Меню Рубрики

На каком процессе основан хроматографический анализ

Хроматографией называется физико-химический метод разделения и анализа смесей, основанный на равновесном распределении их компонентов между двумя несмешивающимися фазами – неподвижной и подвижной.

Основы хроматографического метода анализа были разработаны русским ученым М.С. Цветом в 1903 г. В своей опубликованной работе он описал разделение зеленого пигмента растений на составляющие его компоненты путем пропускания экстракта из листьев через стеклянную трубку, заполненную порошком мела. При этом на белом адсорбенте наблюдалось образование нескольких зон различной окраски.

Вследствие этого М.С. Цвет предложил открытый им метод разделения смесей назвать хроматографией (от греческого слова «хроматос» – цвет).

Цвет Михаил Семёнович (1872 – 1919).Замечательный русский ботаник Михаил Семёнович Цвет известен своими исследованиями хлорофилла. Он является творцом нового метода анализа вещества — адсорбционного метода хроматографического анализа, открывшего широчайшие возможности для тонкого химического исследования. В силу исторической случайности адсорбционный метод хроматографического анализа, полностью разработанный М.С. Цветом и успешно им применённый практически, был в забвении почти 30 лет. Лишь начиная примерно с 1931 г., метод М.С. Цвета стал находить всё более и более растущее применение во многих областях науки.

Неподвижной, или стационарной, фазой в хроматографических методах анализа обычно служит твердое тело или жидкость (чаще всего в виде тонкой пленки, нанесенной на поверхность твердого вещества). Данная фаза выступает в роли адсорбента.

Подвижная фаза, или элюент, представляет собой жидкость или газ, пропускаемые в ходе анализа через неподвижную фазу. Она растворяет в себе компоненты исследуемой смеси и переносит их вместе с собой по мере своего продвижения.

Неподвижную фазу обычно помещают в стеклянную или металлическую трубку, называемую хроматографической колонкой. При прохождении через нее подвижной фазы вместе с растворенной смесью веществ на активных центрах адсорбента происходят многократно повторяющиеся акты сорбции и десорбции отдельных компонентов смеси.

При этом вследствие различной адсорбционной способности вещества смеси будут перемещаться вдоль неподвижной фазы с разной скоростью. В результате чего произойдет их разделение на зоны, каждая из которых содержит преимущественно одно из соединений смеси.

Быстрее всего станет двигаться то вещество смеси, которое обладает наименьшим сорбционным сродством по отношению к неподвижной фазе. Вещество, обладающее наибольшим сорбционным сродством, наоборот, будет перемещаться медленнее всего и будет отставать от других компонентов смеси (рис. 126).

Рис. 126. Хроматографическое разделение. Скорость перемещения компонентов исходной смеси увеличивается в порядке В

Хроматографические методы анализа классифицируются самым различным образом. Как было показано ранее, в зависимости от применяемой техники эксперимента различают колоночную и плоскостную хроматографии.

В зависимости от агрегатного состояния подвижной фазы различают газовую и жидкостную хроматографии.

Газовую хроматографию применяют для разделения объектов, представляющих смесь газов либо паров, не взаимодействующих друг с другом и устойчивых к разложению в условиях анализа (особенно при повышенной температуре).

В зависимости от агрегатного состояния неподвижной фазы выделяют газожидкостную и газотвердофазную хроматографию. В качестве подвижной фазы (газа-носителя) во всех случаях, как правило, используется инертный газ, не способный реагировать с компонентами смеси. Чаще всего в его роли выступают гелий, азот или аргон, значительно реже – водород и углекислый газ.

Жидкостная хроматография используется для анализа и разделения обладающих большой молекулярной массой нелетучих веществ или легкоразложимых соединений, которые нельзя перевести в парообразное состояние. С ее помощью выделяют макромолекулы биополимеров, аминокислоты, моно-, ди- и олигосахариды и др. вещества.

В зависимости от агрегатного состояния неподвижной фазы выделяют жидкостно-жидкостную, жидкостно-твердофазную и жидкостно-гелевую хроматографии. В последнем случае неподвижной фазой является гель.

По доминирующему механизму взаимодействия веществ разделяемой смеси с неподвижной фазой различают адсорбционную, распределительную, ионообменную, хемосорбционную, молекулярно-ситовую и др. хроматографии.

Адсорбционная хроматография основана на различной способности отдельных компонентов смеси вступать во взаимодействие с поверхностью адсорбента и удерживаться на его активных центрах. Компоненты, имеющие большое сродство к адсорбенту, медленнее передвигаются вдоль стационарной фазы, чем компоненты, имеющие малое сродство. Они находятся в неподвижной фазе более длительный отрезок времени.

Вещества, не адсорбирующиеся или плохо адсорбирующиеся неподвижной фазой, находятся преимущественно в подвижной фазе. Скорость их перемещения относительно поверхности адсорбента будет наибольшей.

Распределительная хроматография основана на разнице коэффициентов распределения веществ в анализируемой смеси между двумя фазами. Причем неподвижной фазой в данном случае может быть только жидкость, а подвижной – тоже жидкость или (в некоторых случаях) газ:

где K – коэффициент распределения (безразмерная величина); СПФ – концентрация компонента анализируемой смеси в подвижной фазе; СНФ – концентрация того же компонента в неподвижной фазе.

Таким образом, в основе данного метода лежит закон распределения Нернста (см. раздел «Учение о растворах»).

Вещество, более растворимое в неподвижной фазе, находится в ней большую часть времени. Скорость передвижения его относительно невелика. Менее растворимые вещества передвигаются быстрее, т.к. в неподвижной фазе они находятся меньшую часть времени. Чем больше разница в значениях коэффициентов распределения K для веществ, входящих в состав смеси, тем полнее будет происходить их разделение.

Ионообменная хроматография основана на обратимом обмене ионов, содержащихся в исследуемой смеси, на подвижные ионы, входящие в состав ионита. Разделение веществ связано с различием в величинах констант ионного обмена определяемых ионов.

Хемосорбционная хроматография включает в себя несколько вариантов хроматографических процессов, общим для которых является протекание какой-либо химической реакции. Разделение веществ связано с их различной способностью вступать в те или иные реакции.

Примером хемосорбционной хроматографии является биоспецифическая (аффинная) хроматография, широко применяемая в биохимических исследованиях. Она основана на специфичности взаимодействия ферментов.

Стационарная фаза содержит в своем составе либо фермент, либо его субстрат. В первом случае она избирательно удерживает соответствующий субстрат (группу субстратов), во втором случае – фермент (группу ферментов). Отличительной чертой аффинной хроматографии является высокая избирательность процесса, повторяющего или имитирующего реакции, происходящие в реальных живых системах.

Молекулярно-ситовая хроматография (устаревшее название – гель-фильтрация) позволяет анализировать смеси, содержащие высокомолекулярные соединения (биополимеры), разделять их на фракции, различающиеся размерами и массой молекул.

В качестве неподвижной фазы используют гелеобразные пористые тела (так называемые молекулярные сита), образованные гибкими линейными макромолекулами полимеров, сшитыми поперечными связями.

Сетчатое трехмерное строение геля способствует его набуханию в воде. Набухший гель имеет развитую пористую структуру. Причем содержащиеся в нем поры отличаются друг от друга по диаметру.

