Високоефективна хроматографія. Високоефективна рідинна хроматографія забруднювачів природних та стічних вод

24.11.202227.05.2017

(переважно міжмолекулярних) на межі поділу фаз. Як спосіб аналізу, ВЕРХ входить до складу групи методів, яка, зважаючи на складність досліджуваних об'єктів, включає попередній поділ вихідної складної суміші на відносно прості. Отримані прості суміші потім аналізуються звичайними фізико-хімічними методами або спеціальними методами, створеними для хроматографії .

Метод ВЕРХ знаходить широке застосування в таких областях, як хімія, нафтохімія, біологія, біотехнологія, медицина, харчова промисловість, охорона навколишнього середовища, виробництво лікарських препаратів та в багатьох інших.

За механізмом поділу аналізованих або поділюваних речовин ВЕРХ ділиться на адсорбційну, розподільчу, іонообмінну, ексклюзивну, лігандообмінну та інші.

Слід пам'ятати, що у практичній роботі поділ часто протікає по одному, а, по декількома механізмами одночасно. Так, екслюзійний поділ буває ускладнений адсорбційними ефектами, адсорбційний - розподільчими, і навпаки. При цьому чим більша відмінність речовин у пробі за ступенем іонізації, основності або кислотності, за молекулярною масою, поляризацією та іншими параметрами, тим більша ймовірність прояву іншого механізму поділу для таких речовин.

Нормально-фазова ВЕРХ

Нерухома фаза більш полярна, ніж рухлива, тому у складі елюентів переважає неполярний розчинник:

Гексан: ізопропанол = 95:5 (для малополярних речовин)
Хлороформ:метанол = 95:5 (для середньополярних речовин)
Хлороформ:метанол = 80:20 (для сильнополярних речовин)

Обернено-фазова ВЕРХ

Нерухома фаза менш полярна, ніж рухлива, тому у складі елюентів майже завжди присутня вода. В цьому випадку завжди можна забезпечити повне розчинення БАС у рухомій фазі, майже завжди можливо використовувати УФ-детектування, майже всі рухомі фази взаємно змішуються, можна використовувати градієнтне елюювання, можна швидко перерівноважити колонку, колонку можна регенерувати.

Звичайними елюентами для обернено-фазової ВЕРХ є:

Ацетонітрил: вода
Метанол: вода
Ізопропанол: вода

Матриці для ВЕРХ

Як матриці у ВЕРХ використовуються неорганічні сполуки, такі як оксид кремнію (силікагель) або оксид алюмінію, або органічні полімери, такі як полістирол (зшитий дивінілбензолом) або поліметакрилат. Силікагель, звісно, нині загальновизнаний.

Основні характеристики матриці:

Розмір часток (мкм);
Розмір внутрішніх пір (Å, нм).

Отримання силікагелю для ВЕРХ:

Формування мікросфер полікрем'євої кислоти;
Сушіння частинок силікагелю;
Повітряне сепарування.

Частинки сорбенту:

Регулярні (сферичні): вища стійкість до тиску, вища вартість;
Несферичні: нижча стійкість до тиску.

Розмір часу в ВЕРХ - один з найважливіших параметрів. Чим менший розмір пір, тим гірша їхня проникність для молекул речовин, що елююються. А отже, тим гірша сорбційна ємність сорбентів. Чим більше пори, тим, по-перше, менше механічна стійкість частинок сорбенту, а, по-друге, тим менша сорбційна поверхня, отже, гірша ефективність.

Щеплення нерухомої фази

Нормально-фазова ВЕРХ:

Нерухома фаза з пропілнітрильним щепленням (нітрильним);
Нерухома фаза з пропіламінним щепленням (амінною).

Зворотно-фазова ВЕРХ:

Нерухома фаза з алкільним щепленням;
Нерухома фаза з алкілсилільним щепленням.

Енд-кепування - захист нещеплених ділянок сорбенту додатковим щепленням «маленькими» молекулами. Гідрофобний енд-кеппінг (С1, С2): вища селективність, гірша змочуваність; гідрофільний енд-кеппінг (діол): нижча селективність, вища змочуваність.

Детектори для ВЕРХ

Ультрафіолетовий
Діодно-матричний
Флуоресцентний
Електрохімічний
Рефрактометричний
Мас-селективний

Посилання

Wikimedia Foundation. 2010 .

Дивитись що таке "Високоефективна рідинна хроматографія" в інших словниках:

високоефективна рідинна хроматографія- - [А.С.Гольдберг. Англо-російський енергетичний словник. 2006 р.] Тематики енергетика в цілому EN high performance liquid chromatographyHPLC … Довідник технічного перекладача

Термін високоефективна рідинна хроматографія Термін англійською high performance liquid chromatography Синоніми Абревіатури ВЕРХ, HPLC Пов'язані терміни адсорбція, олігопептид, протеоміка, сорбент, фулерен, ендоедральний, хроматографія… …

Рідина хроматографія, в якій для підвищення ефективності поділу ритель (елюент) під тиском (більше 3х107 Па) прокачують через колонки, заповнені сорбентом з частинками малого діаметра (до 1 мкм), а також використовують перфузійні ...

Вид хрому тографії, в якій рухомий фазою служитьрідкість (елюент), а нерухомої та. сорбент, тб. носій із нанесеною на його поверхню рідиною або гель. Здійснюють у колонці, заповненій сорбентом (колонова хроматографія), на плоскій… Природознавство. Енциклопедичний словник

- [κρώμα (υрома) колір] процес, заснований на неоднаковій здатності окремих компонентів суміші (рідкої або газоподібної) утримуватися на поверхні адсорбенту як при поглинанні їх із потоку носія, так і при… Геологічна енциклопедія

- (від ін. грецьк... Вікіпедія

Термін хроматографія Термін англійською chromatography Синоніми Абревіатури Пов'язані терміни високоефективна рідинна хроматографія, клатрат, лабораторія на чіпі, порометрія, протеом, протеоміка, сорбент, фермент, фулерен, ендоедральний… … Енциклопедичний словник нанотехнологій

Рідина хроматографія, заснована на разл. можливості іонів, що розділяються, до іонного обміну з фіксир. іонами сорбенту, що утворюються внаслідок дисоціації іоногенних груп останнього. Для поділу катіонів використовують катіоніти, для ... Хімічна енциклопедія

ВЕРХ- високоефективна рідинна хроматографія. Словник скорочень російської мови

Високоефективна рідинна хроматографія (ВЕРХ) один з ефективних методів поділу складних сумішей речовин, що широко застосовується як в аналітичній хімії, так і в хімічній технології. Основою хроматографічного поділу є участь … Вікіпедія

Книги

Практична високоефективна рідинна хроматографія, Вероніка Р. Майєр. Представляємо читачеві 5-е видання книги, яке розширено за рахунок сучасних методів та обладнання. У книзі багато доопрацьовано та додано велику кількість посилань. Ті місця у тексті, де…

Рідина хроматографія  це метод поділу та аналізу складних сумішей речовин, у якому рухомою фазою служить рідина. Він застосовується для поділу ширшого кола речовин, ніж метод газової хроматографії. Це пов'язано з тим, що більшість речовин не має летючості, багато з них нестійкі при високих температурах (особливо високомолекулярні сполуки) і розкладаються під час переведення в газоподібний стан. Поділ речовин рідинною хроматографією найчастіше проводиться за кімнатної температури.

Особливості всіх видів рідинної хроматографії обумовлені тим, що рухомою фазою в ній є рідина, а сорбція компонентів з газоподібного та рідкого елюентів протікає по-різному. Якщо в газовій хроматографії газ-носій виконує тільки транспортну функцію і нерухомою фазою не сорбується, то рідка рухлива фаза рідинної хроматографії є активним елюентом, його молекули можуть сорбуватися нерухомою фазою. При проходженні через колонку молекули компонентів аналізованої суміші, що знаходяться в елюенті, повинні витіснити молекули елюентів з поверхневого шару сорбенту, що призводить до зменшення енергії взаємодії молекул аналізованої речовини з поверхнею сорбенту. Тому величини утримуваних обсягів V R, пропорційні зміні вільної енергії системи, рідинної хроматографії менше, ніж у газовій, а діапазон лінійності ізотерми сорбції в рідинній хроматографії ширше.

Застосовуючи різні елюенти, можна змінювати параметри утримування та селективність хроматографічної системи. Селективність в рідинній хроматографії на відміну від газової визначається не одним, а двома факторами - рухомою природою (елюент) і нерухомою фаз.

Рідка рухлива фаза має більшу щільність і в'язкість, ніж газоподібна, коефіцієнти дифузії. D жна 3–4 порядки нижче, ніж у газі. Це призводить до уповільнення масообміну рідинної хроматографії в порівнянні з газовою. Рівняння Ван-Деемтера у зв'язку з тим, що член Уу рідинній хроматографії ролі не відіграє ( D ж  D г), видозмінюється і графічна залежність ефективності Нвід лінійної швидкості потоку рухомий фази має вигляд, поданий на рис. 1.9.

У класичному варіанті колонкової рідинної хроматографії в скляну колонку висотою 1-2 м, заповнену сорбентом з розміром частинок 100 мкм і елюентом, вводять аналізовану пробу, розчинену в елюенті, і пропускають елюенти, відбираючи на виході з колонки порції елюату. Цей варіант рідинної хроматографії до теперішнього часу застосовують у лабораторній практиці, але так як швидкість проходження елюентів під дією сили тяжіння мала, аналіз тривалий.

Сучасний варіант рідинної хроматографії - так звана високоефективна рідинна хроматографія ВЕРХ - використовує об'ємно-і поверхнево-пористі сорбенти з розміром частинок 5-10 мкм, нагнітальні насоси, що забезпечують тиск в системі до 400 атм., Високочутливі детектори. Швидкий масоперенос і висока ефективність поділу дозволяють використовувати ВЕРХ для поділу молекул (рідинно-адсорбційна та рідинно-рідинна розподільча хроматографія), для поділу іонів (іонообмінна, іонна, іон-парна хроматографія), для поділу макромолекул (ексклюзивна хроматографія).

1.3. УТРИМАННЯ І СИЛА РОЗЧИНАЧА

Для того щоб аналізовані речовини поділялися на колонці, як вже згадувалося вище, коефіцієнт ємності k" повинен бути більше 0, тобто речовини повинні утримуватися нерухомою фазою, сорбентом. Однак коефіцієнт ємності не повинен бути занадто великим, щоб отримати прийнятний час елюювання. Якщо для даної суміші речовин обрана нерухома фаза, яка їх утримує, то подальша робота з розробки методики аналізу полягає у виборі такого розчинника, який забезпечив би в ідеальному випадку різні всім компонентів, але прийнятно не дуже великі k". Цього домагаються, змінюючи елюювальну силу розчинника.

У разі адсорбційної хроматографії на силікагелі або оксиді алюмінію, як правило, силу двокомпонентного розчинника (наприклад, гексану з добавкою ізопропанолу) збільшують, збільшуючи вміст полярного компонента (ізопропанолу), або ж зменшують, зменшуючи вміст ізопропанолу. Якщо вміст полярного компонента стає занадто малим (менше 0,1%), слід замінити його слабшим за елюювальною силою. Так само надходять, замінюючи на інші або полярну або неполярну складову і в тому випадку, якщо дана система не забезпечує бажаної селективності по відношенню до компонентів суміші, що цікавлять. При підборі систем розчинників беруть до уваги розчинності компонентів суміші, так і елюотропні ряди розчинників, складені різними авторами.

Приблизно так само підбирають силу розчинника у разі використання щеплених полярних фаз (нітрил, аміно, діол, нітро та ін), враховуючи можливі хімічні реакції та виключаючи небезпечні для фази розчинники (наприклад, альдегіди та кетони для амінофази).

У разі звернено-фазної хроматографії силу розчинника збільшують, підвищуючи вміст елюенти органічної складової (метанолу, ацетонітрилу або ТГФ) і зменшують, додаючи більше води. Якщо не вдається досягти бажаної селективності, використовують іншу органічну складову або намагаються змінити її за допомогою різних добавок (кислот, іон-парних реагентів та ін.).

При поділах методом іонообмінної хроматографії силу розчинника змінюють, збільшуючи або зменшуючи концентрацію буферного розчину або змінюючи рН, в деяких випадках модифікацію використовують органічними речовинами.

Однак, особливо у разі складних природних та біологічних сумішей, часто не вдається підібрати силу розчинника таким чином, щоб усі компоненти проби елюювалися за прийнятний термін. Тоді доводиться вдаватися до градієнтного елюювання, тобто. використовувати розчинник, елюююча сила якого в процесі аналізу змінюється так, що вона постійно збільшується за заздалегідь заданою програмою. Таким прийомом вдається домогтися елюювання всіх складних складових компонентів за відносно короткий проміжок часу та їх поділу на компоненти у вигляді вузьких піків.

1.6.1. Адсорбційна рідинна хроматографія. Адсорбційна рідинна хроматографія залежно від полярності нерухомої та рухомої фаз підрозділяється на нормально-фазову (НФГ) та обернено-фазову (ОФГ) хроматографію. У НФГ використовують полярний адсорбент і неполярні рухливі фази, в ОФХ неполярний адсорбент і полярні рухливі фази, але в обох варіантах вибір рухомої фази часто важливіше, ніж вибір нерухомої. Нерухома фаза повинна утримувати речовини, що розділяються. Рухлива фаза, тобто розчинник, повинна забезпечувати різну ємність колонки та ефективний поділ за прийнятний час.

Як нерухома фаза в адсорбційній рідинній хроматографії застосовують полярні і неполярні тонкодисперсні пористі матеріали з питомою поверхнею більше 50 м 2 /г. Полярні адсорбенти (SiO 2 Al 2 O 3 флорисил та ін) мають на поверхні слабокислотні групи, здатні утримувати речовини з основними властивостями. Ці адсорбенти використовують головним чином поділу неполярних і середньополярних сполук. Їх недолік - висока чутливість до вмісту води в елюентах, що застосовуються. Для усунення цього недоліку полярні сорбенти обробляють амінами, діолами та іншими реагентами, в результаті чого відбувається поверхневе щеплення цих реагентів, модифікування поверхні та зміна селективності по відношенню до аналізованих речовин.

