24.11.202227.05.2017

2. Entstehung und Entwicklung der Chromatographie

Die Entstehung der Chromatographie als wissenschaftliche Methode ist mit dem Namen des herausragenden russischen Wissenschaftlers Michail Semenowitsch Tsvet (1872 - 1919) verbunden, der 1903 die Chromatographie bei der Erforschung des Mechanismus der Umwandlung von Sonnenenergie in Pflanzenpigmenten entdeckte. Dieses Jahr sollte als Datum der Entwicklung der chromatographischen Methode gelten.

MS. Der Farbstoff leitete eine Lösung aus Analyten und mobiler Phase durch eine Adsorptionsmittelsäule, die in einem Glasröhrchen enthalten war. In diesem Zusammenhang wurde seine Methode Säulenchromatographie genannt. Im Jahr 1938 N.A. Izmailov und M.S. Schreiber schlug vor, Tsvets Methode zu modifizieren und ein Stoffgemisch auf einer Platte zu trennen, die mit einer dünnen Adsorptionsmittelschicht beschichtet war. So entstand die Dünnschichtchromatographie, die die Analyse mit Mikromengen einer Substanz ermöglicht.

Im Jahr 1947 wurde T.B. Gapon, E.N. Gapon und F.M. Shemyakin führte als erster eine chromatographische Trennung eines Ionengemisches in einer Lösung durch und erklärte dies mit dem Vorhandensein einer Austauschreaktion zwischen den Ionen des Sorbens und den in der Lösung enthaltenen Ionen. So wurde eine andere Richtung der Chromatographie entdeckt – die Ionenaustauschchromatographie. Derzeit ist die Ionenaustauschchromatographie einer der wichtigsten Bereiche der chromatographischen Methode.

E.N. und G.B. Gapon führte 1948 das aus, was M.S. Färben Sie die Idee der Möglichkeit der chromatographischen Trennung eines Stoffgemisches auf der Grundlage von Unterschieden in der Löslichkeit schwerlöslicher Niederschläge. Sedimentchromatographie erschien.

Im Jahr 1957 schlug M. Goley vor, ein Sorbens auf die Innenwände eines Kapillarröhrchens aufzutragen – Kapillarchromatographie. Diese Option ermöglicht die Analyse von Mikromengen von Mehrkomponentenmischungen.

In den 60er Jahren wurde es möglich, sowohl ionische als auch ungeladene Gele mit streng definierten Porengrößen zu synthetisieren. Dies ermöglichte die Entwicklung einer Variante der Chromatographie, deren Kern darin besteht, ein Stoffgemisch aufgrund der unterschiedlichen Durchdringungsfähigkeit des Gels zu trennen – Gelchromatographie. Mit dieser Methode können Sie Stoffgemische mit unterschiedlichen Molekulargewichten trennen.

Derzeit hat die Chromatographie eine bedeutende Entwicklung erfahren. Heutzutage helfen vielfältige chromatographische Methoden, insbesondere in Kombination mit anderen physikalischen und physikalisch-chemischen Methoden, Wissenschaftlern und Ingenieuren bei der Lösung unterschiedlichster, oft sehr komplexer Probleme in der wissenschaftlichen Forschung und Technik.

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1. Geschichte der Entdeckung und Entwicklung der Chromatographie

2. Grundbestimmungen

3. Klassifizierung chromatographischer Analysemethoden

4. Adsorptionschromatographie. Dünnschichtchromatographie

4.1 Experimentelle Technik in der Dünnschichtchromatographie

5. Gaschromatographie

5.1 Gasadsorptionschromatographie

5.2 Gas-Flüssigkeits-Chromatographie

6. Verteilungschromatographie. Papierchromatographie

7. Sedimentchromatographie

7.1 Klassifizierung von Sedimentchromatographiemethoden nach experimenteller Technik

7.2 Sedimentpapierchromatographie

8. Ionenaustauschchromatographie

Abschluss

Referenzliste

1. GESCHICHTEENTDECKUNG UND ENTWICKLUNG DER CHROMATOGRAPHIE

Der Entdecker der Chromatographie war der russische Wissenschaftler, Botaniker und physikalische Chemiker Michail Semjonowitsch Tsvet.

Die Entdeckung der Chromatographie geht auf die Zeit zurück, als Tsvet seine Magisterarbeit in St. Petersburg (1900–1902) abschloss, und auf die erste Arbeitsperiode in Warschau (1902–1903). Während er Pflanzenpigmente untersuchte, leitete Tsvet eine Lösung einer Mischung aus sehr leicht unterschiedlichen Pigmenten durch ein mit einem Adsorptionsmittel – pulverisiertem Calciumcarbonat – gefülltes Röhrchen und wusch das Adsorptionsmittel dann mit einem reinen Lösungsmittel. Die einzelnen Bestandteile der Mischung trennten sich und bildeten farbige Streifen. Nach moderner Terminologie entdeckte Tsvet eine Entwicklungsversion der Chromatographie (Entwicklung der Flüssigkeitsadsorptionschromatographie). Tsvet skizzierte die wichtigsten Forschungsergebnisse zur Entwicklung der von ihm entwickelten Version der Chromatographie in dem Buch „Chromophylle in der Pflanzen- und Tierwelt“ (1910), seiner Doktorarbeit. Chromatographie-Gas-Sediment-Ionenaustausch

Tsvet nutzte die chromatographische Methode in großem Umfang nicht nur zur Trennung eines Gemisches und zur Feststellung seiner Mehrkomponentennatur, sondern auch zur quantitativen Analyse; zu diesem Zweck zerbrach er eine Glassäule und schnitt die Adsorptionsmittelsäule in Schichten. Tsvet entwickelte Geräte für die Flüssigkeitschromatographie, führte als erster chromatographische Prozesse bei Unterdruck (Pumpen) und bei etwas Überdruck durch und entwickelte Empfehlungen für die Herstellung effektiver Säulen. Darüber hinaus führte er viele grundlegende Konzepte und Begriffe der neuen Methode ein, wie „Chromatographie“, „Entwicklung“, „Verdrängung“, „Chromatogramm“ usw.

Die Chromatographie wurde zunächst sehr selten eingesetzt, ihre Latenzzeit dauerte etwa 20 Jahre, in der nur sehr wenige Berichte über verschiedene Anwendungen der Methode erschienen. Und erst 1931 gelang es R. Kuhn (Deutschland), A. Winterstein (Deutschland) und E. Lederer (Frankreich), im chemischen Labor (unter der Leitung von R. Kuhn) des Kaiser-Wilhelm-Instituts für medizinische Forschung in Heidelberg zu arbeiten a- und b-Carotin aus rohem Carotin zu isolieren und dadurch den Wert der Farbentdeckung zu demonstrieren.

Ein wichtiger Schritt in der Entwicklung der Chromatographie war die Entdeckung der sowjetischen Wissenschaftler N.A. Izmailov und M.S. Schreiber über die Methode der Dünnschichtchromatographie (1938), die die Analyse mit Mikromengen einer Substanz ermöglicht.

Der nächste wichtige Schritt war die Entdeckung einer Variante der Flüssidurch A. Martin und R. Synge (England) am Beispiel der Trennung von Acetylderivaten von Aminosäuren an einer mit wassergesättigtem Kieselgel gefüllten Säule unter Verwendung von Chloroform als Lösungsmittel (1940). Gleichzeitig wurde darauf hingewiesen, dass als mobile Phase nicht nur Flüssigkeit, sondern auch Gas verwendet werden kann. Einige Jahre später schlugen diese Wissenschaftler vor, die Trennung von Aminosäurederivaten auf wasserbefeuchtetem Papier mit Butanol als mobiler Phase durchzuführen. Sie implementierten auch das erste zweidimensionale Trennsystem. Martin und Singh erhielten für ihre Entdeckung der Verteilungschromatographie den Nobelpreis für Chemie. (1952). Als nächstes führten Martin und A. James eine Version der Gasverteilungschromatographie durch, bei der Gemische auf einem gemischten Sorptionsmittel aus Silikon DS-550 und Stearinsäure getrennt wurden (1952–1953). Seitdem hat die Methode der Gaschromatographie die intensivste Entwicklung erfahren.

Eine Variante der Gaschromatographie ist die Chromatographie, bei der zur Verbesserung der Trennung eines Gasgemisches gleichzeitig mit der Bewegung der mobilen Phase - Gas, das Sorbens und das zu trennende Gemisch einem sich bewegenden Temperaturfeld mit a ausgesetzt werden bestimmtes Gefälle entlang der Länge (A.A. Zhukhovitsky et al., 1951) .

Einen wesentlichen Beitrag zur Entwicklung der chromatographischen Methode leistete G. Schwab (Deutschland), der Begründer der Ionenaustauschchromatographie (1937 - 1940). Es wurde in den Werken des sowjetischen Wissenschaftlers E.N. weiterentwickelt. Gapon und T.B. Gapon, der die chromatographische Trennung eines Ionengemisches in Lösung durchführte (zusammen mit F.M. Shemyakin, 1947) und auch die von Tsvet geäußerte Idee über die Möglichkeit der chromatographischen Trennung eines Stoffgemisches auf der Grundlage des Löslichkeitsunterschieds von umsetzte schwerlösliche Sedimente (Sedimentchromatographie, 1948).

