2. Виникнення та розвиток хроматографії

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

М.С. Колір пропускав розчин аналізованих речовин та рухомої фази через стовп адсорбенту, що знаходиться у скляній трубці. У зв'язку з цим його метод отримав назву колонкової хроматографії. У 1938 р. Н.А. Ізмайлов та М.С. Шрайбер запропонували видозмінити метод Кольору та проводити поділ суміші речовин на платівці, покритій тонким шаром адсорбенту. Так виникла тонкошарова хроматографія, що дозволяє проводити аналіз з мікрокількістю речовини.

У 1947 р. Т.Б. Гапон, Є.М. Гапон та Ф.М. Шемякін вперше здійснили хроматографічне поділ суміші іонів у розчині, пояснивши його наявністю обмінної реакції між іонами сорбенту та іонами, що містяться в розчині. Так було відкрито ще один напрямок хроматографії – іонообмінна хроматографія. Нині іонообмінна хроматографія одна із найважливіших напрямів хроматографічного методу.

О.М. та Г.Б. Гапон 1948 р. здійснили висловлену ще М.С. Кольором ідею про можливість хроматографічного поділу суміші речовин на основі відмінності в розчинності опадів, що важко розчиняються. З'явилася осадова хроматографія.

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

У 60-х роках з'явилася можливість синтезувати як іоногенні, так і незаряджені гелі, що мають строго певні розміри пір. Це дозволило розробити варіант хроматографії, сутність якого полягає у поділі суміші речовин на основі відмінності їх здатності проникати в гель - гель-хроматографія. Цей метод дозволяє розділяти суміші речовин, що мають різну молекулярну масу.

Нині хроматографія набула істотного розвитку. Сьогодні різноманітні методи хроматографії, особливо у поєднанні з іншими фізичними та фізико-хімічними методами, допомагають науковим співробітникам та інженерам вирішувати найрізноманітніші, часто дуже складні завдання у наукових дослідженнях та техніці.

Дмитро Іванович Менделєєв: внесок у розвиток хімії

Дмитро Менделєєв народився 27 січня (8 лютого) 1834 року в Тобольську в сім'ї директора гімназії та піклувальника народних училищ Тобольської губернії Івана Павловича Менделєєва та Марії Дмитрівни Менделєєвої, уродженої Корнільєвої...

Жиророзчинні вітаміни

Гіповітамінози - це захворювання, пов'язані з нестачею вітамінів в організмі. Відсутність тих чи інших вітамінів – авітаміноз. При надмірному надходженні вітамінів з раціоном виникають гіпервітаміноз, хвороби пов'язані з надлишком вітамінів.

Історії Російського хімічного товариства

Олександр Абрамович Воскресенський (1809-1880) - російський хімік-органік, творець (разом з Миколою Миколайовичем Зініним) великої школи російських хіміків, член-кореспондент Петербурзької АН (1864).

Історичний огляд основних етапів розвитку хімії

Колоїдні системи в організмі та їх функції

Розвиток уявлень про колоїдні системи та їх властивості. Колоїдні процеси, такі, як фарбування та склеювання, використовувалися ще у стародавньому Єгипті. Слово «колоїд» (від грецького слова, що означає «клей») було запроваджено Т. Гремом у 1862 році.

Полігалогенпохідні алканів

Історія хімії фтору починається над стародавньому Єгипті чи Фінікії і навіть над середньовічної Аравії. Початком виникнення хімії фтору послужило відкриття фтористого водню (Шееле, 1771) і потім елементарного фтору (Муассан, 1886).

Традиційно експеримент у лабораторному практикумі формує емпіричне мислення. Учні досліджують явище, виявляють у ньому структурні елементи, класифікують їх, описують зв'язки, але це поділено у свідомості...

Становлення хімії

1). Предалхімічний період: до ІІІ ст. н.е. Хімія, наука про склад речовин та їх перетворення, починається з відкриття людиною здатності вогню змінювати природні матеріали. Очевидно, люди вміли виплавляти мідь та бронзу, обпалювати глиняні вироби.

В основу тієї чи іншої класифікації хроматографічних методів можуть бути покладені різні характерні ознаки процесу...

Фізико-хімічні основи хроматографічного процесу

У завдання теорії хроматографії входить встановлення законів руху та розмиття хроматографічних зон. Основними факторами, покладеними в основу класифікації теорій хроматографії.

Хімія нафти та газу

Геніальний здогад М. У...

Хроматографія, як метод поділу та аналізу

хроматографія суміш сорбція десорбція Хроматографія - фізико-хімічний процес, заснований на багаторазовому повторенні актів сорбції та десорбції речовини при переміщенні його в потоці рухомої фази вздовж нерухомого сорбенту.

Еволюція хімії - найближчі перспективи

З чого складаються хімічні сполуки? Як влаштовані найдрібніші частинки матерії? Як розташовані вони у просторі? Що поєднує ці частинки? Чому одні речовини реагують між собою...

Про проведення аналізів у Стародавній Русі відомо небагато. Звичайно, перевіряти склад різних матеріалів було потрібно завжди, і на Русі цим займалися знахарі-травники, барвники, ковалі; були навіть особливі фахівці-рудознатці.

Етапи становлення аналітичної хімії у Росії

Надіслати свою гарну роботу до бази знань просто. Використовуйте форму нижче

Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань у своєму навчанні та роботі, будуть вам дуже вдячні.

Розміщено на http://www.allbest.ru

1. Історія відкриття та розвитку хроматографії

2. Основні положення

3. Класифікація хроматографічних методів аналізу

4. Адсорбційна хроматографія. Тонкошарова хроматографія

4.1 Техніка експерименту в тонкошаровій хроматографії

5. Газова хроматографія

5.1 Газо-адсорбційна хроматографія

5.2 Газо-рідинна хроматографія

6. Розподільна хроматографія. Паперова хроматографія

7. Осадова хроматографія

7.1 Класифікація способів осадової хроматографії з техніки експерименту

7.2 Осадова хроматографія на папері

8. Іонообмінна хроматографія

Висновок

Список літератури

1. ІСТОРІЯВІДКРИТТЯ ТА РОЗВИТКУ ХРОМАТОГРАФІЇ

Першовідкривачем хроматографії був російський учений, ботанік та фізикохімік Михайло Семенович Колір.