Неполярні адсорбенти (графітовані сажі, діатоміт, кізельгур) є неселективними до полярних молекул. Для отримання неполярних адсорбентів часто на поверхню, наприклад, силікагелю прищеплюють неполярні групи, наприклад, алкілсилільні SiR 3 , де Rалкільні групи С 2 З 22 .

Рухлива фаза повинна повністю розчиняти аналізовану пробу, мати невисоку в'язкість (щоб коефіцієнти дифузії були досить великими), бажано, щоб з неї було можливо виділити розділені компоненти. Вона має бути інертною по відношенню до матеріалів усіх частин хроматографа, безпечної, дешевої, придатної для детектора.

Рухливі фази, що застосовуються в рідинній хроматографії, розрізняються за своєю силою, що елюює. Елюювальна сила розчинника показує, у скільки разів енергія сорбції даного елюенту на даному адсорбенті більша, ніж енергія сорбції елюенту, обраного як стандарт, наприклад н-гептану. Слабкі розчинники погано адсорбуються нерухомою фазою, тому коефіцієнти розподілу речовин, що сорбуються (сорбату) високі. Навпаки, сильні розчинники добре адсорбуються, тому коефіцієнти розподілу сорбату низькі. Розчинник тим сильніше, що вища розчинність у ньому аналізованої проби, що сильніше взаємодія розчинник – сорбат.

Для забезпечення високої ефективності поділу на колонці необхідно підібрати таку рухливу фазу, яка має полярність, оптимальну для суміші, що розділяється в обраних умовах поділу. Зазвичай спочатку вибирають нерухому фазу, яка має полярність, близьку до полярності компонентів, що розділяються. Потім підбирають рухливу фазу, домагаючись того, щоб коефіцієнт ємності k" виявився в інтервалі від 2 до 5. Якщо полярність рухомої фази занадто близька до полярності нерухомої, час утримання компонентів буде занадто малим, а якщо полярності рухомої та нерухомої фаз відрізняються дуже сильно, час утримання стає занадто великим.

При підборі рухомих фаз орієнтуються на звані елюотропні ряди, засновані на застосуванні індексів полярності Снайдера Р", який підрозділяє всі розчинники на сильні (полярні) та слабкі (слабополярні та неполярні). В основі шкали полярності лежить розчинність речовин, що використовуються як рухливі фази, в діоксані, нітрометані та етанолі.

У таблиці 1.2 наведено значення індексів полярності та елююючої сили (по відношенню до SiO 2) ряду розчинників, що найчастіше застосовуються в рідинній хроматографії як рухливі фази. Тут же вказані короткохвильові межі прозорості цих розчинників, що полегшує вибір умов детектування компонентів суміші.

Таблиця 1.2

Характеристики розчинників, що використовуються в рідинній хроматографії

Розчинник	Індекс полярності	Елююча сила (SiO 2)	Короткохвильова межа прозорості
Фторалкан
Циклогексан
н-Гексан
Тетрахлорметан
Діізопропіловий ефір

Діетиловий ефір
Дихлорметан
Тетрагідрофуран
Хлороформ

Оцтова кислота


Ацетонітрил
Нітрометан

У рідинній хроматографії часто використовують не індивідуальні розчинники, які суміші. Часто незначні добавки іншого розчинника, особливо води, суттєво збільшують елюювальну силу елюентів.

При поділі багатокомпонентних сумішей одна рухлива фаза як елюенти може не розділити всі компоненти проби за прийнятний час. У цьому випадку застосовують метод ступінчастого, або градієнтного, елюювання, при якому в процесі хроматографування послідовно використовують все сильніші елюенти, що дозволяє елюювати речовини, що сильно утримуються, за менший час.

У рідинній хроматографії існують деякі емпіричніправила, які дуже корисні при виборі елюентів:

сорбція сполуки, як правило, збільшується зі зростанням у ній кількості подвійних зв'язків та ОН-груп;

 сорбція зменшується у ряді органічних сполук: кислоти спиртиальдегідикетонискладні ефіриненасичені вуглеводнінасичені вуглеводні;

 для поділу речовин різної полярності та поділу речовин різних класів застосовують нормально-фазову хроматографію: аналізована проба розчиняється та елююється неполярним елюентом, з'єднання різних класів виходять із колонки з полярним адсорбентом за різний час, при цьому час утримування сполук з різними функціональними групами збільшується при переході від неполярних з'єднань до слабополярних. Для дуже полярних молекул значення часу утримування такі великі, що з використанні неполярного елюенту аналіз неможливий. Для зменшення часу утримання полярних компонентів переходять до полярних елюентів;

 у звернено-фазовому варіанті нерухома фаза (неполярний адсорбент) сильніше адсорбує неполярний компонент із полярних елюентів, наприклад, з води;

 знижуючи полярність елюентів додаванням менш полярного розчинника, можна зменшити утримання компонентів.

1.6.2. Розподільна рідинна хроматографія.У розподільчій або рідинно-рідинній хроматографії поділ компонентів аналізованої проби обумовлений відмінностями в коефіцієнтах їх розподілу між двома рідкими фазами, що не змішуються між собою, одна з яких нерухома і знаходиться на поверхні або в порах твердого нерухомого носія, а друга-рухлива.

За характером сил взаємодії, що зумовлюють різний розподіл між двома фазами речовин, що відрізняються своєю хімічною будовою, розподільна хроматографія подібна до адсорбційної, тобто і тут поділ заснований на відмінності в силах міжмолекулярної взаємодії компонентів аналізованої проби з нерухомою та рухомою рідкими фазами.

Залежно від техніки виконання розподільна хроматографія, як і адсорбційна, може бути колонковою або площинною (паперовою або тонкошаровою).

В якості твердих носіїв використовують речовини, індиферентні по відношенню до рухомого розчинника і компонентів проби, що аналізується, але здатні утримувати на поверхні і в порах нерухому фазу. Найчастіше як носії застосовують полярні речовини (целюлозу, силікагель, крохмаль). На них наносять нерухому фазу полярний розчинник, найчастіше воду або спирт. Як рухливі фази в цьому випадку використовують менш полярні або неполярні речовини (спирти, аміни, кетони, вуглеводні та ін.). Такий варіант розподільчої хроматографії називається нормально-фазовим. Він застосовується для поділу полярних речовин.

Другий варіант розподільчої хроматографії відрізняється тим, що як нерухому тверду фазу використовують неполярні носії (гуму, фторопласт, гідрофобізований силікагель), як нерухому рідку фазу неполярні розчинники (вуглеводні), а як рухливу рідку фазуполярні розчинники (спіри , Кетони та ін, часто вода). Цей варіант розподільчої хроматографії називається звернено-фазовийта використовується для поділу неполярних речовин.

Для досягнення оптимального поділу компонентів проби, що аналізується, дуже важливе значення має підбір рухомої фази. Розчинники (рухливі та нерухомі рідкі фази) повинні підбиратися так, щоб коефіцієнти розподілу компонентів суміші відрізнялися досить суттєво. До рідких фаз пред'являються такі вимоги:

1) використовувані розчинники повинні добре розчиняти речовини, що розділяються, причому їх розчинність у нерухомій фазі повинна бути більша, ніж у рухомий;

2) розчинники, які використовуються як рухомий і нерухомий фаз, повинні бути взаємонасичувані, тобто склад розчинника повинен бути постійним під час проходження через колонку;

3) взаємодія розчинників, що використовуються як рухома фаза, з нерухомою фазою повинна бути мінімальною.

Найчастіше у розподільчій рідинної хроматографії як рухомих рідких фаз застосовують не індивідуальні речовини, які суміші у різних співвідношеннях. Це дозволяє регулювати полярність рухомої фази, змінювати співвідношення полярностей рухомої та нерухомої фаз і домагатися оптимальних умов поділу компонентів конкретної аналізованої суміші.

Істотним недоліком цього хроматографічного методу є досить швидке змивання нерухомої нанесеної рідкої фази з носія. Для його усунення розчинник, що використовується як рухома фаза, насичують речовиною, що застосовується як нерухома рідка фаза, або стабілізують нерухому рідку фазу щепленням її до носія.

Різновидом розподільчої рідинної хроматографії є метод ВЕРХ, що широко використовується.

Найпоширенішими хроматографічними системами є системи, що мають модульний принцип збирання. Насоси, дегазуючі пристрої, детектори, дозатори (автосамплери), термостати для колонок, колектори фракцій, блоки керування хроматографічною системою та реєструючі пристрої випускаються у вигляді окремих модулів. Широкий вибір модулів дозволяє гнучко вирішувати різні аналітичні завдання, швидко змінювати за необхідності конфігурацію системи з мінімальними витратами. Водночас випускаються і мономодульні (інтегровані) РХ, головною перевагою яких є мініатюризація окремих блоків, компактність приладу.

Залежно від способу елюювання рідинні хроматографи поділяються на ізократичні та градієнтні.

Схема ізократичного хроматографа

Рухлива фаза з ємності (1) через вхідний фільтр (9) подається прецизійним насосом високого тиску (2) у систему введення зразка (3) - ручний інжектор або автосамплер, туди ж вводиться проба. Далі, через in-line фільтр (8), зразок зі струмом рухомої фази надходить елемент (елементи) поділу (4) - через передколонку в розділову колонку. Потім, елюат надходить у детектор (5) і видаляється в зливну ємність (7). При протіканні елюату через вимірювальний контур детектора відбувається реєстрація хроматограми і передачі даних на аналоговий реєстратор (самописець) (6) або іншу систему збору та обробки хроматографічних даних (інтегратор або комп'ютер). Залежно від конструкції функціональних модулів керування системою може здійснюватися з клавіатури модуля управління (як правило насоса або системного контролера), з клавіатур кожного з модулів системи або виконуватися керуючої програмою з персонального комп'ютера.

У разі градієнтного елюювання використовуються два принципово різні типи рідинних хроматографів. Вони відрізняються точкою формування градієнта складу рухомої фази.

Схема градієнтного хроматографа з формуванням градієнта складу рухомої фази лінії низького тиску.

Рухлива фаза з ємностей (1) через вхідні фільтри (9) та програматор градієнта (10) подається прецизійним насосом високого тиску (2) у систему введення зразка (3) - ручний інжектор або автосамплер, туди вводиться проба. Роботою клапанів програматора градієнта управляє або керуючий модуль системи (насос або контролер), або програма керування ПК. Системи такого типу формують бінарний, тривимірний та чотиривимірний градієнт. Форма функції відпрацювання градієнта залежить від конкретного модуля, що управляє, або програми управління, а також функціональних можливостей керованих і керуючих модулів. Далі, через in-line фільтр (8), зразок зі струмом рухомої фази надходить елемент (елементи) поділу (4) - через передколонку в розділову колонку. Потім елюат надходить у детектор (5) і видаляється в зливну ємність (7). При протіканні елюату через вимірювальний контур детектора відбувається реєстрація хроматограми і передачі даних на аналоговий реєстратор (самописець) (6) або іншу систему збору та обробки хроматографічних даних (інтегратор або комп'ютер). Залежно від конструкції функціональних модулів керування системою може здійснюватися з клавіатури модуля керування (як правило, насоса або системного контролера), або проводитися керуючою програмою з персонального комп'ютера. У разі управління модулем, що управляє, можливе незалежне управління детектором з його власної клавіатури.

Незважаючи на привабливість таких систем (в них використовується лише один прецизійний насос високого тиску), дані системи мають ряд недоліків, серед яких основним, мабуть, є жорстка необхідність ретельної дегазації компонентів рухомої фази ще до змішувача низького тиску (камери програматора градієнта). Вона здійснюється за допомогою спеціальних проточних дегазаторів. Через цей факт вартість їх стає порівнянною з іншим типом градієнтних систем - систем із формуванням складу градієнта рухомої фази на лінії високого тиску.

Принциповою відмінністю систем з формуванням складу градієнта рухомої фази на лінії високого тиску є змішання компонентів лінії високого тиску, природно, що при даному підході кількість прецизійних насосів визначається кількістю резервуарів для змішування рухомої фази. За такого підходу вимоги до ретельності дегазації компонентів суттєво знижуються.

Схема градієнтного хроматографа з формуванням градієнта складу рухомої фази лінії високого тиску.

Рухлива фаза з ємностей (1) через вхідні фільтри (9) подається прецизійними насосами високого тиску (2 та 11) через статичний або динамічний змішувач потоку (10) у систему введення зразка (3) - ручний інжектор або автосамплер, туди вводиться проба. Роботою керованих насосів управляє або керуючий модуль системи (насос "master pump" або контролер), або програма керування ПК. В цьому випадку всі насоси є керованими. Системи такого типу формують бінарний чи тривимірний градієнт. Форма функції відпрацювання градієнта залежить від конкретного модуля, що управляє, або програми управління, а також функціональних можливостей керованих і керуючих модулів. Далі, через in-line фільтр(8), зразок зі струмом рухомої фази надходить в елемент (елементи) поділу (4) - через передколонку в розділову колонку. Потім елюат надходить у детектор (5) і видаляється в зливну ємність (7). При протіканні елюату через вимірювальний контур детектора відбувається реєстрація хроматограми і передачі даних на аналоговий реєстратор (самописець) (6) або іншу систему збору та обробки хроматографічних даних (інтегратор або комп'ютер). Залежно від конструкції функціональних модулів керування системою може здійснюватися з клавіатури модуля керування (як правило, насоса або системного контролера), або проводитися керуючою програмою з персонального комп'ютера. У разі управління модулем, що управляє, можливе незалежне управління детектором з його власної клавіатури.

Запропоновані схеми є спрощеними. До складу систем можуть бути включені додаткові пристрої - термостат колонок, системи постколонової дериватизації, системи пробопідготовки та концентрування зразка, рециклер розчинника, мембранні системи пригнічення фонової електропровідності (для іонної хроматографії), додаткові захисні системи (фільтри, колонки) тощо. На схемах також окремо не показані манометричні модулі. Як правило, ці пристрої вбудовуються у насосні блоки. Ці блоки можуть об'єднувати кілька насосів, насос з програматором градієнта, а також загальний системний контролер. Структура системи залежить від її комплектації та кожного конкретного виробника.

