]

Мартин и Синг са удостоени с Нобелова награда през 1952 г. за развитието на разделителната хроматография и нейните различни варианти. От този момент започва съвременният етап в развитието на газовата хроматография (1951-1952 г.), когато А. А. Жуховицки и колегите му (Русия) предлагат хроматография, а А. Мартин и А. Джеймс - газо-течна хроматография, с с помощта на което те успяха да разделят смес от мастни киселини на колона с диатомит носител (целит-545), импрегниран с парафиново масло с добавяне на стеаринова киселина. Такъв сорбент абсорбира анализираните вещества много по-слабо от, например, активен въглен или алуминиев оксид, така че Джеймс и Мартин успяха да отделят летливи органични киселини в газов поток - азот.[...]

Оттогава газовата хроматография се превърна в един от най-разпространените методи за анализ, с който можете да изследвате изключително широк спектър от вещества - от газове до течности с високо молекулно тегло и метали.[ ...]

Трябва да се изяснят някои въпроси на терминологията относно класификацията на хроматографските методи. В най-простия случай терминът "газова хроматография" означава метод за анализ, при който разделянето на смес от вещества в хроматографска колона се извършва в газов поток (газ-носител), непрекъснато преминаващ през колоната. Газова адсорбция (отделяне върху адсорбент - въглища, силикагел или алуминиев оксид) и газ-течност (отделяне върху сорбент - твърд носител, покрит с течност - неподвижна течна фаза) - това са всички опции за газова хроматография.

Хроматографията е метод за разделяне и определяне на вещества, основан на разпределението на компонентите между две фази - подвижна и неподвижна. Стационарната (стационарна) фаза е твърдо поресто вещество (често наричано сорбент) или течен филм, отложен върху твърдо вещество. Подвижната фаза е течност или газ, протичащи през неподвижна фаза, понякога под налягане. Компонентите на анализираната смес (сорбати) заедно с подвижната фаза се движат по протежение на неподвижната фаза. Обикновено се поставя в стъклена или метална тръба, наречена колона. В зависимост от силата на взаимодействие с повърхността на сорбента (поради адсорбция или друг механизъм), компонентите ще се движат по колоната с различни скорости. Някои компоненти ще останат в горния слой на сорбента, други, взаимодействайки със сорбента в по-малка степен, ще попаднат в долната част на колоната, а някои ще напуснат колоната напълно с подвижната фаза (такива компоненти се наричат незадържани, а времето им на задържане определя „мъртвото време“ на колоната).

По този начин сложните смеси от компоненти се разделят бързо.

История на откритията:

Раждането на хроматографията

Вечерта на същия ден, на среща на биологичния отдел на Варшавското дружество на естествоизпитателите, Михаил Семьонович Цвет, асистент в катедрата по анатомия и физиология на растенията, направи доклад „За нова категория адсорбционни явления и тяхното приложение в биохимичен анализ".

За съжаление, М. С. Цвет, като ботаник по образование, не оцени адекватно химико-аналитичния аспект на своето откритие и публикува малко от работата си в химически списания. Впоследствие химиците са тези, които оценяват реалния мащаб на предложената M.S. Цветен хроматографски метод, който се превърна в най-разпространения метод на аналитичната химия.

Трябва да се подчертаят следните предимства на хроматографските методи:

1. Разделянето има динамичен характер и актовете на сорбция-десорбция на отделените компоненти се повтарят многократно. Това е причината за значително по-високата ефективност на хроматографията

разделяне в сравнение със статичната сорбция и

екстракция.

2. При разделянето се използват различни видове взаимодействие между сорбатите и неподвижната фаза: от чисто физическо до хемосорбция.

Това дава възможност за селективно разделяне на широка гама от

3. Различни допълнителни полета (гравитационни, електрически, магнитни и др.) могат да бъдат наложени върху веществата, които трябва да се разделят, които чрез промяна на условията на разделяне разширяват възможностите на хроматографията.

4. Хроматографията е хибриден метод, който съчетава едновременното разделяне и определяне на няколко компонента.

5. Хроматографията позволява решаването както на аналитични проблеми (отделяне, идентификация, определяне), така и на препаративни (пречистване, изолиране, концентриране). Решаването на тези задачи може да се комбинира, като се изпълняват в режим „онлайн“.

Множество методи са класифицирани според състоянието на агрегиране на фазите, механизъм на разделяне и техника на разделяне.

Хроматографските методи също се различават по начина, по който се извършват.

процес на разделяне на фронтален, изместващ и елуент.

Йонна хроматография

Йонната хроматография е високоефективна течна хроматография за разделяне на катиони и аниони върху йонообменници

нисък капацитет. Широко разпространено приемане на йонна хроматография

поради редица свои предимства:

– способност за определяне на голям брой неорганични и

органични йони, както и едновременно определяне на катиони и

– висока чувствителност на откриване (до 1 ng/ml без

предварителна концентрация;

– висока селективност и бързина;

– малък обем на анализираната проба (не повече от 2 ml от пробата);

– широк диапазон на определяните концентрации (от 1 ng/ml до

– възможност за използване на различни детектори и техните комбинации, което позволява да се осигури селективност и кратко време за определяне;

– възможност за пълна автоматизация на определянето;

– в много случаи пълната липса на предварителна пробоподготовка.