Die moderne Phase in der Entwicklung der Ionenaustauschchromatographie begann 1975 nach der Arbeit von G. Small, T. Stevens und W. Bauman (USA), in der sie eine neue Analysemethode namens Ionenchromatographie (eine Variante der Hochleistungschromatographie) vorschlugen Ionenaustauschchromatographie mit konduktometrischer Detektion).

Von außerordentlicher Bedeutung war die Entwicklung einer Kapillarversion der Chromatographie (1956) durch einen Mitarbeiter der Firma Perkin-Elmer, M. Golay (USA), bei der ein Sorptionsmittel auf die Innenwände eines Kapillarröhrchens aufgetragen wird, was bewirkt Es ist möglich, Mikromengen von Mehrkomponentenmischungen zu analysieren.

Ende der 60er Jahre. Das Interesse an der Flüssigkeitschromatographie hat stark zugenommen. Es erschien die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC). Dies wurde durch die Entwicklung hochempfindlicher Detektoren, neuer selektiver Polymersorbentien und neuer Geräte ermöglicht, die den Betrieb bei hohen Drücken ermöglichen. Derzeit nimmt die HPLC unter anderen Chromatographiemethoden eine Spitzenstellung ein und wird in verschiedenen Varianten eingesetzt.

2. GRUNDPUNKTE

Chromatographie ist eine Methode zur Trennung und Bestimmung von Stoffen, die auf der Verteilung von Komponenten zwischen zwei Phasen – mobiler und stationärer – basiert. Die stationäre Phase ist eine feste poröse Substanz (oft Sorptionsmittel genannt) oder ein auf einer festen Substanz abgeschiedener Flüssigkeitsfilm. Die mobile Phase ist eine Flüssigkeit oder ein Gas, die, manchmal unter Druck, durch eine stationäre Phase strömen. Die Komponenten der analysierten Mischung (Sorbate) bewegen sich zusammen mit der mobilen Phase entlang der stationären Phase. Es befindet sich normalerweise in einem Glas- oder Metallrohr, das als Säule bezeichnet wird. Abhängig von der Stärke der Wechselwirkung mit der Sorbensoberfläche (aufgrund von Adsorption oder einem anderen Mechanismus) bewegen sich die Komponenten mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten entlang der Säule. Einige Komponenten verbleiben in der oberen Schicht des Sorbens, andere, die in geringerem Maße mit dem Sorbens interagieren, landen im unteren Teil der Säule und einige verlassen die Säule zusammen mit der mobilen Phase vollständig (solche Komponenten sind). werden als „unretained“ bezeichnet und ihre Retentionszeit bestimmt die „Totzeit“ der Spalte). Dies ermöglicht eine schnelle Trennung komplexer Komponentengemische. Folgende Vorteile chromatographischer Methoden sind hervorzuheben:

1. Die Trennung ist dynamischer Natur und die Sorptions-Desorptionsvorgänge der getrennten Komponenten werden viele Male wiederholt. Dies ist auf die deutlich höhere Effizienz der chromatographischen Trennung im Vergleich zu statischen Methoden der Sorption und Extraktion zurückzuführen.

2. Bei der Trennung werden verschiedene Arten der Wechselwirkung zwischen Sorbaten und der stationären Phase genutzt: von rein physikalisch bis hin zu Chemisorption. Dies ermöglicht die selektive Trennung verschiedenster Stoffe.

3. An die zu trennenden Stoffe können verschiedene Zusatzfelder (Gravitation, elektrisch, magnetisch etc.) angelegt werden, die durch Veränderung der Trennbedingungen die Möglichkeiten der Chromatographie erweitern.

4. Die Chromatographie ist eine Hybridmethode, die die gleichzeitige Trennung und Bestimmung mehrerer Komponenten kombiniert.

5. Mit der Chromatographie können Sie sowohl analytische Probleme (Trennung, Identifizierung, Bestimmung) als auch präparative (Reinigung, Isolierung, Konzentration) lösen. Die Lösung dieser Probleme kann kombiniert werden, indem sie im „Online“-Modus ausgeführt werden.

6. Zahlreiche Methoden werden nach dem Aggregatzustand der Phasen, dem Trennmechanismus und der Trenntechnik klassifiziert. Chromatographische Methoden unterscheiden sich auch in der Art und Weise, wie der Trennungsprozess in Frontal-, Verdrängungs- und Eluententrennung durchgeführt wird.

3. KLASSIFIZIERUNG CHROMATOGRAPHISCHER ANALYSEMETHODEN

Die Klassifizierung chromatographischer Methoden basiert auf Prinzipien, die die folgenden verschiedenen Merkmale des Trennprozesses berücksichtigen:

* Unterschiede im Aggregatzustand der Phasen des verwendeten chromatographischen Systems;

* Unterschiede in der Art der Wechselwirkungen der getrennten Stoffe mit der stationären Phase;

* experimentelle Unterschiede in den Methoden zur Durchführung des chromatographischen Trennverfahrens.

Die Tabellen 1–3 zeigen die wichtigsten Klassifizierungsmöglichkeiten bekannter chromatographischer Methoden.

Da die Art der Wechselwirkungen der zu trennenden Verbindungen mit den Phasen verschiedener chromatographischer Systeme sehr unterschiedlich sein kann, gibt es fast keine Objekte, für deren Trennung es nicht möglich wäre, eine geeignete stationäre Phase (fest oder flüssig) und mobil zu finden Lösungsmittelsysteme. Die Anwendungsgebiete der Hauptvarianten der Chromatographie sind in Abhängigkeit vom Molekulargewicht der untersuchten Verbindungen in der Tabelle aufgeführt. 4.

4. ADSORPTIONS-CHROMATOGRAPHIE. DÜNNSCHICHT-CHROMATOGRAPHIE

Eine der gebräuchlichsten Methoden der Adsorptionschromatographie ist die Dünnschichtchromatographie (TLC), eine Art Ebenenchromatographie, bei der das Adsorptionsmittel als dünne Schicht auf einer Platte verwendet wird.

Prinzip und Grundkonzepte der TLC-Methode. Auf eine saubere ebene Fläche (eine Platte aus Glas, Metall, Kunststoff) wird auf die eine oder andere Weise eine dünne Schicht Sorptionsmittel aufgetragen, die meist an der Plattenoberfläche befestigt wird. Die Abmessungen der Platte können unterschiedlich sein (Länge und Breite - von 5 bis 50 cm, obwohl dies nicht erforderlich ist). Markieren Sie auf der Oberfläche der Platte vorsichtig (z. B. mit einem Bleistift) die Startlinie (im Abstand von 2-3 cm von der Unterkante der Platte) und das Ziel, um die Sorptionsschicht nicht zu beschädigen Linie des Lösungsmittels.

Schema zur Trennung der Komponenten A und B durch DC

Auf die Startlinie der Platte wird eine Probe aufgetragen (mit einer Mikrospritze, Kapillare) – eine kleine Menge Flüssigkeit, die ein Gemisch der zu trennenden Stoffe enthält, zum Beispiel zwei Stoffe A und B in einem geeigneten Lösungsmittel. Man lässt das Lösungsmittel verdampfen, danach wird die Platte in einer Chromatographiekammer in die flüssige Phase des PF eingetaucht, bei dem es sich um ein speziell für diesen Fall ausgewähltes Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch handelt. Unter der Wirkung von Kapillarkräften bewegt sich das PF spontan entlang des NP von der Startlinie zur Lösungsmittelfrontlinie und nimmt dabei die Komponenten A und B der Probe mit, die sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen. Im betrachteten Fall ist die Affinität der Komponente A zu NP geringer als die Affinität der Komponente B zur gleichen Phase, daher bewegt sich Komponente A schneller als Komponente B. Nachdem die mobile Phase (Lösungsmittel) in der Zeit t die Lösungsmittelfrontlinie erreicht , wird die Chromatographie unterbrochen, die Platte aus der Chromatographiekammer entfernt, an der Luft getrocknet und die Position der Flecken der Substanzen A und B auf der Oberfläche der Platte bestimmt. Die Flecken (Zonen) haben meist eine ovale oder runde Form. Im betrachteten Fall hat sich der Punkt der Komponente A um eine Distanz von der Startlinie entfernt l A , Komponente B Spot - in einiger Entfernung l IN, und das Lösungsmittel passierte die Strecke L.

Manchmal werden gleichzeitig mit dem Auftragen einer Probe der zu trennenden Substanzen kleine Mengen einer Standardsubstanz sowie Zeugensubstanzen (die angeblich in der analysierten Probe enthalten sind) auf die Startlinie aufgetragen.