Таке радикальне ускладнення технічного супроводу хроматографічного процесу призводить до виникнення низки вимог до властивостей рухомої фази, відсутніх у класичній колонковій та планарній хроматографії. Рідка фаза повинна бути придатна для детектування (бути прозорою в заданій області спектру або мати низький показник заломлення, певну електропровідність або діелектричну проникність і т.д.), інертна до матеріалів деталей хроматографічного тракту, не утворювати газових бульбашок у клапанах насоса та комірці мати механічні домішки.

У рідинній хроматографіївикористовують безліч типів насосів. ПриЖХнизького тиску найчастіше використовують перистальтичні насоси (Рис.1).

Програмований перистальтичний насос MasterFlex.

При ВЕРХ для забезпечення витрати рухомої фази через колонку із зазначеними параметрами використовуються насоси високого тиску.

До найважливіших технічних характеристик насосів для ВЕРХ відносяться: діапазон витрати; максимальний робочий тиск; відтворюваність витрати; діапазон пульсацій подачі розчинника.

За характером подачі розчинника насоси можуть бути постійної подачі (витрати) та постійного тиску. В основному при аналітичній роботі використовується режим постійної витрати, заповнення колонок - постійного тиску.

За принципом дії насоси для ВЕРХ діляться на шприцеві і на плунжерні зворотно-поступальні .

Шприцеві насоси

Основною відмінністю цих насосів є циклічність їх роботи, у зв'язку з чим хроматографи, в яких застосовуються дані насоси, також відрізняються циклічності роботи.

Мал. 2. Принципове влаштування шприцевого насоса для ВЕРХ.

Мал. 2А. Шприцевий насос.

Блок управління БУ подає напругу на двигун Д, що визначає швидкість та напрямок його обертання. Обертання двигуна за допомогою редуктора Р перетворюється на переміщення поршня П всередині циліндра Д. Робота насоса здійснюється в 2 цикли. У цикл заповнення клапан К2 закритий, К1 - відкритий, розчинник надходить з резервуара в циліндр Ц. У режимі подачі клапан К1 закритий, а через клапан К2 рухома фаза надходить у пристрій для дозування.

Для насосів цього характерно практично повна відсутність пульсацій потоку рухомий фази під час роботи.

Недоліки насосу:

а) велика витрата часу та розчинника на промивання при зміні розчинника;

б) обмежений обсягом шприца обсяг ПФ, отже обмежений час поділу;

в) зупинення поділу під час заповнення насоса;

г) великі габарити та вага при забезпеченні великої витрати та тиску (потрібний потужний двигун та велике зусилля поршня з його великою площею).

Плунжерні зворотно-поступальні насоси.

Мал. 3. Принципове влаштування плунжерного насоса.

Принцип дії.

Двигун Д через редуктор Р приводить у зворотно-поступальний рух плунжер П, що переміщається в робочій головці насоса. Клапани К1 і К2 відкриваються, коли насос знаходиться у фазі всмоктування та подачі відповідно. Величина об'ємної подачі визначається трьома параметрами: діаметром плунжера (зазвичай 3.13; 5.0; 7.0 мм), його амплітудою (12-18 мм) і частотою (що залежить від швидкості обертання двигуна та редуктора).

Насоси цього забезпечують постійну об'ємну подачу рухомий фази тривалий час. Максимальний робочий тиск 300-500 атм, витрати 0.01-10 мл/хв. Відтворюваність об'ємної подачі –0.5%. Основний недолік - розчинник подається до системи у вигляді серії послідовних імпульсів, тому існують пульсації тиску та потоку (Рис.4). Це є основною причиною підвищеного шуму та зниження чутливості майже всіх детекторів, що застосовуються у РХ, особливо електрохімічного.

Рис.4. Пульсація плунжерного насоса.

Методи боротьби з пульсаціями.

1. Застосування демпфуючих пристроїв.

Це спіральні трубки спеціального профілю з нержавіючої сталі, включені послідовно або паралельно до системи між насосом та дозатором.

Мал. 5. Спіральний демпфер.

Демпферрозкручується зі збільшенням тиску у ньому (прискорення ходу насоса). При спаді тиску він скручується, його обсяг зменшується, він вичавлює з себе частину розчинника, підтримуючи постійним витрату і зменшуючи пульсації. Такий демпфер добре працює при тиску 50 атм та вище.

При тиску 5-30 атм краще згладжує пульсацію повітряний демпфер, Виготовлений з колонки (рис. 6.). Повітря в заглушеній колонці (6х200 мм) стискається і гасаються пульсації. Повітря у ньому розчиняється за 24 години.

Мал. 6. Повітряний демпфер.

2. Використання електронних пристроїв.

Під час використання електронного датчика тиску можна використовувати показання датчика для керування роботою насоса. При спаді тиску збільшується швидкість обертання двигуна та компенсує зменшення тиску. Також можна компенсувати витоку в клапанах і частково в манжетах. Застосування електронного демпфера (БПЗ-80, ХПЗ-1 і т.д.) дозволяє знизити пульсацію тиску до 1 атм при тиску 100-150 кгс/см2.

1.6.3. Іонообмінна, іонна, іон-парна хроматографія.В основі методів іонообмінної, іонної та іон-парної хроматографії лежить динамічний процес заміщення іонів, пов'язаних з нерухомою фазою, іонами елюентів, що надходять у колонку. Основна мета хроматографічного процесу – поділ неорганічних чи органічних іонів одного й того самого знака. Утримання цих видів хроматографії визначається зміною вільної енергії реакції іонного обміну. Співвідношення концентрацій іонів, що обмінюються, в розчині і у фазі сорбенту характеризуються іонообмінною рівновагою. Іонний обмін полягає в тому, що деякі речовини (іонообмінники) при зануренні в розчин електроліту поглинають з нього катіони або аніони, виділяючи в розчин еквівалентну кількість інших іонів із зарядом того самого знака. Між катіонообмінником та розчином відбувається обмін катіонами, між аніонообмінником та розчином – обмін аніонами.

Катіонообмінники є найчастіше спеціально синтезованими нерозчинними полімерними речовинами, що містять у своїй структурі іоногенні групи кислотного характеру: –SO 3 H; -COOH; -OH; -PO 3 H 2; -AsO 3 H 2 .

Хімічні формули катіонообмінників схематично можна зобразити як R-SO3H; R-SO 3 Na. У першому випадку катіонообмінник знаходиться в Н-формі, у другому - у Na-формі. R – полімерна матриця.

Катіонообмінні реакції записують як звичайні гетерогенні хімічні реакції:

RН+Na+RNa+H+

Аніонообмінники містять у своїй структурі іоногенні групи основного характеру: -N(CH 3) 3 +; = NH 2 +; =NH + та ін. Їх хімічні формули можуть бути зображені як RNH 3 OH та RNH 3 Cl або ROH, RCl. У першому випадку аніонообмінник знаходиться в ОН-формі, у другому – у Сl-формі. Аніонообмінну реакцію можна записати так:

R–OH+Cl – RCl+OH –

Відомі амфотерні іонообмінники, що містять у своїй структурі і кислотні та основні групи. Іонообмінники, що мають у своєму складі однотипні (наприклад, SO 3 H) кислотні (основні) групи, називають монофункціональними; іонообмінники, що містять різнотипні (наприклад, SO 3 H, ОН) кислотні (основні) групи поліфункціональними.

Монофункціональні іонообмінники одержують реакцією полімеризації. Реакція поліконденсації дозволяє одержувати поліфункціональні іонообмінники. Для того, щоб отримані іонообмінники мали досить високі експлуатаційні характеристики, вони повинні бути нерозчинними, але такими, що набухають у відповідному розчиннику і мати досить велику кількість іоногенних груп, здатних до обміну з іоногенними групами аналізованої проби. Це може бути досягнуто, якщо отримані полімерні ланцюги досить розгалужені і пов'язані один з одним зшиваючими містками. Наприклад, при отриманні катіонообмінників полімеризації типу на основі стиролу в якості зшиваючого агента найчастіше використовується дивінілбензол, введення якого в кількості до 16% забезпечує отримання іонообмінників з різним ступенем набухання і, отже, дозволяє регулювати пористість іонообмінника. Ступенем набухання іоніту, що виражається в мілілітр/грам, називають обсяг упакованого в колонку 1 г повітряно-сухого іонообмінника.

Іонообмінник поглинає, як правило, один із протиіонів -іонів, що знаходяться в рухомій фазі, тобто виявляє певну селективність. Експериментально встановлені ряди спорідненості, або селективності, іонів по відношенню до іонообмінників різних типів. Наприклад, при низьких концентраціях розчину на сильнокислотних катіонообмінниках іони з однаковим зарядом сорбуються в такій послідовності:

Li +  Na +  K +  Rb +  Cs +

Mg 2+  Ca 2+  Sr 2+  Ba 2+ .

Для іонів з різними зарядами сорбируемость збільшується зі збільшенням заряду:

Na + Ca 2+

Однак, зміна умов проведення реакції іонного обміну може призвести до звернення ряду. Ряди спорідненості встановлені й для аніонообмінників. Наприклад, сорбируемость аніонів на сильноосновних аніоніт збільшується в ряду:

F –  OH –  Cl –  Br –  NO 3 –  J –  SCN –  ClO 4 – .

Іонообмінники, що містять у своїй структурі сильнокислотні або сильноосновні групи, вступають у реакції іонного обміну з будь-якими іонами, що знаходяться в розчині зарядами, що володіють того ж знака, що і знак протиіону. Такі іонообмінники називають універсальними.

Процес іонного обміну між аналізованою речовиною та іонообмінником може бути здійснений одним із трьох способів: статичним, динамічним (спосіб іонообмінного фільтра) та хроматографічним.

Статичний метод іонного обміну полягає в тому, що навішення іоніту приводять в контакт з певним об'ємом розчину і перемішують або струшують певний час до встановлення рівноваги. Це швидкий і простий спосіб іонного обміну, що застосовується для концентрування іонів з розбавлених розчинів, видалення непотрібних домішок, але він не забезпечує повного поглинання іонів, оскільки іонний обмін це нерівноважний процес, і внаслідок цього не гарантує повного поділу іонів.

Під час проведення іонного обміну динамічним способом через колонку з іонітом пропускають розчин, який у міру переміщення колонкою контактує з новими гранулами іоніту. Цей процес забезпечує більш повний обмін, ніж статичний метод, оскільки продукти обміну видаляються потоком розчину. Їм можна концентрувати іони з розведених розчинів і розділяти іони, що сильно розрізняються за властивостями, наприклад, іони різнозарядні (відокремлювати катіони від аніонів), але поділ іонів одного знака заряду практично неможливо. Кількісний поділ таких іонів можливий лише при багаторазовому повторенні сорбційно-десорбційних елементарних актів у динамічних умовах, тобто. хроматографічним методом . При роботі цим методом застосовують високі шари іоніту і в цей шар вводять суміш, що розділяється, в кількості, значно меншій ємності колонки, завдяки чому і забезпечується багаторазове повторення елементарних актів іонного обміну.

За технікою проведення аналізу іонообмінна хроматографія подібна до молекулярної і може здійснюватися за елюентним (проявним), фронтальним і витіснювальним варіантами. Відмінність між молекулярною та іонообмінною хроматографією полягає в тому, що в молекулярній хроматографії розділені компоненти суміші елююються з колонки чистим елюентом, а в іонообмінній як елюент використовують розчин електроліту. При цьому іон елюенту, що обмінюється, повинен сорбуватися менш селективно, ніж будь-який з іонів розділяється суміші.

При проведенні проявної іонообмінної хроматографії, яка найчастіше застосовується, колонку, заповнену іонітом, спочатку промивають розчином електроліту доти, поки в іоніті не відбудеться повне заміщення всіх його іонів на іони, що містяться в елюенті. Потім в колонку вводять невеликий об'єм розчину аналізованої речовини, що має у своєму складі іони, що розділяються, в кількості близько 1% від ємності іоніту. Далі колонку промивають розчином елюенту, відбираючи фракції елюату та аналізуючи їх.

Суміш іонів Cl – , Br – , J – можна розділити на високоосновному аніоніті (зшитий полістирол, що містить групи четвертинних амонієвих основ N (CH 3) 3 +), наприклад, AB-17, що має ряд вибірковості (селективності): NO 3 – Cl – Br – J – . Внаслідок цього як елюент використовується розчин NaNO 3 . Спочатку через іоніт пропускається цей розчин до насичення іонами NO 3 – . При введенні в колонку суміші, що розділяється, іони Cl – , Br – , J – поглинаються аніонітом, витіснивши іони NO 3 – . При подальшому промиванні колонки розчином NaNO 3 іони Cl – , Br – , J – у верхніх шарах аніоніту поступово заміщаються знову іонами NO 3 – . Найшвидше витіснятимуться іони Cl – , найдовше в колонку затримаються іони J – . Відмінність у селективності іоніту до іонів суміші призводить до того, що у колонці утворюються окремі зони сорбованих іонів Cl – , Br – і J – , що переміщаються колонкою з різною швидкістю. У міру переміщення колонкою відстань між зонами збільшується. У кожній зоні знаходиться лише один з аніонів суміші, що розділяється, і аніон елюентів, в проміжку між зонами лише аніон елюентів. Таким чином, в елюенті на виході з колонки будуть з'являтися фракції, в яких містяться окремі компоненти суміші, що розділяється.

Для вирішення практичних завдань варіюють умови поділу іонів, підбираючи відповідну рухливу фазу (склад, концентрація, рН, іонна сила) або змінюючи пористість полімерної матриці іоніту, тобто число міжланцюгових зв'язків у матриці, і створюючи іонітові сита, проникні для одних іонів і здатні до їх обміну та непроникні для інших. Можна також змінювати природу та взаємне розташування іоногенних груп, а також отримувати сорбенти, здатні до селективних хімічних реакцій за рахунок комплексоутворення. Високу селективність мають, наприклад, комплексоутворюючі іонообмінники, що містять у своїй структурі хелатоутворюючі групи органічних реагентів диметилгліоксиму, дитизону, 8-оксихіноліну та ін, а також краун-ефіри.

