2. Powstanie i rozwój chromatografii

Pojawienie się chromatografii jako metody naukowej wiąże się z nazwiskiem wybitnego rosyjskiego naukowca Michaiła Semenowicza Cwieta (1872–1919), który w 1903 r. odkrył chromatografię podczas badań nad mechanizmem konwersji energii słonecznej w pigmenty roślinne. Rok ten należy uznać za datę powstania metody chromatograficznej.

SM. Barwnik przepuścił roztwór analitów i fazę ruchomą przez kolumnę adsorbentu umieszczoną w szklanej rurce. W związku z tym jego metodę nazwano chromatografią kolumnową. W 1938 roku N.A. Izmailow i M.S. Schreiber zaproponował modyfikację metody Tsveta i rozdzielenie mieszaniny substancji na płycie pokrytej cienką warstwą adsorbentu. Tak powstała chromatografia cienkowarstwowa, umożliwiająca analizę mikroilości substancji.

W 1947 r. Gapon, E.N. Gapon i F.M. Shemyakin jako pierwszy przeprowadził rozdział chromatograficzny mieszaniny jonów w roztworze, tłumacząc to obecnością reakcji wymiany pomiędzy jonami sorbentu a jonami zawartymi w roztworze. Tym samym odkryto inny kierunek chromatografii - chromatografię jonowymienną. Obecnie chromatografia jonowymienna jest jednym z najważniejszych obszarów metody chromatograficznej.

EN i G.B. Gapon w 1948 roku przeprowadził to, co wyraził M.S. Pokoloruj pomysł możliwości chromatograficznego rozdziału mieszaniny substancji w oparciu o różnice w rozpuszczalności trudno rozpuszczalnych osadów. Pojawiła się chromatografia osadu.

W 1957 r. M. Goley zaproponował nałożenie sorbentu na wewnętrzne ścianki rurki kapilarnej – chromatografia kapilarna. Opcja ta umożliwia analizę mikroilości mieszanin wieloskładnikowych.

W latach 60. możliwa stała się synteza żeli jonowych i nienaładowanych o ściśle określonych rozmiarach porów. Umożliwiło to opracowanie wersji chromatografii, której istotą jest rozdział mieszaniny substancji w oparciu o różnicę w ich zdolności do penetracji żelu – chromatografia żelowa. Metoda ta pozwala na rozdzielenie mieszanin substancji o różnych masach cząsteczkowych.

Obecnie chromatografia uległa znacznemu rozwojowi. Obecnie różnorodne metody chromatograficzne, szczególnie w połączeniu z innymi metodami fizycznymi i fizykochemicznymi, pomagają naukowcom i inżynierom w rozwiązywaniu różnorodnych, często bardzo złożonych problemów w badaniach naukowych i technologii.

Dmitrij Iwanowicz Mendelejew: wkład w rozwój chemii

Dmitrij Mendelejew urodził się 27 stycznia (8 lutego) 1834 roku w Tobolsku w rodzinie dyrektora gimnazjum i kuratora szkół publicznych obwodu tobolskiego Iwana Pawłowicza Mendelejewa i Marii Dmitriewnej Mendelejewy z domu Kornilieva...

Witaminy rozpuszczalne w tłuszczach

Hipowitaminoza to choroba związana z brakiem witamin w organizmie. Brak niektórych witamin to niedobór witamin. Przy nadmiernym spożyciu witamin z dietą dochodzi do hiperwitaminozy, chorób związanych z nadmiarem witamin...

Historia Rosyjskiego Towarzystwa Chemicznego

Aleksander Abramowicz Woskresenski (1809-1880) – rosyjski chemik organiczny, założyciel (wraz z Nikołajem Nikołajewiczem Zininem) dużej szkoły chemików rosyjskich, członek korespondent petersburskiej Akademii Nauk (1864)...

Przegląd historyczny głównych etapów rozwoju chemii

Układy koloidowe w organizmie i ich funkcje

Rozwój koncepcji układów koloidalnych i ich właściwości. Procesy koloidalne, takie jak barwienie i klejenie, były stosowane już w starożytnym Egipcie. Słowo „koloid” (od greckiego słowa oznaczającego „klej”) zostało wymyślone przez T. Grahama w 1862 roku…

Polihalogenowe pochodne alkanów

Historia chemii fluoru nie zaczyna się w starożytnym Egipcie czy Fenicji, ani nawet w średniowiecznej Arabii. Pojawienie się chemii fluoru rozpoczęło się od odkrycia fluorowodoru (Scheele, 1771), a następnie fluoru elementarnego (Moissan, 1886).

Tradycyjnie eksperyment w warsztacie laboratoryjnym kształtuje myślenie empiryczne. Studenci badają zjawisko, identyfikują w nim elementy strukturalne, klasyfikują je, opisują powiązania, ale to wszystko jest podzielone w świadomości…

Powstawanie chemii

1). Okres przedalchemiczny: do III wieku. OGŁOSZENIE Chemia, nauka o składzie substancji i ich przemianach, rozpoczęła się wraz z odkryciem przez człowieka zdolności ognia do zmiany naturalnych materiałów. Podobno ludzie umieli wytapiać miedź i brąz, wypalać wyroby gliniane...

Specyficzna klasyfikacja metod chromatograficznych może opierać się na różnych charakterystycznych cechach procesu...

Fizykochemiczne podstawy procesu chromatograficznego

Zadaniem teorii chromatografii jest ustalenie praw ruchu i zacierania się stref chromatograficznych. Główne czynniki leżące u podstaw klasyfikacji teorii chromatografii...

Chemia ropy i gazu

Świetne przypuszczenie M.V....

Chromatografia jako metoda rozdziału i analizy

mieszanina chromatograficzna sorpcja desorpcja Chromatografia to proces fizyczny i chemiczny polegający na powtarzającym się powtarzaniu aktów sorpcji i desorpcji substancji podczas jej przemieszczania się w przepływie fazy ruchomej wzdłuż nieruchomego sorbentu ...

Ewolucja chemii - najbliższe perspektywy

Z czego składają się związki chemiczne? Jak zbudowane są najmniejsze cząstki materii? Jak są umiejscowione w kosmosie? Co łączy te cząstki? Dlaczego niektóre substancje reagują ze sobą...

Niewiele wiadomo na temat prowadzenia analiz na starożytnej Rusi. Oczywiście zawsze trzeba było sprawdzić skład różnych materiałów, a na Rusi zajmowali się tym zielarze, farbiarze, kowale; byli nawet specjalni poszukiwacze rud...

Etapy rozwoju chemii analitycznej w Rosji

Wyślij swoją dobrą pracę do bazy wiedzy jest prosta. Skorzystaj z poniższego formularza

Studenci, doktoranci, młodzi naukowcy, którzy wykorzystują bazę wiedzy w swoich studiach i pracy, będą Państwu bardzo wdzięczni.

Wysłany dnia http://www.allbest.ru

1. Historia odkrycia i rozwoju chromatografii

2. Postanowienia podstawowe

3. Klasyfikacja chromatograficznych metod analizy

4. Chromatografia adsorpcyjna. Chromatografia cienkowarstwowa

4.1 Technika doświadczalna w chromatografii cienkowarstwowej

5. Chromatografia gazowa

5.1 Chromatografia adsorpcyjna gazu

5.2 Chromatografia gazowo-cieczowa

6. Chromatografia podziałowa. Chromatografia papierowa

7. Chromatografia osadowa

7.1 Klasyfikacja metod chromatografii osadowej według techniki doświadczalnej

7.2 Osadowa chromatografia bibułowa

8. Chromatografia jonowymienna

Wniosek

Bibliografia

1. FABUŁAODKRYCIE I ROZWÓJ CHROMATOGRAFII

Odkrywcą chromatografii był rosyjski naukowiec, botanik i chemik fizyczny Michaił Siemionowicz Cwiet.

Odkrycie chromatografii datuje się na czas ukończenia przez Tsveta pracy magisterskiej w Petersburgu (1900 - 1902) i pierwszy okres pracy w Warszawie (1902 - 1903). Badając pigmenty roślinne, Tsvet przepuścił roztwór mieszaniny pigmentów, które bardzo nieznacznie różniły się kolorem, przez rurkę wypełnioną adsorbentem - sproszkowanym węglanem wapnia, a następnie przemył adsorbent czystym rozpuszczalnikiem. Poszczególne składniki mieszaniny rozdzieliły się i utworzyły kolorowe paski. Według współczesnej terminologii Tsvet odkrył rozwijający się wariant chromatografii (rozwijająca się chromatografia adsorpcyjna cieczy). Główne wyniki badań nad rozwojem stworzonego przez siebie wariantu chromatografii Tsvet przedstawił w książce Chromofile w świecie roślin i zwierząt (1910), będącej jego rozprawą doktorską. chromatografia osadu gazowego wymiana jonowa

Tsvet szeroko stosował metodę chromatograficzną nie tylko do rozdziału mieszaniny i ustalenia jej wieloskładnikowego charakteru, ale także do analizy ilościowej, w tym celu rozbił szklaną kolumnę i pociął kolumnę adsorbentu na warstwy. Tsvet opracował aparaturę do chromatografii cieczowej, jako pierwszy przeprowadził procesy chromatograficzne pod obniżonym ciśnieniem (odpompowywanie) i przy pewnym nadciśnieniu oraz opracował zalecenia dotyczące przygotowania wydajnych kolumn. Ponadto wprowadził wiele podstawowych pojęć i terminów nowej metody, takich jak „chromatografia”, „rozwój”, „wyparcie”, „chromatogram” itp.

Chromatografię stosowano początkowo bardzo rzadko, z okresem utajonym wynoszącym około 20 lat, podczas którego pojawiła się jedynie niewielka liczba doniesień na temat różnych zastosowań metody. I dopiero w 1931 roku R. Kuhn (Niemcy), A. Winterstein (Niemcy) i E. Lederer (Francja), pracując w laboratorium chemicznym (kierowanym przez R. Kuhna) Instytutu Badań Medycznych Cesarza Wilhelma w Heidelbergu, zdołali wyizolować a - i b-karoten z surowego karotenu i w ten sposób wykazać wartość odkrycia koloru.

Ważnym etapem rozwoju chromatografii było odkrycie przez radzieckich naukowców N.A. Izmailow i M.S. Schreibera metody chromatografii cienkowarstwowej (1938), która umożliwia analizę mikroilościami substancji.