Um die getrennten Komponenten im System zu charakterisieren, wird der Mobilitätskoeffizient Rf (oder Rf-Faktor) eingeführt:

R F=V 1 /V E= (l 1 /t)/ (L/t) =l 1 /L ,

Wo V 1 = l 1 / T Und V E= L/ T - entsprechend der Bewegungsgeschwindigkeit ich- te Komponente und Lösungsmittel E; l 1 UndL - der zurückgelegte Weg ich- m Komponente bzw. Lösungsmittel, t ist die Zeit, die erforderlich ist, um das Lösungsmittel von der Startlinie zur Lösungsmittelfrontlinie zu bewegen. Entfernungen l 1 Zählen Sie von der Startlinie bis zur Mitte des Spots der entsprechenden Komponente.

Typischerweise liegt der Mobilitätskoeffizient innerhalb des Bereichs R F =0 - 1. Der optimale Wert liegt bei 0,3–0,7. Die chromatographischen Bedingungen werden so gewählt, dass der R f -Wert von Null und Eins abweicht.

Der Mobilitätskoeffizient ist ein wichtiges Merkmal des Sorbens-Sorbat-Systems. Für reproduzierbare und absolut konstante chromatographische Bedingungen R F = const.

Der Mobilitätskoeffizient Rf hängt von einer Reihe von Faktoren ab: der Art und Qualität des Lösungsmittels, seiner Reinheit; die Art und Qualität des Sorptionsmittels (dünne Schicht), die Gleichmäßigkeit seiner Körnung, die Dicke der Schicht; Sorptionsaktivität (Feuchtigkeitsgehalt); experimentelle Techniken (Probenmassen, Lösungsmittelweglänge L); Fähigkeiten des Experimentators usw. All diese Parameter in der Praxis konsistent zu reproduzieren, ist manchmal schwierig. Um den Einfluss der Prozessbedingungen auszugleichen, wird ein relativer Mobilitätskoeffizient eingeführt Rs.

Rs=l/l st=R F/R F( st ) ,

Wo R F = l/ L; R F (st)= l st/ L; l cm - Abstand von der Startlinie bis zur Mitte des Standardpunkts.

Der relative Mobilitätskoeffizient Rs ist ein objektiveres Merkmal der Mobilität eines Stoffes als der Mobilitätskoeffizient Rf.

Als Standard wird oft ein Stoff gewählt, für den unter gegebenen Bedingungen Rf? 0,5. Aufgrund seiner chemischen Beschaffenheit wird der Standard so gewählt, dass er den zu trennenden Stoffen nahe kommt. Unter Verwendung des Standards liegt der Wert von Rs normalerweise im Bereich Rs=0,1–10, die optimalen Grenzen liegen bei etwa 0,5–2.

Zur zuverlässigeren Identifizierung getrennter Komponenten werden „Zeugen“ verwendet – Standardsubstanzen, deren Vorhandensein in der analysierten Probe angenommen wird. Wenn R f = R f (Breite) ist, wobei R f und R f (Breite) die Mobilitätskoeffizienten einer gegebenen Komponente bzw. eines Zeugen sind, dann kann mit größerer Wahrscheinlichkeit davon ausgegangen werden, dass die Zeugensubstanz in der chromatographierten Substanz vorhanden ist Mischung.

Um die Trennung zweier Komponenten A und B unter diesen Bedingungen zu charakterisieren, wird der Grad (Kriterium) der Trennung R(A/B) eingeführt:

R (A/B) = D l( =2D l ,

wo d l- der Abstand zwischen den Mittelpunkten der Flecken der Komponenten A und B; a(A) und a(B) sind die Durchmesser der Punkte A bzw. B im Chromatogramm.

Je größer der Wert von R (A/B) ist, desto deutlicher sind die Flecken der Komponenten A und B im Chromatogramm getrennt.

Zur Beurteilung der Selektivität der Trennung zweier Stoffe A und B wird der Trennkoeffizient verwendet A:

a=l B / l A.

Wenn a=1, dann werden die Komponenten A und B nicht getrennt.

Bestimmung des Trennungsgrades R (A/B) der Komponenten A und B.

4.1 Experimentelle Technik in der Dünnschichtchromatographie:

A) Beispielanwendung. Die analysierte Flüssigkeitsprobe wird mit einer Kapillare, einer Mikrospritze oder einer Mikropipette auf die Startlinie aufgetragen und berührt dabei vorsichtig die Sorbensschicht (der Durchmesser des Flecks auf der Startlinie beträgt normalerweise einen bis mehrere Millimeter). Wenn mehrere Proben auf die Startlinie aufgetragen werden, sollte der Abstand zwischen den Probenpunkten auf der Startlinie nicht weniger als 2 cm betragen. Verwenden Sie nach Möglichkeit konzentrierte Lösungen. Die Flecken werden an der Luft getrocknet, anschließend wird eine Chromatographie durchgeführt.

B) Entwicklung des Chromatogramms (Chromatographie). Der Prozess wird in geschlossenen Chromatographiekammern durchgeführt, die mit Dämpfen des als PF verwendeten Lösungsmittels gesättigt sind, beispielsweise in einem mit einem Deckel abgedeckten Glasgefäß.

Je nach Bewegungsrichtung des PF werden sie unterschieden aufsteigend absteigend Und horizontal Chromatographie.

Bei der Variante der aufsteigenden Chromatographie werden ausschließlich Platten mit aufgesetzter Sorbensschicht verwendet. PF wird auf den Boden der Kammer gegossen (als Letzteres kann ein Becherglas geeigneter Größe mit Glasdeckel verwendet werden), die Chromatographieplatte wird senkrecht oder schräg in die Kammer gestellt, so dass die PF-Schicht am Boden der Kammer entsteht Die Kammer benetzt den unteren Teil der Platte (ca. 1,5 - 2 cm unterhalb der Startlinie). Der PF bewegt sich aufgrund der Wirkung von Kapillarkräften relativ langsam von unten nach oben (entgegen der Schwerkraft).

Bei der Variante der absteigenden Chromatographie werden ebenfalls nur Platten mit fester Schicht verwendet. Der PF wird von oben zugeführt und bewegt sich entlang der Sorptionsschicht der Platte nach unten. Die Schwerkraft beschleunigt die Bewegung des PF. Diese Option wird bei der Analyse von Gemischen implementiert, die Komponenten enthalten, die sich langsam mit dem PF bewegen.

Bei einer Version der horizontalen Chromatographie wird die Platte horizontal platziert. Sie können rechteckige oder runde Platten verwenden. Bei der Verwendung runder Platten (kreisförmige Version der horizontalen Chromatographie) wird die Startlinie als Kreis mit geeignetem Radius (~1,5–2 cm) bezeichnet, auf den die Proben aufgetragen werden. In der Mitte der runden Platte ist ein Loch ausgeschnitten, in das ein Docht zur Versorgung mit PF eingesetzt wird. Letzterer bewegt sich entlang der Sorptionsschicht vom Mittelpunkt des Kreises zu dessen Peripherie. Die Chromatographie wird in einer geschlossenen Kammer – einem Exsikkator oder in einer Petrischale – durchgeführt. Mit der zirkulären Option können bis zu mehrere Dutzend Proben gleichzeitig analysiert werden.

TLC-Methoden verwenden eindimensionale, zweidimensionale, mehrfache (wiederholte) Schrittchromatographie.

Bei der Einzelchromatographie erfolgt die Analyse ohne Änderung der Bewegungsrichtung des PF. Diese Methode ist die gebräuchlichste.

Die zweidimensionale Chromatographie wird üblicherweise zur Analyse komplexer Gemische (Proteine, Aminosäuren usw.) eingesetzt. Zunächst erfolgt eine Vortrennung des Gemisches mit dem ersten PF 1. Das Chromatogramm erzeugt Flecken nicht aus einzelnen Substanzen, sondern aus Gemischen mehrerer ungetrennter Komponenten. Dann wird eine neue Startlinie durch diese Flecken gezogen, die Platte um 90° gedreht und erneut chromatographiert, jedoch mit einem zweiten PF 2, wobei versucht wird, die Mischungsflecken endgültig in Flecken einzelner Komponenten zu trennen.

Wenn die Platte quadratisch ist, wird die Probe auf die Diagonale dieses Quadrats in der Nähe seiner unteren Ecke aufgetragen. Manchmal wird die zweidimensionale Chromatographie mit demselben PF auf einer quadratischen Platte durchgeführt.

Diagramm zur Veranschaulichung des Prinzips der zweidimensionalen Chromatographie:

a – mit PF1 erhaltenes Chromatogramm;

b – Chromatogramm erhalten mit PF2

Bei der mehrfachen (wiederholten) Chromatographie wird der Vorgang mehrmals hintereinander mit demselben PF (jeweils nach der nächsten Trocknung) durchgeführt, bis die gewünschte Trennung der Flecken der Gemischkomponenten erreicht ist (normalerweise nicht mehr als dreimal).

Bei der Stufenchromatographie wird der Prozess mit der gleichen Platte nacheinander und jeweils mit einem neuen PF durchgeführt, bis eine klare Trennung der Spots erreicht ist.