Найбільше застосування в іонообмінній, іонній та іонопарній хроматографії знаходять синтетичні макро- та мікросітчасті органічні іонообмінники, що мають велику обмінну ємність (3-7 ммоль/г), а також неорганічні іонообмінні матеріали. Мікросетчасті іонообмінники здатні до обміну іонів тільки в набряклому стані, макросітчасті - в набряклому і ненабряклому станах. Іншим структурним типом іонообмінників є поверхнево-плівкові іоніти, тверда серцевина яких виготовлена з непористого кополімеру стиролу та дивінілбензолу, скла або силікагелю та оточена тонкою плівкою іонообмінника. Загальний діаметр такої частки становить близько 40 мкм, товщина плівки іоніту – 1 мкм. Недолік таких іонообмінників – порівняно великий діаметр частинок та мала обмінна ємність через низьку питому поверхню, внаслідок чого доводиться працювати з малими пробами і, відповідно, використовувати високочутливі детектори. Крім того, такі іонообмінники досить швидко отруюються і не здатні до регенерації.

У високоефективній іонообмінній та іонній хроматографії застосовують об'ємно-пористі полістирольні іонообмінники, об'ємно-пористі кремнеземи з діаметром гранул близько 10 мкм, а також практично не набухають поверхнево-пористі і поверхнево-модифіковані сополімери стиролу та дивініл.

В іон-парній хроматографії використовують «щіткові» сорбенти - силікагелі з щепленими зверненими фазами С 2 , С 8 ,С 18 , які легко перетворюються на катіонообмінник при поглинанні з рухомої фази іоногенних поверхнево-активних речовин, наприклад алкілсульфатів або солей.

При проведенні хроматографічного поділу із застосуванням іонообмінників як рухому фазу найчастіше використовують водні розчини солей. Це пов'язано з тим, що вода має прекрасні розчинні та іонізуючі властивості, завдяки чому молекули аналізованої проби миттєво дисоціюють на іони, іонообмінні групи іонообмінника гідратуються і також переходять у повністю або частково дисоційовану форму. Це забезпечує швидкий обмін протиіонів. На елюювальну силу рухомої фази основний вплив має рН, іонна сила, природа буферного розчину, вміст органічного розчинника або поверхнево-активної речовини (іон-парна хроматографія).

Значення рН вибирають залежно від природи іоногенних груп, іонів, що розділяються, і матриці. З сильнокислотними та сильноосновними іонообмінниками можна працювати при рН = 2-12, зі слабокислотними при рН = 5-12, зі слабоосновними при рН = 2-6. Сорбенти на основі кремнезему при рН 9 не можна використовувати. Іонна сила рухомої фази впливає ємність іонообмінника. Зі збільшенням іонної сили сорбція іонів зазвичай зменшується, оскільки зростає елюююча сила рухомої фази. Тому на початку поділу рухома фаза повинна мати мале значення іонної сили (0,05-0,1), а кінцеве значення цієї характеристики не повинно перевищувати 2. При градієнтному елююванні часто використовують буфери з іонною силою, що збільшується.

Для селективного елюювання іонів, поглинених іонообмінником, можна застосовувати воду, буферні розчини (фосфатний, ацетатний, боратний, гідрокарбонатний та ін.) з певним значенням рН та іонної сили, розчини мінеральних (соляна, азотна, сірчана, фосфорна) та органічних ( лимонна, молочна, винна, щавлева, ЕДТА) кислот. Вибір елюентів полегшується тим, що граничні коефіцієнти розподілу більшості елементів між водними (водно-органічними) розчинами багатьох комплексантів та іонообмінниками стандартного типу визначені та представлені в таблицях.

1.6.4. Ексклюзивна хроматографія.Ексклюзивна хроматографія це різновид рідинної хроматографії, в якій поділ компонентів заснований на розподілі молекул відповідно до їх розміру між розчинником, що знаходиться в порах сорбенту, і розчинником, що протікає між його частинками. У процесі поділу невеликі молекули потрапляють у сітку полімеру, у порах якої розчинник є нерухомою фазою, і утримуються там. Великі молекули не можуть проникнути в полімерну сітку та вимиваються з колонки рухомою фазою. Спочатку елююються найбільші, потім середні та, нарешті, невеликі молекули.

Ексклюзивна хроматографія підрозділяється на гель-проникну та гель-фільтраційну. У гель-проникаючої хроматографії поділ відбувається на полімерах, що набухають в органічних розчинниках. Гель-фільтраційний варіант екслюзійної хроматографії передбачає використання як нерухомі фази полімерів, набухають у воді.

Тривалість утримування компонентів аналізованої проби в ексклюзивній колонці залежить від розмірів їх молекул і дифузії в пори сорбенту, а також від розмірів пор нерухомої фази.

У цьому виді рідинної хроматографії коефіцієнт розподілу Dдля найменших молекул аналізованої проби, які рухаються в хроматографічної колонці з найменшою швидкістю, проникаючи в сітку нерухомої фази, дорівнює 1, так як рухома фаза і розчинник, що знаходиться в порах нерухомої фази, мають той самий склад. При цьому основне рівняння колонкової хроматографії набуває вигляду

Молекули великого розміру, що не потрапляють у пори нерухомої фази, елююють із колонки разом із рухомою фазою. Для них D= 0, a V R =V m. Такий діапазон значень коефіцієнта розподілу (від 0 до 1) характерний лише для виняткової хроматографії.

Усі молекули аналізованої багатокомпонентної речовини повинні вимиватися з колонки при пропусканні невеликого об'єму розчинника від V mдо V m +V sта поділ закінчується до виходу піку розчинника. Тому в цьому виді хроматографії необхідно використати досить довгі колонки з великим вільним об'ємом. V mі великою кількістю пір у сорбенті.

Роздільна здатність хроматографічних піків при екслюзійному поділі може бути покращена при використанні градієнтного елюювання змішаними розчинниками.

Кожен сорбент, що застосовується в екслюзійній хроматографії, характеризується певним обсягом пор і, отже, має певну область молекулярних мас, що розділяються, і певним градуювальним графіком. При цьому градуювальний графік, що характеризує залежність об'єму, що утримується від молекулярної маси або розміру молекул, має, як правило, складний вигляд.

Нерухомі фази в екслюзійній хроматографії вибирають виходячи з конкретних аналітичних завдань. Спочатку встановлюють, яка система розчинників може бути використана для аналізу (водна чи водно-органічна). Залежно від цього визначають тип сорбенту. Якщо необхідно провести поділ водорозчинних проб, як нерухомі фази застосовують, наприклад, набряклі у воді зшиті декстрани (сефадекси) або поліакриламіди (біогель Р). Поділ речовин, розчинних в органічних розчинниках, можна проводити на полістиролах з різним ступенем зшивки, що набухають в органічних розчинниках (стирогель, порагель, біобід С). Такі набряклі гелі, як правило, нестійкі до тиску, при їх використанні допускаються дуже низькі швидкості потоку рухомої фази, що збільшує час аналізу. Щоб здійснити високоефективний варіант екслюзійної хроматографії, необхідно застосовувати нерухомі фази з жорсткими матрицями - силікагелі, недолік яких - висока адсорбційна активність - усувається силанізацією поверхні або підбором відповідного полярності елюентів.

В якості рухомих фаз в екслюзійній хроматографії можуть використовуватися речовини, які:

 повністю розчиняють аналізований зразок;

 добре змочують сорбент;

 протидіють адсорбції компонентів проби на сорбенті;

 мають низьку в'язкість та токсичність.

1.6.5. Площинна хроматографія. До площинної хроматографії відносяться тонкошарова та паперова хроматографії. Ці види рідинної хроматографії прості за технікою виконання, експресні, не вимагають дорогого обладнання, що є їх незаперечною гідністю.

Поділ суміші речовин цими методами може бути виконано з використанням різних хроматографічних систем. Тому виділяють адсорбційну, розподільну, нормально-і обернено-фазову, іонообмінну тощо паперову та тонкошарову хроматографії. В даний час найбільшого поширення набула тонкошарова хроматографія.

Паперова та тонкошарова хроматографії подібні за технікою виконання. В якості нерухомої фази в паперовій хроматографії застосовується целюлозне волокно паперу, в тонкошаровій хроматографії - різні сорбенти (Al 2 O 3 , силікагель та ін), нанесені рівномірним тонким (100 - 300 мкм) шаром на скляну, металу . Шар адсорбенту на носії може бути закріплений або закріплений.

Хроматографічне поділ у площинних методах, як і на колонці, обумовлено перенесенням компонентів аналізованої речовини рухомою фазою вздовж шару нерухомої фази з різними швидкостями відповідно до коефіцієнтів розподілу речовин, що розділяються. В обох випадках використовуються хроматографічні системи рідина – твердий сорбент (адсорбційний механізм поділу), рідина – рідкість – твердий носій (розподільний, іонообмінний та інші механізми).

Як рухливі фази застосовують різні розчинники або їх суміші, органічні або неорганічні кислоти.

Практичне одержання площинних хроматограм полягає в наступному.

На смужці хроматографічного паперу або тонкому шарі сорбенту олівцем відзначають стартову лінію з відривом 1 див від нижнього краю смужки чи пластинки. Мікропіпеткою наносять пробу на лінію старту у вигляді плями діаметром не більше 2-3 мм. Потім край смужки або платівки опускають у посудину з рухомою фазою, що знаходиться в герметичній камері. У міру підйому рухомої фази смужкою або пластинкою і протікання звичайних в хроматографії багаторазових елементарних актів сорбції-десорбції, розподілу між двома рідкими фазами, іонного обміну та ін. відбувається поділ компонентів аналізованої суміші. Процес зазвичай продовжують доти, поки розчинник не пройде від лінії старту 10 см. Після цього смужку або пластинку витягають з камери і висушують. Якщо компоненти аналізованої речовини пофарбовані, вони на хроматограмі дають відповідні кольорові плями. Для виявлення незабарвлених компонентів аналізованої речовини хроматограму необхідно виявити. Прояв хроматограми та детектування компонентів проби може бути проведено різними методами та залежить від складу аналізованих сумішей. Прояв може бути здійснений:

 за допомогою УФ-освітлення. Метод застосовний для виявлення речовин, здатних під дією УФ-випромінювання випромінювати власне випромінювання (люмінесцювати) видимого діапазону довжин хвиль;

 за допомогою реагентів-проявників. Наприклад, присутність у аналізованій суміші амінокислот може бути виявлено за допомогою нінгідрину. Висушену хроматограму занурюють в 0,2% розчин нінгідрину в ацетоні, потім висушують її. Плями, що відповідають різним компонентам суміші, набувають візуального і, як правило, специфічного для кожної речовини забарвлення;

 з використанням йоду. При цьому хроматографію, що детектується, вносять у посудину, на дні якої знаходяться кристали йоду. Пари йоду адсорбуються на плямах сильніше, завдяки чому плями візуалізуються. Йод – це неспецифічний реагент-проявник. Використовуючи специфічні реагенти, можна визначити кількість компонентів суміші, а й ідентифікувати розділені речовини за кольором плям.

Паперову і тонкошарову хроматографії найчастіше здійснюють у так званому висхідному варіанті, описаному вище. Досить часто для поліпшення якості хроматограм доводиться використовувати і складніші варіанти площинної хроматографії, наприклад, низхідну, кругову, двовимірну. При проведенні низхідної паперової або тонкошарова хроматографії аналізована речовина наноситься на стартову лінію пластинки або паперової смужки, що знаходиться зверху, і елюенти подається не знизу, а зверху. Позитивний ефект, що полягає у поліпшенні поділу, обумовлений вкладом у процес поділу сил тяжіння компонентів.

Як висхідна, так і низхідна хроматографії можуть бути здійснені в одному та двомірному варіантах. На відміну від описаного вище одновимірного процесу поділу в плоскому шарі при двомірному хроматографічному поділі поділ аналізованої проби спочатку проводять в одному розчиннику, потім здійснюють поділ у напрямку перпендикулярному першому, з використанням іншого розчинника, повернувши першу хроматограму на 90 про С.

При проведенні кругової хроматографії речовина, що аналізується, наноситься у вигляді краплі в середину пластинки або листа хроматографічного паперу. Сюди краплями подається один або кілька розчинників. Це призводить до того, що одержувана хроматограма є набір радіальних плям.

Положення плям (зон), які утворюють розділені компоненти аналізованої речовини на плоскій хроматограмі, характеризується величинами відносної швидкості переміщення компонентів у тонкому шарі R fi. Експериментально величину R fiвизначають як відношення відстані L i, пройденого i-м компонентом, на відстані L, пройденому розчинником від стартової лінії до лінії фронту (рис. 1.10):

Величина R fiзалежить від природи відповідного компонента аналізованої проби, природи нерухомої фази, її товщини, природи та якості рухомої фази, способу нанесення проби та інших факторів, але завжди R fi 1.

Величина R fiфактично тотожна часу утримування речовини або його утримуваному об'єму, що характеризує швидкість проходження речовини через хроматографічну колонку, і може бути використана для якісної ідентифікації компонентів аналізованої проби, а діаметр плями тотожний висоті або площі хроматографічного піку і, отже, певною мірою відображає кількісний вміст речовини.

Кількісне визначення складу аналізованої проби в найпростішому випадку може бути візуально оцінено за інтенсивністю власного забарвлення плям або інтенсивності флуоресцентного світіння отриманих плям при УФ-детектуванні. Для цих цілей досить широко застосовується елюювання хроматографічних плям. При цьому пляма, отримана на хроматограмі, акуратно вирізують або зішкрібають, обробляють відповідним розчинником і отриманий розчин досліджують відповідним фізико-хімічним методом. Можна використовувати і ваговий метод, при якому відповідну пляму вирізують із хроматограми та зважують. Кількість речовини визначають по різниці ваги чистого паперу такої ж площі і паперу з речовиною.

Паперова (БХ ) та тонкошарова хроматографія (ТСХ ) за механізмом поділу належать до розподільної хроматографії . У методі БХ носієм є спеціальна хроматографічний папір із певними властивостями. Нерухливою фазою служить вода, адсорбована на поверхні і порах паперу (до 20%), рухомий органічний розчинник, що змішується або не змішується з водою, вода або розчини електролітів.