Kolejnym ważnym krokiem było odkrycie przez A. Martina i R. Synge (Anglia) wariantu chromatografii z podziałem cieczowym na przykładzie rozdziału acetylowych pochodnych aminokwasów na kolumnie wypełnionej żelem krzemionkowym nasyconym wodą, przy użyciu chloroformu jako rozpuszczalnik (1940). Jednocześnie zauważono, że jako fazę ruchomą można zastosować nie tylko ciecz, ale także gaz. Kilka lat później naukowcy ci zaproponowali przeprowadzenie rozdziału pochodnych aminokwasów na papierze zwilżonym wodą, w którym fazą ruchomą będzie butanol. Wdrożyli także pierwszy dwuwymiarowy system separacji. Martin i Singh otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii za odkrycie chromatografii podziału. (1952). Następnie Martin i A. James przeprowadzili wersję chromatografii gazowo-dystrybucyjnej, rozdzielając mieszaniny na mieszanym sorbencie silikonu DS-550 i kwasu stearynowego (1952 - 1953). Od tego czasu metoda chromatografii gazowej uległa najintensywniejszemu rozwojowi.

Jednym z wariantów chromatografii gazowej jest chrotermografia, w której w celu usprawnienia rozdziału mieszaniny gazów, jednocześnie z ruchem fazy ruchomej – gazu, na sorbent i rozdzielaną mieszaninę oddziałuje poruszające się pole temperaturowe o pewien gradient na długości (A.A. Zhukhovitsky i in., 1951).

Znaczący wkład w rozwój metody chromatograficznej wniósł G. Schwab (Niemcy), który był twórcą chromatografii jonowymiennej (1937 - 1940). Został on dalej rozwinięty w pracach radzieckich naukowców E.N. Gapon i T.B. Gapon, który przeprowadził chromatograficzny rozdział mieszaniny jonów w roztworze (wraz z F.M. Shemyakinem, 1947), a także wcielił w życie ideę wyrażoną przez Tsveta o możliwości chromatograficznego rozdziału mieszaniny substancji na podstawie różnicy rozpuszczalności osady trudno rozpuszczalne (chromatografia sedymentacyjna, 1948).

Współczesny etap rozwoju chromatografii jonowymiennej rozpoczął się w 1975 roku po pracach G. Smalla, T. Stevensa i W. Baumana (USA), w których zaproponowali oni nową metodę analityczną zwaną chromatografią jonową (odmiana wysokosprawnej chromatografii jonowej) chromatografia jonowymienna z detekcją konduktometryczną).

Wyjątkowe znaczenie miało stworzenie przez pracownika firmy Perkin-Elmer, M. Golaya (USA), kapilarnej wersji chromatografii (1956), w której na wewnętrzne ścianki rurki kapilarnej nanosi się sorbent, co powoduje, że umożliwia analizę mikroilości mieszanin wieloskładnikowych.

Pod koniec lat 60. Zainteresowanie chromatografią cieczową gwałtownie wzrosło. Pojawiła się wysokosprawna chromatografia cieczowa (HPLC). Było to ułatwione dzięki stworzeniu bardzo czułych detektorów, nowych selektywnych sorbentów polimerowych i nowego sprzętu umożliwiającego pracę pod wysokimi ciśnieniami. Obecnie HPLC zajmuje wiodącą pozycję wśród innych metod chromatograficznych i jest realizowana w różnych wersjach.

2. PODSTAWOWE PUNKTY

Chromatografia to metoda rozdziału i oznaczania substancji oparta na rozkładzie składników pomiędzy dwiema fazami – ruchomą i stacjonarną. Faza stacjonarna to stała, porowata substancja (często nazywana sorbentem) lub ciekły film osadzony na substancji stałej. Faza ruchoma to ciecz lub gaz przepływający przez fazę stacjonarną, czasami pod ciśnieniem. Składniki analizowanej mieszaniny (sorbaty) wraz z fazą ruchomą przemieszczają się wzdłuż fazy stacjonarnej. Zwykle umieszcza się go w szklanej lub metalowej rurce zwanej kolumną. W zależności od siły oddziaływania z powierzchnią sorbentu (w wyniku adsorpcji lub innego mechanizmu) składniki będą przemieszczać się wzdłuż kolumny z różnymi prędkościami. Część składników pozostanie w górnej warstwie sorbentu, inne w mniejszym stopniu oddziałując z sorbentem trafią do dolnej części kolumny, a niektóre całkowicie opuszczą kolumnę wraz z fazą ruchomą (takie składniki są nazywane niezatrzymanymi, a ich czas retencji określa „czas martwy” kolumny). Umożliwia to szybką separację złożonych mieszanin składników. Należy podkreślić następujące zalety metod chromatograficznych:

1. Rozdzielenie ma charakter dynamiczny, a akty sorpcji-desorpcji rozdzielonych składników powtarzają się wielokrotnie. Jest to powodem znacznie wyższej efektywności rozdziału chromatograficznego w porównaniu ze statycznymi metodami sorpcji i ekstrakcji.

2. Przy rozdzielaniu stosuje się różne rodzaje oddziaływań sorbinianów z fazą stacjonarną: od czysto fizycznej po chemisorpcję. Umożliwia to selektywne oddzielanie szerokiej gamy substancji.

3. Na rozdzielane substancje można nałożyć różne dodatkowe pola (grawitacyjne, elektryczne, magnetyczne itp.), które zmieniając warunki separacji poszerzają możliwości chromatografii.

4. Chromatografia jest metodą hybrydową, która łączy w sobie jednoczesne rozdzielenie i oznaczenie kilku składników.

5. Chromatografia pozwala na rozwiązywanie zarówno problemów analitycznych (rozdzielanie, identyfikacja, oznaczanie), jak i preparatywnych (oczyszczanie, izolacja, zatężanie). Rozwiązanie tych problemów można połączyć, wykonując je w trybie „on-line”.

6. Istnieje klasyfikacja wielu metod ze względu na stan skupienia faz, mechanizm rozdzielania i technikę rozdzielania. Metody chromatograficzne różnią się także sposobem przeprowadzenia procesu rozdziału na frontalny, wyporowy i eluent.

3. KLASYFIKACJA METOD ANALIZY CHROMATOGRAFICZNEJ

Klasyfikacje metod chromatograficznych opierają się na zasadach, które uwzględniają następujące różne cechy procesu separacji:

* różnice w stanie skupienia faz zastosowanego układu chromatograficznego;

* różnice w charakterze oddziaływań wydzielonych substancji z fazą stacjonarną;

* różnice doświadczalne w sposobach prowadzenia procesu rozdziału chromatograficznego.

W tabelach 1–3 przedstawiono główne opcje klasyfikacji znanych metod chromatograficznych.

Ponieważ charakter oddziaływań rozdzielanych związków z fazami różnych układów chromatograficznych może się znacznie różnić, prawie nie ma obiektów, do rozdzielenia których nie byłoby możliwe znalezienie odpowiedniej fazy stacjonarnej (stałej lub ciekłej) i mobilnej układy rozpuszczalników. Obszary zastosowań głównych wariantów chromatografii, w zależności od masy cząsteczkowej badanych związków, podano w tabeli. 4.

4. CHROMATOGRAFIA ADSORPCYJNA. CHROMATOGRAFIA CIENKOWARSTWOWA

Jedną z najpowszechniejszych metod chromatografii adsorpcyjnej jest chromatografia cienkowarstwowa (TLC), rodzaj chromatografii płaskiej, w której adsorbent stosuje się w postaci cienkiej warstwy na płytce.

Zasada i podstawowe pojęcia metody TLC. Cienką warstwę sorbentu nanosi się w taki czy inny sposób na czystą płaską powierzchnię (płytę ze szkła, metalu, tworzywa sztucznego), która najczęściej jest przymocowana do powierzchni płytki. Wymiary płyty mogą być różne (długość i szerokość - od 5 do 50 cm, chociaż nie jest to konieczne). Na powierzchni płyty ostrożnie, aby nie uszkodzić warstwy sorbentu, zaznacz (np. ołówkiem) linię startu (w odległości 2-3 cm od dolnej krawędzi płytki) i metę linia rozpuszczalnika.

Schemat rozdzielenia składników A i B metodą TLC

Na linię startu płytki (za pomocą mikrostrzykawki, kapilary) nanosi się próbkę - niewielką ilość płynu zawierającego mieszaninę rozdzielanych substancji, np. dwóch substancji A i B w odpowiednim rozpuszczalniku. Rozpuszczalnik pozostawia się do odparowania, po czym płytkę zanurza się w komorze chromatograficznej w fazie ciekłej PF, która jest rozpuszczalnikiem lub mieszaniną rozpuszczalników specjalnie dobraną do tego przypadku. Pod działaniem sił kapilarnych PF samorzutnie przemieszcza się wzdłuż NP od linii startu do linii frontu rozpuszczalnika, niosąc ze sobą składniki A i B próbki, które poruszają się z różnymi prędkościami. W rozpatrywanym przypadku powinowactwo składnika A do NP jest mniejsze niż powinowactwo do tej samej fazy składnika B, dlatego składnik A porusza się szybciej niż składnik B. Po dotarciu fazy ruchomej (rozpuszczalnika) do linii frontu rozpuszczalnika w czasie t chromatografię przerywa się, płytkę wyjmuje się z komory chromatograficznej, suszy na powietrzu i określa położenie plam substancji A i B na powierzchni płytki. Plamy (strefy) mają zwykle kształt owalny lub okrągły. W rozpatrywanym przypadku plamka składowej A przesunęła się z linii startu na odległość l A , punkt składnika B - na odległość l W, a rozpuszczalnik przeszedł na odległość L.

Czasami jednocześnie z nałożeniem próbki rozdzielanych substancji na linię startu nanoszone są niewielkie ilości substancji wzorcowej, a także substancji pomocniczych (które rzekomo znajdują się w analizowanej próbce).

Aby scharakteryzować wydzielone elementy w systemie, wprowadza się współczynnik ruchliwości Rf (lub współczynnik Rf):

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

Gdzie V 1 = l 1 / T I V mi= L/ T - zgodnie z prędkością poruszania się I- składnik i rozpuszczalnik E; l 1 IL - przebyta droga I- m, odpowiednio, składnika i rozpuszczalnika, t to czas wymagany do przemieszczenia rozpuszczalnika z linii startu do linii frontu rozpuszczalnika. Odległości l 1 licz od linii startu do środka miejsca odpowiedniego komponentu.

