Классификация хроматографических методов анализа

Тема:ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЙ МЕТОД АНАЛИА

· Сущность метода

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.

· Основные понятия хроматографии

Хроматография – это процесс, который базируется на многократном повторении актов сорбции и десорбции вещества при перемещении ее в потоке подвижной фазы вдоль неподвижного сорбента.

Сорбция – процесс поглощения твердым веществом или жидкостью (сорбентом) газообразного или растворенного вещества (сорбата), обратный процесс называется десорбцией.

Сорбцию разделяют на:

-адсорбция – поглощение вещества (адсорбата) поверхностью твердого или жидкого адсорбента;

-абсорбция – поглощение вещества (абсорбата) всем веществом абсорбента;

-хемосорбция (химическая сорбция) – поглощение вещества сорбентом с образованием химических соединений.

Вещество подвижной фазы непрерывно поступает в контакт с новыми участками сорбента и частично сорбируется, а сорбированное вещество контактирует со свежими порциями подвижной фазы и частично десорбируется.

Подвижной фазой может служить жидкость или газ, протекающие под давлением через слой неподвижной фазы.

Элюент — это газ или жидкость, применяемые в качестве подвижной фазы в хроматографической системе, которые протекатют через неподвижную фазу

Элюирование — извлечение вещества из твердого носителя вымыванием его подходящим растворителем (

Неподвижная фаза (сорбент) представляет собой твёрдое пористое вещество с развитой поверхностью или плёнку жидкости, нанесённую на поверхность твёрдого инертного носителя.

При хроматографировании вещество поступает в слой сорбента вместе с потоком подвижной фазы. При этом вещество сорбируется, а затем при контакте со свежими порциями подвижной фазы – десорбируется.

Перемещение подвижной фазы происходит непрерывно, поэтому непрерывно происходит сорбция и десорбция вещества. При этом часть вещества находится в неподвижной фазе в сорбированном состоянии, а часть – в подвижной фазе и перемещается вместе с ней. В результате скорость движения вещества оказывается меньше, чем скорость движения подвижной фазы.

Чем сильнее сорбируется вещество, тем медленнее оно перемещается. Если хроматографируется смесь веществ, то скорость перемещения каждого из них различна из-за разного сродства к сорбенту, в результате чего вещества разделяются: одни компоненты задерживаются в начале пути, другие продвинутся дальше.

Хроматография впервые была введена в аналитическую практику русским ботаником М.С. Цветом (1903 г) В первых же работах с помощью этого метода М.С. Цвет установил, что считавшийся однородным зеленый пигмент растений хлорофилл на самом деле состоит из нескольких веществ. При пропускании экстракта зеленого листа через колонку, заполненную порошком мела, и промывании петролейным эфиром он получил несколько окрашенных зон, что, несомненно, говорило о наличии в экстракте нескольких веществ. Впоследствии это было подтверждено другими исследователями. Этот метод он назвал хроматографией, хотя сам же указал на возможность разделения и бесцветных веществ.

Рисунок 1- Опыт М.С.Цвета

Классификация хроматографических методов анализа

· 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.

· По конструкции хроматографического оборудования.

-колоночная хроматография- адсорбция осуществляется в колонках, заполненных неподвижной фазой.

-плоскостная хроматография, в которой используется тонкий срез сорбента или специальная бумага.

-капиллярная хроматография- разделение происходит в пленке жидкости

- хроматография в полях, требующая для проведения анализа создания дополнительных магнитных, центробежных или иных сил.

· 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.

· по способам перемещения поглощаемых компонентов вдоль адсорбционного слоя:

-проявительный (или элюентный) метод.

-фронтальный и вытеснительный метод.

Рисунок 2-хроматограф

Большинство методов хроматографии выполняется на сложных приборах-хроматографах.

Рассмотрим один из методов

1. Ионообменная хроматография.

Метод ионообменной хроматографии основан на использовании явления ионного обмена между неподвижной твердой фазой ‒ ионообменником (сорбентом) и подвижной жидкой фазой ‒ раствором, содержащим ионы, обмениваемые с ионами сорбента.

Ионный обмен ‒ это гетерогенный процесс, при котором сорбент и находящийся с ним в контакте раствор обратимо и стехиометрически обменивается одноименно (одного и того же знака) заряженными ионами.