Механізм на папері досить складний. У нерухомій фазі речовина може утримуватися не тільки внаслідок розчинення в адсорбованому папером воді, а й адсорбуватися безпосередньо целюлозою. Нанесені на папір компоненти, що розділяються переходять у рухому фазу і по капілярах паперу переміщаються з різними швидкостями відповідно до коефіцієнтом міжфазного розподілу кожного із них. На початку хроматографування деяка частина речовини з паперу перетворюється на рухому фазу та переміщуються далі. Коли органічний розчинник досягає ділянки паперу, що не містить розчиненої речовини, знову відбувається перерозподіл : з органічної фази речовина переходить у водну, сорбовану на папері. Оскільки компоненти мають різне спорідненістю до сорбенту , при переміщенні елюентів відбувається поділ: одні речовини затримуються на початку шляху, інші просуваються далі. Тут поєднуються термодинамічний (Встановлення рівноважного розподілу речовин між фазами) та кінетичний (Рух компонентів з різною швидкістю) аспекти поділу. У результаті кожен компонент концентрується на певній ділянці паперового листка: утворюються зони окремих компонентів на хроматограмі . Використання хроматографії на папері має низку істотних недоліків: залежність процесу поділу від складу та властивостей паперу, зміна вмісту води в порах паперу при зміні умов зберігання, дуже низька швидкість хроматографування (до кількох діб), низька відтворюваність результатів. Ці недоліки серйозно впливають поширення хроматографії на папері як хроматографічного методу.

У методі ТСХ процес поділу суміші речовин здійснюється в тонкому шарі сорбенту , нанесеного на інертну тверду підкладку, та забезпечується рухом рухомий фази (розчинника) через сорбент під дією капілярних сил . замеханізму поділу розрізняють розподільчу, адсорбційну та іонообмінну хроматографію . Поділ компонентів відбувається в цих випадках або в результаті їхнього різного коефіцієнта розподілу між двома рідкими фазами ( розподільна хроматографія ), або внаслідок різної адсорбованості сполук сорбентом ( адсорбційна хроматографія ). Адсорбційний метод заснований на різному ступені сорбції-десорбції компонентів, що розділяються на нерухомій фазі. Адсорбція здійснюється за рахунок ван-дер-ваальсівських сил , що є основою фізичної адсорбції , полімолекулярної (утворення декількох шарів адсорбату на поверхні адсорбенту) та хемосорбцією (хімічної взаємодії адсорбенту та адсорбату).

У разі використання для ТШХ таких сорбентів, як окис алюмінію або силікагель у поділі відіграють роль як розподіл , так і адсорбція на розвиненій активній поверхні сорбенту (150-750 м 2 /г). Розподіл компонентів суміші відбувається між водою на поверхні носія (такі адсорбенти , як окис алюмінію , крохмаль , целюлоза , кізельгур - І вода утворюють нерухому фазу ), і переміщується через цю нерухому фазу розчинником ( рухлива фаза ). Компонент суміші, легше розчинний у воді, переміщається повільніше, ніж той, який легше розчинний у рухомій фазі.

Адсорбція виявляється в тому, що між носієм , наприклад, оксидом алюмінію, і компонентами суміші встановлюються адсорбційні рівноваги – для кожного компонента своє, результатом чого є різна швидкість переміщення компонентів суміші. Можна виділити два крайні випадки:

а) концентрація речовини на адсорбенті дорівнює нулю. Речовина повністю розчиняється в рухомій фазі і захоплюється нею (переміщається разом з фронтом розчинника ).

б) речовина адсорбується повністю, з розчинником не взаємодіє та залишається на старті.

На практиці при вмілому підборі розчинника та адсорбенту розподіл сполуки розташовується між цими крайніми випадками, і речовина поступово переноситься від одного шару сорбенту до іншого за рахунок одночасно відбуваються процесів сорбції і десорбції .

Розчинник, що проходить через сорбент, називають елюентом , процес переміщення речовини разом з елюентом - елююванням . У міру просування рідини на платівці відбувається поділ суміші речовин завдяки дії сил адсорбції , розподілу , іонного обміну чи сукупності дії всіх перерахованих факторів. В результаті утворюються окремі хроматографічні зони компонентів суміші, тобто. виходить хроматограма .

Правильний підбір сорбенту і елюент визначає ефективність поділу суміші. Рухливість досліджуваної речовини залежить від її спорідненості до сорбенту та елююючої сили (Полярності) елюентів. Зі збільшенням полярності сполуки зростає та її спорідненість до полярного сорбенту. За збільшенням ступеня адсорбції силікагелем органічні сполуки розташовуються в ряд: вуглеводні<алкилгалогенидыарены<нитросоединения<простые эфиры <сложные эфиры<альдегиды<спирты<амины<карбоновые кислоты. В свою очередь для силікагелю елюенти можна розташувати в порядку зростання «полярності» ( елююючої здатності ) та сформувати серію розчинників ( елюотропний ряд ) відповідно до експериментальних даних: алкани>бензол>хлороформ>діетиловий ефір>етилацетат>спирти С2-С4>вода>ацетон>оцтова кислота>метанол. Таким чином, полярна сполука – спирт досить сильно адсорбується на силікагелі і тому слабо переміщається під дією такого неполярного розчинника, як гексан, і залишається біля стартової лінії. У свою чергу неполярний ароматичний вуглеводень біфеніл помітно більш рухливий у гексані, але навіть тут для досягнення R f близько 0,5 необхідний полярний апротонний елюенти - хлористий метилен. Силу елюенту регулюють, використовуючи суміші розчинників - сусідів по елюотропному ряду з різною полярністю.

В даний час у ТШХ застосовують головним чином наступні сорбенти : для поділу ліпофільних речовин  силікагель , окис алюмінію , ацетильовану целюлозу , поліаміди ; для поділу гідрофільних речовин  целюлозу , целюлозні іонообмінники , кізельгур , поліаміди . Найважливішою характеристикою сорбенту є його активність , тобто. здатність сорбувати (утримувати) компоненти суміші, що розділяється. За кордоном низка фірм виробляє силікагель , кізельгур і окис алюмінію із добавкою 5% гіпсу, який використовується для закріплення шару сорбенту при самостійному виготовленні пластин.

Найбільш поширеним сорбентом є силікагель - гідратована кремнієва кислота, що утворюється при дії мінеральних кислот на Na 2 SiO 3 і сушінням золю, що утворився. Після розмелювання золю використовують фракцію певної зернистості (зазначену на платівці, зазвичай 5-20 мкм). Силікагель є полярним сорбентом c групами ВІН як активні центри. Він легко сорбує на поверхні воду та утворює водневі зв'язки.

Окис алюмінію є слабоосновним адсорбентом і використовується в основному для поділу сполук слабоосновного та нейтрального характеру. Недоліком пластин на окису алюмінію є обов'язкова активація поверхні перед використанням у сушильній шафі при високій температурі (100-150 о С) та низька, порівняно з силікагелем, адсорбційна ємність шару.

Кізельгур  адсорбент, отриманий із природних мінералів,  діатомових земель. Сорбент має гідрофільні властивості та нижчу адсорбційну ємність шару порівняно з силікагелем.

Целюлоза: тонкошарові пластини з нанесеною целюлозою дуже ефективні для поділу складних органічних молекул. Адсорбент є переважно кульки целюлози діаметром до 50 мкм, закріплені на носії крохмалем. Як і паперової хроматографії, підйом фронту розчинника відбувається дуже повільно.

Хроматографічний аналіз виконується на промислових пластинах чеського виробництва. Силуфол » (« Silufol ») з алюмінієвої фольги, іноді укріпленої картоном, та « Силупласт » з пластмаси, покритих шаром сорбентів – силікагелю LS 5-40 з крохмалем або гіпсом як сполучний (до 10%), або оксид алюмінію з додаванням і без флуоресцентних індикаторів. Платівки « Силуфол » мають високу швидкість елюювання, проте при цьому характеризуються низькою здатністю, що розділяє, і невисокою чутливістю. При зберіганні чутливі до умов (вологість, температура, агресивні середовища тощо). Окремі фірми постачають хроматографічні платівки із шаром сорбенту різної (зазвичай до 0,25 мм), але строго постійної товщини (силікагель, целюлоза, іонообмінна смола), на склі та підкладках з алюмінієвої фольги, пластмаси, просоченого скловолокна.

Пластини « Sorbfil (ТУ 26-11-17-89) випускаються в Росії на полімерній основі (поліетилентерефталат, марка П) або алюмінієвій підкладці (марка АФ) з нанесеним робочим шаром мікрофракціонованого сорбенту силікагелю марки СТХ-1А та СТХ-1ВЕ (випускався в СРСР як фракціонований силікагель КСКГ) товщиною 90-120 мкм (до 200 мкм), закріпленим спеціальним сполучним - силіказолем . При використанні в якості сполучного золю кремнієвої кислоти (силіказоля), який після нагрівання перетворюється на силікагель, отримані ТСХ-пластини складаються з двох компонентів: шару силікагелю та підкладки. Рівномірність товщини шару сорбенту на одній пластині становить ±5 мкм. Приклад позначення: "Сорбфіл-ПТСХ-АФ-В-УФ (10х10)" - пластинки для ТСХ високоефективні на алюмінієвій підкладці, з люмінофором, 10х10 см.

Якщо застосовувати скляну підкладку (марка С), такі пластини є багаторазовими і хімічно міцними. Їхня хімічна стійкість визначається хімічною стійкістю силікагелю. В результаті ТСХ-пластини можуть багаторазово оброблятися агресивними реагентами, наприклад, гарячою хромовою сумішшю, що знімає обмеження у використанні корелюючих реагентів для детектування плям і модифікації сорбенту, і дозволяє проводити багаторазову (до 30 разів і більше) регенерацію пластин хромовою сумішшю. Скляні платівки можуть бути нарізані за необхідними розмірами. Механічна міцність шару сорбенту може регулюватися, забезпечуючи, з одного боку, транспортування і багаторазовість обробки пластин і, з іншого боку, можливість екстракції шарів адсорбенту з речовинами, що розділилися, для подальшого вимивання індивідуальних сполук з сорбенту та їх подальшого дослідження інструментальними методами (ІЧ та УФ-спектрометрії. , рентгеноструктурними методами, ЯМР і т.д.).

Пластини розрізняються величиною фракцій (розподілу частинок) силікагелю, з якого складається шар. На аналітичних пластинах (марка А) фракція 5-17 мкм, на високоефективних (марка В) – 8-12 мкм. Вужчий розподіл підвищує ефективність пластин, тобто. плями речовин, що розділяються, стають більш компактними (меншими за розмірами) і тому краще поділяються при проходженні фронту елюентів на більш коротку відстань. На російських пластинах аналітичні і високоефективні верстви відрізняються дуже сильно, на відміну пластин фірми Merck (Німеччина). Застосовувати високоефективні пластини потрібно, якщо речовини не поділяються на аналітичні пластини. Випускаються пластини всіх модифікацій із люмінофором (марка УФ) із збудженням 254 нм. Термін зберігання не обмежений. Sorbfil широко випробувані в аналізі похідних амінокислот, пестицидів, ліпідів, антибіотиків.

Методом ТШГ здійснюється якісна ідентифікація компонентів. кількісне визначення для ТСХ також можливо, для цього потрібно нанесення точної кількості речовини та додаткові денситометричні дослідження з чітким фіксуванням інтенсивності плям. Найбільш поширеним є напівкількісний метод . Він заснований на візуальному порівнянні розміру та інтенсивності плями компонента з відповідними характеристиками серії плям цієї ж речовини різної концентрації ( стандартні розчини порівняння ). При використанні проби кількості 1-5 мкг таким простим методом забезпечується точність визначення вмісту компонента близько 5-10%. Нерідко для визначення компонентів у зразку необхідно провести пробопідготовку для отримання суміші, що містить аналізовані сполуки. Пробопідготовка заснована на вилучення препаратів із зразка органічними розчинниками ( н-гексан, петролейний ефір, діетиловий ефір, хлороформ), очищення екстракту та подальшому хроматографуванні в тонкому шарі окису алюмінію або силікагелю.

Існує кілька варіантів ТСХ і БХ, що різняться способом подачі розчинника . Залежно від напрямку руху рухомої фази розрізняють:

а)висхідну хроматографію  рухливу фазу наливають на дно розділової камери, папір (пластинка) ставиться вертикально;

б)низхідну хроматографію  рухлива фаза подається зверху і переміщається вниз уздовж шару сорбенту пластини чи паперу;

в)радіальну хроматографію  горизонтальне просування фронту розчинника: рухома фаза підводиться до центру паперового диска (пластини), куди нанесена суміш, що розділяється.

Найбільш поширеним є висхідне елюювання (хроматографування). Фронт елюент при цьому рухається знизу вгору. Вибір розчинника (рухомої фази) визначається природою сорбенту і властивостями речовин, що розділяються.

Хроматографічний поділ методами БХ та ТШХ проводять у розділової камери з притертою кришкою. Кількісним заходом швидкості перенесення речовини при використанні певного адсорбенту та розчинника є величина R f (Від англ. retention factor - Коефіцієнт затримки, цей параметр є аналогією часу утримування). Становище зони хроматографованого компонента встановлюють за величиною коефіцієнта R f , що дорівнює відношенню швидкості руху його зони до швидкості руху фронту розчинника. Величина R f завжди менше одиниці і залежить від довжини хроматограммы. на величину R f впливають різні чинники. Так, при низькій температурі речовини переміщуються повільніше; забруднення розчинників, негомогенность адсорбенту, сторонні іони в аналізованому розчині можуть змінювати величину R f до 10%. У вибраній системі аналізовані речовини повинні мати різні значення R f та розподілятися по всій довжині хроматограми. Бажано, щоб значення R f лежало не більше 0,05-0,85.

На практиці величину R f розраховують як відношення відстані l , пройденого речовиною, на відстані L , пройденому розчинником:

R f = l/L (6.1 )

Зазвичай для розрахунку вибирають центр плями (Рис. 1). Величина R f залежить від багатьох факторів: типу хроматографічного паперу (її пористості, щільності, товщини, ступеня гідратації) та сорбенту (Розміру зерен, природи груп на поверхні, товщини шару, його вологості, природи речовини, складу рухомої фази), умов експерименту (температури, часу хроматографування і т.п.). При постійності всіх параметрів хроматографування значення R f визначається лише індивідуальними властивостями кожного компонента.