Відкриття хроматографії відноситься до часу завершення Колір роботи над магістерською дисертацією в Петербурзі (1900 - 1902) і першим періодом роботи у Варшаві (1902 - 1903). Досліджуючи пігменти рослин, Колір пропустив розчин суміші пігментів, що дуже мало розрізняються за кольором через трубку, заповнену адсорбентом - порошкоподібним карбонатом кальцію, і промив потім адсорбент чистим розчинником. Окремі компоненти суміші при цьому розділилися та утворили кольорові смуги. Відповідно до сучасної термінології Колір відкрив проявний варіант хроматографії (проявну рідинно-адсорбційну хроматографію). Основні підсумки досліджень щодо розвитку створеного ним варіанта хроматографії Колір виклав у книзі “Хромофіли у рослинному та тваринному світі” (1910), яка є його докторською дисертацією. хроматографія газовий осадовий іонообмінний

Колір широко використовував хроматографічний метод не лише для поділу суміші та встановлення її багатокомпонентності, але й для кількісного аналізу, з цією метою він розбивав скляну колонку та розрізав стовпчик адсорбенту на шари. Колір розробив апаратуру для рідинної хроматографії, вперше здійснив хроматографічні процеси при зниженому тиску (відкачуванні) та при деякому надлишковому тиску, розробив рекомендації щодо приготування ефективних колонок. Крім того, він ввів багато основних понять і термінів нового методу, такі як «хроматографія», «прояв», «витіснення», «хроматограма» та ін.

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

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

Наступним важливим кроком стало відкриття А. Мартіном і Р. Сінгом (Англія) варіанта рідинної розподільної хроматографії на прикладі поділу ацетильних похідних амінокислот на колонці, заповненої силікагелем, насиченим водою, з використанням хлороформу в якості розчинника (1940). Тоді ж було зазначено, що рухомою фазою може бути використана не тільки рідина, а й газ. Декількома роками пізніше ці вчені запропонували здійснювати поділ похідних амінокислот на змоченому водою папері з бутанолом в якості рухомої фази. Вони ж здійснили першу двовимірну систему розподілу. За відкриття розподільчого варіанту хроматографії Мартін та Сінг отримали Нобелівську премію з хімії. (1952). Далі Мартін та А. Джеймс здійснили варіант газової розподільної хроматографії, розділивши суміші на змішаному сорбенті із силікону ДС-550 та стеаринової кислоти (1952 - 1953). З цього часу найінтенсивніший розвиток отримав метод газової хроматографії.

Одним з варіантів газової хроматографії є ​​хроматермографія, при якій для поліпшення поділу суміші газів одночасно з рухом рухомої фази - газу, впливають на сорбент і суміш, що розділяється рухомим температурним полем, що має певний градієнт по довжині (А.А. Жуховицький і співр., 1951) .

Помітний внесок у розвиток хроматографічного методу зробив Г. Шваб (Німеччина), який був засновником іонообмінної хроматографії (1937 - 1940). Подальший розвиток вона здобула у роботах радянських учених О.М. Гапона та Т.Б. Гапона, які провели хроматографічне поділ суміші іонів у розчині (спільно з Ф.М. Шемякіним, 1947), а також здійснили висловлену ще Кольором ідею про можливість хроматографічного поділу суміші речовин на основі відмінності в розчинності важкорозчинних опадів (осадова хроматографія, 1948).

Сучасний етап у розвитку іонообмінної хроматографії почався в 1975 р. після роботи Г. Смолла, Т. Стівенса та У. Баумана (США), в якій вони запропонували новий аналітичний метод, названий іонною хроматографією (варіант високоефективної іонообмінної хроматографії з кондуктом).

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

Наприкінці 60-х років. різко збільшився інтерес до рідинної хроматографії. З'явилася високоефективна рідинна хроматографія (ВЕРХ). Цьому сприяло створення високочутливих детекторів, нових полімерних селективних сорбентів, нової апаратури, що дозволяє працювати при високих тисках. В даний час ВЕРХ займає провідні позиції серед інших методів хроматографії та реалізована у різних варіантах.

2. ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ

Хроматографія - це метод поділу та визначення речовин, заснований на розподілі компонентів між двома фазами - рухомою та нерухомою. Нерухливою (стаціонарною) фазою служить тверда пориста речовина (часто її називають сорбентом) або плівка рідини, нанесена на тверду речовину. Рухлива фаза є рідина або газ, що протікає через нерухому фазу, іноді під тиском. Компоненти аналізованої суміші (сорбати) разом із рухомою фазою пересуваються вздовж стаціонарної фази. Її зазвичай поміщають у скляну чи металеву трубку, звану колонкою. Залежно від сили взаємодії з поверхнею сорбенту (за рахунок адсорбції або за будь-яким іншим механізмом) компоненти переміщатимуться вздовж колонки з різною швидкістю. Одні компоненти залишаться у верхньому шарі сорбенту, інші, що меншою мірою взаємодіють з сорбентом, виявляться в нижній частині колонки, а деякі взагалі залишать колонку разом з рухомою фазою (такі компоненти називаються невтримними, а час їх утримання визначає "мертвий час" колонки) . Таким чином відбувається швидке поділ складних сумішей компонентів. Слід підкреслити наступні переваги хроматографічних методів:

1. Поділ носить динамічний характер, причому акти сорбції-десорбції компонентів, що розділяються, повторюються багаторазово. Цим обумовлена ​​значно більша ефективність хроматографічного поділу порівняно зі статичними методами сорбції та екстракції.