Пористые частицы или гранулы геля проницаемы для молекул только определенного размера. Крупные молекулы, не попадая в поры геля, перемещаются вдоль его гранул быстрее, чем мелкие, и первыми выходят из хроматографической колонки. Самые маленькие молекулы, способные проникать в поры всех размеров, выходят из колонки последними.

Хроматографическая методика состоит из следующих основных этапов:

1) подготовка анализируемой пробы, выбор соответствующей неподвижной и подвижной фазы, подготовка сорбента (колонки или тонкого слоя);

2) нанесение пробы на тонкий слой сорбента или ввод ее в разделительную колонку;

3) собственно хроматографирование, т.е. передвижение вместе с подвижной фазой относительно неподвижной фазы;

4) обнаружение зон разделенных веществ, т.е. их детектирование и идентификация;

5) количественное определение веществ в разделенных зонах.

Общая схема колоночного хроматографа приведена на рис. 127.

Важнейшей частью такого прибора, кроме разделительной колонки, является детектор. Это прибор непрерывного действия, создающий аналитический сигнал (например, электрический ток) на соединения, присутствующие в подвижной фазе, выходящей из колонки (элюате). Подвижная фаза, вводимая в колонку, называется элюентом.

Рис. 127. Принципиальная схема колоночного хроматографа:
1 – устройство для ввода пробы в хроматографическую колонку (дозатор); 2 хроматографическая колонка; 3– детектор (анализирующая система); 4 регистратор

Аналитический сигнал, создаваемый детектором, преобразуется с помощью самописца в так называемую внешнюю хроматограмму, графически показывающую зависимость интенсивности сигнала от времени. Если скорости перемещения компонентов достаточно различаются, то на выходе из колонки сначала появляется наименее сорбируемый компонент, затем следующий и т.д. В результате хроматограмма состоит из нескольких пиков, имеющих форму гауссовой кривой (рис. 128).

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Для студентов недели бывают четные, нечетные и зачетные. 9560 — | 7483 — или читать все.

193.124.117.139 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

источник

Основные виды хроматографии. В зависимости от агрегатного состояния подвижной фазы различают газовую, флюидную (или сверхкритич. X. с флюидом в качестве элюента; см. Капиллярная хроматография )и жидкостную X. В качестве неподвижной фазы используют твердые (или твердообразные) тела и жидкости. В соответствии с агрегатным состоянием подвижной и неподвижной фаз различают следующие виды X.: 1) газо-твердофазную X., или газоадсорбционную хроматографию;2) газо-жидкостную хроматографию (газо-жидко-твердофазную); 3) жндко-твердофазную X.; 4) жидко-жидкофазную X.; 5) флюидно-твердофазную X.; 6) флюидно-жидко-твердофазную X.
Строго говоря, газо-жидкостная X. пока не реализована, на практике используют только газо-жидко-твердо-фазную X. (см. Газовая хроматография). Жидко-жидкофазная X. реализована, однако преим. используют жидко-жидко-твердо-фазную X. (неподвижной фазой служит твердый носитель с нанесенной на его пов-сть жидкостью; см. Жидкостная хроматография).
По механизму разделения в-в различают адсорбционную, распределительную, ионообменную, эксклюзионную, аффинную (биоспецифическую), осадочную X. На практике часто реализуется одновременно неск. механизмов разделения (напр., адсорбционно-распределителъный, адсорбционно-эксклюзионный и т. д.).
По геометрии сорбционного слоя неподвижной фазы различают колоночную и плоскослойную X. К плоскослойной относятся тонкослойная хроматография и бумажная хроматография. В колоночной X. обычно выделяют капиллярную X., в к-рой сорбент расположен на внутр. стенках колонки, а центр, часть колонки остается незаполненной сорбентом, т. е. открытой для потока элюента (X. на открытых капиллярных колонках).
В зависимости от способа ввода пробы и способа перемещения хроматографич. зон по слою сорбента различают след. варианты X.: проявительный (или элюентный), фронтальный и вытеснительный. В наиб. часто используемом проявительном варианте анализируемую смесь периодически импульсно вводят в поток подвижной фазы; в колонке анализируемая смесь разделяется на отдельные компоненты, между к-рыми находятся зоны подвижной фазы.
Во фронтальном варианте X. пробу, содержащую разделяемые в-ва, непрерывно подают в колонку. Можно также подавать в колонку одновременно пробу и подвижную фазу. Во фронтальной X. только первый, наименее сорбируемый компонент можно получить в чистом виде на выходе из колонки, вторая и последующая зоны содержат по два и более компонентов разделяемой смеси.
В вытеснительном варианте X. в колонку после подачи разделяемой смеси вводят спец. в-во (т. наз. вытеснитель), к-рое сорбируется лучше любого из разделяемых компонентов. В вытеснительной X. образуются примыкающие друг к другу зоны разделяемых в-в. Во фронтальном и вытеснительном вариантах X. необходима регенерация колонки перед след. опытом.

Основы хроматографич. процесса. Для проведения хроматографич. разделения в-в или определения их физ.-хим. характеристик обычно используют спец. приборы — хроматографы. Осн. узлы хроматографа — хроматографич. колонка, детектор, а также устройство для ввода пробы. Колонка, содержащая сорбент, выполняет ф-цию разделения анализируемой смеси на составные компоненты, а детектор -ф-цию их количеств. определения. Детектор, расположенный на выходе из колонки, автоматически непрерывно определяет концентрацию разделяемых соед. в потоке подвижной фазы (см. Детекторы хроматографические).
После ввода анализируемой смеси с потоком подвижной фазы в колонку зоны всех в-в расположены в начале хроматографич. колонки (рис. 1). Под действием потока подвижной фазы компоненты смеси начинают перемещаться вдоль колонки с разл. скоростями, величины к-рых обратно пропорциональны коэффициентам распределения К(или константам распределения) хроматографируемых компонентов. Хорошо сорбируемые в-ва, значения констант распределения для к-рых велики, передвигаются вдоль слоя сорбента по колонке медленнее, чем плохо сорбируемые. Поэтому быстрее всех из колонки выходит компонент А, затем компонент Б и последним покидает колонку компонент В ( К А Сигнал детектора, величина к-рого пропорциональна концентрации определяемого в-ва в потоке элюента, автоматически непрерывно записывается и регистрируется (напр., на диаграммной ленте). Полученная хроматограмма отражает расположение хроматографич. зон на слое сорбента или в потоке подвижной фазы во времени.

Рис. 1. Разделение смеси из трех компонентов (А, Б и В) на хроматографической колонке К с детектором Д: а — положение хроматографических зон разделяемых компонентов в колонке через определенные интервалы времени; б — хроматограмма (С — сигнал, t — время).

При плоскослойном хроматографич. разделении лист бумаги или пластину со слоем сорбента с нанесенными пробами исследуемого в-ва помещают в хроматографич. камеру. После разделения компоненты определяют любым подходящим методом.

Основные величины удерживания и качественный анализ. Хроматограмма — первичный результат хроматографич. разделения. Используя хроматограмму, можно определять осн. характеристики хроматографич. процесса: параметры удерживания, размывания и разделения хроматографируемых соединений. Осн. характеристика в-ва при колоночной X. (если т-ра колонки, состав подвижной фазы и ее скорость постоянны) — объем удерживания (или время удерживания в случае жидкостной А.), к-рый для i-го компонента зависит от его константы распределения i применяют соед. одного гомологич. ряда. Эти стандарты выбирают таким образом, чтобы определяемое соед. выходило из колонки позже стандарта (напр., алкана), молекула к-рого содержит zатомов углерода, и раньше стандарта, молекула к-рого содержит z + 1 атомов углерода. i определяют по ф-ле (рис. 2):

где — время удерживания алкана исправленные времена удерживания соотв. для алканов С z и С z+1 и i-го компонента; время удерживания несорбирующегося компонента.