V) Interpretation von Chromatogrammen. Wenn die Flecken im Chromatogramm gefärbt sind, bestimmen Sie nach dem Trocknen der Platten den Abstand von der Startlinie zur Mitte jedes Flecks und berechnen Sie die Mobilitätskoeffizienten. Wenn die analysierte Probe farblose Substanzen enthält, die ungefärbte Substanzen ergeben, d. h. Flecken, die im Chromatogramm nicht visuell erkennbar sind, müssen entfernt werden Erkennung Diese Flecken, warum sind Chromatogramme? Manifest.

Nachfolgend werden die gebräuchlichsten Erkennungsmethoden beschrieben.

Bestrahlung mit ultraviolettem Licht. Wird zum Nachweis fluoreszierender Verbindungen (Punkte leuchten, wenn die Platte mit UV-Licht bestrahlt wird) oder nicht fluoreszierender Substanzen verwendet, jedoch unter Verwendung eines Sorptionsmittels mit einem Fluoreszenzindikator (Sorptionsmittel leuchtet, Punkte leuchten nicht). Auf diese Weise werden beispielsweise Alkaloide, Antibiotika, Vitamine und andere Arzneimittel nachgewiesen.

Wärmebehandlung. Die nach der Chromatographie getrocknete Platte wird vorsichtig erhitzt (bis zu ~200 °C), um eine Verdunkelung der Sorbensschicht selbst zu vermeiden (z. B. wenn eine dünne Sorbensschicht Stärke enthält). In diesem Fall treten die Flecken meist in Form brauner Zonen auf (durch teilweise Thermolyse organischer Bestandteile).

Chemische Behandlung. Häufig werden Chromatogramme durch Behandlung mit Reagenzien erstellt, die mit den getrennten Bestandteilen von Gemischen farbige Verbindungen bilden. Zu diesem Zweck werden verschiedene Reagenzien verwendet: Joddämpfe, Ammoniak, Brom, Schwefeldioxid, Schwefelwasserstoff, speziell zubereitete Lösungen, mit denen die Platten behandelt werden. Es werden sowohl universelle als auch selektive Reagenzien verwendet (der Begriff „universell“ ist ziemlich willkürlich).

Universelle Reagenzien können beispielsweise konzentrierte Schwefelsäure (beim Erhitzen wird eine Verdunkelung der Flecken organischer Verbindungen beobachtet), eine saure wässrige Lösung von Kaliumpermanganat (die Zonen werden in Form von braunen Flecken auf dem violetten Hintergrund beobachtet) sein Sorbens), eine Lösung von Phosphomolybdänsäure beim Erhitzen (blaue Flecken erscheinen auf dem gelben Hintergrund) usw.

Als selektives Mittel wird beispielsweise das Dragendorff-Reagenz verwendet; Zimmermans Reagenz; wässrige Ammoniaklösung von Kupfersulfat (10 % CuSO 4, 2 % Ammoniak); eine Mischung aus Ninhydrin C 9 H 4 O 3 H 2 O mit Ethanol und Essigsäure.

Dragendorffs Reagenz ist eine Lösung aus basischem Wismutnitrat BiONO 3, Kaliumiodid KJ und Essigsäure in Wasser. Wird zur Bestimmung von Aminen, Alkaloiden und Steroiden verwendet.

Zimmermanns Reagenz wird hergestellt, indem eine 2 %ige Ethanollösung von Dinitrobenzol mit einer KOH-Alkalilösung behandelt und die Mischung anschließend auf ~70–100 °C erhitzt wird. Wird zum Nachweis von Steroiden verwendet.

Ninhydrin wird zum Nachweis von Flecken von Aminen, Aminosäuren, Proteinen und anderen Verbindungen verwendet.

Einige andere Methoden der Punkterkennung werden ebenfalls verwendet. Beispielsweise wird ihre Radioaktivität gemessen, wenn einige der abgetrennten Bestandteile radioaktiv sind, oder es werden spezielle Zusätze radioaktiver Isotope der in den abgetrennten Bestandteilen des Gemisches enthaltenen Elemente eingebracht.

Nach der Erkennung von Flecken im Chromatogramm werden diese identifiziert, d. h. Bestimmen Sie, welche Verbindung einer bestimmten Stelle entspricht. Zu diesem Zweck werden am häufigsten Referenzpunkte von „Zeugen“ verwendet. Manchmal werden Flecken anhand der Größe der Mobilitätskoeffizienten Rf identifiziert und mit den für bestimmte Bedingungen bekannten Rf-Werten verglichen. Allerdings ist eine solche Identifizierung anhand des R f -Werts oft vorläufig.

Die Farbe fluoreszierender Flecken wird auch zur Identifizierung verwendet, da verschiedene Verbindungen bei unterschiedlichen Wellenlängen (unterschiedlichen Farben) fluoreszieren.

Beim chemischen Nachweis von Flecken erzeugen selektive Reagenzien farbige Flecken mit Verbindungen einer bestimmten Art, die auch zur Identifizierung verwendet werden.

Mit der DC-Methode ist es möglich, den Gehalt von Komponenten in Gemischen nicht nur zu entdecken, sondern auch zu quantifizieren. Analysieren Sie dazu entweder die Flecken selbst im Chromatogramm oder extrahieren Sie die getrennten Bestandteile auf die eine oder andere Weise aus dem Chromatogramm (Extraktion, Elution mit geeigneten Lösungsmitteln).

Bei der Analyse von Flecken wird davon ausgegangen, dass ein bestimmter Zusammenhang zwischen der Fläche des Flecks und dem Gehalt einer bestimmten Substanz besteht (z. B. das Vorhandensein eines proportionalen oder linearen Zusammenhangs), der durch die Erstellung einer Kalibrierungskurve durch Messung der Flächen festgestellt wird von „Zeugen“-Spots – Standards mit einem bekannten Inhalt der analysierten Komponente.

Manchmal wird die Farbintensität von Flecken verglichen, wobei davon ausgegangen wird, dass die Farbintensität eines Flecks proportional zur Menge einer bestimmten Farbkomponente ist. Zur Messung der Farbintensität werden verschiedene Techniken eingesetzt.

Wenn die getrennten Komponenten aus dem Chromatogramm extrahiert werden, wird eine Lösung erhalten, die diese Komponente enthält. Letzteres wird dann mit der einen oder anderen Analysemethode bestimmt.

Der relative Fehler bei der quantitativen Bestimmung einer Substanz mittels DC beträgt 5-10 %.

TLC ist eine Arzneibuchmethode und wird häufig zur Analyse und Qualitätskontrolle einer Vielzahl von Arzneimitteln eingesetzt.

5. GASCHROMATOGRAPHIE

Bei der Gaschromatographie (GC) wird als mobile Phase ein Inertgas (Stickstoff, Helium, Wasserstoff), ein sogenanntes Trägergas, verwendet. Die Probe wird in Form von Dampf zugeführt; die stationäre Phase ist entweder eine feste Substanz – ein Sorptionsmittel (Gasadsorptionschromatographie) oder eine hochsiedende Flüssigkeit, die in einer dünnen Schicht auf einen festen Träger aufgetragen wird (Gas-Flüssigkeitschromatographie). Betrachten wir die Option der Gas-Flüssigkeits-Chromatographie (GLC). Als Träger wird Kieselgur (Diatomit) verwendet, eine Art hydratisiertes Kieselgel; es wird oft mit Reagenzien behandelt, die Si-OH-Gruppen in Si-O-Si(CH 3) 3-Gruppen umwandeln, was die Inertheit des Trägers erhöht in Bezug auf Lösungsmittel. Dies sind beispielsweise die Trägerstoffe „Chromosorb W“ und „Gazochrom Q“. Darüber hinaus werden Glasmikroperlen, Teflon und andere Materialien verwendet.

5.1 Benzin- Adsorptionschromatographie

Die Besonderheit der Methode der Gasadsorptionschromatographie (GAC) besteht darin, dass als stationäre Phase Adsorbentien mit einer hohen spezifischen Oberfläche (10-1000 m 2 g -1) verwendet werden und die Stoffverteilung zwischen stationärer und mobiler Phase bestimmt wird durch den Adsorptionsprozess. Adsorption von Molekülen aus der Gasphase, d. h. konzentriert an der Grenzfläche zwischen fester und gasförmiger Phase, entsteht aufgrund intermolekularer Wechselwirkungen (Dispersion, Orientierung, Induktion) elektrostatischer Natur. Die Bildung einer Wasserstoffbrücke ist möglich, und der Beitrag dieser Art von Wechselwirkung zu den zurückgehaltenen Volumina nimmt mit steigender Temperatur deutlich ab.