2. При поділі використовують різні типи взаємодії сорбатів та нерухомої фази: від суто фізичних до хемосорбційних. Це зумовлює можливість селективного розподілу широкого кола речовин.

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

4. Хроматографія - гібридний метод, що поєднує одночасний поділ та визначення кількох компонентів.

5. Хроматографія дозволяє вирішувати як аналітичні завдання (розподіл, ідентифікація, визначення), так і препаративні (очищення, виділення, концентрування). Вирішення цих завдань можна поєднувати, виконуючи в режимі “on line”.

6. Численні методи класифікуються по агрегатному стану фаз, механізму поділу та техніці проведення поділу. Хроматографічні методи розрізняються і за способом проведення процесу поділу на передній, витіснювальний та елюентний.

3. КЛАСИФІКАЦІЯ ХРОМАТОГРАФІЧНИХ МЕТОДІВ АНАЛІЗУ

В основу класифікацій хроматографічних методів покладено принципи, що враховують різні особливості процесу поділу:

* Відмінності в агрегатному стані фаз використовуваної хроматографічної системи;

* відмінності в характері взаємодій речовин, що розділяються з нерухомою фазою;

* експериментальні відмінності у способах проведення процесу хроматографічного поділу.

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

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

4. АДСОРБЦІЙНА ХРОМАТОГРАФІЯ. Тонкослийна хроматографія

Одним з найбільш поширених методів адсорбційної хроматографії є ​​тонкошарова хроматографія (ТСХ) - різновид площинної хроматографії, при якій адсорбент використовують у вигляді тонкого шару на платівці.

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

Схема поділу компонентів А та В методом ТШХ

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

Іноді одночасно з нанесенням проби речовин, що розділяються, на лінію старту наносять невеликі кількості речовини-стандарту, а також речовин-свідків (тих, які імовірно містяться в аналізованій пробі).

Для характеристики компонентів, що розділяються в системі вводять коефіцієнт рухливості Rf (або Rf-фактор):

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

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

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

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

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

Rs = l/l ст=R f/R f( ст ) ,

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

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

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

Для більш надійної ідентифікації компонентів, що розділяються, використовують «свідки» - еталонні речовини, наявність яких передбачається в аналізованій пробі. Якщо R f = R f (свід) , де R f і R f (свид) - відповідно коефіцієнти рухливості даного компонента і свідка, то можна з більшою ймовірністю припустити, що речовина-свідок присутній в суміші, що хроматографується.

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

R (А/B) = Д l(=2Д l ,

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

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

Для оцінки селективності поділу двох речовин А та В використовують коефіцієнт поділу. а:

а=l B / l A.

Якщо а=1,то компоненти А та В не поділяються.

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

4.1 Техніка експерименту в тонкошаровій хроматографії:

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

б) Розвиток хроматограми (хроматографування).Процес проводять у закритих хроматографічних камерах, насичених парами розчинника, що використовується як ПФ, наприклад, у скляній посудині, покритій зверху кришкою.

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

У варіанті висхідної хроматографії використовують тільки пластинки із закріпленим шаром сорбенту. ПФ наливають на дно камери (як останню можна використовувати скляну хімічну склянку відповідного розміру зі скляною кришкою), хроматографічну пластинку поміщають вертикально або похило в камеру так, щоб шар ПФ на дні камери змочував нижню частину пластинки (нижче лінії старту на ~1,5 - 2 см). ПФ переміщається за рахунок дії капілярних сил знизу нагору (проти сили тяжіння) порівняно повільно.

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

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

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

При одноразовій хроматографії аналіз проводять, не змінюючи напрямки руху ПФ. Цей спосіб найпоширеніший.

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

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

Схема, що ілюструє принцип двовимірної хроматографії:

а - хроматограма, одержана з ПФ1;

б - хроматограма, отримана з ПФ2

У багаторазовій (повторній) хроматографії процес проводять кілька разів послідовно з однією і тією ж ПФ (щоразу - після чергового висушування) доти, доки не отримають бажане поділ плям компонентів суміші (зазвичай - не більше трьох разів).

У разі ступінчастої хроматографії процес проводять з однією і тією ж платівкою послідовно, використовуючи щоразу нову ПФ, до досягнення чіткого поділу плям.

в) Розшифровка хроматограм. Якщо плями на хроматограмі пофарбовані, після висушування пластин визначають відстань від лінії старту до центру кожної плями і обчислюють коефіцієнти рухливості. Якщо до складу аналізованої проби входять безбарвні речовини, дають незабарвлені, тобто. візуально не ідентифіковані плями на хроматограмі необхідно провести детектування цих плям, для чого хроматограми виявляють.

Нижче описано найпоширеніші методи детектування.

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

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

Хімічна обробка.Часто хроматограми виявляють, обробляючи їх реагентами, які утворюють пофарбовані сполуки з компонентами сумішей, що розділяються. Для цієї мети застосовують різні реагенти: пари йоду, аміаку, брому, діоксиду сірки, сірководень, спеціально приготовані розчини, якими обробляють пластинки. Застосовують як універсальні, і селективні реагенти (поняття «універсальні» досить умовно).

Універсальними реагентами можуть служити, наприклад, концентрована сірчана кислота (при нагріванні спостерігається потемніння плям органічних сполук), кислий водний розчин перманганату калію (зони спостерігаються у вигляді коричневих плям на фіолетовому фоні сорбенту), розчин фосфорно-молібденової кислоти при нагріванні фоні) і т.д.

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

Реактив Драгендорфа є розчином основного нітрату вісмуту BiONO 3 , йодиду калію KJ і оцтової кислоти у воді. Використовується визначення амінів, алкалоїдів, стероїдів.

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

За допомогою нінгідрину детектують плями амінів, амінокислот, білків та інших сполук.

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

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

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

При хімічному детектуванні плям селективні реагенти дають пофарбовані плями з певними сполуками природи, що також використовується з метою ідентифікації.