Читайте также:  Как сделать выводы из анализа

Рис. 2. Определение индекса удерживания i с использованием н-алканов с числом атомов zи z + 1; пояснения в тексте.

Идентификацию пиков неизвестных компонентов анализируемой смеси проводят путем сопоставления (сравнения) относит. величин, определяемых непосредственно из хроматограммы, с соответствующими табличными данными для известных соединений. При идентификации в X. достоверен только отрицат. ответ; напр., пик i не является в-вом А, если времена удерживания пика i и в-ва А не совпадают. Совпадение времен удерживания пика i и в-ва А — необходимое, но недостаточное условие для заключения, что пик i — это в-во А.

Эффективность хроматографической колонки. При продвижении зон разделяемых соед. под действием потока подвижной фазы вдоль слоя сорбента происходит одновременно два противоположных процесса: возрастает расстояние между максимумами концентрации хроматографич. зон (что улучшает разделение) и увеличивается ширина хроматографич. зон (что ухудшает разделение). Качественно эффективность колонки тем выше, чем уже, острее зоны хроматографируемых соединений. Количеств. характеристикой эффективности колонки служит число теоретич. тарелок. Эффективность колонки тем выше, чем больше характерное для нее число теоретич. тарелок N. Число N для i-го компонента вычисляют по ур-нию: , где и — соотв. время удерживания i-го компонента и ширина пика, измеренная на половине его высоты (рис. 3). Число Nпропорционально квадрату числа пиков, к-рые можно разместить на хроматограмме на отрезке, соответствующем времени удерживания данного соединения.

Разделение. Разделение смеси соед. — основная цель аналит. и препаративной X. Для характеристики разделения трудноразделимых (критических) пар соед. используют особую величину — степень разделения (рис. 3):

где — время удерживания j- гo компонента; — исправленное время удерживания j- гo компонента;и — ширина хроматографич. зон, измеренная у основания пиков на хроматограмме,

Рис. 3. Определение степени разделения коэф. емкости (или коэф. извлечения) компонента j, причем Как следует из этого ур-ния, степень разделения увеличивается с ростом эффективности колонки селективности (aij— 1) и емкости колонки коэф. распределения в системе неподвижная фаза — подвижная фаза для i-го и j- гo компонента. Величины

Химическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . Под ред. И. Л. Кнунянца . 1988 .

источник

Хроматографический анализ сегодня является наиболее широко применяемым методом исследования различных объектов. Это могут быть пробы, взятые в окружающей среде, на производстве, в лаборатории и так далее. Этот метод предложил еще в 1903 году русский ученый М. С. Цвет. Его исследования стали основой для развития всех видов хроматографии, существующих на сегодняшний день и применяемых для разделения не только окрашенных, но и неокрашенных соединений во всевозможных средах. Проведение хроматографического анализа возможно различными способами, с использованием в каждом конкретном случае своих приемов и методик расчетов. В его основе лежат различия в адсорбционных или каких-либо других свойствах соединений, что способствует их распределению между твердым сорбентом и проходящей через него жидкостью (или газом).

Хроматографическим методом анализа называют такой метод разделения и определения веществ, который основан на распределении нескольких компонентов образца между двумя фазами, одна из которых подвижна, а другая — неподвижна.

Неподвижной (стационарной) фазой обычно бывает твердое пористое вещество (как правило, его называют сорбентом) или пленка жидкости, которая нанесена на твердое вещество.

Подвижная фаза представляет собой жидкое или газообразное вещество, протекающее сквозь неподвижную фазу, порой под давлением. Все компоненты анализируемой смеси (называемые сорбатами) вместе с подвижной фазой движутся вдоль стационарной фазы. Как правило, ее помещают в стеклянную (металлическую) трубку — колонку.

Скорость движения компонентов по колонке зависит от степени взаимодействия их с поверхностью сорбента. Это приводит к тому, что одни компоненты останутся в верхней части колонки, распределенные в объеме сорбента, другие в нижней, а некоторые и вовсе не задержатся в ней и уйдут с подвижной фазой.

Эти методы исследования веществ настолько разнообразны, что не существует единой их классификации. Обычно их разделяют по следующим признакам:

  • агрегатное состояние сорбента и подвижной фазы;
  • механизм связывания вещества и сорбента;
  • техника проведения анализа;
  • способ движения пробы через колонку;
  • цель проведения анализа.

По данному признаку хроматографические методы анализа делят на:

  • газовую хроматографию, если подвижной фазой является пар или газ;
  • жидкостную хроматографию, когда подвижная фаза находится в жидком состоянии.

Первую, как правило, используют для разделения летучих термически устойчивых соединений с молекулярной массой до 300. Вторая годится для разделения органических и неорганических компонентов, имеющих молекулярную массу до 2000, даже если они термически неустойчивы.

По механизму действия сорбента с веществом хроматографические методы анализа могут быть:

  • адсорбционными, если разделение основывается на различиях в сродстве компонентов образца к поверхности адсорбента;
  • распределительными, если разделение веществ основано на различиях их растворимости в подвижной фазе и сорбенте;
  • ионообменными, если разделение основывается на различиях в способностях компонентов к осуществлению ионного обмена;
  • проникающая, если разделение веществ происходит вследствие различий размеров и форм молекул, а также зарядов.

Также хроматографические методы анализа классифицируют по данному методу на осадочные, окислительно-восстановительные, комплексообразовательные и другие.

По способу оформления процесса хроматография бывает:

  • колоночная, при которой разделение ведется в колонках, наполненных сорбентом.
  • плоскостная, которая может осуществляться на бумаге или на пластинах (тонкослойная хроматография).

Также к этому перечню можно добавить методы хроматографического анализа, проводимые с помощью капилляров. Внутренний диаметр таких трубок составляет не более 1 мм. В сравнении с другими разновидностями хроматографии, эта позволяет повысить скорость проведения анализа и делает возможными исследования с дорогостоящими газами или сорбентами. Также малые размеры колонки позволяют сочетать такое исследование с масс-спектрометрией. Однако существенным недостатком хроматографического метода анализа такого вида является сложность ввода пробы в капилляр.

Этот признак принято называть также способом хроматографирования. Различают:

  • Элюентную (проявительную) хроматографию. Лучше всего подходит для решения аналитических задач. Заключается он в том, что в смесь веществ, вводимая в непрерывно движущийся поток элюента, сорбируется лучше подвижной фазы. В ходе продвижения элюента по колонке с сорбированными компонентами они начинают перемещаться вдоль сорбента с разной скоростью и выходят из колонки отдельными фракциями (зонами). Достоинствами проявительного метода является более полное разделение веществ, непрерывная регенерация сорбента и хорошая воспроизводимость параметров удерживания.
  • Вытеснительную хроматографию. Состоит она в том, что в подвижную фазу вводят разделяемую пробу, а затем начинают пропускать вещество-вытеснитель, у которое сорбционная способность больше всех остальных. В ходе его продвижения по колонке, он вытесняет из сорбента ранее сорбированные вещества в порядке увеличения их сорбционной способности.
  • Фронтальную хроматографию. В ходе исследования анализируемая смесь также пропускается через слой сорбента. А в ходе заполнения колонки компонентами они постепенно выходят в порядке повышения их способности к сорбции.