Zazwyczaj współczynnik ruchliwości mieści się w określonym przedziale R F =0 - 1. Optymalna wartość wynosi 0,3-0,7.Warunki chromatograficzne dobiera się tak, aby wartość Rf różniła się od zera i jedności.

Współczynnik ruchliwości jest ważną cechą układu sorbent-sorbat. Dla powtarzalnych i ściśle stałych warunków chromatograficznych R F = konst.

Współczynnik ruchliwości Rf zależy od wielu czynników: charakteru i jakości rozpuszczalnika, jego czystości; charakter i jakość sorbentu (cienka warstwa), równomierność jego uziarnienia, grubość warstwy; aktywność sorbentu (zawartość wilgoci); techniki eksperymentalne (masy próbek, długość podróży rozpuszczalnika L); umiejętności eksperymentatora itp. Konsekwentne odtworzenie wszystkich tych parametrów w praktyce jest czasami trudne. Aby zniwelować wpływ warunków procesu, wprowadza się współczynnik ruchliwości względnej rupii.

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

Gdzie R F = l/ L; R F (st)= l ul/ L; l cm - odległość od linii startu do środka punktu standardowego.

Współczynnik ruchliwości względnej Rs jest bardziej obiektywną cechą mobilności substancji niż współczynnik mobilności Rf.

Jako wzorzec często wybiera się substancję, dla której w danych warunkach Rf? 0,5. W oparciu o swój charakter chemiczny, standard wybiera się tak, aby znajdował się blisko rozdzielanych substancji. Stosując standard, wartość Rs zwykle mieści się w przedziale Rs=0,1-10, optymalne granice wynoszą około 0,5-2.

W celu bardziej wiarygodnej identyfikacji rozdzielonych składników wykorzystuje się „świadków” – substancje wzorcowe, których obecność zakłada się w analizowanej próbce. Jeżeli R f = R f (szerokość), gdzie R f i R f (szerokość) są współczynnikami ruchliwości odpowiednio danego składnika i świadka, wówczas z większym prawdopodobieństwem można założyć, że substancja świadka jest obecna w chromatografowanym mieszanina.

Aby scharakteryzować separację dwóch składników A i B w tych warunkach, wprowadza się stopień (kryterium) separacji R(A/B):

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

gdzie d l- odległość między środkami plamek składników A i B; a(A) i a(B) to odpowiednio średnice plamek A i B na chromatogramie.

Im większa wartość R (A/B), tym wyraźniej oddzielają się plamy składników A i B na chromatogramie.

Do oceny selektywności rozdziału dwóch substancji A i B wykorzystuje się współczynnik separacji A:

a=l B / l A.

Jeśli a=1, wówczas składniki A i B nie są rozdzielone.

Aby określić stopień separacji R (A/B) składników A i B.

4.1 Technika doświadczalna w chromatografii cienkowarstwowej:

A) Przykładowa aplikacja. Analizowaną próbkę cieczy nanosi się na linię startu za pomocą kapilary, mikrostrzykawki, mikropipety, ostrożnie dotykając warstwy sorbentu (średnica plamki na linii startu wynosi zwykle od jednego do kilku milimetrów). W przypadku nałożenia na linię startu kilku próbek odległość pomiędzy punktami próbek na linii startu nie powinna być mniejsza niż 2 cm, a jeśli to możliwe, należy stosować stężone roztwory. Plamy suszy się na powietrzu, po czym przeprowadza się chromatografię.

B) Opracowanie chromatogramu (chromatografia). Proces prowadzi się w zamkniętych komorach chromatograficznych nasyconych parami rozpuszczalnika stosowanego jako PF, np. w naczyniu szklanym przykrytym pokrywką.

W zależności od kierunku ruchu PF rozróżnia się je rosnąco, malejąco I poziomy chromatografia.

W wersji do chromatografii wstępującej stosowane są wyłącznie płytki z dołączoną warstwą sorbentu. Na dno komory wylewa się PF (jako tę ostatnią można zastosować zlewkę szklaną o odpowiedniej wielkości ze szklaną pokrywką), płytkę chromatograficzną umieszcza się w komorze pionowo lub ukośnie tak, aby warstwa PF na dnie komory komora zwilża dolną część płytki (poniżej linii startu o ~1,5 - 2 cm). PF porusza się w wyniku działania sił kapilarnych od dołu do góry (wbrew grawitacji) stosunkowo powoli.

W wariancie chromatografii malejącej stosuje się również wyłącznie płytki z warstwą stałą. PF jest doprowadzany z góry i przesuwa się w dół wzdłuż warstwy sorbentu płyty. Grawitacja przyspiesza ruch PF. Opcja ta jest realizowana podczas analizy mieszanin zawierających składniki, które poruszają się powoli z PF.

W wersji chromatografii poziomej płytkę umieszcza się poziomo. Możesz użyć prostokątnych lub okrągłych talerzy. W przypadku stosowania płytek okrągłych (chromatografia pozioma w wersji kołowej) linię startu wyznacza się jako okrąg o odpowiednim promieniu (~1,5-2 cm), na który nanosi się próbki. W środku okrągłej płytki wycina się otwór, w który wkłada się knot dostarczający PF. Ten ostatni przemieszcza się wzdłuż warstwy sorbentu od środka okręgu do jego obrzeża. Chromatografię przeprowadza się w zamkniętej komorze – eksykatorze lub na szalce Petriego. Dzięki opcji cyklicznej można analizować do kilkudziesięciu próbek jednocześnie.

Metody TLC wykorzystują chromatografię jednowymiarową, dwuwymiarową, wielokrotną (powtarzaną) etapową.

W przypadku chromatografii pojedynczej analizę przeprowadza się bez zmiany kierunku ruchu PF. Ta metoda jest najczęstsza.

Chromatografię dwuwymiarową stosuje się zwykle do analizy złożonych mieszanin (białek, aminokwasów itp.). Najpierw przeprowadza się wstępne rozdzielenie mieszaniny przy użyciu pierwszego PF 1. Na chromatogramie powstają plamy nie pojedynczych substancji, ale mieszanin kilku nierozdzielonych składników. Następnie przez te plamy rysuje się nową linię startu, płytkę obraca się o 90° i ponownie poddaje chromatografii, ale z drugim PF 2, próbując ostatecznie rozdzielić plamy mieszaniny na plamy poszczególnych składników.

Jeśli płytka jest kwadratowa, próbkę nakłada się na przekątną tego kwadratu w pobliżu jego dolnego rogu. Czasami przeprowadza się chromatografię dwuwymiarową z tym samym PF na kwadratowej płytce.

Schemat ilustrujący zasadę chromatografii dwuwymiarowej:

a - chromatogram otrzymany z PF1;

b - chromatogram otrzymany z PF2

W chromatografii wielokrotnej (powtarzanej) proces prowadzi się kilka razy sekwencyjnie z tym samym PF (za każdym razem po kolejnym suszeniu) aż do uzyskania pożądanego rozdzielenia plam składników mieszaniny (zwykle nie więcej niż trzykrotnie).

W przypadku chromatografii schodkowej proces prowadzi się sekwencyjnie na tej samej płytce, stosując za każdym razem nowy PF, aż do uzyskania wyraźnego rozdzielenia plam.

V) Interpretacja chromatogramów. Jeżeli plamy na chromatogramie są zabarwione, po wysuszeniu płytek należy określić odległość od linii startu do środka każdej plamki i obliczyć współczynniki ruchliwości. Jeżeli analizowana próbka zawiera substancje bezbarwne, które dają substancje bezbarwne, tj. plamy, których nie można wizualnie zidentyfikować na chromatogramie, należy to zrobić wykrycie te plamy, dlaczego są chromatogramy oczywisty.

Poniżej opisano najpopularniejsze metody wykrywania.

Naświetlanie światłem ultrafioletowym. Służy do wykrywania związków fluorescencyjnych (plamki świecą po naświetleniu płytki światłem UV) lub substancji niefluorescencyjnych, ale przy użyciu sorbentu ze wskaźnikiem fluorescencyjnym (sorbent świeci, plamy nie świecą). W ten sposób wykrywane są na przykład alkaloidy, antybiotyki, witaminy i inne substancje lecznicze.

Obróbka cieplna. Płytkę wysuszoną po chromatografii ostrożnie podgrzewa się (do ~200°C), unikając przyciemnienia warstwy samego sorbentu (np. gdy cienka warstwa sorbentu zawiera skrobię). W tym przypadku plamy zwykle pojawiają się w postaci brązowych stref (w wyniku częściowej termolizy składników organicznych).

Obróbka chemiczna. Często chromatogramy opracowywane są poprzez traktowanie ich odczynnikami, które z wydzielonymi składnikami mieszanin tworzą barwne związki. Do tych celów stosuje się różne odczynniki: pary jodu, amoniaku, bromu, dwutlenku siarki, siarkowodoru, specjalnie przygotowane roztwory, którymi traktuje się płytki. Stosowane są zarówno odczynniki uniwersalne, jak i selektywne (koncepcja „uniwersalnego” jest dość dowolna).

Odczynnikami uniwersalnymi mogą być np. stężony kwas siarkowy (po podgrzaniu obserwuje się ciemnienie plam związków organicznych), kwaśny wodny roztwór nadmanganianu potasu (strefy obserwuje się w postaci brązowych plam na fioletowym tle sorbent), roztwór kwasu fosfomolibdenowego po podgrzaniu (na żółtym tle pojawiają się niebieskie plamy) itp.

Jako selektywne stosuje się na przykład odczynnik Dragendorffa; odczynnik Zimmermana; wodny roztwór amoniaku siarczanu miedzi (10% CuSO 4, 2% amoniaku); mieszanina ninhydryny C9H4O3H2O z etanolem i kwasem octowym.

Odczynnikiem Dragendorffa jest roztwór zasadowego azotanu bizmutu BiONO 3, jodku potasu KJ i kwasu octowego w wodzie. Stosowany do oznaczania amin, alkaloidów, steroidów.