В качестве сорбентов используют ионообменники ‒ иониты, представляющие собой обычно нерастворимые в воде твердые фазы. Иониты состоят из матрицы, в которой распределены ионогенные группы, включающие фиксированные, прочно связанные в матрице, ионы, и менее прочно связанные противоионы (т. е. ионы противоположного знака), способные к отщеплению от ионита и к переходу в раствор. Эти противоионы могут обмениваться с одноименными (катионы ‒ с катионами, анионы ‒ с анионами) ионами раствора.

Иониты, обменивающиеся катионами раствора, называются катионитами (катионообменниками), а иониты, обменивающиеся анионами раствора, ‒ анионитами (анионообменниками).

Известны также амфотерные иониты (амфолиты), способные обмениваться с раствором как катионами, так и анионами.

По химическому составу иониты бывают неорганические (например, алюмосиликаты, силикаты, Al(OH)₃ и органические (продукты химической переработки угля или лигнина*, а также полученные синтетическим путем ионообменные смолы).

По происхождению иониты разделяют также на естественные и искусственные. В практике чаще применяют искусственные иониты, к которым и принадлежат сульфированные угли (сульфоуголь) и ионообменные смолы.

Катиониты - сорбенты, способные к обмену катионами. Содержат в своем составе

Ионогенные группы, раличной кислотности, например, группу – SO₃H, карбоксильную группу –СООН, ион водорода которых способен к катионному обмену.

Химическую формулу катионитов схематично изображают

RSO ₃ H или [ R ] H

RSO ₃ Na или [ R ] Na ,

где R (матрица) -сложный органический радикал

Наиболее часто применяют сильнокислотные катиониты марок КУ-1,КУ-2,СДВ-2

КУ-2 –сульфированный сополимер стирола и дивинилбензола

Схема катионного обмена:

[ R ] H + Ме⁺ = [ R ] Ме + Н⁺

Например:

RSO ₃ H + К NO ₃ = RSO ₃ К + Н⁺

Аниониты - сорбенты, способные к обмену анионами

Содержат в своем составе

Основные ионогенные группы, например, аминогруппы различной степени замещения:

-NH₂, =NH, -NH₂OH, и др.

Химическую формулу анионитов схематично изображают

R NH ₃ OH или [ R ] OH

RNH ₃ Cl или [ R ] Cl

Схема анионного обмена:

[ R ] OH + А⁺ = [ R ]А + OH ^-

Применяют аниониты марок АВ-17, АН-1, ЭДЭ-10 и др.

Кроме ионитов, обладающих кислотно-основными свойствами, известны также сорбенты, проявляющие окислительно-восстановительные и комплексообразующие свойства.

В ионообменной хроматографии ионный обмен проводят в хроматографических колонках.

Хроматографи́ческая коло́нка — устройство для хроматографии, используемое как для работы ручным методом, так и в составе специального агрегата, хроматографа.

Для работы ручным методом колонки представляют собой стеклянные трубки с краном в нижней части (иногда ‒ это обычные стеклянные бюретки). Колонки заполняют заранее приготовленным ионитом в той или иной форме и заливают дистиллированной водой (или раствором) так, чтобы верхний уровень жидкости всегда находился на 1‒1,5 см выше уровня ионита. В нижнюю часть колонки перед ее заполнением ионитом помещают стеклянную вату.

Хроматографические колонки

Перед анализом ионообменную колонку регенерируют, т.е. переводят ионит в определенную ионообменную форму.

Зарядка катионита Н⁺ ионами, а анионита ОН^- ионами проводят путем пропускания через колонку определенного количества кислоты или основания. Затем ионит отмывают водой от избытка кислоты или щелочи (по индикатору) и пропускают через него с определенной скоростью анализируемый раствор.

Колонку промывают водой или другим элюентом, собирая элюат целиком или по фракциям.

Определение содержания анализируемого компонента завершают различными методами: титриметрическим, потенциометрическим, спектровотометрическим и другими

· Качественный и количественный анализ

Хроматографические методы анализа устанавливают качественный и количественный состав вещества.

При качественных испытаниях на хроматографах 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.

Дата добавления: 2020-11-29; просмотров: 628; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!