Классификация хроматографических методов анализа в зависимости от цели проведения процесса выглядит следующим образом:

  • аналитическая хроматография — представляет собой самостоятельный метод, включающий разделение образца на компоненты, а также их качественный и количественный анализ;
  • препаративная хроматография — используется исключительно для разделения смеси веществ.

Хроматографический анализ имеет следующие преимущества перед прочими методами разделения и исследования веществ:

  1. Благодаря тому, что этот способ разделения имеет динамический характер, характеризующийся многократным повторением сорбции-десорбции, эффективность его значительно выше, чем у статических сорбции или экстракции.
  2. Использование различных типов взаимодействия сорбатов и сорбентов (физических и хемосорбционных), позволяет расширить круг веществ для селективного разделения.
  3. Некоторыми методиками предусмотрено наложение гравитационных, магнитных и других полей на выделяемые вещества, что расширяет возможности хроматографии путем изменения условий разделения компонентов.
  4. Этот метод является гибридным, поскольку сочетает разделение и определение сразу нескольких компонентов.
  5. Хроматография делает возможным решение нескольких задач одновременно. Так аналитические задачи включают разделение, идентификацию и определение веществ, а препаративные — их очистку, выделение и концентрирование.

Высокоэффективная и высокоселективная препаративная хроматография незаменима для разделения сложных образцов, содержащих большое число индивидуальных соединений с близкими физико-химическими параметрами (нефть, всевозможные лекарственные препараты, вытяжки из растений, биологические жидкости и другие). Так, для очистки химических веществ или же выделения отдельных соединений в препаративной химии широко применяются газовые методы хроматографического анализа. Для выделения ионов подходит ионообменная хроматография, основанная на различиях в способности ионов из раствора к обменным процессам с ионитом.

Современные хроматографические методы позволяют определять газообразные, жидкие и твердые вещества. Подбор условий проведения анализа ориентируется на природу и состав анализируемой пробы. Газоадсорбционная и газожидкостная хроматография позволяют исследовать летучие вещества, устойчивые к нагреванию. Так, газоадсорбционная хроматография широко используется для анализа газовых смесей и низкокипящих углеводородов, не имеющих активных функциональных групп. Газожидкостная хроматография важна в нефтехимии, анализе пестицидов и удобрений, лекарственных препаратов.

Жидкостный хроматографический анализ трансформаторного масла позволяет своевременно выявить дефекты или же характер и степень повреждения трансформатора. Его состояние оценивают путем сопоставления данных, полученных в ходе анализа с допустимыми значениями, а также по скорости изменения содержания газов в масле. Так, повышенное содержание СО и СО2 обычно сигнализирует о нарушениях в целлюлозной изоляции. А вот наличие фурановых производных говорит о старении бумажной изоляции. Таким образом, хроматографический анализ газов способствует безопасной и длительной работе оборудования.

Является одной из самых распространенных разновидностей метода, из-за того, что для него разработаны различные методики с полным теоретическим обоснованием, а также имеется надежное и относительно недорогое аппаратурное оформление. Подвижной фазой (газом-носителем) являются газы или их смеси, а также вещества, являющиеся газами при тех условиях, в которых проводится анализ. Неподвижной фазой являются твердые сорбенты (газоадсорбционный метод) или жидкость на поверхности инертного носителя (газожидкостный метод).

Для газовой хроматографии можно дополнительно назвать ряд преимуществ:

  • высокую скорость процесса;
  • возможность анализа микропроб;
  • автоматическую запись результатов при наличии соответствующего оборудования;
  • возможность вычленения компонентов не только в лаборатории, но и в промышленных масштабах.

В качестве неподвижной фазы применяют фильтровальную или же специальную хроматографическую бумагу. Последняя представляет собой целлюлозная фильтровальная бумага особой чистоты и с некоторыми специальными свойствами. Она впитывает растворитель с разной скоростью капиллярного подъема, зависящей от плотности бумаги.

Основным оборудованием являются специальные камеры или сосуды, лотки, размещенные на стойках, пипетки, пульверизаторы, лампы для хроматограмм, измерительные приспособления, а еще планиметры и денситометры, используемые для количественных определений.

Этот метод лучше всего подходит для анализа всевозможных органических веществ, содержащих разные функциональные группы от спиртов до стероидов, от аминов до индолов, от витаминов до антибиотиков.

Этот метод основан на обмене ионов между набухшим ионитом и подвижной фазой. Ионообменное разделение смеси ионов характеризуется различием их зарядов и ионной силой раствора. В объеме зерен ионита процесс разделения также зависит от скорости диффузии ионов, определяющейся плотностью ионита.

Ионит подбирают по параметру, называемому сродством, который пропорционален заряду иона и обратно пропорционально радиусу гидратированного иона. Выбор ионита ведут, пользуясь таблицами с приведенными характеристиками выпускаемых типов ионитов. Основные их характеристики — размер зерен и их форма, обменная емкость, кислотно-основные свойства, набухаемость, плотность.

Разделение неорганических веществ ведут на неорганических ионитах (цеолиты, гидроксиды алюминия) или смолах (стирол с дивинилбензолом). Так, часто применяется хроматографический метод анализа воды на наличие в ней различных ионов, например, для определения ее жесткости.

Суть метода сводится к тому, что анализируемый раствор медленно фильтруется через колонки, наполненные гелем. Порой его называют гелъ-фильтрацией. Отдельные частицы геля состоят из пластичных линейных молекул веществ с высочайшей молекулярной массой, соединенных поперечными связями. Такая сетчатая структура способствует набуханию геля в воде и появлению в нем пор разного диаметра. Размеры пор зависят от природы полимера, температуры среды и природы растворителя.

Разделение основывается на способности более мелких молекул проникать глубже в поры и оставаться там на протяжении большего времени. Поэтому сначала из колонки выходят более крупные молекулы, а затем те, что помельче.

Этим методом проводят два вида разделения: групповое и фракционирование. Для первого характерно разделение смеси компонентов по их молекулярной массе. Для второго — по скорости и интенсивности диффузии частиц внутрь геля. Чаще всего применяется гель-хроматография в биохимии, в органических синтезах и химии полимеров для определения молекулярных масс. В качестве примера можно привести анализ хроматографическими методами белков и пептидов в плазме крови. В сравнении с масс-спектрометрическими методами отслеживание белково-пептидного гомеостаза по распределению белков и продуктов их распада гель-хроматографическим методом значительно более доступно.

источник

Хроматография применяется для анализа сложных многокомпонентных смесей. Хроматографические методы определяют качественный и количественный состав органических веществ, включая летучие углеводороды и биологические жидкости. Фармацевтика, медицина, нефтеперерабатывающий комплекс, химическое производство и другие промышленные отрасли используют хроматографы для контроля качества сырья и готовой продукции, а также обеспечивают с их помощью соблюдение норм экологической безопасности.