За допомогою методу ТСХ можна не лише відкривати, а й кількісно визначати вміст компонентів у сумішах. Для цього або аналізують самі плями на хроматограмі, або отримують розділені компоненти з хроматограми тим чи іншим способом (екстракцією, елююванням відповідними розчинниками).

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

Іноді порівнюють інтенсивність забарвлення плям, вважаючи, що інтенсивність забарвлення плями пропорційна до кількості забарвленого компонента. Для вимірювання інтенсивності фарбування застосовують різні прийоми.

При вилученні розділених компонентів з хроматограми одержують розчин, що містить компонент. Останній потім визначають тим чи іншим аналітичним методом.

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

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

5. ГАЗОВА ХРОМАТОГРАФІЯ

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

5.1 Газо- адсорбційна хроматографія

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

Для аналітичної практики важливо, щоб при постійній температурі кількість адсорбованої речовини на поверхні С s була пропорційною концентрації цієї речовини в газовій фазі С m:

C s = кc m (1)

тобто. щоб розподіл відбувався відповідно до лінійної ізотерми адсорбції (до - Константа). У цьому випадку кожен компонент переміщається вздовж колонки з постійною швидкістю, яка не залежить від його концентрації. Поділ речовин зумовлений різною швидкістю їхнього переміщення. Тому в ГАХ надзвичайно важливим є вибір адсорбенту, площа та природа поверхні якого зумовлюють селективність (поділ) при заданій температурі.

З підвищенням температури зменшуються теплота адсорбції DH/T, від якої залежить утримування, і відповідно t R . Це використовують у практиці аналізу. Якщо розділяють сполуки, що сильно розрізняються за леткістю при постійній температурі, то низькокиплячі речовини елююються швидко, висококиплячі мають більший час утримування, їх піки на хроматограмі будуть нижчими і ширшими, аналіз займає багато часу. Якщо ж у процесі хроматографування підвищувати температуру колонки з постійною швидкістю (програмування температури), близькі по ширині піки на хроматограмі будуть розташовуватися рівномірно.

Як адсорбенти для ГАХ в основному використовують активне вугілля, силікагелі, пористе скло, оксид алюмінію. Неоднорідністю поверхні активних адсорбентів обумовлені основні недоліки методу ГАХ і неможливість визначення сильно полярних молекул, що сильно адсорбуються. Однак на геометрично та хімічно однорідних макропористих адсорбентах можна проводити аналіз сумішей сильнополярних речовин. В останні роки випускають адсорбенти з більш менш однорідною поверхнею, такі, як пористі полімери, макропористі силікагелі (силохром, порасил, сферосил), пористі скла, цеоліти.

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

5.2 Газо- рідинна хроматографія

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

Механізм розподілу компонентів між носієм та нерухомою рідкою фазою заснований на розчиненні їх у рідкій фазі. Селективність залежить від двох факторів: пружності пари визначається речовини та її коефіцієнта активності в рідкій фазі. За законом Рауля, при розчиненні пружність пари речовини над розчином p i прямо пропорційна його коефіцієнту активності g молярної частки N iу розчині та тиску парів чистої речовини Р° iпри цій температурі:

p i = N i Р° I (2)

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

P i ~ c m , а N i ~ c s тоді

а коефіцієнт селективності:

Таким чином, що нижча температура кипіння речовини (що більше P 0 i), то слабше утримується вона в хроматографічній колонці.

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

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

Розрізняють рідкі фази трьох типів: неполярні (насичені вуглеводні та ін), помірно полярні (складні ефіри, нітрили та ін) та полярні (полігліколі, гідроксиламії та ін).

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

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

Носії нерухомих рідких фаз. Тверді носії для диспергування нерухомої рідкої фази у вигляді однорідної тонкої плівки повинні бути механічно міцними з помірною питомою поверхнею (20м 2 /г), невеликим та однаковим розміром частинок, а також бути достатньо інертними, щоб адсорбція на поверхні розділу твердої та газоподібної фазбула мінімальною. Найнижча адсорбція спостерігається на носіях із силанізованого хромосорбу, скляних гранул та флуоропаку (фторвуглецевий полімер). Крім того, тверді носії не повинні реагувати на підвищення температури і легко змочуватися рідкою фазою. У газовій хроматографії хелатів як твердий носій найчастіше використовують силанізовані білі діатомітові носії - діатомітовий кремнезем, або кізельгур. Діатоміт - це мікроаморфний, що містить воду, діоксид кремнію. До таких носіїв відносять хромосорб W, газохром Q, хроматон N та ін. Крім того, використовують скляні кульки та тефлон.

Хімічно пов'язані фази. Часто використовують модифіковані носії, ковалентно пов'язані з рідкою фазою. При цьому стаціонарна рідка фаза міцніше утримується на поверхні навіть при найвищих температурах колонки. Наприклад, діатомітовий носій обробляють хлорсиланом з довголанцюговим замісником, який має певну полярність. Хімічно пов'язана нерухома фаза ефективніша.

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

Розподільна хроматографія заснована на використанні відмінностей у розчинності розподіленої речовини в двох контактуючих рідких фазах, що не змішуються. Обидві фази - ПФ і НФ - є рідкими фазами. При переміщенні рідкої ПФ уздовж рідкої НФ хроматографовані речовини безперервно перерозподіляються між обома рідкими фазами.

До розподільчої хроматографії відноситься паперова хроматографіка (або хроматографія на папері) у її звичайних випадках. У цьому методі замість пластинок з тонким шаром сорбенту, що вживаються при ТШХ, застосовують спеціальний хроматографічний папір, по якому, просочуючи його, переміщається рідка ПФ під час хроматографування від стартової лінії до лінії фінішу розчинника.

Розрізняють нормальнофазову та зверненофазову паперову хроматографію.

У варіанті нормальнофазовий паперової хроматографії рідкої НФ є вода, сорбована у вигляді тонкого шару на волокнах і що знаходиться в порах гідрофільні папери (до 25% за масою). Ця зв'язана вода за своєю структурою та фізичним станом сильно відрізняється від звичайної рідкої води. У ній і розчиняються компоненти сумішей, що розділяються.