Odczynnik Zimmermanna wytwarza się przez działanie na 2% roztwór dinitrobenzenu w etanolu roztworem alkalicznym KOH, a następnie ogrzewanie mieszaniny w temperaturze ~70-100°C. Służy do wykrywania sterydów.

Ninhydryna służy do wykrywania plam amin, aminokwasów, białek i innych związków.

Stosowane są również inne metody wykrywania plam. Przykładowo mierzy się ich radioaktywność, jeśli część wydzielonych składników jest radioaktywna lub wprowadza się specjalne dodatki izotopów promieniotwórczych pierwiastków wchodzących w skład wydzielonych składników mieszaniny.

Po wykryciu plam na chromatogramie następuje ich identyfikacja, czyli tzw. określić, który związek odpowiada konkretnemu miejscu. W tym celu najczęściej wykorzystuje się punkty odniesienia „świadków”. Czasami plamy identyfikuje się na podstawie wielkości współczynników ruchliwości Rf, porównując je z wartościami Rf znanymi dla danych warunków. Jednakże taka identyfikacja na podstawie wartości Rf jest często wstępna.

Kolor plam fluorescencyjnych jest również używany do celów identyfikacyjnych, ponieważ różne związki fluoryzują przy różnych długościach fal (różne kolory).

Podczas chemicznego wykrywania plam odczynniki selektywne wytwarzają kolorowe plamy zawierające związki o określonym charakterze, które wykorzystuje się również do celów identyfikacyjnych.

Metodą TLC można nie tylko wykryć, ale także określić ilościowo zawartość składników w mieszaninach. W tym celu należy albo przeanalizować same plamy na chromatogramie, albo w ten czy inny sposób ekstrahować oddzielone składniki z chromatogramu (ekstrakcja, elucja odpowiednimi rozpuszczalnikami).

Analizując plamy zakłada się, że istnieje pewna zależność pomiędzy powierzchnią plamki a zawartością danej substancji (np. występowanie zależności proporcjonalnej lub liniowej), którą ustala się konstruując wykres kalibracyjny poprzez pomiar powierzchni plam „świadków” – wzorców o znanej zawartości analizowanego składnika.

Czasami porównuje się intensywność barwy plam, zakładając, że intensywność barwy plamy jest proporcjonalna do ilości danego składnika barwnego. Do pomiaru intensywności koloru stosuje się różne techniki.

Po ekstrakcji rozdzielonych składników z chromatogramu otrzymuje się roztwór zawierający ten składnik. Ten ostatni jest następnie określany za pomocą tej lub innej metody analitycznej.

Błąd względny w ilościowym oznaczaniu substancji metodą TLC wynosi 5-10%.

TLC jest metodą farmakopealną i jest szeroko stosowana do analizy i kontroli jakości różnych leków.

5. CHROMATOGRAFIA GAZOWA

W chromatografii gazowej (GC) jako fazę ruchomą wykorzystuje się gaz obojętny (azot, hel, wodór), zwany gazem nośnym. Próbka dostarczana jest w postaci par, fazą stacjonarną jest albo substancja stała – sorbent (chromatografia gazowo-adsorpcyjna), albo wysokowrząca ciecz osadzona cienką warstwą na stałym nośniku (chromatografia gazowo-cieczowa). Rozważmy opcję chromatografii gazowo-cieczowej (GLC). Jako nośnik stosuje się Kieselguhr (diatomit) - rodzaj uwodnionego żelu krzemionkowego, często poddaje się go działaniu odczynników przekształcających grupy Si-OH w grupy Si-O-Si (CH 3) 3, co zwiększa obojętność nośnika w odniesieniu do rozpuszczalników. Są to np. nośniki „chromosorb W” i „gazochrom Q”. Ponadto stosuje się mikrokulki szklane, teflon i inne materiały.

5.1 Gaz- chromatografia adsorpcyjna

Osobliwością metody chromatografii adsorpcyjnej gazowej (GAC) jest to, że jako fazę stacjonarną stosuje się adsorbenty o dużej powierzchni właściwej (10-1000 m 2 g -1) i określa się rozkład substancji pomiędzy fazą stacjonarną i ruchomą w procesie adsorpcji. Adsorpcja cząsteczek z fazy gazowej, tj. skoncentrowany na granicy faz stałej i gazowej, zachodzi w wyniku oddziaływań międzycząsteczkowych (dyspersja, orientacja, indukcja) o charakterze elektrostatycznym. Możliwe jest utworzenie wiązania wodorowego, a udział tego typu interakcji w zatrzymywanych objętościach znacznie maleje wraz ze wzrostem temperatury.

Dla praktyki analitycznej ważne jest, aby w stałej temperaturze ilość zaadsorbowanej substancji na powierzchni C s była proporcjonalna do stężenia tej substancji w fazie gazowej C m:

C S = ks M (1)

te. tak, aby rozkład odbywał się zgodnie z izotermą liniowej adsorpcji (Do -- stała). W tym przypadku każdy składnik porusza się wzdłuż kolumny ze stałą prędkością, niezależną od jego stężenia. Rozdzielenie substancji wynika z różnej prędkości ich ruchu. Dlatego w GAS-ie niezwykle istotny jest wybór adsorbentu, którego powierzchnia i charakter powierzchni decydują o selektywności (separacji) w danej temperaturze.

Wraz ze wzrostem temperatury ciepło adsorpcji maleje. DH/T, od którego zależy zatrzymanie, i w związku z tym T R . Jest to wykorzystywane w praktyce analitycznej. Jeśli rozdzieli się związki znacznie różniące się lotnością w stałej temperaturze, wówczas substancje niskowrzące wymywają się szybko, wysokowrzące mają dłuższy czas retencji, ich piki na chromatogramie będą niższe i szersze, a analiza zajmuje dużo czasu . Jeśli w trakcie chromatografii temperatura kolumny będzie wzrastać ze stałą szybkością (programowanie temperatury), to piki o podobnej szerokości na chromatogramie będą rozmieszczone równomiernie.

Jako adsorbenty GAZU stosuje się głównie węgle aktywne, żele krzemionkowe, porowate szkło i tlenek glinu. Niejednorodność powierzchni aktywnych adsorbentów jest odpowiedzialna za główne wady metody GAC i niemożność oznaczenia silnie zaadsorbowanych cząsteczek polarnych. Jednakże mieszaniny substancji silnie polarnych można analizować na jednorodnych geometrycznie i chemicznie makroporowatych adsorbentach. W ostatnich latach produkowane są adsorbenty o mniej lub bardziej jednolitej powierzchni, takie jak polimery porowate, makroporowate żele krzemionkowe (Silochrome, Porasil, Spherosil), szkła porowate i zeolity.

Metoda chromatografii adsorpcyjnej jest najpowszechniej stosowana do analizy mieszanin gazów i niskowrzących węglowodorów niezawierających aktywnych grup funkcyjnych. Izotermy adsorpcji takich cząsteczek są zbliżone do liniowych. Na przykład gliny z powodzeniem stosuje się do oddzielania O 2, N 2, CO, CH 4, CO 2. Temperaturę kolumny zaprogramowano tak, aby skrócić czas analizy poprzez zmniejszenie tR wysokowrzących gazów. Na sitach molekularnych - wysoce porowatych naturalnych lub syntetycznych materiałach krystalicznych, których wszystkie pory mają w przybliżeniu tę samą wielkość (0,4-1,5 nm) - można oddzielić izotopy wodoru. Do separacji wodorków metali (Ge, As, Sn, Sb) stosuje się sorbenty zwane porapakami. Metoda GAS na kolumnach z porowatymi sorbentami polimerowymi lub węglowymi sitami molekularnymi to najszybsza i najwygodniejsza metoda oznaczania wody w materiałach nieorganicznych i organicznych, np. w rozpuszczalnikach.

5.2 Gaz- chromatografia cieczowa

W praktyce analitycznej coraz częściej wykorzystuje się metodę chromatografii gazowo-cieczowej (GLC). Wynika to z dużej różnorodności ciekłych faz stacjonarnych, co ułatwia dobór fazy selektywnej do danej analizy, liniowości izotermy rozkładu w szerszym zakresie stężeń, co pozwala na pracę z dużymi próbkami oraz łatwości uzyskania powtarzalnej wydajności kolumny.

Mechanizm dystrybucji składników pomiędzy nośnikiem a stacjonarną fazą ciekłą opiera się na ich rozpuszczaniu w fazie ciekłej. Selektywność zależy od dwóch czynników: prężności pary analitu i jego współczynnika aktywności w fazie ciekłej. Zgodnie z prawem Raoulta podczas rozpuszczania prężność pary substancji nad roztworem wynosi P I jest wprost proporcjonalna do jego współczynnika aktywności g ułamek molowy N I w roztworze i prężności pary czystej substancji R° I w danej temperaturze:

p ja = N ja Р° I (2)

Ponieważ stężenie i-tego składnika w równowagowej fazie gazowej zależy od jego ciśnienia cząstkowego, możemy to założyć

P i ~ c m , a następnie N i ~ c s

oraz współczynnik selektywności:

Zatem im niższa temperatura wrzenia substancji (im wyższy P 0 i), tym słabiej jest ona zatrzymywana na kolumnie chromatograficznej.

Jeżeli temperatury wrzenia substancji są takie same, wówczas do ich rozdzielenia wykorzystuje się różnice w oddziaływaniu ze stacjonarną fazą ciekłą: im silniejsze oddziaływanie, tym niższy współczynnik aktywności i większa retencja.

Nieruchome fazy ciekłe . Aby zapewnić selektywność kolumny, ważny jest wybór właściwej stacjonarnej fazy ciekłej. Faza ta musi być dobrym rozpuszczalnikiem dla składników mieszaniny (jeśli rozpuszczalność jest niska, składniki bardzo szybko opuszczają kolumnę), nielotna (aby nie odparowała w temperaturze pracy kolumny), chemicznie obojętna , musi mieć niską lepkość (w przeciwnym razie proces dyfuzji ulega spowolnieniu) i po nałożeniu na nośnik tworzy jednolitą, mocno z nim związaną błonę. Zdolność separacji fazy stacjonarnej składników danej próbki powinna być maksymalna.

Wyróżnia się trzy rodzaje faz ciekłych: niepolarne (węglowodory nasycone itp.), średnio polarne (estry, nitryle itp.) i polarne (poliglikole, hydroksyloaminy itp.).