Читайте также:  Как сделать сравнительный анализ законодательства

Широкое распространение хроматографических методов анализа обусловлено их разнообразием и спецификой, которые раскрываются в данной статье:

Хроматографические методы анализа основаны на цикличных актах сорбции‑десорбции, происходящих между подвижной фазой (элюентом) с растворенной пробой и неподвижным сорбентом. Компоненты сложных смесей имеют различную сорбируемость, и проходя вдоль неподвижной фазы, поглощаются с неодинаковой скоростью и в разном количестве. Последующее изучение результатов и их сравнение с эталоном позволяет установить точный состав реактива.

В традиционном методе в качестве неподвижной фазы используется материал с развитой поверхностью, а элюентом выступает поток инертного газа или жидкости. Фильтрация элюента через слой сорбента запускает многократное повторение сорбции и десорбции, что и отличает хроматографические методы анализа от других аналитических методик и обуславливает их эффективность.

Хроматографические методы анализа устанавливают качественный и количественный состав вещества. При качественных испытаниях пробу идентифицируют по ее хроматограмме, сравнивая полученные параметры с эталонными значениями, хранящимися в библиотеке данных.

Количественный метод анализа строится на измерении пиков, формирующихся в зависимости от концентрации примесей. Лаборант изучает хроматограмму одним из следующих методов:

  • Метод абсолютной градуировки. Зависимость параметров пика от концентрации разных веществ определяется экспериментально. Затем составляются графики и таблицы, с которыми в последующем и сравнивается хроматограмма. Благодаря простоте и высокой точности, метод является основным для выявления микропримесей.
  • Метод внутренней нормализации. Сумма выбранных пиковых параметров (например, их высота или площадь) принимается за 100%. Далее рассчитывается отношение высоты отдельного изучаемого пика к суммарному значению, благодаря чему определяется массовая доля конкретного компонента в пробе.
  • Метод внутреннего стандарта. В смесь вводится стандартное вещество, для которого заранее известен калибровочный график. Затем пики изучаемых компонентов сравниваются с пиками «стандарта». Метод применяют в случае исследования составов с переменным, но известным количеством анализируемых компонентов.

Методы постоянно дорабатываются и совершенствуются, что позволяет получать более точные данные при анализе сложных смесей и нивелировать шумы на хроматограммах.

Впервые хроматография была описана русским ученым Михаилом Цветом, изучавшим строение хлорофилла. Ботаник предположил, что зеленый пигмент состоит из нескольких отдельных компонентов и нуждался в методе, который позволил бы разделить вещество на составляющие. Для этого он пропустил экстракт хлорофилла через стеклянную колонку, заполненную толченым мелом. Промыв сорбент эфиром, ученый получил несколько зон разного цвета, что позволило подтвердить многокомпонентный состав пробы. Разработанный метод был назван хроматографией.

Цвет описывал принцип хроматографии следующим образом: вещество в подвижной фазе постоянно реагирует с новыми участками адсорбента и частично впитывается, но при этом адсорбированные компоненты «вымываются» свежими порциями поступающего элюента. То есть, ученый открыл только один метод взаимодействия разделяемых компонентов: молекулярную адсорбцию.

Из‑за этого ботаник ошибочно предположил, что основным условием для осуществления хроматографического анализа является разница в адсорбируемости отдельных компонентов. Однако в современной хроматографии помимо молекулярной адсорбции для изучения сложных смесей используются и другие физико‑химические явления. В результате появилось множество хроматографических методов, и для их разграничения была разработана общепринятая классификация.

Хроматографические методы разделяются на несколько групп в зависимости от сравниваемых параметров. По агрегатному состоянию фаз хроматографические методы анализа делятся на:

  • Газожидкостные. Подвижной фазой служит поток инертного газа, который проходит через жидкий сорбент.
  • Газоадсорбционные. Проба в газообразном состоянии пропускается через твердое вещество, на поверхности которого осуществляется адсорбция.
  • Жидкостно‑жидкостные. В качестве элюента и неподвижной фазы используются жидкие среды.
  • Жидкостно‑адсорбционные. Реагент подается вместе с растворителем и проходит через твердый пористый материал.
  • Жидкостно‑гелевые. В этом методе неподвижная фаза представлена гелеобразным веществом.

Вторая классификация касается конструкции хроматографического оборудования. В большинстве методов применяется колоночный хроматограф: адсорбция осуществляется в колонках, заполненных неподвижной фазой. Но иногда используется плоскостная хроматография, в которой используется тонкий срез сорбента или специальная бумага. Также в последнее время получили распространение капиллярный хроматографический метод, при котором разделение происходит в пленке жидкости, и хроматография в полях, требующая для проведения анализа создания дополнительных магнитных, центробежных или иных сил.

Хроматографические методы анализа отличаются особенностями взаимодействия элюента и адсорбента. По механизмам разделения хроматография делится на:

  • адсорбционную — основывается на разнице в адсорбируемости компонентов пробы;
  • распределительную — протекает за счет различной растворимости веществ в фазах;
  • ионообменную — осуществляется благодаря достижению констант ионообменного равновесия;
  • проникающую — строится на разнице в формах и размерах молекул;
  • осадочную — происходит благодаря осаждению нерастворимых соединений;
  • адсорбционно‑комплексообразовательную — выполняется за счет образования на поверхности неподвижной фазы координационных соединений разной прочности.

Следующая классификация разделяет хроматографические метода анализа на три группы по способам перемещения поглощаемых компонентов вдоль адсорбционного слоя. Выделяют проявительный (или элюентный), фронтальный и вытеснительный методы. Рассмотрим их подробнее.

К наиболее простым хроматографическим методам анализа относится фронтальный, при котором роль элюента сведена к минимуму. Предположим, что проба представляет собой растворитель Solv, в котором содержатся два компонента: A и B. Анализируемое вещество непрерывным потоком пропускается через сорбционную колонку. После прохождения через хроматографическое оборудование, измеряется концентрация A и B в выходном растворе и учитывается изначальный объем Solv. На основании полученных данных строится график зависимости, который и является выходной кривой (хроматограммой).

Из‑за поглощения неподвижной фазой компонентов A и B, из колонки сначала будет поступать растворитель, затем вещество с меньшим коэффициентом сорбции (допустим, A), и только потом B. В результате спустя некоторое время из хроматографического оборудования будет поступать раствор с неизменным составом (одинаковой пропорцией Solv, A и B). Данный хроматографический метод анализа применяется не только для изучения сложных веществ, но и для их очистки от примесей, при условии, что они поглощаются лучше, чем основные элементы реагента.

В лабораторных испытаниях чаще всего используется проявительный или элюентный хроматографический метод. Специалист добавляет в колонку пробу реагента Solv c растворенными в нем компонентами A и B, после чего под постоянным давлением подает подвижную фазу. Под воздействием физико‑механических сил происходит разделение состава. Вещество с лучшей сорбируемостью займет верхнюю часть колонки, с меньшей — нижнюю. На выходе из оборудования сначала появится компонент A, затем чистый Solv, потом — элемент B, что и отразится в хроматограмме. Количественный анализ проводится измерением высоты и площади пиков: чем они больше, тем выше концентрация изучаемого вещества в составе.

Главное преимущество элюентного хроматографического метода заключается в возможности разделения сложных многокомпонентных реактивов. Однако при изучении хроматограммы необходимо учитывать снижение концентрации выходящих растворов из‑за разбавления подвижной фазой.