Мал. 1. Визначення на хроматограмі величин Rf для компонентів Аі У,

ступеня їх поділу Rs та числа теоретичних тарілок N .

Ефективність БХ та ТШХ також залежить від селективності та чутливості реакцій, використовуваних виявлення компонентів аналізованої суміші. Зазвичай використовують реагенти, що утворюють з визначеними компонентами забарвлені сполуки – проявники. Для більш надійної ідентифікації компонентів, що розділяються застосовують « свідки » розчини стандартних речовин (у тому розчиннику, як і проба), наявність яких передбачається у зразку. Стандартна речовина наносять на стартову лінію поруч із аналізованою пробою і хроматографують в однакових умовах. Насправді часто використовують відносну величину:

R f rel = R f x / R f stand (6.2)

де R f stand також розраховують за формулою (6.1). Ефективність хроматографічного поділу характеризують числом еквівалентних теоретичних тарілок та їх заввишки . Так, у методі ТШХ число еквівалентних теоретичних тарілок N Адля компонента Асуміші, що розділяється, розраховують за формулою:

N A = 16 (l OA / a (A )) 2 (6.3)

Значення l OA і а (А ) визначають, як показано на рис. 6.1. Тоді висота еквівалентної теоретичної тарілки Н А складає:

H A = l OA / N = a (A ) 2 / 16 l OA . (6.4)

Поділ практично можливий, якщо R f (А)  R f (В)  0,1 .

Для характеристики поділу двох компонентів Аі Увикористовують ступінь (критерій) поділу Rs :

Rs =  l / (a (A) / 2 + a (B) / 2)= 2  l / (a (A) + a (B)) (6.5)

де  l  відстань між центрами плям компонентів Аі У;

а (А) і а (В)  діаметри плям Аі Уна хроматограмі (рис. 6.1). Чим більше Rs , тим чіткіше розділені плями компонентів Аі Уна хроматограмі. Умови хроматографування підбирають так, щоб величина Rs відрізнялася від нуля та одиниці, оптимальне значення Rs складає 0,3  0,7. Для оцінки селективності поділу двох компонентів Аі Увикористовують коефіцієнт поділу α :

α = l B / l A (6.6)

Якщо α = 1, то компоненти Аі Уне поділяються.

Нормально-фазова ВЕРХ

Нерухома фаза більш полярна, ніж рухлива, тому у складі елюентів переважає неполярний розчинник:

Гексан: ізопропанол = 95:5 (для малополярних речовин)
Хлороформ:метанол = 95:5 (для середньополярних речовин)
Хлороформ:метанол = 80:20 (для сильнополярних речовин)

Обернено-фазова ВЕРХ

Звичайними елюентами для обернено-фазової ВЕРХ є:

Ацетонітрил: вода
Метанол: вода
Ізопропанол: вода

Матриці для ВЕРХ

Основні характеристики матриці:

Розмір часток (мкм);
Розмір внутрішніх пір (Å, нм).

Отримання силікагелю для ВЕРХ:

Формування мікросфер полікрем'євої кислоти;
Сушіння частинок силікагелю;
Повітряне сепарування.

Частинки сорбенту:

Регулярні (сферичні): вища стійкість до тиску, вища вартість;
Несферичні: нижча стійкість до тиску.

Щеплення нерухомої фази

Нормально-фазова ВЕРХ:

Нерухома фаза з пропілнітрильним щепленням (нітрильним);
Нерухома фаза з пропіламінним щепленням (амінною).

Зворотно-фазова ВЕРХ:

Нерухома фаза з алкільним щепленням;
Нерухома фаза з алкілсилільним щепленням.

Детектори для ВЕРХ

Ультрафіолетовий
Діодно-матричний
Флуоресцентний
Електрохімічний
Рефрактометричний
Мас-селективний

Посилання

Wikimedia Foundation. 2010 .

Хроматографія
Розподільча хроматографія

Дивитися що таке "" в інших словниках:

високоефективна рідинна хроматографія- Термін високоефективна рідинна хроматографія Термін англійською high performance liquid chromatography Синоніми Абревіатури ВЕРХ, HPLC Пов'язані терміни адсорбція, олігопептид, протеоміка, сорбент, фулерен, ендоедральний, хроматографія… …

ВИСОКОЕФЕКТИВНА РІДИНА ХРОМАТОГРАФІЯ- рідинна хроматографія, в якій для підвищення ефективності поділу ритель (елюент) під тиском (більше 3х107 Па) прокачують через колонки, заповнені сорбентом з частинками малого діаметра (до 1 мкм), а також використовують перфузійні ...

РІДИНА ХРОМАТОГРАФІЯ- вид хрому тографії, в якій рухомий фазою служитьрідкість (елюент), а нерухомої та. сорбент, тб. носій із нанесеною на його поверхню рідиною або гель. Здійснюють у колонці, заповненій сорбентом (колонова хроматографія), на плоскій… Природознавство. Енциклопедичний словник

Хроматографія- [κρώμα (υрома) колір] процес, заснований на неоднаковій здатності окремих компонентів суміші (рідкої або газоподібної) утримуватися на поверхні адсорбенту як при поглинанні їх із потоку носія, так і при… Геологічна енциклопедія

Хроматографія- (від ін. грецьк... Вікіпедія

хроматографія- Термін хроматографія Термін англійською chromatography Синоніми Абревіатури Пов'язані терміни високоефективна рідинна хроматографія, клатрат, лабораторія на чіпі, порометрія, протеом, протеоміка, сорбент, фермент, фулерен, ендоедральний… … Енциклопедичний словник нанотехнологій

ІОНООБМІННА ХРОМАТОГРАФІЯ- рідинна хроматографія, заснована на разл. можливості іонів, що розділяються, до іонного обміну з фіксир. іонами сорбенту, що утворюються внаслідок дисоціації іоногенних груп останнього. Для поділу катіонів використовують катіоніти, для ... Хімічна енциклопедія

ВЕРХ- високоефективна рідинна хроматографія. Словник скорочень російської мови

ВЕРХ- Високоефективна рідинна хроматографія (ВЕРХ) один з ефективних методів поділу складних сумішей речовин, що широко застосовується як в аналітичній хімії, так і в хімічній технології. Основою хроматографічного поділу є участь … Вікіпедія

Книги

Практична високоефективна рідинна хроматографія, Вероніка Р. Майєр. Представляємо читачеві 5-е видання книги, яке розширено за рахунок сучасних методів та обладнання. У книзі багато доопрацьовано та додано велику кількість посилань. Ті місця у тексті, де…

У високоефективній рідинній хроматографії (ВЕРХ) характер процесів, що відбуваються в хроматографічній колонці, загалом ідентичний з процесами в газовій хроматографії. Відмінність полягає лише у застосуванні як нерухомої фази рідини. У зв'язку з високою щільністю рідких рухомих фаз і великим опором колонок газова та рідинна хроматографія сильно розрізняються за апаратурним оформленням.

У ВЕРХ як рухомі фази зазвичай використовують чисті розчинники або їх суміші.

Для створення потоку чистого розчинника (або сумішей розчинників), званого рідинної хроматографії елюентом, використовуються насоси, що входять в гідравлічну систему хроматографа.

Адсорбційна хроматографія здійснюється внаслідок взаємодії речовини з адсорбентами, такими як силікагель або оксид алюмінію, що мають на поверхні активні центри. Різниця у здатності до взаємодії з адсорбційними центрами різних молекул проби призводить до їхнього поділу на зони в процесі руху з рухомою фазою по колонці. Досяжний при цьому поділ зон компонентів залежить від взаємодії як з розчинником, так і з адсорбентом.

Найбільше застосування у ВЕРХ знаходять адсорбенти із силікагелю з різним об'ємом, поверхнею та діаметром пор. Значно рідше використовують оксид алюмінію та інші адсорбенти. Основна причина цього:

Недостатня механічна міцність, що не дозволяє упаковувати та використовувати при підвищених тисках, характерних для ВЕРХ;

силікагель порівняно з оксидом алюмінію має ширший діапазон пористості, поверхні та діаметру пор; Значно більша каталітична активність оксиду алюмінію призводить до спотворення результатів аналізу внаслідок розкладання компонентів проби чи його незворотній хемосорбції.

Детектори для ВЕРХ

Високоефективна рідинна хроматографія (ВЕРХ) використовується для детектування полярних нелетких речовин, які з яких-небудь причин не можуть бути переведені у зручну форму для газової хроматографії, навіть у вигляді похідних. До таких речовин, зокрема, відносять сульфонові кислоти, водорозчинні барвники та деякі пестициди, наприклад, похідні феніл - сечовини.

Детектори:

УФ – детектор на діодній матриці. «Матриця» фотодіодів (їх більше двохсот) постійно реєструє сигнали в УФ і видимій області спектру, забезпечуючи таким чином запис УФ-В-спектрів в режимі сканування. Це дозволяє безперервно знімати при високій чутливості неспотворені спектри компонентів, що швидко проходять через спеціальну комірку.

Порівняно з детектуванням на одній довжині хвилі, яке не дає інформації про «чистоту» піку, можливості порівняння повних спектрів діодної матриці забезпечують отримання результату ідентифікації з більшим ступенем достовірності.

Флуоресцентний детектор. Велика популярність флуоресцентних детекторів пояснюється дуже високою селективністю і чутливістю, і тим, що багато забруднювачів довкілля флуоресцируют (наприклад, поліароматичні вуглеводні).

Електрохімічний детектор використовуються для детектування речовин, які легко окислюються або відновлюються: феноли, меркаптани, аміни, ароматичні нітро- та галогенпохідні, кетони альдегіди, бензидини.

Хроматографічне поділ суміші на колонці внаслідок повільного просування ПФ займає багато часу. Для прискорення процесу хроматографування проводять під тиском. Цей метод називають високоефективною рідинною хроматографією (ВЖХ)

Модернізація апаратури, що застосовується в класичній рідинної колонкової хроматографії, зробила її одним з перспективних і сучасних методів аналізу. Високоефективна рідинна хроматографія є зручним способом поділу, препаративного виділення та проведення якісного та кількісного аналізу нелетких термолабільних сполук як з малою, так з великою молекулярною масою.

Залежно від типу сорбенту в даному методі використовують 2 варіанти хроматографування: на полярному сорбенті з використанням неполярного елюенту (варіант прямої фази) і на неполярному сорбенті з використанням полярного елюенту - так звана звернено-фазова високоефективна рідинна хроматографія (ОфВЖХ).

При переході елюентів до елюентів рівновага в умовах ОфВЖХ встановлюється набагато швидше, ніж в умовах полярних сорбентів і неводних ПФ. Внаслідок цього, а також зручності роботи з водними та водно-спиртовими елюентами, ОфВЖГ набула нині великої популярності. Більшість аналізів за допомогою ВЖХ проводять саме цим методом.

детектори. Реєстрація виходу з колонки окремого компонента провадиться за допомогою детектора. Для реєстрації можна використовувати зміну будь-якого аналітичного сигналу, що йде від рухомої фази та пов'язаного з природою та кількістю компонента суміші. У рідинній хроматографії використовують такі аналітичні сигнали, як світлопоглинання або світловиділення вихідного розчину (фотометричні та флуориметричні детектори), показник заломлення (рефрактометричні детектори), потенціал та електрична провідність (електрохімічні детектори) та ін.

Безперервно детектований сигнал реєструється самописцем. Хроматограма являє собою зафіксовану на стрічці самописця послідовність сигналів детектора, що виробляються при виході з колонки окремих компонентів суміші. У разі поділу суміші на зовнішній хроматограмі видно окремі піки. Положення піку на хроматограмі використовують для ідентифікації речовини, висоту або площу піку - для цілей кількісного визначення.

Застосування

Найбільш широке застосування ВЕРХ знаходить у наступних областях хімічного аналізу (виділено об'єкти аналізу, де ВЕРХ практично не має конкуренції):

· Контроль якості продуктів харчування – тонізуючі та смакові добавки, альдегіди, кетони, вітаміни, цукру, барвники, консерванти, гормональні препарати, антибіотики, тріазинові, карбаматні та ін пестициди, мікотоксини, нітрозоаміни, поліциклічні ароматичні вуглеводні тощо.

· Охорона навколишнього середовища - феноли, органічні нітросполуки, моно-і поліциклічні ароматичні вуглеводні, ряд пестицидів, головні аніони та катіони.

· Криміналістика – наркотики, органічні вибухові речовини та барвники, сильнодіючі фармацевтичні препарати.

· Фармацевтична промисловість – стероїдні гормони, практично всі продукти органічного синтезу, антибіотики, полімерні препарати, вітаміни, білкові препарати.

· Медицина – перелічені біохімічні та лікарські речовини та їх метаболіти в біологічних рідинах (амінокислоти, пурини та піримідини, стероїдні гормони, ліпіди) при діагностиці захворювань, визначенні швидкості виведення лікарських препаратів з організму з метою їх індивідуального дозування.

· Сільське господарство - визначення нітрату та фосфату в ґрунтах для визначення необхідної кількості внесених добрив, визначення поживної цінності кормів (амінокислоти та вітаміни), аналіз пестицидів у ґрунті, воді та сільгосппродукції.

· Біохімія, біоорганічна хімія, генна інженерія, біотехнологія - цукру, ліпіди, стероїди, білки, амінокислоти, нуклеозиди та їх похідні, вітаміни, пептиди, олігонуклеотиди, порфірини та ін.

· Органічна хімія – всі стійкі продукти органічного синтезу, барвники, термолабільні сполуки, нелеткі сполуки; неорганічна хімія (практично всі розчинні сполуки у вигляді іонів та комплексних сполук).

· Контроль якості та безпеки продуктів харчування, алкогольних та безалкогольних напоїв, питної води, засобів побутової хімії, парфумерії на всіх стадіях їх виробництва;

· Визначення характеру забруднень на місці техногенної катастрофи або надзвичайної події;

· Виявлення та аналіз наркотичних, сильнодіючих, отруйних та вибухових речовин;

· визначення наявності шкідливих речовин (поліциклічні та інші ароматичні вуглеводні, феноли, пестициди, органічні барвники, іони важких, лужних та лужноземельних металів) у рідких стоках, повітряних викидах та твердих відходах підприємств та в живих організмах;

· Моніторинг процесів органічного синтезу, нафто- та вуглепереробки, біохімічних та мікробіологічних виробництв;

аналіз якості ґрунтів для внесення добрив, наявності пестицидів та гербіцидів у ґрунті, воді та в продукції, а також поживній цінності кормів; складні дослідні аналітичні завдання; одержання мікрокількості надчистої речовини.