Für die analytische Praxis ist es wichtig, dass bei konstanter Temperatur die Menge des an der Oberfläche adsorbierten Stoffes C s proportional zur Konzentration dieses Stoffes in der Gasphase C m ist:

C S = ks M (1)

diese. so dass die Verteilung gemäß der linearen Adsorptionsisotherme erfolgt (Zu -- konstant). In diesem Fall bewegt sich jede Komponente unabhängig von ihrer Konzentration mit konstanter Geschwindigkeit entlang der Säule. Die Trennung von Stoffen erfolgt durch unterschiedliche Geschwindigkeiten ihrer Bewegung. Daher ist bei GAS die Wahl eines Adsorptionsmittels äußerst wichtig, dessen Fläche und Beschaffenheit der Oberfläche die Selektivität (Trennung) bei einer bestimmten Temperatur bestimmen.

Mit zunehmender Temperatur nimmt die Adsorptionswärme ab DH/T, von der die Aufbewahrung abhängt, und dementsprechend T R . Dies wird in der Analysepraxis verwendet. Trennt man Verbindungen, deren Flüchtigkeit sich bei konstanter Temperatur stark unterscheidet, eluieren niedrigsiedende Stoffe schnell, hochsiedende haben eine längere Retentionszeit, ihre Peaks im Chromatogramm sind niedriger und breiter und die Analyse nimmt viel Zeit in Anspruch . Wenn während des Chromatographievorgangs die Temperatur der Säule konstant erhöht wird (Temperaturprogrammierung), werden Peaks ähnlicher Breite im Chromatogramm gleichmäßig verteilt.

Als Adsorptionsmittel für GAS werden hauptsächlich Aktivkohle, Kieselgele, poröses Glas und Aluminiumoxid verwendet. Die Heterogenität der Oberfläche aktiver Adsorbentien ist für die Hauptnachteile der GAC-Methode und die Unmöglichkeit der Bestimmung stark adsorbierter polarer Moleküle verantwortlich. Gemische hochpolarer Substanzen können jedoch auf geometrisch und chemisch homogenen makroporösen Adsorbentien analysiert werden. In den letzten Jahren wurden Adsorbentien mit einer mehr oder weniger gleichmäßigen Oberfläche hergestellt, beispielsweise poröse Polymere, makroporöse Kieselgele (Silochrome, Porasil, Spherosil), poröse Gläser und Zeolithe.

Die Methode der Gasadsorptionschromatographie wird am häufigsten zur Analyse von Gemischen aus Gasen und niedrigsiedenden Kohlenwasserstoffen verwendet, die keine aktiven funktionellen Gruppen enthalten. Die Adsorptionsisothermen solcher Moleküle sind nahezu linear. Tonhaltige werden beispielsweise erfolgreich zur Trennung von O 2, N 2, CO, CH 4, CO 2 eingesetzt. Die Säulentemperatur ist so programmiert, dass die Analysezeit verkürzt wird, indem die t R hochsiedender Gase verringert wird. Auf Molekularsieben – hochporösen natürlichen oder synthetischen kristallinen Materialien, deren Poren alle ungefähr die gleiche Größe (0,4–1,5 nm) haben – können Wasserstoffisotope getrennt werden. Für die Trennung von Metallhydriden (Ge, As, Sn, Sb) werden Sorptionsmittel namens Porapaks verwendet. Die GAS-Methode auf Säulen mit porösen Polymersorbentien oder Kohlenstoffmolekularsieben ist die schnellste und bequemste Methode zur Wasserbestimmung in anorganischen und organischen Materialien, beispielsweise in Lösungsmitteln.

5.2 Gazo- Flüssigkeits-Chromatographie

In der analytischen Praxis wird häufiger die Methode der Gas-Flüssigkeits-Chromatographie (GLC) verwendet. Dies ist auf die extreme Diversität flüssiger stationärer Phasen zurückzuführen, die die Auswahl einer selektiven Phase für eine bestimmte Analyse erleichtert, auf die Linearität der Verteilungsisotherme über einen größeren Konzentrationsbereich, die das Arbeiten mit großen Proben ermöglicht, und auf die einfache Gewinnung reproduzierbare Säulenleistung.

Der Mechanismus der Verteilung der Komponenten zwischen dem Träger und der stationären flüssigen Phase basiert auf ihrer Auflösung in der flüssigen Phase. Die Selektivität hängt von zwei Faktoren ab: dem Dampfdruck des Analyten und seinem Aktivitätskoeffizienten in der flüssigen Phase. Nach dem Raoultschen Gesetz steigt beim Auflösen der Dampfdruck eines Stoffes über der Lösung P ich ist direkt proportional zu seinem Aktivitätskoeffizienten g Molenbruch N ich in Lösung und Dampfdruck einer reinen Substanz R° ich bei einer bestimmten Temperatur:

p i = N i Р° I (2)

Da die Konzentration der i-ten Komponente in der Gleichgewichtsdampfphase durch ihren Partialdruck bestimmt wird, können wir davon ausgehen

P i ~ c m und N i ~ c s dann

und der Selektivitätskoeffizient:

Je niedriger also der Siedepunkt einer Substanz ist (je höher P 0 i), desto schwächer wird sie in der Chromatographiesäule zurückgehalten.

Sind die Siedepunkte der Stoffe gleich, werden Unterschiede in der Wechselwirkung mit der stationären flüssigen Phase zur Trennung ausgenutzt: Je stärker die Wechselwirkung, desto geringer der Aktivitätskoeffizient und desto größer die Retention.

Stationäre flüssige Phasen . Um die Säulenselektivität sicherzustellen, ist es wichtig, die richtige stationäre Flüssigphase auszuwählen. Diese Phase muss ein gutes Lösungsmittel für die Komponenten der Mischung sein (bei geringer Löslichkeit verlassen die Komponenten die Säule sehr schnell), nichtflüchtig (damit sie bei der Betriebstemperatur der Säule nicht verdampft) und chemisch inert , muss eine niedrige Viskosität aufweisen (sonst verlangsamt sich der Diffusionsprozess) und bildet beim Auftragen auf den Träger einen gleichmäßigen, fest mit diesem verbundenen Film. Die Trennfähigkeit der stationären Phase für die Bestandteile einer gegebenen Probe sollte maximal sein.

Es gibt drei Arten von flüssigen Phasen: unpolar (gesättigte Kohlenwasserstoffe usw.), mäßig polar (Ester, Nitrile usw.) und polar (Polyglykole, Hydroxylamine usw.).

Wenn man die Eigenschaften der stationären flüssigen Phase und die Art der zu trennenden Substanzen, zum Beispiel Klasse, Struktur, kennt, ist es möglich, schnell eine selektive flüssige Phase auszuwählen, die für die Trennung einer bestimmten Mischung geeignet ist. Es ist zu berücksichtigen, dass die Retentionszeit der Komponenten für die Analyse akzeptabel ist, wenn die Polaritäten der stationären Phase und der Substanz der analysierten Probe nahe beieinander liegen. Bei gelösten Stoffen ähnlicher Polarität korreliert die Reihenfolge der Elution normalerweise mit den Siedepunkten, und wenn der Temperaturunterschied groß genug ist, ist eine vollständige Trennung möglich. Um dicht siedende Stoffe unterschiedlicher Polarität zu trennen, wird eine stationäre Phase verwendet, die aufgrund der Dipol-Dipol-Wechselwirkung eine oder mehrere Komponenten selektiv zurückhält. Mit zunehmender Polarität der flüssigen Phase erhöht sich die Verweilzeit polarer Verbindungen.

Um die flüssige Phase gleichmäßig auf einen festen Träger aufzutragen, wird sie mit einem leicht flüchtigen Lösungsmittel, beispielsweise Ether, vermischt. Dieser Lösung wird ein fester Träger zugesetzt. Die Mischung wird erhitzt, das Lösungsmittel verdampft und die flüssige Phase verbleibt auf dem Träger. Der so abgeschiedene trockene Träger mit der stationären flüssigen Phase wird in die Säule gefüllt, wobei versucht wird, die Bildung von Hohlräumen zu vermeiden. Um eine gleichmäßige Packung zu gewährleisten, wird ein Gasstrom durch die Kolonne geleitet und gleichzeitig die Kolonne angezapft, um die Packung zu verdichten. Anschließend wird die Säule auf eine Temperatur erhitzt, die 50 °C über der Temperatur liegt, bei der sie verwendet werden soll, bevor sie an den Detektor angeschlossen wird. In diesem Fall kann es zu Verlusten der flüssigen Phase kommen, die Kolonne geht jedoch in einen stabilen Betriebsmodus über.

Träger stationärer flüssiger Phasen. Feste Träger zur Dispergierung der stationären flüssigen Phase in Form eines homogenen dünnen Films müssen mechanisch stark sein, eine mäßige spezifische Oberfläche (20 m 2 /g) und eine kleine und gleichmäßige Partikelgröße aufweisen und außerdem inert genug sein, um eine Adsorption an der Oberfläche zu ermöglichen Fest-Gas-Grenzfläche Phasen war minimal. Die geringste Adsorption wird auf Trägern aus silanisiertem Chromosorb, Glasgranulat und Fluorpak (Fluorkohlenstoffpolymer) beobachtet. Darüber hinaus sollten feste Trägerstoffe nicht auf erhöhte Temperaturen reagieren und leicht von der flüssigen Phase benetzt werden. Bei der Gaschromatographie von Chelaten werden am häufigsten silanisierte weiße Kieselgurträger – Kieselgur oder Kieselgur – als feste Trägerstoffe verwendet. Kieselgur ist ein mikroamorphes, wasserhaltiges Siliziumdioxid. Zu diesen Trägern gehören Chromosorb W, Gasochrom Q, Chromaton N usw. Darüber hinaus werden Glasperlen und Teflon verwendet.