Третий метод — вытеснительный. Он предполагает использование вытеснителя (препарата D), который постоянно воздействует на раствор Solv, введенный в хроматографическую колонку. Коэффициент сорбции D должен быть выше, чем у любых компонентов анализируемой пробы. Благодаря этому препарат постепенно вытесняет вещество с худшей сорбируемостью, что и фиксируется при выходе смеси из колонки. Вытеснительный метод не требует применения газа‑носителя, в результате чего сокращаются издержки на проведение исследований. Однако стоит помнить, что анализ полученных данных затрудняется из‑за наложения зон разных веществ друг на друга, поскольку они не разделяются зоной растворителя.

В аналитической химии широко используется газожидкостный хроматографический метод. Благодаря разнообразию применяемых жидких неподвижных фаз, можно создать оптимальные условия для идентификации практически любого вещества, содержащегося в исследуемой пробе в незначительной концентрации. Это обуславливает универсальность метода. Для этого необходимо правильно настроить хроматографическое оборудование и подобрать неподвижную фазу, отвечающую следующим параметрам:

  • высокая способность к растворению элементов, содержащихся в реактиве — в противном случае проба быстро выходит из колонки и не дает достаточный материал для проведения анализа;
  • низкая летучесть — во время исследования фаза не должна испаряться, поскольку это осложнит чтение хроматографического графика;
  • химическая инертность — адсорбент не должен вступать в реакции с компонентами пробы или газом‑носителем;
  • минимальная вязкость — в противном случае замедлится диффузия.

Также для реализации метода важна максимальная разделительная способность компонентов конкретной пробы.

Помимо выбора жидкой среды, в которой будет происходить разделение смеси на отдельные составляющие, во время подготовки хроматографического анализа необходимо подобрать носитель неподвижной фазы. В качестве носителя используется твердый и прочный материал, на котором жидкость образует тонкую однородную пленку. Чаще всего применяется силанизированный хромосорбат, фторуглеродные полимеры и гранулы из высококачественного стекла. Данные носители отличаются следующими преимуществами:

  • легко и равномерно смачиваются неподвижной фазой;
  • практически не впитывают жидкость, то есть не препятствуют нормальному протеканию реакции между жидкой и газообразной средами;
  • не реагируют на повышение температуры в рабочей колонке.

Хроматографические методы анализа, построенные по газожидкостному принципу, относятся к наиболее современным, и применяются в случае необходимости разделения веществ, относящихся к одному классу. Их активно используют в химической и нефтегазовой промышленности для контроля над качеством получаемой продукции. Среди ключевых преимуществ газожидкостного метода анализа можно выделить:

  • экспрессность;
  • максимальная точность;
  • полная автоматизация;
  • небольшие затраты на подготовку пробы и проведение исследования.

Для использования метода требуется подобрать не только жидкую среду и ее носитель, но и решить вопрос с непрерывной подачей элюента. Для минимизации расходов к хроматографу подключается генератор газа (например, водорода), который продуцирует нужное количество вещества и отвечает за его равномерную подачу в оборудование.

По технологии выполнения жидкостно‑жидкостный хроматографический метод анализа похож на газожидкостную хроматографию. На твердый носитель наносится жидкая среда, выступающая в роли неподвижной фазы. Для подготовки пробы используется не инертный газ, а раствор.

Изучаемый реагент вместе с потоком жидкого растворителя движется через сорбент, на поверхности которого происходит разделение компонентов. Чаще всего неподвижной фазой заполняют колонку хроматографа, но для некоторых исследований прибегают к методу тонкослойной хроматографии, при котором адсорбентом смачивают специальную бумагу.

Разделение осуществляется за счет распределения веществ между несмешивающимися растворами. То есть, концентрация одного и того же вещества в подвижной и неподвижной фазах будет различаться и зависеть от коэффициента распределения. Значения коэффициента устанавливаются эмпирически для каждого компонента, в результате чего жидкостно‑жидкостные хроматографические методы анализа позволяют с высокой точностью идентифицировать отдельные элементы в сложном составе.

Для успешной реализации метода необходимо правильно выбрать несмешивающиеся фазы. Обычно они подбираются исходя из опыта прошлых анализов. Чаще всего применяются так называемые «тройные системы», в которые включены два несмешивающихся друг с другом растворителя и третья жидкость, растворимая в обеих фазах. Например, это может быть система из несмешивающихся гептанов и воды, в которую вводится хорошо растворимый в обеих средах этанол.

При выборе составов для подвижной и неподвижной фаз, следует учитывать, что их нерастворимость друг в друге относительна, и при проведении исследования вещества будут вступать во взаимодействие (пусть и в незначительном объеме), что сказывается на значениях, которые показывают хроматографические методы анализа. Для минимизации погрешности используется одна из двух технологий: предварительное насыщение подвижной фазы неподвижной или химическое закрепление жидкости на сорбенте.

Эффективность проведенного хроматографического анализа зависит также от выбора носителя для неподвижной фазы. Требования к нему следующие:

  • развитая поверхность;
  • химическая инертность;
  • высокая способность к удержанию жидкости;
  • устойчивость к используемым растворителям.

Чаще всего в жидкостно‑жидкостных хроматографических методах исследования в качестве носителя выбирается целлюлоза, фторопласт, силикатные гели или полимеры.

Помимо вышеописанных носителей, заполняющих колонки, в распределительных хроматографических методах анализа может использоваться специальная бумага, на которой происходит разделение исследуемых компонентов. Данный метод редко применяется в промышленных масштабах (по сравнению с колоночной хроматографией), но достаточно часто используется в аналитической химии.

Технология проведения бумажного хроматографического анализа предполагает вычисление коэффициента Rf, представляющего собой отношение смещения зоны компонента к смещению фронта раствора. В теории коэффициент зависит только от исследуемого вещества, растворителя и параметров бумаги. Однако в действительности при реализации метода на коэффициент также влияют компоненты, присутствующие в пробе в микроконцентрации, и используемая техника. В результате возникает определенная погрешность, которую необходимо учитывать при расшифровке анализа.

Распределительные хроматографические методы анализа чувствительны к характеристикам используемой бумаги. Она должна соответствовать следующим критериям:

  • химическая чистота;
  • нейтральность;
  • инертность по отношению к реагентам в пробе;
  • однородность.

При подборе материала учитывается также ориентация волокон, качество целлюлозы, сорбируемость. Параметры определяют скорость движения раствора и осаждения обнаруживаемых молекул.

В бумажном методе есть еще один нюанс — некоторые вещества могут поменять свойства носителя с гидрофильных на гидрофобные, что полностью нарушит ход эксперимента. В таком случае хроматографическая бумага предварительно пропитывается парафином или растительными маслами.

Большое влияние на точность хроматографических методов анализа оказывает выбранный растворитель. В качестве подвижной фазы необходимо взять жидкость, которая в меньшей степени растворяет обнаруживаемые компоненты, чем неподвижная фаза. Если пренебречь данным условием, метод не сработает: при слишком высокой растворимости проба пройдет вместе с жидкостью, не адсорбируясь на поверхности, при слишком низкой — останется на начальной линии и не даст требуемую для расшифровки градацию.

Если с помощью распределительного метода анализируется водорастворимая смесь, в качестве неподвижной фазы берется очищенная вода, в качестве подвижной — любой удобный органический растворитель. Выбранные жидкости не должны смешиваться, менять свои свойства в процессе исследования, важна их доступность и нетоксичность для человека.