Роль ПФ, що переміщається папером, грає інша рідка фаза, наприклад, органічна рідина з додаванням кислот і води. Рідку органічну ПФ перед хроматографуванням насичують водою для того, щоб ПФ не розчиняла в собі воду, сорбовану на волокнах гідрофільного хроматографічного паперу.

Хроматографічний папір випускається промисловістю. Вона повинна відповідати ряду вимог: готуватися з високоякісних волокнистих сортів бавовни, бути однорідною за щільністю і товщиною, за напрямом орієнтування волокон, хімічно чистою та інертною по відношенню до НФ та компонентів, що розділяються.

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

У варіанті зверненофазовий паперової хроматографії рідка НФ є органічним розчинником, тоді як у ролі рідкої ПФ виступає вода, водні або спиртові розчини, суміші кислот зі спиртами. Процес проводять із використанням гідрофобний хроматографічного паперу. Її отримують обробкою (просоченням) паперу нафталіном, силіконовими маслами, парафіном і т. д. Неполярні та малополярні органічні розчинники сорбуються на волокнах гідрофобного паперу і проникають у його пори, утворюючи тонкий шар рідкої НФ. Вода не утримується на такому папері, не змочує її.

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

Паперова хроматографія подібно до методу ТСХ застосовується як у якісному, так і в кількісному аналізі.

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

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

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

3) враховують зв'язок між інтенсивністю забарвлення плями та вмісту в ньому визначається компонента, що надає забарвлення плями.

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

Паперова хроматографія - фармакопейний метод, що використовується для поділу сумішей, що містять як неорганічні, так і органічні речовини. Метод доступний, простий за виконанням, проте в цілому він поступається сучаснішому методу ТСХ, в якому застосовується тонкий шар сорбенту.

7. ОБЛАСНА ХРОМАТОГРАФІЯ

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

Сутність методу. Осадова хроматографія заснована на використанні хімічних реакцій осадження компонентів суміші, що розділяються, з реагентом-осадником, що входять до складу НФ. Поділ здійснюється внаслідок неоднакової розчинності сполук, що утворюються, які переносяться рухомою фазою з різною швидкістю: менш розчинні речовини переносяться з ПФ повільніше, ніж більш розчинні.

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

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

Ag + + I - > AgIv (жовтий)

Ag + + Br -> AgBrv (кремовий)

Ag + + Cl -> AgClv (білий)

Розчинність галогенідів срібла у воді збільшується в послідовності:

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

де у дужках наведено значення творів розчинності при кімнатній температурі. Тому спочатку утворюватиметься жовтий осад іодиду срібла, як найменш розчинного на хроматограмі спостерігатиметься жовта (верхня) зона. Потім утворюється зона осаду броміду срібла кремового кольору (проміжна зона). В останню чергу утворюється білий осад хлориду срібла - нижня біла зона, що темніє на світлі внаслідок фотохімічного розкладання срібла хлориду з виділенням дрібнодисперсного металевого срібла.

В результаті одержують первинну осадову хроматограму.

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

В описаному прикладі осадитель входив до складу НФ, а через колонку пропускався розчин, що містить суміш іонів, що розділяються. Можна, навпаки, пропускати розчин осадника через колонку, в НФ якої знаходяться іони, що хроматографуються. Однак утворюються змішані зони.

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

7.1 Класифікація способів осадової хроматографії з техніки експерименту

Зазвичай розрізняю колонковуосадову хроматографію, що проводиться в хроматографічних колонках, та площиннуосадову хроматографію, що реалізується на папері або тонкому шарі сорбенту.

Як сорбенти в осадовій хроматографії застосовують суміші інертних носіїв з осадником; сорбенти, що утримують осаджувачі у вигляді іонів (іонообмінні смоли) або у вигляді молекул (активоване вугілля); папір, просочений розчином осадника.

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

Як осадники застосовують такі реагенти, які утворюють малорозчинні опади з хроматографованими іонами, наприклад, іодид натрію NaI, сульфід натрію Na 2 S, сульфат срібла Ag 2 SO 4 , фероціанід калію K 4 , оксихінолін, піридин і т.д.

Зазвичай при використанні методу колонкової осадової хроматографії після пропускання через колонку чистого розчинника отримують чітко розділені зони, кожна з яких містить лише один компонент (у тому випадку, коли розчинності опадів розрізняються не менше, ніж утричі). Метод відрізняється гарною відтворюваністю результатів.

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

7.2 Осадова хроматографія на папері

Розглянемо сутність цього методу з прикладу аналізу водного розчину, що містить суміш катіонів міді Cu 2+ ? заліза Fe 3+ та алюмінію Al 3+ .

У центр аркуша паперу, просоченого розчином осадника - фероціаніду калію K 4 капіляром наноситься аналізований водний розчин. Іони міді Cu 2+ та заліза Fe 2+ взаємодіють з фероціанід-іонами з утворенням малорозчинних опадів:

2Cu 2+ + 4-> Cu 2 (коричневий)

4Fe 3+ + 3 4- >Fe4 (синій)

Оскільки фероціанід міді (II) менш розчинний, ніж фероціанід заліза (III), спочатку виділяється осад фероціаніду міді (II), що утворює центральну коричневу зону. Потім утворюється синій осад фероціаніду заліза (III), що дає синю зону. Іони алюмінію переміщуються на периферію, даючи безбарвну зону, оскільки вони не утворюють фарбованого фероціаніду алюмінію.

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

Таким шляхом отримують первинну хроматограму, де зони опадів частково перекриваються.

Потім одержують вторинну хроматограму. Для цього відповідний розчинник (в даному випадку - водний розчин аміаку) наносять капіляром у центр первинної хроматограми. Розчинник мимоволі переміщається від центру паперу до периферії, захоплюючи з собою і опади, які переміщуються з різною швидкістю: зона більш розчинного осаду ферроціаніду переміщується швидше за зону менш розчинного осаду фероціаніду міді. На цьому етапі за рахунок відмінності в швидкостях переміщення зон відбувається їх точне поділ.