Chemisch gebundene Phasen. Häufig werden modifizierte Träger verwendet, die kovalent an die flüssige Phase gebunden sind. In diesem Fall wird die stationäre flüssige Phase auch bei höchsten Temperaturen der Kolonne fester an der Oberfläche gehalten. Beispielsweise wird ein Diatomit-Träger mit Chlorsilan mit einem langkettigen Substituenten mit einer bestimmten Polarität behandelt. Eine chemisch gebundene stationäre Phase ist effektiver.

6. VERTEILUNGSCHROMATOGRAPHIE. PAPIERCHROMATOGRAPHIE (CHROMATOGRAPHIE AUF PAPIER)

Die Verteilungschromatographie basiert auf der Nutzung von Unterschieden in der Löslichkeit der Substanz, die in zwei sich berührenden, nicht mischbaren flüssigen Phasen verteilt wird. Beide Phasen – PF und NF – sind flüssige Phasen. Wenn sich das flüssige PF entlang des flüssigen NP bewegt, werden die chromatographierten Substanzen kontinuierlich zwischen beiden flüssigen Phasen umverteilt.

Die Verteilungschromatographie umfasst PapierchromatoGrafik (oder Papierchromatographie) in seinen üblichen Varianten. Bei dieser Methode wird anstelle von Platten mit einer dünnen Sorbensschicht, die für die DC verwendet werden, spezielles Chromatographiepapier verwendet, entlang dessen sich flüssiges PF während der Chromatographie von der Startlinie bis zur Ziellinie des Lösungsmittels imprägniert.

Unterscheiden Normalphase und Umkehrphase Papierchromatographie.

Als Option Normalphase Papierchromatographie-Flüssigkeit NF ist Wasser, das in Form einer dünnen Schicht auf den Fasern sorbiert wird und sich in den Poren befindet hydrophil Papier (bis zu 25 Gew.-%). Dieses gebundene Wasser unterscheidet sich in Struktur und physikalischem Zustand stark von gewöhnlichem flüssigem Wasser. Darin lösen sich die Bestandteile der getrennten Gemische.

Die Rolle des PF, der sich entlang des Papiers bewegt, übernimmt eine andere flüssige Phase, beispielsweise eine organische Flüssigkeit unter Zusatz von Säuren und Wasser. Vor der Chromatographie wird flüssiges organisches PF mit Wasser gesättigt, damit das PF das an den Fasern des hydrophilen Chromatographiepapiers sorbierte Wasser nicht auflöst.

Chromatografisches Papier wird industriell hergestellt. Es muss eine Reihe von Anforderungen erfüllen: aus hochwertigen Baumwollfasersorten hergestellt werden, in der Richtung der Faserorientierung gleichmäßig in Dichte und Dicke sein, chemisch rein und inert gegenüber NF und den abgetrennten Bestandteilen sein.

In der Normalphasenversion werden als PF am häufigsten flüssige Gemische aus verschiedenen Lösungsmitteln eingesetzt. Ein klassisches Beispiel für einen solchen PF ist eine Mischung aus Essigsäure, n-Butanol und Wasser im Volumenverhältnis 1:4:5. Es werden auch Lösungsmittel wie Ethylacetat, Chloroform, Benzol usw. verwendet.

Als Option Umkehrphase In der Papierchromatographie ist flüssiges NP ein organisches Lösungsmittel, während die Rolle von flüssigem PF Wasser, wässrige oder alkoholische Lösungen oder Mischungen aus Säuren und Alkoholen spielt. Der Prozess wird mit durchgeführt hydrophob Chromatographiepapier. Es wird durch Behandlung (Imprägnierung) von Papier mit Naphthalin, Silikonölen, Paraffin usw. gewonnen. Unpolare und schwach polare organische Lösungsmittel werden an den Fasern des hydrophoben Papiers sorbiert und dringen in dessen Poren ein und bilden eine dünne Schicht flüssigen NF. Wasser haftet an diesem Papier nicht und benetzt es nicht.

Die Papierchromatographie-Technik ist im Allgemeinen die gleiche wie die TLC-Methode. Typischerweise wird ein Topf mit der analysierten Lösung, die eine Mischung der zu trennenden Substanzen enthält, auf einen Streifen Chromatographiepapier an der Startlinie gestellt. Nachdem das Lösungsmittel verdunstet ist, wird das Papier unterhalb der Startlinie in den PF eingetaucht, wobei das Papier vertikal platziert (aufgehängt) wird. Verschließen Sie die Kammer mit einem Deckel und führen Sie die Chromatographie durch, bis der PF die auf dem Papier markierte Lösungsmittelfrontlinie erreicht. Danach wird der Prozess unterbrochen, das Papier an der Luft getrocknet, Flecken erkannt und die Bestandteile der Mischung identifiziert.

Die Papierchromatographie wird wie die TLC-Methode sowohl in der qualitativen als auch in der quantitativen Analyse eingesetzt.

Um den Gehalt des einen oder anderen Bestandteils eines Gemisches zu quantifizieren, werden verschiedene Methoden verwendet:

1) Sie gehen vom Vorhandensein einer bestimmten Beziehung (proportional, linear) zwischen der Substanzmenge im Fleck und der Fläche des Flecks aus (häufig wird zuerst eine Kalibrierungskurve erstellt);

2) Wiegen Sie die ausgeschnittene Stelle mit der Substanz und sauberem Papier derselben Fläche und ermitteln Sie dann die Masse der Substanz, indem Sie die Differenz bestimmen;

3) Berücksichtigen Sie die Beziehung zwischen der Intensität der Fleckfarbe und dem Gehalt der darin enthaltenen bestimmten Komponente, die dem Fleck Farbe verleiht.

In manchen Fällen werden die in den Flecken enthaltenen Stoffe mit etwas Lösungsmittel extrahiert und anschließend der Extrakt analysiert.

Die Papierchromatographie ist eine Arzneibuchmethode zur Trennung von Gemischen, die sowohl anorganische als auch organische Substanzen enthalten. Die Methode ist zugänglich und einfach durchzuführen, im Allgemeinen ist sie jedoch der moderneren TLC-Methode unterlegen, bei der eine dünne Sorbensschicht verwendet wird.

7. SEDIMENTÄRE CHROMATOGRAPHIE

Die Methode der Sedimentchromatographie wird hauptsächlich zur Trennung und Identifizierung anorganischer Ionen in Gemischen eingesetzt.

Die Essenz der Methode. Die Sedimentchromatographie basiert auf der Verwendung chemischer Fällungsreaktionen der getrennten Komponenten einer Mischung mit einem in der NF enthaltenen Fällungsreagenz. Die Trennung erfolgt aufgrund der ungleichen Löslichkeit der resultierenden Verbindungen, die von der mobilen Phase unterschiedlich schnell übertragen werden: Weniger lösliche Substanzen werden langsamer vom PF übertragen als löslichere.

Die Anwendung der Methode lässt sich am Beispiel der Trennung von Halogenidionen veranschaulichen: Chloridionen Cl -, Bromidionen Br - und Iodidionen I - gleichzeitig in der analysierten wässrigen Lösung enthalten. Verwenden Sie dazu eine chromatographische Säule (ein Glasröhrchen mit einem Absperrhahn am Boden), die mit einem Sorptionsmittel gefüllt ist. Letzteres besteht aus einem Träger - Aluminiumoxid Al 2 O 3 oder Silizium SiO 2, imprägniert mit einer Lösung von Silbernitrat AgNO 3 (der Gehalt an Silbernitrat beträgt etwa 10 Gew.-% der Masse des Sorptionsträgers).

Eine wässrige Lösung, die eine Mischung getrennter Anionen enthält, wird durch eine Chromatographiesäule geleitet. Diese Anionen interagieren mit den Silberkationen Ag + und bilden schwerlösliche Niederschläge von Silberhalogeniden:

Ag + + I - > AgIv (gelb)

Ag + + Br - > AgBrv (creme)

Ag + + Cl - > AgClv (weiß)

Die Löslichkeit von Silberhalogeniden in Wasser steigt in der folgenden Reihenfolge:

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

wobei in Klammern die Werte der Löslichkeitsprodukte bei Raumtemperatur angegeben sind. Daher bildet sich zunächst ein gelber Niederschlag von Silberiodid, und als am wenigsten löslicher Niederschlag wird im Chromatogramm eine gelbe (obere) Zone beobachtet. Anschließend bildet sich eine Zone aus cremefarbenem Silberbromid-Niederschlag (Zwischenzone). Schließlich bildet sich ein weißer Niederschlag aus Silberchlorid – die untere weiße Zone, die im Licht aufgrund der photochemischen Zersetzung von Silberchlorid unter Freisetzung von feinem metallischem Silber dunkler wird.