Читайте также:  Простата анализ какие надо сдать

Распределительные хроматографические методы анализа основаны на использовании смешанных фаз: смесей спиртов друг с другом и органическими кислотами, аммиаком, водных растворов фенола или крезола и так далее. Меняя концентрацию, насыщенность и пропорции в растворе удается плавно менять коэффициент Rf, создавать оптимальные условия для анализа, и получать дополнительные данные при расшифровке хроматограммы.

Как и прочие хроматографические методы анализа, бумажная хроматография определяет и качественный, и количественный состав пробы. В первом случае изучается специфическая окраска пятен на хроматограмме и анализируется числовое значение Rf для каждого обнаруживаемого реактива.

Для определения количественного состава смеси исследуется площадь образовавшихся пятен, интенсивность их окраски. Также применяют метод вымывания, при котором каждое цветовое пятно обрабатывают экстрагентом и затем подсчитывают количество вымытого вещества.

Хроматографические методы анализа отличаются информативностью, сложностью проведения и актуальностью для решения практических промышленных задач. Одним из самых распространенных является метод тонкослойной хроматографии (ТСХ), разработанный группой ученых в 1938 году.

Твердая фаза наносится тонким слоем на специально подготовленную стеклянную, металлическую или пластиковую пластину. Затем на ее край лаборант вносит анализируемую пробу и погружает пластинку в жидкий растворитель, выступающий в качестве подвижной фазы. Под действием капиллярных сил исследуемый состав начинает двигаться по сорбенту, разделяясь на свои компоненты. Диффузия в твердом неподвижном слое происходит в двух направлениях: продольном и поперечном, что дает дополнительные сведения для анализа.

Особенность хроматографического метода заключается в относительной простоте исполнения. Для проведения эксперимента требуются:

  • Пластинки для твердого адсорбента. Обычно подложки изготавливаются из алюминиевой фольги, полимерной пленки или стекла.
  • Сорбент. Чаще других в данном методе применяются сорбенты из силикагеля, крахмала и целлюлозы.
  • Растворитель. Выбор подвижной фазы зависит от физико‑химических свойств твердого вещества и исследуемых реагентов. Как и в бумажном методе, допустимо использование многокомпонентных жидкостей.

После окончания работы перед построением хроматографического графика пластинку опрыскивают проявляющим реактивом либо подвергают воздействию ультрафиолета. Затем приступают к определению компонентов пробы и их дальнейшему изучению любым удобным для лаборанта методом.

Для качественного исследования пробы одним из самых надежных и показательных является «метод свидетелей». Вместе с составом на линию старта наносятся индивидуальные вещества («свидетели») — предполагаемые компоненты смеси. На все жидкости влияют одинаковые силы, поэтому совпадение коэффициента Rf одного из «свидетелей» с компонентом реагента позволяет предположить наличие в пробе данного вещества.

Что касается количественных определений в данном методе, то они выполняются непосредственно на пластине либо уже после снятия с нее слоя сорбента. В первом случае измеряется площадь цветового пятна и с помощью заранее подготовленного графика вычисляется количество вещества.

Однако более показательным считается спектрофотометрический метод. Сорбент удаляется с пластинки и помещается в специальное оборудование, которое и показывает процентное содержание различных компонентов с высокой точностью.

Метод ионообменной хроматографии основан на замене элементарных частиц, входящих в реактив, на атомы, содержащиеся в ионообменнике. Поэтому результативность анализа зависит от параметров используемого оборудования. Современные ионообменники обладают важными преимуществами:

  • Высокая обменная емкость.
  • Воспроизводимые ионообменные свойства.
  • Устойчивость к воздействию кислот и щелочей, любых сильных окислителей.

Для их производства чаще всего используются различные полимерные соединения: например, полистирол с разным набором функциональных групп, определяющим характерные свойства готового материала.

Ионообменный хроматографический метод применяется преимущественно для разделения элементарных частиц, после которого можно провести количественный подсчет анализируемых компонентов. Данная технология используется для обнаружения разнообразных анионов в питьевой и технической воде, продуктах переработки, пищевом, фармацевтическом и химическом сырье. Наиболее показателен метод для определения катионов щелочных и щелочноземельных металлов, и замещенных солей аммония.

Хроматографические методы анализа постоянно совершенствуются и модифицируются. Появляются новые технологии, позволяющие определять компоненты смеси в наноконцентрациях. Благодаря этому удается повысить качество готовой продукции в различных отраслях промышленности, минимизировать экологические риски за счет установления жесткого контроля над составом сточных вод.

Однако возможности хроматографии ограничены не только применяющимися методами, но и используемым оборудованием. Важно, чтобы хроматографы отвечали следующим требованиям:

  • Простая подготовка и введение проб.
  • Быстрое получение результатов и легкая расшифровка хроматографических графиков.
  • Принцип работы, основанный на передовых методах.
  • Максимальная точность анализа.
  • Нивелирование погрешностей, возникающих из‑за физико‑химических свойств используемых подвижных и неподвижных фаз.
  • Минимальные затраты на ввод оборудования в эксплуатацию и его дальнейшее обслуживание.
  • Возможность анализа сырья или продукции без прерывания основного технологического процесса.
  • Определение широкого спектра соединений, включая летучие углеводороды и другие сложные для обнаружения вещества.
  • Быстрое обучение персонала методам работы с лабораторным оборудованием.

Дальнейшее совершенствование хроматографов позволит удешевить хроматографические методы анализа и расширить области их применения. Именно к этому и стремится компания ООО «НПФ Мета‑хром». Мы предлагаем высококлассное оборудование, соответствующее всем стандартам качества. Узнать подробную информацию о методах работы на хроматографах можно у менеджеров по контактному телефону компании или с помощью формы обратной связи в разделе «Контакты».

источник

1. Физико-химические методы. 2

2. Хроматографический анализ. 3

3. Классификация хроматографических методов. 4

4. Краткие сведения о хроматографических методах анализа. 6

5. Виды хроматографического анализа. …….7

6. Список использованных источников. 10

1. Физико-химические методы

Помимо химических методов качественного анализа известны другие методы идентификации химических элементов и их соединений. Так, то или иное вещество можно обнаружить физическими методами анализа, не прибегая к химическим реакциям, или физико-химическими методами путем изучения и наблюдения физических явлений, происходящих при химических реакциях.

К таким методам, называемым часто инструментальными, относятся следующие методы качественного анализа;

Очень часто химические методы сочетают с физическими и физико-химическими методами анализа, что обеспечивает более высокую чувствительность и более точные результаты анализа. Повышение чувствительности и избирательности методов имеет большое значение для анализа особо чистых веществ, содержащих следовые количества примесей. Для определения малых количеств (следов) примесей используют методы предварительного выделения, концентрирования (обогащения) микропримесей. К числу этих методов относятся:

> дистилляция (отгонка) летучих соединений и некоторые другие методы.

Сочетая те или иные методы концентрирования с физическими или физико-химическими методами анализа, можно достичь высокой степени чувствительности, во много раз превышающей чувствительность отдельных методов. Так, сочетая предварительную экстракцию определяемых примесей с последующим использованием спектрального анализа, можно повысить чувствительность определения от 10—10% до 1О—1О%.