Znając właściwości stacjonarnej fazy ciekłej oraz charakter rozdzielanych substancji, np. klasę, strukturę, można szybko wybrać selektywną fazę ciekłą odpowiednią do rozdzielenia danej mieszaniny. Należy wziąć pod uwagę, że czas retencji składników będzie akceptowalny do analizy, jeżeli polarności fazy stacjonarnej i substancji badanej próbki będą zbliżone. W przypadku substancji rozpuszczonych o podobnej polarności kolejność elucji zwykle koreluje z temperaturami wrzenia i jeśli różnica temperatur jest wystarczająco duża, możliwe jest całkowite rozdzielenie. Do oddzielenia substancji o temperaturze wrzenia o różnej polarności stosuje się fazę stacjonarną, która selektywnie zatrzymuje jeden lub więcej składników w wyniku oddziaływania dipol-dipol. Wraz ze wzrostem polarności fazy ciekłej wzrasta czas retencji związków polarnych.

Aby równomiernie nałożyć fazę ciekłą na stały nośnik, miesza się ją z bardzo lotnym rozpuszczalnikiem, takim jak eter. Do tego roztworu dodaje się stały nośnik. Mieszaninę ogrzewa się, rozpuszczalnik odparowuje, a faza ciekła pozostaje na nośniku. Suchy nośnik z osadzoną w ten sposób stacjonarną fazą ciekłą wprowadza się do kolumny, starając się uniknąć tworzenia pustek. Aby zapewnić równomierne upakowanie, przez kolumnę przepuszcza się strumień gazu i jednocześnie opukuje się kolumnę w celu zagęszczenia wypełnienia. Następnie kolumnę podgrzewa się do temperatury o 50°C wyższej od temperatury, w której ma być używana, przed podłączeniem do detektora. W takim przypadku mogą wystąpić straty fazy ciekłej, ale kolumna wchodzi w stabilny tryb pracy.

Nośniki stacjonarnych faz ciekłych. Nośniki stałe do dyspergowania stacjonarnej fazy ciekłej w postaci jednorodnej cienkiej warstwy muszą być wytrzymałe mechanicznie, o umiarkowanej powierzchni właściwej (20 m 2 /g), małej i jednolitej wielkości cząstek, a także na tyle obojętne, aby umożliwić adsorpcję w interfejs ciało stałe-gaz fazy był minimalny. Najniższą adsorpcję charakteryzują nośniki wykonane z silanizowanego chromosorbu, granulatu szklanego i fluoropaku (polimeru fluorowęglowego). Ponadto nośniki stałe nie powinny reagować na podwyższoną temperaturę i powinny być łatwo zwilżane przez fazę ciekłą. W chromatografii gazowej chelatów jako nośnik stały najczęściej stosuje się silanizowane białe nośniki diatomitu, krzemionkę okrzemkową lub ziemię okrzemkową. Diatomit to mikroamorficzny dwutlenek krzemu zawierający wodę. Do takich nośników zalicza się chromosorb W, chrom gazowy Q, chromaton N itp. Ponadto stosuje się kulki szklane i teflon.

Fazy ​​związane chemicznie. Często stosuje się modyfikowane nośniki, kowalencyjnie związane z fazą ciekłą. W tym przypadku stacjonarna faza ciekła jest mocniej utrzymywana na powierzchni nawet przy najwyższych temperaturach kolumny. Na przykład nośnik ziemi okrzemkowej traktuje się chlorosilanem z podstawnikiem o długim łańcuchu mającym określoną polarność. Faza stacjonarna związana chemicznie jest bardziej skuteczna.

6. CHROMATOGRAFIA ROZKŁADOWA. CHROMATOGRAFIA PAPIEROWA (CHROMATOGRAFIA NA PAPIERZE)

Chromatografia podziałowa opiera się na wykorzystaniu różnic w rozpuszczalności rozdzielonej substancji w dwóch stykających się, niemieszających się fazach ciekłych. Obie fazy – PF i NF – są fazami ciekłymi. Kiedy ciekły PF przemieszcza się wzdłuż ciekłego NF, chromatografowane substancje są w sposób ciągły redystrybuowane pomiędzy obiema fazami ciekłymi.

Chromatografia podziałowa obejmuje chromatografia papierowagrafika (lub chromatografia papierowa) w swojej normalnej formie. W tej metodzie zamiast stosowanych w TLC płytek z cienką warstwą sorbentu stosuje się specjalny papier chromatograficzny, po którym impregnując go, ciekły PF przemieszcza się podczas chromatografii od linii startu do linii mety rozpuszczalnika.

Wyróżnić faza normalna i faza odwrócona chromatografia papierowa.

W opcji faza normalna chromatografia papierowa cieczowa NF to woda adsorbowana w postaci cienkiej warstwy na włóknach i zlokalizowana w porach hydrofilowy papier (do 25% wag.). Ta związana woda bardzo różni się strukturą i stanem fizycznym od zwykłej wody w stanie ciekłym. Rozpuszczają się w nim składniki rozdzielonych mieszanin.

Rolę PF przemieszczającego się wzdłuż papieru pełni inna faza ciekła, np. ciecz organiczna z dodatkiem kwasów i wody. Przed chromatografią ciekły organiczny PF nasyca się wodą, aby PF nie rozpuścił wody zaadsorbowanej na włóknach hydrofilowego papieru chromatograficznego.

Papier chromatograficzny jest produkowany przez przemysł. Musi spełniać szereg wymagań: być przygotowany z wysokiej jakości włóknistych odmian bawełny, mieć jednakową gęstość i grubość w kierunku orientacji włókien, być czysty chemicznie i obojętny w stosunku do nieżelaznych składników i wydzielonych składników.

W wersji normalnofazowej jako PF najczęściej stosuje się ciekłe mieszaniny różnych rozpuszczalników. Klasycznym przykładem takiego PF jest mieszanina kwasu octowego, n-butanolu i wody w stosunku objętościowym 1:4:5. Stosuje się również rozpuszczalniki, takie jak octan etylu, chloroform, benzen itp.

W opcji odwrócona faza W chromatografii bibułowej ciekły NP jest rozpuszczalnikiem organicznym, natomiast ciekłym PF pełni rolę wody, roztworów wodnych, alkoholowych lub mieszanin kwasów i alkoholi. Proces odbywa się za pomocą hydrofobowy papier chromatograficzny. Otrzymuje się go poprzez obróbkę (impregnację) papieru naftalenem, olejami silikonowymi, parafiną itp. Niepolarne i niskopolarne rozpuszczalniki organiczne sorbują się na włóknach papieru hydrofobowego i wnikają w jego pory, tworząc cienką warstwę ciekłego NF. Woda nie zatrzymuje się na takim papierze i nie zwilża go.

Technika chromatografii bibułowej jest zasadniczo taka sama jak w metodzie TLC. Zwykle naczynie z analizowanym roztworem zawierające mieszaninę rozdzielanych substancji nanosi się na pasek papieru chromatograficznego na linię startu. Po odparowaniu rozpuszczalnika papier znajdujący się poniżej linii startu zanurza się w PF, umieszczając go pionowo (zawieszając). Zamknij komorę pokrywką i prowadź chromatografię, aż PF osiągnie linię frontu rozpuszczalnika zaznaczoną na papierze. Następnie proces przerywa się, papier suszy się na powietrzu, wykrywa plamy i identyfikuje składniki mieszaniny.

Chromatografię bibułową, podobnie jak metodę TLC, stosuje się zarówno w analizie jakościowej, jak i ilościowej.

Aby określić ilościowo zawartość jednego lub drugiego składnika mieszaniny, stosuje się różne metody:

1) wynikają z obecności pewnej zależności (proporcjonalnej, liniowej) pomiędzy ilością substancji w plamce a powierzchnią plamki (często najpierw konstruuje się wykres kalibracyjny);

2) zważyć wycięty punkt z substancją i czysty papier o tej samej powierzchni, a następnie na podstawie różnicy znaleźć masę substancji;

3) uwzględnić związek pomiędzy intensywnością barwy plamy a zawartością w niej oznaczonego składnika, który nadaje barwę plamie.

W niektórych przypadkach substancje zawarte w plamach ekstrahuje się rozpuszczalnikiem, a następnie analizuje ekstrakt.

Chromatografia bibułowa jest metodą farmakopealną stosowaną do rozdzielania mieszanin zawierających zarówno substancje nieorganiczne, jak i organiczne. Metoda jest dostępna i prosta w wykonaniu, jednak generalnie ustępuje nowocześniejszej metodzie TLC, w której wykorzystuje się cienką warstwę sorbentu.

7. CHROMATOGRAFIA Osadowa

Metodę chromatografii sedymentacyjnej stosuje się przede wszystkim do rozdziału i identyfikacji jonów nieorganicznych zawartych w mieszaninach.

Istota metody. Chromatografia sedymentacyjna opiera się na wykorzystaniu reakcji chemicznych wytrącania rozdzielonych składników mieszaniny za pomocą odczynnika strącającego zawartego w NF. Rozdzielenie odbywa się ze względu na nierówną rozpuszczalność powstałych związków, które są przenoszone przez fazę ruchomą z różnymi prędkościami: substancje mniej rozpuszczalne są przenoszone z PF wolniej niż te bardziej rozpuszczalne.

Zastosowanie metody można zilustrować przykładem rozdziału jonów halogenkowych: jonów chlorkowych Cl -, jonów bromkowych Br - i jonów jodkowych I - jednocześnie zawartych w analizowanym roztworze wodnym. Aby to zrobić, użyj kolumny chromatograficznej (czyli szklanej rurki z kranem na dole) wypełnionej sorbentem. Ten ostatni składa się z nośnika – tlenku glinu Al 2 O 3 lub krzemu SiO 2, impregnowanego roztworem azotanu srebra AgNO 3 (zawartość azotanu srebra wynosi około 10% masowych masy nośnika sorbentu).