Въпреки това, като всеки аналитичен метод, йонната хроматография не е лишена от недостатъци, които включват:

– сложността на синтеза на йонообменници, което значително усложнява

разработване на метода;

– по-ниска ефективност на разделяне в сравнение с HPLC;

– необходимостта от висока устойчивост на корозия

хроматографска система, особено при определяне

катиони.

2.1 История на развитието:

Изследването на йонообменните процеси започва още в началото на 19 век. от наблюдения върху влиянието на почвите върху химичния състав на солните разтвори в контакт с тях. В края на 40-те години на миналия век Г. Томпсън отбелязва, че почвата абсорбира амоняк от приложените органични торове, съответните експерименти са проведени от техния специалист от Йорк Д. Спенс. Първите резултати от експериментите на Д. Спенс са публикувани от Г. Томпсън през 1850 г. В статията се отбелязва, че „първото откритие на много важни свойства на почвата може почти да се провали като полезно за селското стопанство“, а последните му трудове са публикувани през 1852 г. и 1855 г. .

2.3 Принципи на разделяне на йони в сорбционни процеси

Йонообменната хроматография се отнася до течно-твърдофазова хроматография, при която подвижната фаза е течност (елуент), а неподвижната фаза е твърдо вещество (йонообменник). Методът на йонообменната хроматография се основава на динамичния процес на заместване на йони, свързани със стационарната фаза, с йони на елуента, влизащи в колоната. Разделянето се получава поради различния афинитет на йоните в сместа към йонообменника, което води до различни скорости на движението им през колоната.

Йонната хроматография е вариант на йонообменна колонна хроматография.

Съгласно препоръките на IUPAC (1993), термините йонообменна (IOC) и йонна (IC) хроматография се дефинират както следва. "Йонообменната хроматография се основава на разликата в йонообменните взаимодействия за отделните аналити. Ако йоните са разделени и могат да бъдат открити с помощта на кондуктометричен детектор или индиректно UV откриване, тогава това се нарича йонна хроматография."

Съвременна (2005) формулировка: „Йонната хроматография включва всички високоефективни течнохроматографски (HPLC) колонни сепарации на йони, комбинирани с директно откриване в детектор на потока и количествена обработка на получените аналитични сигнали.“ Това определение характеризира йонната хроматография независимо от механизма на разделяне и метода на откриване и по този начин я отделя от класическия йонообмен.

В йонната хроматография се прилагат следните принципи на разделяне:

йонен обмен.

Образуване на йонни двойки.

Изключване на йони.

Йонообмен

Йонообменът е обратима хетерогенна реакция на еквивалентен обмен на йони в йонообменната фаза (противойони) с йони на елуента. Противойоните се задържат от функционалните групи на йонообменника поради електростатични сили. Обикновено в катионната хроматография тези групи са групи на сулфонова киселина; в случай на анионна хроматография, кватернерни амониеви основи. На фиг. 1 показва диаграма на процеса на обмен на катиони и аниони. Йоните на аналита са означени с А, йоните на елуента, конкуриращи се с тях за обменни центрове, са означени с Е.

Ориз. 1. Йонообмен на катиони (А+) и аниони (А-) за йони на елуента (Е+ или Е-) с участието на катионобменник, съдържащ функционални сулфогрупи - SO3-, и анионобменник (групи на кватернерна амониева основа -N + R3).

Образуване на йонна двойка

За да се приложи този механизъм на разделяне, се използват реагенти за йонни двойки, които се добавят към разтвора на елуента. Такива реагенти са анионни или катионни повърхностноактивни вещества, например алкилсулфонови киселини или тетраалкиламониеви соли.

Заедно с противоположно заредените аналитични йони, йоните на този реагент на йонна двойка образуват незаредена йонна двойка, която може да се задържи на стационарната фаза поради междумолекулни взаимодействия. Разделянето се извършва поради разликата в константите на образуване на йонни двойки и степента на тяхната адсорбция върху матрицата на сорбента. На фиг. 2 показва статичен йонообменен модел при хроматография с йонни двойки след адсорбция на реагента върху неподвижната фаза. Този принцип на разделяне се прилага както за аниони, така и за катиони.

Ориз. 2. Йонообменен модел в йонно-двойната хроматография.

Йонно изключване

Хроматография с изключване на йони (IEC). използва се главно за разделяне на слаби киселини или основи. IEC е най-важен за определяне на карбоксилни и аминокиселини, феноли и въглехидрати.

На фиг. Фигура 3 показва принципа на IEC разделяне, използвайки R–COOH киселини като пример.

Ориз. Фиг. 3. Схема за разделяне на карбоксилни киселини R–COOH с помощта на йонна хроматография.

В хроматографията с изключване на йони като стационарна фаза често се използва напълно сулфониран катионен обменник, съдържащ водородни йони (противойони). Във воден разтвор на елуента групите на сулфоновата киселина на йонообменника се хидратират. Хидратационната обвивка е ограничена от въображаема отрицателно заредена мембрана (мембраната на Донан). Мембраната е пропусклива само за недисоциирани молекули (например вода).

Органичните карбоксилни киселини могат да бъдат разделени, ако се използват силни минерални киселини като елуент. Поради ниските стойности на константите на киселинността, карбоксилните киселини присъстват в такива разтвори в недисоциирана форма. Тези форми могат да преминат през мембраната на Donnan и да бъдат адсорбирани върху неподвижната фаза.