2. Хроматографический анализ

В широком смысле слова хроматография — это разделение двух- и многокомпонентных смесей газов, паров жидкостей или растворенных веществ сорбционными методами в динамических условиях: Обычно разделение происходит при прохождении потока смеси через колонку, содержащую слой зерненого сорбента. При этом даже близкие по составу или строению вещества различно поглощаются сорбентами, происходит избирательная адсорбция, сильно сорбирующиеся вещества поглощаются в верхней части колонки, а слабее сорбирующиеся продвигаются дальше. Достигается разделение смеси на отдельные компоненты по длине колонки при повторяющихся процессах сорбции и десорбции в элементарных слоях. Хроматографические разделения используются для качественного и количественного анализа.

Хроматография — современный и высокоэффективный метод, позволяет достаточно быстро и надежно определять содержание отдельных компонентов в смесях, концентрировать и идентифицировать эти компоненты. Она эффективна не только в химическом анализе, но и в химической технологии.

В биологии и агропромышленной сфере хроматографическое разделение и концентрирование используют перед количественным определением микроэлементов, а также для обнаружения пестицидных соединений в окружающей среде. При технологическом контроле пищевых производств хроматография служит для очистки веществ, анализа смесей органических кислот, аминокислот и других продуктов.

3. Классификация методов хроматографии

Хроматографические методы классифицируют по агрегатному состоянию среды, в которой осуществляется разделение смеси на компоненты; механизму (или химизму) процесса разделения; форме (аппаратуре или технике) проведения хроматографического процесса.

По агрегатному состоянию среды для разделения смеси различают газовую, жидкостную и газожидкостную хроматографию.

По механизму разделения смесей выделяют адсорбционную, ионообменную распределительную, осадочную, лигандообменную хроматографию. Иногда выделяют окислительно-восстановительную, адсорбционно-комплексообразовательную хроматографию и др.

Различают колоночную, капиллярную и плоскостную хроматографии, т. е. хроматографию на бумаге (бумажную) и хроматографию в тонком слое (тонкослойную).

Особо стоят ионная и высокоэффективная жидкостная хроматография. В некоторых вариантах разделение смесей веществ происходит в результате наложения нескольких механизмов, действующих одновременно. При этом образуются хроматограммы смешанного типа, но один из механизме всегда остается преобладающим.

По способу получения хроматограмм в хроматографическом методе различают фронтальный, вытеснительный и элюентный анализы. При фронтальном анализе исследуемую смесь непрерывно подают в верхнюю часть колонки сорбента. Если раствор двухкомпонентный, т.е.

содержит вещества А и В, то первым из колонки вытекает чистый растворитель, а после насыщения сорбента менее сорбирующимся веществом В, вытекает раствор, содержащий только компонент В. Но когда сорбент насытится веществом А, в приемник начинают поступать и компонент А и компонент В, т.е. оба компонента исходного раствора. Таким образом, при фронтальном анализе удается получить в чистом виде только одно, наименее сорбирующееся вещество двухкомпонентной (или многокомпонентной) смеси, полного разделения смеси на отдельные компоненты не происходит.

При вытеснительном анализе в колонку вводят порцию раствора, содержащего вещества А и В, которые поглощаются сорбентом. Затем эти компоненты вытесняются более сорбирующимся веществом О, т. е, компоненты вытесняются в соответствии с их избирательной сорбируемостью. Вследствие этого, компоненты А и В перемещаются вдоль слоя сорбента со скоростью, равной скорости движения вытесняющего вещества В. Сначала из колонки вытекает фракция, содержащая менее сорбируемый компонент В, а затем — компонент А, следовательно, при вытеснительном анализе получают в чистом виде веществ* двухкомпонентной (или многокомпонентной) смеси.

При элюентном анализе в колонку вводят порцию исследуемого раствора содержащего несколько компонентов (А, В, С) и непрерывный поток растворителя. В полученной хроматограмме положение компоненте соответствует их сорбируемости, например А> В > С, т.е. нижняя зон; хроматограммы содержит чистое вещество С. Затем колонну промывают чистым растворителем и компоненты смеси перемещаются вдоль нее вытесняя друг друга. Франции фильтрата содержат сначала компонент С затем В и, наконец, компонент А.

Массу каждого компонента, выделенного из смеси тем или иным хроматографическим методом, определяют обычными химическими, физико-химическими или физическими методами.

4. Краткие сведения о хроматографических методах анализа

В аналитической практике широко применяют хроматографические методы анализа.

Впервые хроматографический метод анализа был предложен 1903г. русским ученым М. С. Цветом.

Сущность хроматографического метода анализа заключается в следующем. Раствор смеси веществ, подлежащих разделению, пропускают через стеклянную трубку, наполненную твердым адсорбентом. Адсорбентами называют твердые тела, на поверхности которых происходит поглощение (адсорбция) отдельных компонентов анализируемой смеси. Стеклянную трубку, заполненную адсорбентом, называют адсорбционной колонкой.

Вследствие различной адсорбируемости и скорости передвижения отдельных веществ, находящихся в анализируемом растворе, компоненты смеси удерживаются на различной высоте столба адсорбента в виде отдельных зон (слоев). Вещества, обладающие большей способностью адсорбироваться, поглощаются в верхней части адсорбционной колонии, хуже адсорбируемые — располагаются ниже. Вещества, не способные адсорбироваться данным адсорбентом, проходят через колонну, не задерживаясь, и собираются в фильтрате.

5. Виды хроматографического метода анализ.

По механизму разделения различают следующие, виды хроматографического метода анализа: адсорбционную, распределительную, ионообменную, осадочную, окислительно-восстановительную и адсорбционно-комплексообразовательную хроматографию.

Адсорбционная хроматография основана на избирательной адсорбции (поглощении) отдельных компонентов анализируемой смеси соответствующими адсорбентами. При работе этим методом анализируемый раствор пропускают через колонку, заполненную мелкими зернами адсорбента.

На характере получаемых хроматограмм сильно сказываются природа и структура адсорбента, свойства растворителя, состав и строение анализируемого вещества, скорость движения раствора, температура и т. п. Применяют адсорбционную хроматографию преимущественно для разделения неэлектролитов, паров и газов.

Распределительная хроматография основана на использовании различия коэффициентов распределения, отдельных компонентов анализируемой смеси между двумя несмешивающимися жидкостями. Одна из жидкостей (неподвижная) распределена на пористом веществе (носитель), а вторая (подвижная) представляет собой растворитель, не смешивающийся с первым. Этот растворитель пропускают через колонку с небольшой скоростью.

Различные значения коэффициентов распределения обеспечивают неодинаковую скорость движения, и разделения компонентов смеси.

Коэффициентом распределения вещества между двумя несмешивающимися растворителями называют отношение концентрации вещества в одном (в нашем случае подвижном) растворителе к концентрации того же вещества в другом (неподвижном) растворителе.

В распределительной хроматографии одним из растворителей обычно служит вода. Она является неподвижным растворителем и находится в порах носителя, например крахмала или силикагеля. Разделение при помощи распределительной хроматографии выполняют следующим путем. Анализируемую смесь веществ, растворенную в воде, вводят в колонку и, после того как раствор впитается верхней частью носителя, промывают колонку подвижным растворителем (например, бутиловым спиртом или смесью растворителей). В процессе промывания происходит непрерывное перераспределение веществ смеси между двумя несмешивающимися жидкостями (вода — растворитель). Поскольку разные компоненты смеси имеют различные коэффициенты распределения, то и скорость передвижения отдельных компонентов тоже различна. Наибольшей скоростью движения обладает то вещество, которое имеет наибольший коэффициент распределения. При промывании колонки образуются отдельные зоны чистых веществ.

источник