Wodny roztwór zawierający mieszaninę rozdzielanych anionów przepuszcza się przez kolumnę chromatograficzną. Aniony te oddziałują z kationami srebra Ag +, tworząc trudno rozpuszczalne osady halogenków srebra:

Ag + + I - > AgIv (żółty)

Ag + + Br - > AgBrv (krem)

Ag + + Cl - > AgClv (biały)

Rozpuszczalność halogenków srebra w wodzie wzrasta w następującej kolejności:

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

gdzie w nawiasach podano wartości produktów rozpuszczalności w temperaturze pokojowej. Dlatego na początku wytrąci się żółty osad jodku srebra, jako najmniej rozpuszczalny na chromatogramie będzie widoczna żółta (górna) strefa. Następnie tworzy się kremowa strefa osadu bromku srebra (strefa pośrednia). Na koniec tworzy się biały osad chlorku srebra - dolna biała strefa, która ciemnieje w świetle w wyniku fotochemicznego rozkładu chlorku srebra z uwolnieniem drobno zdyspergowanego metalicznego srebra.

Wynikiem jest chromatogram osadu pierwotnego.

W celu wyraźniejszego rozdzielenia stref, po uzyskaniu chromatogramu pierwotnego, przez kolumnę przepuszcza się czysty rozpuszczalnik aż do uzyskania chromatogramu osadu wtórnego z wyraźnym rozdzieleniem stref strącania.

W opisanym przykładzie środek strącający stanowił część NF i przez kolumnę przepuszczono roztwór zawierający mieszaninę rozdzielanych jonów. Przeciwnie, możliwe jest przepuszczenie roztworu środka strącającego przez kolumnę, w której NF znajdują się jony przeznaczone do chromatografii. W tym przypadku jednak tworzą się strefy mieszane.

Schemat rozdziału jonów Cl-, Br- i I- w kolumnie chromatograficznej metodą chromatografii osadowej.

7.1 Klasyfikacja metod chromatografii osadowej według techniki doświadczalnej

Zwykle rozróżniam kolumnowy chromatografia osadowa, prowadzona w kolumnach chromatograficznych, oraz planarny chromatografia osadowa, realizowana na papierze lub w cienkiej warstwie sorbentu.

Jako sorbenty w chromatografii osadowej stosuje się mieszaniny obojętnych nośników ze środkiem strącającym; sorbenty zatrzymujące środki strącające w postaci jonów (żywice jonowymienne) lub w postaci cząsteczek (węgiel aktywny); papier nasączony roztworem strącającym.

Najczęściej wybieranymi nośnikami są żel krzemionkowy, skrobia, tlenki glinu, tlenki wapnia, siarczan baru, żywice jonowymienne itp. Nośnik stosuje się w stanie drobno zdyspergowanym o wielkości cząstek około 0,02-0,10 mm.

Odczynnikami stosowanymi jako środki strącające są te, które tworzą słabo rozpuszczalne osady z chromatografowanymi jonami, na przykład jodek sodu NaI, siarczek sodu Na2S, siarczan srebra Ag 2 SO 4, żelazocyjanek potasu K 4, oksychinolina, pirydyna itp.

Zazwyczaj przy stosowaniu metody chromatografii kolumnowej z osadem, po przepuszczeniu przez kolumnę czystego rozpuszczalnika, uzyskuje się wyraźnie oddzielone strefy, z których każda zawiera tylko jeden składnik (w przypadku, gdy rozpuszczalności osadów różnią się co najmniej trzykrotnie) . Metodę cechuje dobra powtarzalność wyników.

W przypadku tworzenia się bezbarwnych osadów, chromatogram wywołuje się albo przez przepuszczenie roztworu wywoływacza przez kolumnę, w wyniku czego powstają kolorowe produkty reakcji z osadami, albo przez natychmiastowe wprowadzenie wywoływacza do PF lub NF.

7.2 Osadowa chromatografia bibułowa

Rozważmy istotę tej metody na przykładzie analizy wodnego roztworu zawierającego mieszaninę kationów miedzi Cu 2+ ? żelazo Fe 3+ i aluminium Al 3+.

Analizowany roztwór wodny nanosi się kapilarą na środek arkusza papieru impregnowanego roztworem środka strącającego – żelazocyjanku potasu K4. Jony miedzi Cu 2+ i żelaza Fe 2+ oddziałują z jonami żelazocyjanku, tworząc słabo rozpuszczalne osady:

2Cu 2+ + 4- > Cu 2 (brązowy)

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

Ponieważ żelazocyjanek miedzi (II) jest mniej rozpuszczalny niż żelazocyjanek żelaza (III), najpierw tworzy się osad żelazocyjanku miedzi (II), tworząc centralną brązową strefę. Następnie tworzy się niebieski osad żelazocyjanku żelaza (III), tworząc niebieską strefę. Jony glinu przesuwają się na obrzeże, tworząc bezbarwną strefę, ponieważ nie tworzą kolorowego żelazocyjanku glinu.

Schemat rozdziału Cu2+, Fe3+ i Al3+ metodą chromatografii osadowej.

W ten sposób uzyskuje się pierwotny chromatogram, w którym strefy strącania częściowo zachodzą na siebie.

Następnie otrzymuje się chromatogram wtórny. W tym celu nanosi się kapilarą odpowiedni rozpuszczalnik (w tym przypadku wodny roztwór amoniaku) na środek pierwotnego chromatogramu. Rozpuszczalnik samoistnie przemieszcza się ze środka bibuły na obrzeże, niosąc ze sobą wydzielenia, które poruszają się z różną prędkością: strefa bardziej rozpuszczalnego osadu żelazocyjanku żelaza porusza się szybciej niż strefa mniej rozpuszczalnego osadu żelazocyjanku miedzi. Na tym etapie, ze względu na różnicę w prędkościach ruchu stref, są one wyraźniej oddzielone.

W celu wykrycia jonów glinu tworzących bezbarwną strefę peryferyjną opracowuje się wtórny chromatogram – spryskuje się (z butelki ze sprayem) roztworem alizaryny – organicznego odczynnika tworzącego różowe produkty reakcji z jonami glinu. Zdobądź zewnętrzny różowy pierścień.

8. CHROMATOGRAFIA JONOWYMIENNA

W chromatografii jonowymiennej rozdział składników mieszaniny następuje poprzez odwracalne oddziaływanie substancji jonizujących z grupami jonowymi sorbentu. Zachowanie obojętności elektrycznej sorbentu zapewnia obecność przeciwjonów zdolnych do wymiany jonowej, zlokalizowanych w bliskiej odległości od powierzchni. Jon wprowadzonej próbki, oddziałując ze stałym ładunkiem sorbentu, wymienia się z przeciwjonem. Substancje o różnym powinowactwie do ładunków stałych dzielimy na anionity lub kationity. Wymieniacze anionowe mają na powierzchni dodatnio naładowane grupy i absorbują aniony z fazy ruchomej. Odpowiednio wymieniacze kationowe zawierają grupy o ładunku ujemnym, które oddziałują z kationami.

Jako fazę ruchomą stosuje się wodne roztwory soli kwasów, zasad i rozpuszczalników, np. ciekły amoniak. układy rozpuszczalników, które mają wysoką stałą dielektryczną i większą tendencję do jonizacji związków. Zwykle współpracują z roztworami buforowymi, które umożliwiają regulację wartości pH.

Podczas rozdziału chromatograficznego jony analitu konkurują z jonami zawartymi w eluencie, wykazując tendencję do oddziaływania z przeciwnie naładowanymi grupami sorbentu. Wynika z tego, że chromatografię jonowymienną można zastosować do rozdzielenia wszelkich związków, które można w jakiś sposób zjonizować. Można analizować nawet cząsteczki cukru obojętnego w postaci ich kompleksów z jonami boranowymi.

Chromatografia jonowymienna jest niezbędna do separacji substancji silnie polarnych, których nie można analizować metodą GLC bez konwersji do pochodnych. Związki te obejmują aminokwasy, peptydy i cukry.

Chromatografia jonowymienna ma szerokie zastosowanie w medycynie, biologii, biochemii, do monitorowania środowiska, w analizie zawartości leków i ich metabolitów we krwi i moczu, pestycydów w surowcach spożywczych, a także do separacji związków nieorganicznych, w tym radioizotopy, lantanowce, aktynowce itp. Analizę biopolimerów (białek, kwasów nukleinowych itp.), która zwykle zajmowała godziny lub dni, przy użyciu chromatografii jonowymiennej przeprowadza się w ciągu 20-40 minut z lepszą separacją. Zastosowanie chromatografii jonowymiennej w biologii umożliwiło obserwację próbek bezpośrednio w pożywkach biologicznych, ograniczając możliwość rearanżacji czy izomeryzacji, co może prowadzić do błędnej interpretacji wyniku końcowego. Interesujące jest wykorzystanie tej metody do monitorowania zmian zachodzących w płynach biologicznych. Zastosowanie porowatych słabych wymieniaczy anionowych na bazie żelu krzemionkowego umożliwiło rozdział peptydów. Mechanizm wymiany jonowej można przedstawić w postaci następujących równań:

dla wymiany anionowej X - + R + Y - - Y - + R + X -

dla wymiany kationowej X + + R - Y + - Y + + R - X +

W pierwszym przypadku próbka jon X - konkuruje z jonem fazy ruchomej Y - o centra jonowe R + wymieniacza jonowego, a w drugim przypadku próbka X + kationy konkuruje z jonami fazy ruchomej Y + o R - centra jonowe.

Naturalnie jony próbki, które słabo oddziałują z wymiennikiem jonowym, będą podczas tych zawodów słabo zatrzymywane na kolumnie i jako pierwsze zostaną z niej wypłukane i odwrotnie, jony silniej zatrzymane będą jako ostatnie wymyte z kolumny . Zazwyczaj do oddziaływań wtórnych o charakterze niejonowym dochodzi na skutek adsorpcji lub wiązań wodorowych próbki z niejonową częścią matrycy lub na skutek ograniczonej rozpuszczalności próbki w fazie ruchomej.

Rozdzielenie konkretnych substancji zależy przede wszystkim od wyboru najodpowiedniejszego sorbentu i fazy ruchomej. Żywice jonowymienne i żele krzemionkowe ze szczepionymi grupami jonowymi stosowane są jako fazy stacjonarne w chromatografii jonowymiennej.