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

8. ІОНООБМІННА ХРОМАТОГРАФІЯ

В іонообмінній хроматографії поділ компонентів суміші досягається за рахунок оборотної взаємодії речовин, що іонізуються, з іонними групами сорбенту. Збереження електронейтральності сорбенту забезпечується наявністю здатних до іонного обміну протиіонів, розташованих у безпосередній близькості до поверхні. Іон введеного зразка, взаємодіючи з фіксованим зарядом сорбенту, обмінюється з протиіоном. Речовини, що мають різну спорідненість до фіксованих зарядом, поділяються на аніоніт або на катіонітах. Аніоніти мають на поверхні позитивно заряджені групи і сорбують з рухомої фази аніони. Катіоніти відповідно містять групи з негативним зарядом, що взаємодіють з катіонами.

Як рухомий фази використовують водні розчини солей кислот, основ і розчинники типу рідкого аміаку, тобто. системи розчинників, що мають високе значення діелектричної проникності та велику тенденцію іонізувати сполуки. Зазвичай працюють з буферними розчинами, що дозволяють регулювати значення рН.

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

Іонообмінна хроматографія незамінна при поділі високополярних речовин, які без перекладу в похідні не можуть бути проаналізовані методом ГЖХ. До таких сполук належать амінокислоти, пептиди, цукри.

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

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

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

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

Природно, що іони зразка, що слабо взаємодіють з іонообмінником, при цій конкуренції будуть слабо утримуватися на колонці і першими вимиваються з неї і, навпаки, іони, що сильно утримуються, будуть елюювати з колонки останніми. Зазвичай виникають вторинні взаємодії неіонної природи за рахунок адсорбції або водневих зв'язків зразка з неіонною частиною матриці або обмеженою розчинністю зразка в рухомій фазі.

Поділ конкретних речовин залежить в першу чергу від вибору найбільш відповідного сорбенту та рухомої фази. Як нерухомі фази в іонообмінній хроматографії застосовують іонообмінні смоли та силікагелі з щепленими іоногенними групами.

Полістирольні іонообмінні смоли для ВЕРХ зерненням 10 мкм і менш володіють селективністю і стабільністю, але сітчаста структура їх, що характеризується відстанню між вузлами сітки 1,5 нм, що значно менше розміру пір застосовуваного для адсорбційної хроматографії значно знижує ефективність. Застосовувані в ВЕРХ іонообмінні смоли є переважно сополімерами стиролу і дивінілбензолу. Зазвичай додають 8-12% останнього. Чим більший вміст ди-вінілбензолу, тим більша жорсткість і міцність полімеру, вища ємність і, як правило, селективність і тим менша набухання.

Подібні документи

Загальна характеристика процесу хроматографії. Фізико-хімічні основи тонкошарова хроматографія, класифікація методів аналізу. Варіанти хроматографії за фазовими станами. Контролює якість харчових продуктів за допомогою методу ТСХ, обладнання.

курсова робота , доданий 27.12.2009


Явища, що відбуваються під час хроматографії. Два підходи до пояснення – теорія теоретичних тарілок та кінетична теорія. Газова, рідинна, паперова хроматографія. Іонообмінний метод. Випадки застосування іонообмінної хроматографії. Гельхроматографування.

реферат, доданий 24.01.2009


Поняття та структура полімерних сорбентів, історія їх створення та розвитку, значення у процесі розподільчої хроматографії. Види полімерних сорбентів, можливості їх використання в ексклюзивній хроматографії. Особливості застосування твердих гелів.

реферат, доданий 07.01.2010


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

реферат, доданий 01.05.2009


Сутність методу хроматографії, історія його розробки та види. Сфери застосування хроматографії, прилади чи установки для хроматографічного поділу та аналізу сумішей речовин. Схема газового хроматографа, його основні системи та принцип дії.

реферат, доданий 25.09.2010


Основи методу оберненої газової хроматографії. Газова хроматографія - універсальний метод якісного та кількісного аналізу складних сумішей та спосіб отримання окремих компонентів у чистому вигляді. Застосування оберненої газової хроматографії.

курсова робота , доданий 09.01.2010


Сутність та вміст іонно-парної хроматографії, її використання у рідинній хроматографії та екстракції для вилучення ліків та їх метаболітів з біологічних рідин в органічну фазу. Варіанти іонно-парної хроматографії, особливості.

реферат, доданий 07.01.2010


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

реферат, доданий 25.01.2010


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

реферат, доданий 11.10.2011


Поняття та основні етапи протікання методу екслюзійної хроматографії, його принципова особливість та сфери застосування, різновиди та їх відмітні ознаки. Характеристика обладнання, що використовується в процесі ексклюзивної хроматографії.

Хроматографічні методики превалюють серед інших при контролі якості повітря робочої зони у промисловості та індустріальній гігієні; є основою переважної більшості токсикологічних досліджень; за допомогою газової хроматографії медики змогли вивчити «синдром хворої будівлі» - погане самопочуття та деякі захворювання, що викликаються присутністю в повітрі житлових приміщень та адміністративних будівель великої кількості шкідливих хімічних речовин, що виділяються із синтетичних матеріалів (килимів, доріжок, панелей, лінолеуму, оббивки меблів) ін), мастик, лаків, аппретур та інших продуктів побутової хімії, а також газовиділень при роботі лазерних принтерів та газових калориферів.