Рідина хроматографія

Рідина хроматографія- це вид хроматографії, у якому рухомою фазою, званої елюентом, є рідина. Нерухливою фазоюможе бути твердий сорбент, твердий носій із нанесеною на його поверхню рідиноюабо гель.

Розрізняють колонковуі тонкошароварідинну хроматографію. У колонковому варіанті через колонку, заповнену нерухомою фазою, пропускають порцію суміші речовин, що розділяється, в потоці елюенту, який рухається під тиском або під дією сили тяжіння. У тонкошаровій хроматографії елюенти переміщається під дією капілярних сил по плоскому шару сорбенту, нанесеного на скляну пластинку або металеву фольгу, вздовж пористої полімерної плівки або по смужці спеціального хроматографічного паперу. Розроблено також метод тонкошарової рідинної хроматографії під тиском, коли елюенти прокачують через шар сорбенту, затиснутого між пластинами.

Існують такі види рідинної хроматографії, як аналітична(для аналізу сумішей речовин) та препаративна(Для виділення чистих компонентів).

Розрізняють рідинну хроматографію (ЖХ)в її класичному варіанті, що проводиться при атмосферному тиску, і високошвидкісну), що здійснюється при підвищеному тиску. У високоефективної рідинної хроматографії (ВЕРХ) використовують колонки діаметром до 5 мм, щільно запаковані сорбентом з частинками малого розміру (3-10 мкм). Для прокачування елюентів через колонку застосовують тиск до 3.107 Па. Такий вид хроматографії називають хроматографією високого тиску. Пропускання елюентів через колонку під високим тиском дозволяє різко збільшити швидкість аналізу та істотно підвищити ефективність поділу за рахунок використання дрібнодисперсного сорбенту.

Варіантами ВЕРХє мікроколоночна хроматографіяна наповнених сорбентом колонках малого діаметра та капілярна хроматографіяна порожнистих та наповнених сорбентом капілярних колонках. Метод ВЕРХ в даний час дозволяє виділяти, кількісно та якісно аналізувати складні суміші органічних сполук.

Рідина хроматографія - це найважливіший фізико-хімічний метод дослідження в хімії, біології, біохімії, медицині, біотехнології. Її використовують для:

· Вивчення процесів метаболізму в живих організмах лікарських препаратів;

· Діагностики в медицині;

· Аналізу продуктів хімічного та нафтохімічного синтезу, напівпродуктів, барвників, палив, мастил, нафти, стічних вод;

· Вивчення ізотерм сорбції з розчину, кінетики та селективності хімічних процесів;

· Виділення

· аналізу та поділу сумішей, їх очищення та виділення з них багатьох біологічних речовин, таких як амінокислоти, білки, ферменти, віруси, нуклеїнові кислоти, вуглеводи, ліпіди, гормони.

У хімії високомолекулярних сполук та у виробництві полімерів за допомогою рідинної хроматографії аналізують якість мономерів, вивчають молекулярно-масовий розподіл та розподіл за типами функціональності олігомерів та полімерів, що необхідно для контролю продукції.

Рідинну хроматографію використовують також у парфумерії, харчовій промисловості, для аналізу забруднень навколишнього середовища, у криміналістиці.

Метод високоефективної рідинної хроматографії (ВЕРХ) було розроблено та впроваджено в середині 70-х років XX століття. Тоді з'явилися перші рідинні хроматографи.

Рідина хроматографія є оптимальним методом аналізу хімічно та термічно нестійких молекул, високомолекулярних речовин із зниженою летючістю. Це можна пояснити особливою роллю рухомої фази в РХ на відміну газової хроматографії: елюент виконує як транспортну функцію.

2. Основні поняття та класифікація методів рідинної хроматографії.

за механізму утримання речовин, що розділяються нерухомою фазою ЖХрозрізняють:

осадову хроматографію

· адсорбційну хроматографію , в якій поділ здійснюється в результаті взаємодії речовини, що розділяється з адсорбентом, таким як, оксид алюмінію або силікагель, які мають на поверхні активні полярні центри. Розчинник(елюент) - неполярна рідина.

Мал. Схема поділу суміші речовин методом адсорбційної хроматографії.

http://www. xumuk. ru/biologhim/bio/img014.jpg

Механізм сорбції полягає в специфічній взаємодії між полярною поверхнею сорбенту та полярними (або здатними поляризуватися) ділянками молекул аналізованого компонента (рис.). Взаємодія відбувається з допомогою донорно-акцепторного взаємодії чи утворення водневих зв'язків.

Мал. Схема адсорбційної рідинної хроматографії

https://pandia.ru/text/80/271/images/image006_11.jpg" width="219" height="200">

Мал. . Розподільна хроматографія з щепленою фазою (нормально-фазний варіант).

http://www. chemnet. ru/ukr/teaching/oil/spezprakt-chr. html

При нормально-фазномуваріанті розподільної рідинної хроматографії як модифікатори поверхні силікагелю (щеплених фаз) використовують заміщені алкілхлорсилани, що містять полярні групи, такі як нітрильна, аміногрупа і т. д. (рис.). Застосування щеплених фаз дозволяє тонко керувати сорбційними властивостями поверхні нерухомої фази і досягати високої ефективності поділу.

Обернено-фазоварідинна хроматографія заснована на розподілі компонентів суміші між полярним елюентом та неполярними групами (довгими алкільними ланцюжками), щепленими до поверхні сорбенту (рис.). Рідше використовують варіант рідинної хроматографії із нанесеними фазами, коли рідка нерухома фаза наноситься на нерухомий носій.

Мал. . Розподільна хроматографія з щепленою фазою (навернено-фазний варіант). http://www. chemnet. ru/ukr/teaching/oil/spezprakt-chr. html

До розподільної рідинної хроматографії відноситься і екстракційна рідинна хроматографія, в якій нерухомою фазою служить органічний екстрагент, нанесений на твердий носій, а рухомий - водний розчин сполук, що розділяються. Як екстрагенти використовують, наприклад, феноли, триалкілфосфати, аміни, четвертинні амонієві основи, а також сірковмісні фосфорорганічні сполуки. Екстракційна рідинна хроматографія застосовується для поділу та концентрування неорганічних сполук, наприклад, іонів лужних металів, актиноїдів та ін. близьких за властивостями елементів у процесах переробки відпрацьованого ядерного пального.

іонообмінну хроматографію,

іонітів.

катіоніти

аніоніти.

амфотерні іоніти

амфоліти

Іоніт

Катіоніт

Аніоніти

R-H + Na + + Cl - → R-Na + H + + Cl - (катіонний обмін)

R-OH + Na + + Сl - → R-Сl + Na + + OH - (аніонний обмін)

Іоніти повинні задовольняти наступним вимогам: бути хімічно стійкими в різних середовищах, механічно міцними в сухому і особливо в набряклому стані, мати велику поглинальну здатність і здатність добре регенеруватися.

В іонообмінній (іонній) хроматографії розділені аніони (катіони) детектують у вигляді кислот (відповідних основ) високочутливим кондуктометричним детектором, де високоефективні колонки наповнені поверхнево-активним іонітом з невеликою ємністю.

іон-парну хроматографію

лігандообмінну хроматографію

різної здатності поділюваних сполук утворювати комплекси з катіонами перехідних металів

ексклюзивну хроматографію

відмінностях у розмірах молекул

https://pandia.ru/text/80/271/images/image009_7.jpg" align="right" width="429" height="319">

Мал. Схема проведення гель-проникаючої хроматографії

афінну хроматографію

Мал. Схема афінної хроматографії

http://www. chemnet. ru/ukr/teaching/oil/spezprakt-chr. html

Потім її видаляють з полімеру, пропусканням розчину сполуки, що володіє ще більшою спорідненістю до макромолекули. Особливо ефективна така хроматографія в біотехнології та біомедицини для виділення ферментів, білків, гормонів.

В залежності від способу переміщення речовинирозрізняють такі варіанти рідинної хроматографії: проявний, фронтальнийі витіснювальний.
Найчастіше використовують проявнийваріант, при якому в колонку в потоці елюенти вводять порцію суміші, що розділяється. Вихід компонентів суміші із колонки реєструється на хроматограмі у вигляді піків. (Мал.)

https://pandia.ru/text/80/271/images/image012_4.jpg" width="291" height="165">

Мал. Схема проявного варіанта хроматографії

Висотаабо площа піківхарактеризує концентрацію компонентів, а утримувані обсяги – якісний склад суміші. Ідентифікацію компонентів зазвичай проводять зі збігу часів утримання зі стандартними речовинами, також використовують хімічні або фізико-хімічні методи.

При фронтальномуваріанті (рис.) через колонку безперервно пропускають суміш речовин, що розділяється, яка грає роль рухомої фази. У результаті можна одержати у чистому вигляді лише речовину, яка найменше сорбується у колонці.

https://pandia.ru/text/80/271/images/image014_2.jpg" width="279" height="145">

Мал. Схема фронтального варіанта хроматографії

Хроматограма в цьому випадку є ступенями, висоти яких пропорційні концентраціям компонентів; утримувані обсяги визначають за часом утримання компонентів. При диференціюванні такої хроматограми одержують картину, аналогічну тій, яку одержують у проявному варіанті.

У витіснювальномуваріанті компоненти суміші, введеної в колонку, витісняються елюентом, який адсорбується сильніше будь-якого компонента. У результаті отримують примикають одна до одної фракції поділюваних речовин Порядок виходу компонентів визначається силою взаємодії їх з поверхнею сорбенту (рис.).

https://pandia.ru/text/80/271/images/image016_3.jpg" width="320" height="175">

Мал. Схема витіснювального варіанта хроматографії

3. Основні хроматографічні величини та їх визначення.

При поділі речовин за допомогою рідинної хроматографії можуть бути використані, як зазначено вище, проявний, фронтальний та витіснювальний варіанти. Найчастіше використовують проявний варіант, при якому в колонку в потоці елюенти вводять порцію суміші, що розділяється. Вихід компонентів суміші із колонки реєструється на хроматограмі у вигляді піків. Із хроматограми (рис.) визначають:

часи утримування несорбується (t0), розділених компонентів (tR1, tR2, tR3 і т. д.); ширину основ піків (tw1, tw2 тощо).

https://pandia.ru/text/80/271/images/image018_12.gif" width="61" height="24 src=">;

b) виправлений утримуваний об'єм компонента ,

де t"R -виправлений час утримання компонента;

c) коефіцієнт ємності колонки по відношенню до цього компонента ;

d) ефективність колонкихарактеризується числом еквівалентних теоретичних тарілок

https://pandia.ru/text/80/271/images/image022_8.gif" width="129" height="51 src=">;

f) Дозвіл https://pandia.ru/text/80/271/images/image024_9.gif" width="203 height=51" height="51">

Коефіцієнт ємності k" істотно впливає на величину R S: при зміні kвід 0 до 10 (оптимальні межі) R S сильно зростає. Значення k"визначається подвоєною поверхнею сорбенту та його кількістю у колонці, а також константою адсорбційної рівноваги (константою Генрі).

Коефіцієнт селективності αвизначається різницею констант адсорбційної рівноваги двох компонентів, що розділяються. При збільшенні (від 1 до ~ 5) R S різко зростає, при подальшому збільшенні α- змінюється мало. Селективність колонки залежить від таких факторів, як хімічна структура поверхні сорбенту, склад елюентів, температура колонки і будова сполук, що розділяються. Так як сорбція хроматографованих речовин в рідинній хроматографії визначається попарною взаємодією трьох основних компонентів системи - сорбенту, речовин, що розділяються, і елюентів, то зміна складу елюентів - це зручний спосіб оптимізації процесу поділу.

Ефективність колонкизалежить від розміру частинок і структури пор адсорбенту, від рівномірності набивання колонки, в'язкості елюентів і швидкості масообміну. Подовження колонки не завжди призводить до поліпшення поділу, так як зростає опір колонки, збільшується тиск елюентів на вході і час проведення досвіду, знижується чутливість і точність аналізу через розширення піку компонента, що аналізується. Якщо піки двох речовин на хроматограмі поділяються практично повністю. Зі зростанням R S збільшується час розподілу. При R S < 1 - поділ незадовільний. У препаративній хроматографії у зв'язку з введенням порівняно великих кількостей речовин, що розділяються, колонка працює з перевантаженням. При цьому знижується коефіцієнт ємності, зростає висота, еквівалентна теоретичній тарілці, що призводить до зменшення роздільної здатності.

4. Адсорбенти

Хроматографічне поділ суміші буде ефективним, якщо правильно підібрані адсорбент та розчинник (елюенти).

Адсорбент не повинен хімічно взаємодіяти з компонентами, що розділяються, проявляти каталітичну дію на розчинник. Також необхідно, щоб адсорбент мав вибірковість по відношенню до компонентів суміші. Правильно підібраний адсорбент повинен мати максимальну поглинальну здатність.

Розрізняють полярні (гідрофільні)і неполярні (гідрофобні) адсорбенти. Слід пам'ятати про те, що адсорбційна спорідненість полярних речовин до полярних сорбентів значно вища, ніж неполярних.

Як адсорбенти застосовують оксид алюмінію, активоване вугілля, силікагель, цеоліти, целюлозу та деякі мінерали.

Оксид алюмініюAl2O3 – амфотерний адсорбент. (Мал.) На ньому можна розділяти суміші речовин у полярних, так і у неполярних розчинниках. Нейтральний оксид алюмінію використовують зазвичай для хроматографування з неводних граничних розчинів вуглеводнів, альдегідів, спиртів, фенолів, кетонів і ефірів.

Мал. Оксид алюмінію для хроматографії

http://images. /542857_w200_h200_product5.jpg

Активність Al2O3 залежить від вмісту вологи. Найвищу активність має безводний оксид алюмінію. Її умовно беруть за одиницю. При необхідності можна приготувати оксид алюмінію з різним вмістом вологи шляхом змішування оксиду свіжоприготовленого алюмінію з водою (шкала Брокмана).