Polistyrenowe żywice jonowymienne do HPLC o uziarnieniu do 10 µm charakteryzują się selektywnością i stabilnością, jednak ich struktura sieciowa, charakteryzująca się odległością pomiędzy węzłami siatki wynoszącą 1,5 nm, jest znacznie mniejsza od wielkości porów stosowanego w żelu krzemionkowym chromatografia adsorpcyjna (10 nm), spowalnia przenikanie masy, a co za tym idzie, znacznie zmniejsza wydajność. Żywice jonowymienne stosowane w HPLC to głównie kopolimery styrenu i diwinylobenzenu. Zwykle dodaje się 8-12% tego ostatniego. Im większa zawartość diwinylobenzenu, tym większa sztywność i wytrzymałość polimeru, tym większa pojemność i z reguły selektywność oraz mniejsze pęcznienie.

Podobne dokumenty

Ogólna charakterystyka procesu chromatograficznego. Podstawy fizyczne i chemiczne chromatografii cienkowarstwowej, klasyfikacja metod analizy. Warianty chromatografii według stanów fazowych. Kontrola jakości produktów spożywczych metodą TLC, sprzęt.

praca na kursie, dodano 27.12.2009


Zjawiska zachodzące podczas chromatografii. Dwa podejścia do wyjaśniania to teoretyczna teoria płyt i teoria kinetyczna. Chromatografia gazowa, cieczowa, bibułowa. Metoda wymiany jonowej. Przypadki zastosowania chromatografii jonowymiennej. Chromatografia żelowa.

streszczenie, dodano 24.01.2009


Pojęcie i budowa sorbentów polimerowych, historia ich powstania i rozwoju, ich znaczenie w procesie chromatografii podziału. Rodzaje sorbentów polimerowych, możliwości ich zastosowania w chromatografii wykluczania. Cechy stosowania twardych żeli.

streszczenie, dodano 01.07.2010


Powstanie i rozwój chromatografii. Klasyfikacja metod chromatograficznych. Chromatografia na fazie stałej stacjonarnej: gaz, ciecz (adsorpcja cieczy). Chromatografia na fazie ciekłej stacjonarnej: chromatografia gazowo-cieczowa i żelowa.

streszczenie, dodano 01.05.2009


Istota metody chromatograficznej, historia jej rozwoju i rodzaje. Obszary zastosowań chromatografii, urządzenia lub instalacje do chromatograficznego rozdzielania i analizy mieszanin substancji. Schemat chromatografu gazowego, jego główne układy i zasada działania.

streszczenie, dodano 25.09.2010


Podstawy metody odwrotnej chromatografii gazowej. Chromatografia gazowa jest uniwersalną metodą analizy jakościowej i ilościowej złożonych mieszanin oraz metodą otrzymywania poszczególnych składników w czystej postaci. Zastosowanie odwrotnej chromatografii gazowej.

praca na kursie, dodano 01.09.2010


Istota i treść chromatografii par jonowych, jej zastosowanie w chromatografii cieczowej oraz ekstrakcji do ekstrakcji leków i ich metabolitów z płynów biologicznych do fazy organicznej. Odmiany chromatografii par jonowych, cechy charakterystyczne.

streszczenie, dodano 01.07.2010


Chromatografia gazowa jest jedną z najbardziej obiecujących metod badań fizykochemicznych, która obecnie dynamicznie się rozwija. Klasyfikacja metod chromatograficznych. Różne charakterystyczne cechy procesu. Istota metod chromatograficznych.

streszczenie, dodano 25.01.2010


Istota wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLC) jako metody analizy i separacji złożonych zanieczyszczeń. Sorbenty, chelaty nasycone koordynacyjnie; wzorce wpływu struktury liganda na zachowanie chelatów w warunkach chromatografii w układzie faz odwróconych.

streszczenie, dodano 11.10.2011


Pojęcie i główne etapy metody chromatografii wykluczania, jej podstawowe cechy i obszary zastosowań, odmiany i ich cechy charakterystyczne. Charakterystyka sprzętu stosowanego w procesie chromatografii wykluczania.

Techniki chromatograficzne dominują m.in. przy monitorowaniu jakości powietrza w miejscach pracy w przemyśle i higienie przemysłowej; stanowią podstawę zdecydowanej większości badań toksykologicznych; Za pomocą chromatografii gazowej lekarze byli w stanie zbadać „syndrom chorego budynku” - zły stan zdrowia i niektóre choroby spowodowane obecnością w powietrzu pomieszczeń mieszkalnych i biurowców dużej liczby szkodliwych substancji chemicznych uwalnianych z materiałów syntetycznych (dywany, ścieżki, panele, linoleum, tapicerka itp.), mastyksów, lakierów, dressingów i innych produktów chemii gospodarczej, a także emisji gazów podczas pracy drukarek laserowych i grzejników gazowych.[...]

Proces rozdziału chromatograficznego opiera się na sorpcji, z którą spotykamy się na co dzień – absorpcji substancji przez powierzchnię stałą (adsorpcja) lub rozpuszczaniu gazów i cieczy w ciekłych rozpuszczalnikach (absorpcja). Najbardziej znanym zastosowaniem adsorpcji jest oczyszczanie powietrza w maskach gazowych: adsorbent (węgiel aktywny) wypełniający obudowę maski gazowej zatrzymuje szkodliwe zanieczyszczenia lub środki chemiczne zawarte w powietrzu. Wchłanianie jest charakterystyczne dla wielu procesów biologicznych, w szczególności procesu oddychania. Pochłanianie tlenu przez hemoglobinę we krwi w płucach jest także w pewnym stopniu procesem chromatograficznym, gdyż polega na sorpcyjnym oddzieleniu tlenu od innych gazów obecnych w wdychanym powietrzu. Niestety, szkodliwe zanieczyszczenia znajdujące się w powietrzu są również wchłaniane przez krew i czasami nieodwracalnie.[...]

Osobą, która jako pierwsza poprawnie wyjaśniła proces sorpcji (zjawiska zachodzące podczas przemieszczania się substancji po warstwie sorbentu) był rosyjski naukowiec Michaił Semenowicz Cwiet. Wykorzystując te zjawiska stworzył niezwykłą metodę analityczną, pokazał jej szerokie możliwości i nadał nazwę, którą do dziś posługujemy się na oznaczenie nie tylko metody, ale także samego procesu i badającej ją dyscypliny naukowej.[...]

Ponieważ jednak różne substancje były w różny sposób ekstrahowane przez benzen z adsorbentu (kredy), opadały one przez rurę z różnymi prędkościami. Dlatego pierwotny zielony pierścień, opadający, stopniowo się rozszerzał i dzielił na kilka kolorowych pierścieni. Ostatecznie powstało sześć takich pierścieni: górny był żółty, potem oliwkowozielony, potem ciemnozielony i trzy żółte.[...]

Tsvet usunął z tuby warstwę kredy, pociął ją na cylindry, z których każdy zawierał swój własny kolorowy pierścień. Teraz możliwe było ekstrahowanie substancji z adsorbentu za pomocą alkoholu i ich badanie. W rezultacie naukowiec wykazał, że chlorofil nie jest pojedynczym związkiem, ale mieszaniną dwóch substancji, które rozdzieliły się na kolumnie kredowej i dały oliwkowozielone i ciemnozielone pierścienie. Pozostałe substancje to ksantofile.[...]

Kolor nazywa się wielobarwnym obrazem uzyskiwanym podczas rozdzielania substancji chromatogramem, a samą metodę (polegającą na rozdzielaniu substancji według ich tendencji do adsorpcji) chromatograficzną analizą adsorpcyjną, czyli chromatografią.[...]

Przed 1914 rokiem Tsvet opublikował kilka artykułów na temat chromatografii, ale po jego pracy metoda ta nie była szeroko rozwinięta. Dopiero w 1931 roku Kuhn, Winterstein i Lederer odtworzyli wstępne eksperymenty Tsveta (na przykładach oddzielania karotenu od marchwi, płatków mniszka lekarskiego i żółtka jaja kurzego). Tak długotrwałe zapomnienie o klasycznych już dziś badaniach wynikało w dużej mierze z negatywnych recenzji ówczesnych władz, które nie mogły zrozumieć całej głębi odkrycia młodego naukowca.[...]

Za rozwój metody chromatografii podziału i jej różnych wariantów Martin i Singh otrzymali w 1952 roku Nagrodę Nobla. Od tego momentu rozpoczął się nowoczesny etap rozwoju chromatografii gazowej (1951-1952), kiedy A. A. Żukhovitsky i jego współpracownicy (Rosja) zaproponowali chrotermografię, a A. Martin i A. James - chromatografię gazowo-cieczową za pomocą z których udało się wydzielić mieszaninę kwasów tłuszczowych na kolumnie z nośnikiem okrzemkowym (Celite-545) impregnowanym olejem parafinowym z dodatkiem kwasu stearynowego. Taki sorbent absorbuje analizowane substancje znacznie słabiej niż np. węgiel aktywny czy tlenek glinu, dzięki czemu Jamesowi i Martinowi udało się wydzielić w strumieniu gazu lotne kwasy organiczne – azot.[...]

Od tego czasu chromatografia gazowa stała się jedną z najpowszechniejszych metod analizy, za pomocą której można badać niezwykle szeroką gamę substancji – od gazów po ciecze o dużej masie cząsteczkowej i metale.[...]

Należy wyjaśnić niektóre kwestie terminologiczne dotyczące klasyfikacji metod chromatograficznych. W najprostszym przypadku termin „chromatografia gazowa” odnosi się do metody analizy, w której rozdział mieszaniny substancji w kolumnie chromatograficznej przeprowadza się w strumieniu gazu (gazu nośnego) przepuszczanego w sposób ciągły przez kolumnę. Adsorpcja gazowa (rozdzielanie na adsorbencie - węglu, żelu krzemionkowym lub tlenku glinu) i gaz-ciecz (rozdzielanie na sorbencie - stałym nośniku pokrytym cieczą - stacjonarną fazą ciekłą) - to wszystkie odmiany chromatografii gazowej.