Das Ergebnis ist ein primäres Sedimentchromatogramm.

Für eine klarere Zonentrennung wird nach Erhalt des Primärchromatogramms ein reines Lösungsmittel durch die Säule geleitet, bis ein sekundäres Sedimentchromatogramm mit klarer Trennung der Niederschlagszonen erhalten wird.

Im beschriebenen Beispiel war das Fällungsmittel Teil des NF, und eine Lösung, die eine Mischung der zu trennenden Ionen enthielt, wurde durch die Säule geleitet. Im Gegensatz dazu ist es möglich, die Fällungsmittellösung durch eine Säule zu leiten, in deren NF sich die zu chromatographierenden Ionen befinden. In diesem Fall bilden sich jedoch Mischzonen.

Schema der Trennung von Cl-, Br- und I-Ionen in einer Chromatographiesäule mittels Sedimentchromatographie.

7.1 Klassifizierung von Sedimentchromatographiemethoden nach experimenteller Technik

Normalerweise unterscheide ich säulenförmig Sedimentchromatographie, durchgeführt in Chromatographiesäulen, und planar Sedimentchromatographie, durchgeführt auf Papier oder in einer dünnen Sorbensschicht.

Mischungen aus inerten Trägerstoffen mit einem Fällungsmittel werden als Sorptionsmittel in der Sedimentchromatographie verwendet; Sorptionsmittel, die Fällungsmittel in Form von Ionen (Ionenaustauscherharze) oder in Form von Molekülen (Aktivkohle) zurückhalten; in Fällungsmittellösung getränktes Papier.

Die am häufigsten gewählten Träger sind Kieselgel, Stärke, Aluminiumoxide, Calciumoxide, Bariumsulfat, Ionenaustauscherharze usw. Der Träger wird in feindispersem Zustand mit Partikelgrößen von ca. 0,02–0,10 mm eingesetzt.

Als Fällungsmittel verwendete Reagenzien sind solche, die mit chromatographierten Ionen schwer lösliche Niederschläge bilden, zum Beispiel Natriumiodid NaI, Natriumsulfid Na 2 S, Silbersulfat Ag 2 SO 4, Kaliumferrocyanid K 4, Oxychinolin, Pyridin usw.

Typischerweise werden bei der Methode der Säulensedimentchromatographie nach dem Durchleiten eines reinen Lösungsmittels durch eine Säule klar getrennte Zonen erhalten, die jeweils nur eine Komponente enthalten (sofern sich die Löslichkeiten der Niederschläge um mindestens das Dreifache unterscheiden). . Die Methode zeichnet sich durch eine gute Reproduzierbarkeit der Ergebnisse aus.

Im Falle der Bildung farbloser Niederschlagszonen wird das Chromatogramm entweder dadurch entwickelt, dass eine Entwicklerlösung durch die Säule geleitet wird, wodurch farbige Reaktionsprodukte mit den Niederschlägen entstehen, oder indem der Entwickler sofort in das PF oder NF eingeleitet wird.

7.2 Sedimentpapierchromatographie

Betrachten wir das Wesentliche dieser Methode am Beispiel der Analyse einer wässrigen Lösung, die eine Mischung von Kupferkationen Cu 2+ ? Eisen Fe 3+ und Aluminium Al 3+.

Die analysierte wässrige Lösung wird auf die Mitte eines Blattes Papier aufgetragen, das mit einer Fällungsmittellösung – Kaliumferrocyanid K4 – imprägniert ist. Kupferionen Cu 2+ und Eisen Fe 2+ interagieren mit Ferrocyanidionen und bilden schwerlösliche Niederschläge:

2Cu 2+ + 4- > Cu 2 (braun)

4Fe 3+ + 3 4- >Fe4 (blau)

Da Kupfer(II)-Ferrocyanid weniger löslich ist als Eisen(III)-Ferrocyanid, bildet sich zunächst ein Niederschlag aus Kupfer(II)-Ferrocyanid, der eine zentrale braune Zone bildet. Anschließend bildet sich ein blauer Niederschlag aus Eisen(III)-Ferrocyanid, der die blaue Zone ergibt. Die Aluminiumionen wandern zur Peripherie und bilden eine farblose Zone, da sie kein farbiges Aluminiumferrocyanid bilden.

Schema zur Trennung von Cu2+, Fe3+ und Al3+ mittels Sedimentchromatographie.

Auf diese Weise entsteht ein Primärchromatogramm, bei dem sich die Niederschlagszonen teilweise überlappen.

Anschließend wird ein Sekundärchromatogramm erstellt. Dazu wird ein geeignetes Lösungsmittel (in diesem Fall eine wässrige Ammoniaklösung) mit einer Kapillare in die Mitte des Primärchromatogramms aufgetragen. Das Lösungsmittel bewegt sich spontan von der Mitte des Papiers zur Peripherie und trägt dabei die Niederschläge mit sich, die sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen: Die Zone des löslicheren Niederschlags von Eisenferrocyanid bewegt sich schneller als die Zone des weniger löslichen Niederschlags von Kupferferrocyanid. In diesem Stadium sind die Zonen aufgrund der unterschiedlichen Bewegungsgeschwindigkeiten deutlicher voneinander getrennt.

Um Aluminiumionen zu entdecken, die eine farblose Randzone bilden, wird ein Sekundärchromatogramm entwickelt – besprüht (aus einer Sprühflasche) mit einer Lösung von Alizarin – einem organischen Reagenz, das mit Aluminiumionen rosa Reaktionsprodukte bildet. Holen Sie sich den äußeren rosa Ring.

8. IONENAUSTAUSCH-CHROMATOGRAPHIE

Bei der Ionenaustauschchromatographie wird die Trennung von Gemischbestandteilen durch die reversible Wechselwirkung ionisierender Substanzen mit den ionischen Gruppen des Sorbens erreicht. Die Erhaltung der elektrischen Neutralität des Sorptionsmittels wird durch das Vorhandensein von zum Ionenaustausch fähigen Gegenionen in unmittelbarer Nähe der Oberfläche gewährleistet. Das Ion der eingeführten Probe tauscht in Wechselwirkung mit der festen Ladung des Sorptionsmittels mit dem Gegenion aus. Stoffe mit unterschiedlicher Affinität zu festen Ladungen werden in Anionenaustauscher oder Kationenaustauscher getrennt. Anionenaustauscher haben positiv geladene Gruppen an der Oberfläche und nehmen Anionen aus der mobilen Phase auf. Kationenaustauscher enthalten dementsprechend Gruppen mit negativer Ladung, die mit Kationen interagieren.

Als mobile Phase, also als mobile Phase, werden wässrige Lösungen von Salzen von Säuren, Basen und Lösungsmitteln wie flüssigem Ammoniak verwendet. Lösungsmittelsysteme, die eine hohe Dielektrizitätskonstante und eine größere Tendenz zur Ionisierung von Verbindungen aufweisen. In der Regel arbeiten sie mit Pufferlösungen, mit denen sich der pH-Wert einstellen lässt.

Während der chromatographischen Trennung konkurrieren die Analytionen mit den im Eluenten enthaltenen Ionen und neigen dazu, mit entgegengesetzt geladenen Gruppen des Sorbens zu interagieren. Daraus folgt, dass mit der Ionenaustauschchromatographie alle Verbindungen getrennt werden können, die auf irgendeine Weise ionisiert werden können. Es ist möglich, sogar neutrale Zuckermoleküle in Form ihrer Komplexe mit Borationen zu analysieren.

Die Ionenaustauschchromatographie ist unverzichtbar für die Trennung stark polarer Substanzen, die ohne Umwandlung in Derivate nicht mittels GLC analysiert werden können. Zu diesen Verbindungen gehören Aminosäuren, Peptide und Zucker.

Die Ionenaustauschchromatographie wird häufig in der Medizin, Biologie, Biochemie, zur Umweltüberwachung, bei der Analyse des Gehalts von Arzneimitteln und deren Metaboliten im Blut und Urin, Pestiziden in Lebensmittelrohstoffen sowie zur Trennung anorganischer Verbindungen eingesetzt. einschließlich Radioisotopen, Lanthaniden, Aktiniden usw. Die Analyse von Biopolymeren (Proteine, Nukleinsäuren usw.), die normalerweise Stunden oder Tage dauerte, mittels Ionenaustauschchromatographie ist bei besserer Trennung in 20–40 Minuten durchgeführt. Der Einsatz der Ionenaustauschchromatographie in der Biologie hat es ermöglicht, Proben direkt in biologischen Medien zu beobachten, wodurch die Möglichkeit einer Umlagerung oder Isomerisierung verringert wird, die zu einer falschen Interpretation des Endergebnisses führen kann. Es ist interessant, diese Methode zur Überwachung von Veränderungen in biologischen Flüssigkeiten zu verwenden. Der Einsatz poröser schwacher Anionenaustauscher auf Kieselgelbasis ermöglichte die Trennung von Peptiden. Der Ionenaustauschmechanismus kann in Form der folgenden Gleichungen dargestellt werden:

für Anionenaustausch X - + R + Y - - Y - + R + X -

für den Kationenaustausch X + + R - Y + - Y + + R - X +

Im ersten Fall konkurriert das Probenion X mit dem Ion Y der mobilen Phase um die R+-Ionenzentren des Ionenaustauschers, und im zweiten Fall konkurrieren die Kationen der Probe - Ionenzentren.