Процес хроматографічного поділу заснований на сорбції, з якою ми зустрічаємося у повсякденному житті – це поглинання речовин твердою поверхнею (адсорбція) або розчинення газів та рідин у рідких розчинниках (абсорбція). Найвідоміше застосування адсорбції - очищення повітря в протигазах: адсорбент (активне вугілля), що заповнює коробку протигазу, утримує шкідливі домішки або ВВ, що містяться у повітрі. Абсорбція й у багатьох біологічних процесів, зокрема процесу дихання. Поглинання кисню гемоглобіном крові в легенях - теж певною мірою хроматографічний процес, тому що при цьому відбувається сорбційне відділення кисню від інших газів, присутніх у повітрі, що вдихається. На жаль, шкідливі для організму домішки, що містяться в повітрі, теж поглинаються кров'ю і іноді незворотно.

Людиною, яка вперше зуміла правильно пояснити процес сорбції (яви, що відбуваються при русі речовини вздовж шару сорбенту), був російський учений Михайло Семенович Колір. Використовуючи ці явища, він створив чудовий аналітичний метод, показав його широкі можливості і дав назву, яку і до цього дня ми застосовуємо для позначення не тільки методу, але також самого процесу та наукової дисципліни, що його вивчає.

Але оскільки різні речовини по-різному витягувалися бензолом з адсорбенту (крейди), вони опускалися по трубці з різною швидкістю. Тому первісне зелене кільце, опускаючись, поступово розширювалося і поділялося на кілька кольорових кілець. Зрештою цих кілець виявилося шість: верхнє жовте, потім оливково-зелене, далі темно-зелене і три жовті.

Колір витяг шар крейди з трубки, розрізав його на циліндрики, у кожному з яких виявилося своє кольорове кільце. Тепер можна було витягти речовини з адсорбенту спиртом та дослідити. В результаті вчений показав, що хлорофіл - це не індивідуальна сполука, а суміш двох речовин, які розділилися на колонці з крейдою і дали оливково-зелене та темно-зелене кільця. Інші речовини були ксантофілами.

Колір назвав одержувану при поділі речовин різнобарвну картину хроматограмою, а сам метод (заснований на поділі речовин за їхньою схильністю до адсорбції) хроматографічним адсорбційним аналізом, або хроматографією.

До 1914 р. Колір опублікував кілька статей з хроматографії, але після його робіт метод не набув широкого розвитку. Лише 1931 р. Кун, Вінтерштейн і Ледерер відтворили початкові досліди Кольори (на прикладах поділу каротину моркви, пелюсток кульбаби і жовтка курячого яйця). Таке тривале забуття класичними досліджень, що стали тепер, у великій мірі було пов'язане з негативними відгуками авторитетів того часу, які не змогли зрозуміти всієї глибини відкриття молодого вченого.

За розробку методу розподільчої хроматографії та різних її варіантів Мартін та Сінг у 1952 р. були удостоєні Нобелівської премії. Саме з цього моменту розпочався сучасний етап розвитку газової хроматографії (1951-1952 рр.), коли А. А. Жуховицький із співробітниками (Росія) запропонували хроматермографію, а А. Мартін та А. Джемс – газо-рідинну хроматографію, за допомогою якої їм вдалося розділити суміш жирних кислот на колонці з діатомітовим носієм (целіт-545), просоченим парафіновим маслом з добавкою стеаринової кислоти. Такий сорбент поглинає аналізовані речовини набагато слабше, ніж, наприклад, активне вугілля або оксид алюмінію, тому Джемсу та Мартіну вдалося розділити леткі органічні кислоти в потоці газу – азоту.

З цього моменту газова хроматографія стала одним із найпоширеніших методів аналізу, за допомогою якого можна досліджувати надзвичайно широкий спектр речовин - від газів до високомолекулярних рідин та металів.

Слід уточнити деякі питання термінології щодо класифікації хроматографічних методів. У найпростішому випадку під терміном «газова хроматографія» мається на увазі метод аналізу, коли поділ суміші речовин у хроматографічній колонці здійснюється в потоці газу (газу-носія), що безперервно пропускається через колонку. Газоадсорбційна (розподіл на адсорбенті - вугіллі, силікагелі або оксиді алюмінію) та газо-рідинна (розподіл на сорбенті - твердий носій, покритий рідиною - нерухомою рідкою фазою) - це все варіанти газової хроматографії.

Хроматографія - це метод поділу та визначення речовин, заснований на розподілі компонентів між двома фазами - рухомий і нерухомий. Нерухливою (стаціонарною) фазою служить тверда пориста речовина (часто її називають сорбентом) або плівка рідини, нанесена на тверду речовину. Рухлива фаза є рідина або газ, що протікає через нерухому фазу, іноді під тиском. Компоненти аналізованої суміші (сорбати) разом із рухомою фазою пересуваються вздовж стаціонарної фази. Її зазвичай поміщають у скляну чи металеву трубку, звану колонкою. Залежно від сили взаємодії з поверхнею сорбенту (за рахунок адсорбції або за будь-яким іншим механізмом) компоненти переміщатимуться вздовж колонки з різною швидкістю. Одні компоненти залишаться у верхньому шарі сорбенту, інші, що меншою мірою взаємодіють з сорбентом, виявляться в нижній частині колонки, а деякі взагалі залишать колонку разом з рухомою фазою (такі компоненти називаються невтримними, а час їх утримання визначає "мертвий час" колонки) .

Таким чином відбувається швидке поділ складних сумішей компонентів.

Історія відкриття:

Народження хроматографії

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

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

Слід підкреслити наступні переваги хроматографічних методів:

1. Поділ носить динамічний характер, причому акти сорбції-десорбції компонентів, що розділяються, повторюються багаторазово. Цим обумовлена ​​значно більша ефективність хроматографічного

поділу в порівнянні зі статичними методами сорбції та

екстракції.

2. При поділі використовують різні типи взаємодії сорбатів та нерухомої фази: від суто фізичних до хемосорбційних.

Це зумовлює можливість селективного поділу широкого кола

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

4. Хроматографія – гібридний метод, що поєднує одночасний поділ та визначення кількох компонентів.

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

Численні методи класифікуються по агрегатному стану фаз, механізму поділу та техніці проведення поділу.