Chromatografia to metoda rozdziału i oznaczania substancji oparta na rozkładzie składników pomiędzy dwiema fazami – ruchomą i stacjonarną. Faza stacjonarna to stała, porowata substancja (często nazywana sorbentem) lub ciekły film osadzony na substancji stałej. Faza ruchoma to ciecz lub gaz przepływający przez fazę stacjonarną, czasami pod ciśnieniem. Składniki analizowanej mieszaniny (sorbaty) wraz z fazą ruchomą przemieszczają się wzdłuż fazy stacjonarnej. Zwykle umieszcza się go w szklanej lub metalowej rurce zwanej kolumną. W zależności od siły oddziaływania z powierzchnią sorbentu (w wyniku adsorpcji lub innego mechanizmu) składniki będą przemieszczać się wzdłuż kolumny z różnymi prędkościami. Część składników pozostanie w górnej warstwie sorbentu, inne w mniejszym stopniu oddziałując z sorbentem trafią do dolnej części kolumny, a niektóre całkowicie opuszczą kolumnę wraz z fazą ruchomą (takie składniki są nazywane niezatrzymanymi, a ich czas retencji określa „czas martwy” kolumny).

Umożliwia to szybką separację złożonych mieszanin składników.

Historia odkryć:

Narodziny chromatografii

Wieczorem tego dnia na posiedzeniu wydziału biologicznego Warszawskiego Towarzystwa Przyrodników asystent wydziału anatomii i fizjologii roślin Michaił Semenowicz Cwiet sporządził raport „O nowej kategorii zjawisk adsorpcyjnych i ich zastosowaniu w biochemii analiza."

Niestety M.S. Tsvet, będący z wykształcenia botanikiem, nie docenił odpowiednio chemicznego, analitycznego aspektu swojego odkrycia i niewiele swoich prac opublikował w czasopismach chemicznych. Następnie to chemicy docenili rzeczywistą skalę proponowanego rozwiązania M.S. Metoda chromatografii barwnej stała się najpowszechniejszą metodą chemii analitycznej.

Należy podkreślić następujące zalety metod chromatograficznych:

1. Rozdzielenie ma charakter dynamiczny, a akty sorpcji-desorpcji rozdzielonych składników powtarzają się wielokrotnie. Dzieje się tak dzięki znacznie większej wydajności chromatograficznej

separacji w porównaniu do metod sorpcji statycznej oraz

ekstrakcja.

2. Przy rozdzielaniu stosuje się różne rodzaje oddziaływań sorbinianów z fazą stacjonarną: od czysto fizycznej po chemisorpcję.

Umożliwia to selektywne oddzielanie szerokiego zakresu

3. Na rozdzielane substancje można nałożyć różne dodatkowe pola (grawitacyjne, elektryczne, magnetyczne itp.), które zmieniając warunki separacji poszerzają możliwości chromatografii.

4. Chromatografia jest metodą hybrydową, która łączy w sobie jednoczesne rozdzielenie i oznaczenie kilku składników.

5. Chromatografia pozwala na rozwiązywanie zarówno problemów analitycznych (rozdzielanie, identyfikacja, oznaczanie), jak i preparatywnych (oczyszczanie, izolacja, zatężanie). Rozwiązanie tych problemów można połączyć, wykonując je online.

Liczne metody są klasyfikowane ze względu na stan skupienia faz, mechanizm rozdzielania i technikę rozdzielania.

Metody chromatograficzne różnią się także sposobem przeprowadzania.

proces rozdziału na czołowy, wyporowy i eluent.

Chromatografia jonowa

Chromatografia jonowa to wysokosprawna chromatografia cieczowa służąca do rozdzielania kationów i anionów na wymieniaczach jonowych

niska pojemność. Powszechne zastosowanie chromatografii jonowej

ze względu na szereg zalet:

– możliwość oznaczania dużej liczby substancji nieorganicznych i

jony organiczne, a także jednocześnie oznaczać kationy i

– wysoka czułość detekcji (do 1 ng/ml bez

wstępne zatężanie;

– wysoka selektywność i ekspresja;

– mała objętość badanej próbki (nie więcej niż 2 ml próbki);

– szeroki zakres wykrywalnych stężeń (od 1 ng/ml do

– możliwość stosowania różnych detektorów i ich kombinacji, co pozwala na selektywność i krótki czas wyznaczania;

– możliwość całkowitej automatyzacji oznaczania;

– w wielu przypadkach całkowity brak wstępnego przygotowania próbki.

Jednakże, jak każda metoda analityczna, chromatografia jonowa nie jest pozbawiona wad, do których należą:

– złożoność syntezy wymieniaczy jonowych, co znacznie komplikuje

rozwój metody;

– niższa skuteczność separacji w porównaniu do HPLC;

– potrzeba dużej odporności na korozję

układu chromatograficznego, szczególnie przy oznaczaniu

kationy.

2.1 Historia rozwoju:

Badania procesów wymiany jonowej rozpoczęły się już na początku XIX wieku. z obserwacji wpływu gleb na skład chemiczny stykających się z nimi roztworów soli. Pod koniec lat 40. G. Thompson zauważył, że gleba pochłania amoniak z zastosowanych nawozów organicznych, czego odpowiednie doświadczenia przeprowadził ich specjalista z Yorku D. Spence. Pierwsze wyniki eksperymentów D. Spence'a opublikował G. Thompson w 1850 r. W artykule zauważono, że „pierwsze odkrycie niezwykle ważnych właściwości gleby może prawie nie okazać się przydatne dla rolnictwa”, a ostatnie jego prace ukazały się w latach 1852 i 1855.

2.3 Zasady separacji jonów w procesach sorpcyjnych

Chromatografia jonowymienna odnosi się do chromatografii ciecz-faza stała, w której fazą ruchomą jest ciecz (eluent), a fazą stacjonarną jest ciało stałe (wymiennik jonowy). Metoda chromatografii jonowymiennej opiera się na dynamicznym procesie zastępowania jonów związanych z fazą stacjonarną jonami eluentu dopływającymi do kolumny. Separacja następuje na skutek różnego powinowactwa jonów w mieszaninie do wymieniacza jonowego, co prowadzi do różnej szybkości ich przemieszczania się przez kolumnę.

Chromatografia jonowa jest odmianą chromatografii kolumnowej jonowymiennej.

Zgodnie z zaleceniami IUPAC (1993) terminy wymiana jonowa (IEC) i chromatografia jonowa (IC) są zdefiniowane w następujący sposób. „Chromatografia jonowymienna opiera się na różnicy w oddziaływaniach wymiany jonowej dla poszczególnych analitów. Jeśli jony są rozdzielone i można je wykryć za pomocą detektora konduktometrycznego lub pośredniej detekcji UV, nazywa się to chromatografią jonową”.

Nowoczesne (2005) sformułowanie: „Chromatografia jonowa obejmuje wszystkie rozdziały jonów w kolumnach za pomocą wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLC), połączone z bezpośrednią detekcją w detektorze przepływowym i ilościowym przetwarzaniem powstałych sygnałów analitycznych”. Definicja ta charakteryzuje chromatografię jonową niezależnie od mechanizmu rozdziału i metody detekcji i tym samym oddziela ją od klasycznej wymiany jonowej.

W chromatografii jonowej stosowane są następujące zasady rozdzielania:

Wymiana jonów.

Tworzenie par jonowych.

Wykluczenie jonów.

Wymiana jonów

Wymiana jonowa jest odwracalną heterogeniczną reakcją równoważnej wymiany jonów znajdujących się w fazie wymieniacza jonowego (przeciwjonów) na jony eluentu. Przeciwjony są utrzymywane przez grupy funkcyjne wymieniacza jonowego pod wpływem sił elektrostatycznych. Zazwyczaj w chromatografii kationowej tymi grupami są grupy kwasu sulfonowego; w przypadku chromatografii anionowej – czwartorzędowe zasady amoniowe. Na ryc. Rycina 1 przedstawia schemat procesu wymiany kationów i anionów. Jony analitu oznaczono jako A, a jony eluentu, które konkurują z nimi o centra wymiany, oznaczono jako E.

Ryż. 1. Wymiana jonowa kationów (A+) i anionów (A-) na jony eluentu (E+ lub E-) przy udziale wymieniacza kationowego zawierającego funkcjonalne grupy sulfo - SO3- i wymieniacza anionowego (czwartorzędowe amoniowe grupy zasadowe -N +R3).

Tworzenie par jonowych

Aby wdrożyć ten mechanizm separacji, stosuje się odczynniki par jonowych, które dodaje się do roztworu eluentu. Takimi odczynnikami są anionowe lub kationowe środki powierzchniowo czynne, takie jak kwasy alkilosulfonowe lub sole tetraalkiloamoniowe.

Razem z przeciwnie naładowanymi wykrywalnymi jonami, jony tego odczynnika tworzącego parę jonową tworzą nienaładowaną parę jonową, która może być utrzymywana w fazie stacjonarnej w wyniku oddziaływań międzycząsteczkowych. Separacja odbywa się na skutek różnicy w stałych tworzenia się par jonowych oraz stopnia ich adsorpcji na matrycy sorbentu. Na ryc. Rycina 2 przedstawia statyczny model wymiany jonowej w chromatografii par jonowych po adsorpcji odczynnika na fazie stacjonarnej. Ta zasada separacji dotyczy zarówno anionów, jak i kationów.

Ryż. 2. Model wymiany jonowej w chromatografii par jonowych.

Wykluczenie jonowe

Chromatografia wykluczania jonowego (IEC). Stosowany głównie do oddzielania słabych kwasów lub zasad. IEC ma największe znaczenie przy oznaczaniu kwasów karboksylowych i aminokwasów, fenoli i węglowodanów.

Na ryc. Rysunek 3 przedstawia zasadę rozdziału przy użyciu IEC na przykładzie kwasów R – COOH.

Ryż. 3. Schemat rozdziału kwasów karboksylowych R–COOH metodą chromatografii wykluczania jonowego.

W chromatografii wykluczania jonowego jako fazę stacjonarną często stosuje się w pełni sulfonowany wymieniacz kationowy zawierający jony wodoru (przeciwjony). W wodnym roztworze eluentu grupy kwasu sulfonowego wymieniacza jonowego ulegają uwodnieniu. Powłoka hydratacyjna jest ograniczona wyimaginowaną ujemnie naładowaną membraną (membraną Donnana). Membrana jest przepuszczalna tylko dla niezdysocjowanych cząsteczek (na przykład wody).

Organiczne kwasy karboksylowe można oddzielić, jeśli jako eluent stosuje się mocne kwasy mineralne. Ze względu na niskie wartości stałych kwasowości, kwasy karboksylowe występują w takich roztworach w postaci niezdysocjowanej. Formy te mogą przejść przez membranę Donnana i zostać zaadsorbowane na fazie stacjonarnej.