Natürlich werden Probenionen, die schwach mit dem Ionenaustauscher interagieren, während dieses Wettbewerbs schwach auf der Säule zurückgehalten und als erste aus ihr ausgewaschen, und umgekehrt werden stärker zurückgehaltene Ionen als letzte aus der Säule eluieren . Typischerweise treten sekundäre Wechselwirkungen nichtionischer Natur aufgrund von Adsorption oder Wasserstoffbrückenbindungen der Probe mit dem nichtionischen Teil der Matrix oder aufgrund der begrenzten Löslichkeit der Probe in der mobilen Phase auf.

Die Trennung spezifischer Stoffe hängt in erster Linie von der Wahl des am besten geeigneten Sorbens und der mobilen Phase ab. Als stationäre Phasen in der Ionenaustauschchromatographie werden Ionenaustauscherharze und Kieselgele mit aufgepfropften ionogenen Gruppen verwendet.

Polystyrol-Ionenaustauscherharze für HPLC mit einer Korngröße von 10 μm oder weniger weisen Selektivität und Stabilität auf, ihre Netzwerkstruktur ist jedoch durch einen Abstand zwischen den Gitterknoten von 1,5 nm gekennzeichnet, der deutlich kleiner ist als die Porengröße des zur Adsorption verwendeten Kieselgels Chromatographie (10 nm) verlangsamt den Stofftransport und verringert daher die Effizienz erheblich. Die bei der HPLC verwendeten Ionenaustauscherharze sind hauptsächlich Copolymere aus Styrol und Divinylbenzol. Normalerweise werden 8-12 % davon zugesetzt. Je höher der Divinylbenzolgehalt ist, desto größer ist die Steifigkeit und Festigkeit des Polymers, desto höher ist die Kapazität und in der Regel die Selektivität und desto geringer ist die Quellung.

2.1 Entwicklungsgeschichte:

Die Erforschung von Ionenaustauschprozessen begann bereits zu Beginn des 19. Jahrhunderts. aus Beobachtungen des Einflusses von Böden auf die chemische Zusammensetzung von Salzlösungen, die mit ihnen in Kontakt kommen. Ende der 40er Jahre stellte G. Thompson fest, dass der Boden Ammoniak aus ausgebrachten organischen Düngemitteln aufnimmt; entsprechende Experimente wurden von ihrem Yorker Spezialisten D. Spence durchgeführt. Die ersten Ergebnisse von D. Spences Experimenten wurden 1850 von G. Thompson veröffentlicht. In dem Artikel heißt es, dass „die erste Entdeckung äußerst wichtiger Bodeneigenschaften fast nicht als nützlich für die Landwirtschaft gelten könnte“, und seine letzten Arbeiten wurden 1852 und 1855 veröffentlicht.

2.3 Prinzipien der Ionentrennung bei Sorptionsprozessen

Unter Ionenaustauschchromatographie versteht man die Flüssig-Festphasen-Chromatographie, bei der die mobile Phase eine Flüssigkeit (Eluent) und die stationäre Phase ein Feststoff (Ionenaustauscher) ist. Die Methode der Ionenaustauschchromatographie basiert auf dem dynamischen Prozess des Austauschs von Ionen, die mit der stationären Phase verbunden sind, durch Eluentionen, die in die Säule gelangen. Die Trennung erfolgt aufgrund der unterschiedlichen Affinität der Ionen in der Mischung zum Ionenaustauscher, was zu unterschiedlichen Geschwindigkeiten ihrer Bewegung durch die Säule führt.

Die Ionenchromatographie ist eine Variante der Ionenaustauschersäulenchromatographie.

Gemäß den IUPAC-Empfehlungen (1993) werden die Begriffe Ionenaustausch (IEC) und Ionenchromatographie (IC) wie folgt definiert. „Die Ionenaustauschchromatographie basiert auf dem Unterschied in den Ionenaustauschwechselwirkungen einzelner Analyten. Wenn die Ionen getrennt sind und mithilfe eines konduktometrischen Detektors oder einer indirekten UV-Detektion nachgewiesen werden können, spricht man von Ionenchromatographie.“

Moderne (2005) Formulierung: „Die Ionenchromatographie umfasst alle Trennungen von Ionen in Säulen durch Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC), kombiniert mit der direkten Detektion in einem Durchflussdetektor und der quantitativen Verarbeitung der resultierenden analytischen Signale.“ Diese Definition charakterisiert die Ionenchromatographie unabhängig vom Trennmechanismus und der Nachweismethode und trennt sie damit vom klassischen Ionenaustausch.

In der Ionenchromatographie kommen folgende Trennprinzipien zum Einsatz:

Ionenaustausch.

Bildung von Ionenpaaren.

Ionenausschluss.

Ionenaustausch

Der Ionenaustausch ist eine reversible heterogene Reaktion des äquivalenten Austauschs von Ionen, die sich in der Ionenaustauscherphase befinden (Gegenionen), mit Eluentionen. Gegenionen werden aufgrund elektrostatischer Kräfte von den funktionellen Gruppen des Ionenaustauschers festgehalten. Typischerweise sind diese Gruppen in der kationischen Chromatographie Sulfonsäuregruppen; im Fall der Anionenchromatographie – quartäre Ammoniumbasen. In Abb. Abbildung 1 zeigt ein Diagramm des Austauschprozesses von Kationen und Anionen. Die Ionen des Analyten werden mit A bezeichnet, die mit ihnen um Austauschzentren konkurrierenden Ionen des Eluenten werden mit E bezeichnet.

Reis. 1. Ionenaustausch von Kationen (A+) und Anionen (A-) gegen Eluentionen (E+ oder E-) unter Beteiligung eines Kationenaustauschers mit funktionellen Sulfogruppen - SO3- und eines Anionenaustauschers (quartäre Ammoniumbasengruppen -N). +R3).

Bildung von Ionenpaaren

Um diesen Trennmechanismus umzusetzen, werden Ionenpaarreagenzien verwendet, die der Eluentenlösung zugesetzt werden. Solche Reagenzien sind anionische oder kationische Tenside, wie beispielsweise Alkylsulfonsäuren oder Tetraalkylammoniumsalze.

Zusammen mit den entgegengesetzt geladenen nachweisbaren Ionen bilden die Ionen dieses Ionenpaarreagenzes ein ungeladenes Ionenpaar, das aufgrund intermolekularer Wechselwirkungen in der stationären Phase gehalten werden kann. Die Trennung erfolgt aufgrund des Unterschieds in den Bildungskonstanten von Ionenpaaren und dem Grad ihrer Adsorption an der Sorptionsmatrix. In Abb. Abbildung 2 zeigt ein statisches Ionenaustauschmodell in der Ionenpaarchromatographie nach Adsorption des Reagenzes an der stationären Phase. Dieses Trennungsprinzip gilt sowohl für Anionen als auch für Kationen.

Reis. 2. Ionenaustauschmodell in der Ionenpaarchromatographie.

Ionenausschluss

Ionenausschlusschromatographie (IEC). Wird hauptsächlich zur Abtrennung schwacher Säuren oder Basen verwendet. IEC ist von größter Bedeutung für die Bestimmung von Carbon- und Aminosäuren, Phenolen und Kohlenhydraten.

In Abb. Abbildung 3 zeigt das Prinzip der Trennung mittels IEC am Beispiel der Säuren R–COOH.

Reis. 3. Schema zur Trennung der Carbonsäuren R–COOH mittels Ionenausschlusschromatographie.

Bei der Ionenausschlusschromatographie wird als stationäre Phase häufig ein vollständig sulfonierter Kationenaustauscher verwendet, der Wasserstoffionen (Gegenionen) enthält. In einer wässrigen Lösung des Eluenten werden die Sulfonsäuregruppen des Ionenaustauschers hydratisiert. Die Hydratationshülle wird von einer imaginären negativ geladenen Membran (Donnan-Membran) begrenzt. Die Membran ist nur für undissoziierte Moleküle (z. B. Wasser) durchlässig.

Organische Carbonsäuren können abgetrennt werden, wenn starke Mineralsäuren als Elutionsmittel verwendet werden. Aufgrund der niedrigen Werte der Säurekonstanten liegen Carbonsäuren in solchen Lösungen in undissoziierter Form vor. Diese Formen können die Donnan-Membran passieren und an der stationären Phase adsorbiert werden.

Geschichte der Chromatographie. Geschichte der Entdeckung der Chromatographie

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