Хроматографічні методи різняться і за способом проведення

процесу поділу на фронтальний, витіснювальний та елюентний.

Іонна хроматографія

Іонна хроматографія – це високоефективна рідинна хроматографія для поділу катіонів та аніонів на іонообмінниках

низька ємність. Широке поширення іонної хроматографії

обумовлено рядом її переваг:

– можливість визначати велику кількість неорганічних та

органічних іонів, а також одночасно визначати катіони та

- Висока чутливість визначення (до 1 нг/мл без

попереднього концентрування;

- Висока селективність та експресність;

- Мінімальний обсяг аналізованої проби (не більше 2 мл зразка);

– широкий діапазон визначених концентрацій (від 1 нг/мл до

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

- Можливість повної автоматизації визначення;

- У багатьох випадках повна відсутність попередньої пробопідготовки.

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

– складність синтезу іонообмінників, що значно ускладнює

розвиток методу;

- Нижчу в порівнянні з ВЕРХ ефективність поділу;

- Необхідність високої корозійної стійкості

хроматографічної системи, особливо при визначенні

катіонів.

2.1 Історія розвитку:

Вивчення іоннообмінних процесів розпочалося вже на початку ХІХ ст. зі спостережень про вплив ґрунтів на хімічний склад контактуючих з ним сольових розчинів. Наприкінці 40-х років Г. Томпсон зазначив, що ґрунт поглинає аміак із внесених органічних добрив, відповідні досліди були проведені фахівцем їхнього Йорка Д. Спенсом. Перші результати дослідів Д. Спенса були опубліковані Г. Томпсоном в 1850 р. У статті зазначається, що "перше відкриття високоважливих властивостей грунту може ледь не зазнати невдачі як корисне для сільського господарства" і його останні роботи були опубліковані в 1852 і 1855 рр.

2.3 Принципи поділу іонів у сорбційних процесах

Іонообмінна хроматографія відноситься до рідинно-твердофазної хроматографії, в якій рухомою фазою є рідина (елюент), а нерухомою фазою – тверде тіло (іонообмінник). В основі методу іонообмінної хроматографії лежить динамічний процес заміщення іонів, пов'язаних з нерухомою фазою, іонами елюентів, що надходять до колонки. Поділ відбувається завдяки різному спорідненості до іонообмінника іонів, що знаходяться в суміші, що призводить до різних швидкостей їхнього переміщення по колонці.

Іонна хроматографія є варіантом колонкової іонообмінної хроматографії.

Відповідно до рекомендацій ІЮПАК (1993 р.) терміни іонообмінна (ІОХ) та іонна (ЇХ) хроматографія визначаються в такий спосіб. "Іонообмінна хроматографія заснована на відмінності іонообмінних взаємодій для індивідуальних аналізованих речовин. Якщо іони поділяються і можуть бути детектовані за допомогою кондуктометричного детектора або непрямого УФ - детектування, то вона називається іонною хроматографією".

Сучасне (2005 р.) формулювання: "Іонна хроматографія включає всі високоефективні рідинні хроматографічні (ВЕРХ) поділу іонів у колонках, об'єднані з безпосереднім детектуванням у проточному детекторі та кількісною обробкою отриманих аналітичних сигналів". Це визначення характеризує іонну хроматографію щодо механізму поділу і методу детектування і тим самим відокремлює її від класичного іонного обміну.

В іонній хроматографії застосовуються такі принципи поділу:

Іонний обмін.

Утворення іонних пар.

Ексклюзив іонів.

Іонний обмін

Іонний обмін є оборотною гетерогенною реакцією еквівалентного обміну іонів, що знаходяться у фазі іоніту (протиіонів), наіони елюентів. Протиіоні утримуються функціональними групами іоніту за рахунок електростатичних сил. Як правило, у катіонній хроматографії ці групи є групами сульфонових кислот; у разі аніонної хроматографії – четвертинних амонієвих основ. На рис. 1 представлена ​​схема процесу обміну катіонів та аніонів. Іони визначеної речовини позначені як А, іони елюентів, які конкурують з ними за обмінні центри, - Е.

Мал. 1. Іонний обмін катіонів (А+) та аніонів (А-) на іони елюентів (Е+ або Е-) за участю катіонообмінника, що містить функціональні сульфогрупи – SO3-, та аніонообмінника (групи четвертинної амонієвої основи – N+R3).

Утворення іонних пар

Для реалізації цього механізму поділу застосовують іо-парні реагенти, які додають розчин елюенту. Такі реагенти являють собою аніонні або катіонні поверхнево-активні речовини, наприклад, алкілсульфонові кислоти або тетраалкіламонієві солі.

Разом з протилежно зарядженими іонами, що визначаються іони цього іон-парного реагенту утворюють незаряджену іонну пару, яка може утримуватися на нерухомій фазі за рахунок міжмолекулярних взаємодій. Розподіл здійснюється за рахунок відмінності констант утворення іонних пар та ступеня їх адсорбції на матриці сорбенту. На рис. 2 показана статична іонообмінна модель іон-парної хроматографії після адсорбції реагенту на нерухомій фазі. Цей принцип поділу застосовується як аніонів, так катіонів .

Мал. 2. Іонообмінна модель в іон-парній хроматографії.

Іонна екслюзія

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

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

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

В іоноексклюзійній хроматографії як нерухома фаза часто застосовують повністю сульфований катіонообмінник, що містить іони водню (протиіони). У водному розчині елюентів сульфокислотні групи іоніту гідратуються. Гідратна оболонка обмежується уявною негативно зарядженою мембраною (Доннановською мембраною). Мембрана проникна лише для недисоційованих молекул (наприклад, води).

Органічні карбонові кислоти можуть бути розділені, якщо як елюенти застосовуються сильні мінеральні кислоти. Внаслідок низьких значень констант кислотності карбонові кислоти присутні в таких розчинах у недисоційованій формі. Ці форми можуть проходити через мембрану Доннана та адсорбуватися на нерухомій фазі.