Залежність активності оксиду алюмінію від вмісту вологи

Наприклад, для поділу вуглеводнів застосовують Al2O3 з активністю 1,5-2; для поділу спиртів та кетонів – 2-3,5.

Питома поверхня оксиду алюмінію 230-380 м2/р.

Силікагель(гідроксилований або хімічно модифікований) – це висушений желатиноподібний діоксид кремнію, який одержують із пересичених розчинів кремнієвих кислот ( n SiO2 · m H2O) при pH >5-6. (Мал.) Твердий гідрофільний сорбент.

Мал. Силікагель

http://www. silicagel. /

http://silikagel. ru/images/askg. gif

Розмір частинок силікагелю в аналітичних колонках 3-10 мкм, препаративних - 20-70 мкм. Малий розмір часток збільшує швидкість масообміну та підвищує ефективність колонки. Сучасні аналітичні стовпчики мають довжину 10-25см. Вони заповнені силікагелем розміром частинок 5 мкм і дозволяють розділити складні суміші з 20-30 компонентів. При зменшенні розміру частинок до 3-5 мкм зростає ефективність колонки, а й зростає її опір. Так для досягнення швидкості потоку елюентів 0,5-2,0 мл/хв потрібен тиск (1-3) 107Па. Силікагель витримує такий перепад тиску, гранули полімерних сорбентів більш еластичні і деформуються. Останнім часом розроблені механічно міцні полімерні сорбенти макропористої структури із густою сіткою, які за своєю ефективністю наближаються до силікагелів. Форма частинок сорбенту розміром 10 мкм і вище не має великого впливу на ефективність колонки, проте віддають перевагу сорбентам сферичної форми, які дають більш проникну упаковку.

Мал. Силікагель сферичної форми

http://images. /6450630_w200_h200_silicagelksmg. gif

http:///N6_2011/U7/silikagel-2.jpeg

Внутрішня структура частки силікагелю є системою сполучених каналів. Для рідинної хроматографії використовують сорбенти з діаметром пір 6-25 нм. Розподіл рідинної хроматографії проводять, в основному, на силікагелях, модифікованих реакцією алкіл - і арилхлорсиланів або алкілетоксисиланів з силанольними групами поверхні. За допомогою таких реакцій прищеплюють групи С8Н17-, С18Н37- або С6Н5-(для отримання сорбентів з гідрофобізованої поверхнею), нітрильні, гідроксильні групи та ін.

https://pandia.ru/text/80/271/images/image033_0.jpg" width="166" height="116 src=">

Мал. Структура модифікованого силікагелю

Силікагелівикористовують у хроматографії для поділу сумішей нафтопродуктів, вищих жирних кислот, їх складних ефірів, ароматичних амінів, нітропохідних органічних сполук. Силікагель – гідрофільний сорбентлегко змочується водою. Тому його не можна використовувати для сорбції водних розчинів. Активність силікагелю залежить від вмісту у ньому води: що менше у ньому води, то більше активність (шкала Брокмана).

Залежність активності силікагелю від вмісту вологи

Питома поверхня силікагелів дорівнює 500-600 м2/р.

Активоване вугілляє формою вуглецю, який у процесі обробки стає надзвичайно пористим і набуває дуже великої площі поверхні, призначеної для адсорбції або хімічних реакцій. (рис.) Вони мають питому поверхню 1300-1700 м2/г.

Мал. Активоване вугілля

http://e-catalog. rusbiz. ru/user_images/ru/prod_picture/58035161249b9016f64372.jpg

Основний вплив на структуру пір активованого вугілля роблять вихідні матеріали для їх отримання. Активоване вугілля на основі шкаралупи кокосів характеризується більшою часткою мікропор (до 2 нм), на основі кам'яного вугілля - більшою часткою мезопор (2-50 нм). Велика частка макропора характерна для активованого вугілля на основі деревини (понад 50 нм). Мікропори особливо добре підходять для адсорбції молекул невеликого розміру, а мезопори – для адсорбції більших органічних молекул.

Цеоліти (молекулярні сита)– пористі кристалічні алюмосилікати лужних та лужноземельних металів природного та синтетичного походження. (Мал.)

https://pandia.ru/text/80/271/images/image036_2.jpg" width="211 height=211" height="211">

Мал. Цеоліти

http://www. zeolite. spb. ru/_img/_36mm. jpg

http://kntgroup. ru/thumb. php? file=/uploads/produkts/6.jpg&x_width=250

Відомі чотири типи цеолітів (A, X, Y, M), що мають різну кристалічну структуру. Залежно від катіону цеоліти позначають так: KA, NaA, CaM, NaX, KY, CaY. Особливістю цеолітівє те, що пори кристалів мають розміри порядку 0,4-1 нм, порівняні з розмірами молекулбагатьох рідких чи газоподібних речовин. Якщо молекули речовини здатні проникати в ці пори, відбувається адсорбція в порах кристалів цеолітів. Більші молекули речовини не адсорбуються. Підбираючи цеоліти з різними розмірами часу, можна чітко розділити суміші різних речовин.

Питома поверхня цеолітів 750-800 м2/р.

При виборі адсорбенту необхідно враховувати будову речовин та їхню розчинність. Наприклад, граничні вуглеводні адсорбуються погано, а ненасичені (мають подвійні зв'язки) – краще. Функціональні групи посилюють здатність речовини до адсорбції.

5. Елюенти

При виборі розчинника (елюентів) потрібно враховувати природу адсорбенту і властивості речовин у суміші, що розділяється. Елюенти повинні добре розчиняти всі компоненти хроматографованої суміші, мати низьку в'язкість, забезпечувати необхідний рівень селективності, бути дешевими, нетоксичними, інертними, сумісними з методами детектування (наприклад, з УФ детектором не можна використовувати як елюент бензол).

У нормально-фазної хроматографії зазвичай використовують вуглеводні (гексан, гептан, ізооктан, циклогексан) з додаванням невеликих кількостей хлороформу СНСl3, ізо-пропанолу з-С3Н7ОН, діізопропілового ефіру; в обернено-фазній хроматографії - суміш води з ацетонітрилом CH3CN, метанолом СН3ОН, етанолом С2Н5ОН, діоксаном, тетрагідрофуран, диметилформамід. Для виділення окремих компонентів суміші, що розділилися при хроматографуванні, часто проводять їхнє послідовне вимивання (елюювання). З цією метою застосовують розчинники з різною десорбційною здатністю. Розчинники мають в своєму розпорядженні в порядку зменшення десорбуючої здатності в полярних адсорбентах - елюотропний ряд Траппе. Якщо компоненти суміші, що розділяються, мають близькі значення k" (коефіцієнт ємності колонки по відношенню до даного компонента), то хроматографують одним елюентом. Якщо окремі компоненти суміші сильно утримуються сорбентом, використовують серію елюентів зростаючої сили.

Елюотропний ряд розчинників

6. Апаратура для рідинної хроматографії

У сучасній рідинній хроматографії використовують прилади різного ступеня складності – від найпростіших систем до хроматографів високого класу.
Сучасний рідинний хроматограф включає: ємності для елюентів, насоси високого тиску, дозатор, хроматографічну колонку, детектор, прилад, що реєструє, систему управління та математичні обробки результатів.

На рис. представлена блок-схема рідинного хроматографа, що містить мінімально необхідний набір складових частин, у тому чи іншому вигляді, присутніх у будь-якій хроматографічній системі.

https://pandia.ru/text/80/271/images/image038_2.jpg" width="361" height="254 src=">

Мал. Схема рідинного хроматографа: 1 - резервуар для рухомої фази, 2 - насос, 3 - інжектор, 4 - колонка, 5 - термостат, 6 - детектори, 7 - реєструюча система, 8 - комп'ютер.

Резервуардля рухомої фази, повинен мати достатню для проведення аналізу місткість та пристрій для дегазації розчинника, щоб виключити утворення в колонці та детекторі бульбашок розчинених в елюенті газів.

Насоспризначений для створення постійного потоку розчинника. Його конструкція визначається, перш за все, робочим тиском у системі. Для роботи у діапазоні 10-500 МПа використовують насоси плунжерного (шприцевого) типу. Недоліком є необхідність періодичних зупинок для заповнення елюентом. Для простих систем із невисокими робочими тисками 1-5 МПа застосовують недорогі перистальтичні насоси. Елюенти надходять у насос через фільтр, що затримує пилові частинки (більше 0,2 мкм). Іноді через елюенти пропускають невеликий струм гелію для видалення розчиненого повітря та запобігання утворенню бульбашок у детекторі (особливо у разі водних та полярних елюентів). В аналітичних хроматографах для подачі елюентів у колонку використовують поршневі насоси із системою зворотного зв'язку, що дозволяють згладжувати пульсацію потоку в межах 1-2% і забезпечувати об'ємні швидкості від 0,1 до 25 мл/хв при тиску до ~ 3.107 Па. У мікроколонній хроматографії об'ємні швидкості потоку елюентів значно нижчі - 10-1000 мкл/хв. У разі градієнтного елюювання використовують кілька насосів, які управляються програматором і подають у камеру змішування 2-3 компоненти елюентів, залишаючи постійною загальну швидкість потоку. Для введення проби в колонку, що знаходиться під великим тиском, без зупинки потоку використовують спеціальні мікродозують крани, пов'язані з петлею відомого об'єму для досліджуваної проби розчину. Розроблено дозувальні системи з автоматичним відбором та введенням проби за допомогою мікродозуючих кранів або шприців.

Інжекторзабезпечує введення проби сумішікомпонентів, що розділяються в колонку з досить високою відтворюваністю. Прості системи введення проби - "stop-flow" вимагають зупинки насоса і тому менш зручні, ніж петлеві дозатори, розроблені фірмою Reodyne.

Колонкидля ВЕРХ виготовляють найчастіше з нержавіючої сталевої полірованої трубки довжиною 10-25см і внутрішнім діаметром 3-5мм.

Мал. Хроматографічні колонки для рідинної хроматографії

Використовують також скляні колонки, поміщені у металевий кожух; в мікроколонічній хроматографії - набивні металеві колонкиз внутрішнім діаметром 1,0-1,5мм, набивні скляні мікроколонкидіаметром 70-150 мкм та порожнисті капілярні колонкидіаметром 10-100 мкм; у препаративній хроматографії – колонки діаметром від 2 до 10см і більше. Для рівномірного та щільного заповнення колонок сорбентом використовують суспензійний метод набивання. Суспензію готують із сорбенту та відповідної органічної рідини, яка подається під тиском до 5·107 Па в колонку. Для визначення вихідних із колонки розділених компонентіввикористовують детектори. Постійність температуризабезпечується термостатом.

Детекторидля рідинної хроматографії мають проточну кювету, в якій відбувається безперервне вимірювання будь-якої властивості елюенту, що протікає. Вони мають бути дуже чутливими. Для збільшення чутливості детектора іноді застосовують дериватизацію компонентів суміші після колонки. Для цього з потоком елюентів вводять такі реагенти, які, взаємодіючи з розділеними речовинами, утворюють похідні з більш вираженими властивостями, наприклад, сильніше поглинають в УФ або видимій області спектра або мають більшу здатність флуоресціювати. Іноді дериватизацію проводять до хроматографічного аналізу та поділяють похідні, а не вихідні речовини. Найбільш популярними типами детекторівзагального призначення є рефрактометри, що вимірюють показник заломлення, і спектрофотометричні детектори, що визначають оптичну густину розчинникана фіксованій довжині хвилі (як правило, в ультрафіолетовій ділянці). До переваг рефрактометрів(і недоліків спектрофотометрів) слід віднести низьку чутливість до типу визначається з'єднання, яке може і не містити хромофорних груп З іншого боку, застосування рефрактометрів обмежено ізократичними системами (з постійним складом елюентів), так що використання градієнта розчинників у цьому випадку неможливе.

Диференціал" диференціального підсилювача і самописця. Бажана також наявність інтегратора, що дозволяє розраховувати відносні площі отримуваних піків У складних хроматографічних системах використовується блок інтерфейсу, що з'єднує хроматограф з персональним комп'ютером, який здійснює не тільки збір та обробку інформації, але й керує приладом, розраховує кількісні характеристики та, в деяких випадках, якісний склад сумішей. Мікропроцесорзабезпечує автоматичне введення проби, зміна по заданій програмі складу елюентупри градієнтному елююванні, підтримка температури колонки.

Bruker".Мал. Рідинний хроматограф Jasco

Запитання для самоперевірки

Що таке рідинна хроматографія? Назвіть її види, сфери застосування. Перерахуйте просновні хроматографічні величини та їх визначення Які види рідинної хроматографії існують залежно від механізму утримання речовин, що розділяються нерухомою фазою РХ? Які види хроматографії існують залежно від способу переміщення речовини? Які речовини використовують як адсорбенти? Чим вони відрізняються? Що служить рідкою рухомою фазою – елюентом? Вимоги до розчинників. У чому відмінність розподільчої хроматографії від адсорбційної хроматографії? Перерахуйте основні частини схеми рідинного хроматографа та їх призначення.

Список використаної літератури

1 «Рідинна хроматографія в медицині»

http://journal. issep. RSSI. ru/articles/pdf/0011_035.pdf

2 «Ознайомлення з методами високоефективної рідинної хроматографії»

http://www. chemnet. ru/ukr/teaching/oil/spezprakt-chr. html

3 « Рідина хроматографія »

http://e-science. ru/index/?id=1540

4 «Хроматографія»

http://belchem. narod. ru/chromatography1.html

Нормально-фазова ВЕРХ

Обернено-фазова ВЕРХ

Матриці для ВЕРХ

Щеплення нерухомої фази

Детектори для ВЕРХ

Посилання

Дивитись що таке "Високоефективна рідинна хроматографія" в інших словниках:

Книги

Нормально-фазова ВЕРХ

Обернено-фазова ВЕРХ

Матриці для ВЕРХ

Щеплення нерухомої фази

Детектори для ВЕРХ

Посилання

Дивитися що таке "" в інших словниках:

Книги

Функції органоїдів клітини

Алгоритм написання есе з суспільствознавства

Чорнобиль у спогадах очевидців Чорнобиль страшні історії