Основы метода. Качественный и количественный анализ в ТСХ.

Стр 1 из 3Следующая ⇒

Министерство образования Республики Беларусь

МОГИЛЕВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРОДОВОЛЬСТВИЯ

Кафедра химической технологии высокомолекулярных соединений

МЕТОДЫ ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОГО АНАЛИЗА
ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Методические указания по курсу «Органическая химия»
для студентов всех технологических специальностей

Могилев 2003

УДК 543.544

Методические указания рассмотрены и утверждены

на заседании кафедры ХТВМС.

протокол № «___» от «___»___________2003 г.

Зав. кафедрой ХТВМС

д.х.н., профессор ___________________ Роганов Г. Н.

Методические указания рекомендованы к утверждению секцией выпускающих кафедр.

Протокол от ___________________ 2003 г. № _____

Председатель секции

к.т.н., доцент ______________________ Шингарева Т.И.

Составитель: доцент О.М.Баранов

Рецензент доцент Жогальский А.Н.

Содержание

С.

Содержание. 3

Введение. 4

1. ТОНКОСЛОЙНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ.. 5

1.1 Основы метода. Качественный и количественный анализ в ТСХ. 5

1.2 Сорбенты и элюенты в ТСХ.. 7

1.3 Техника анализа методом ТСХ.. 8

1.4 Детектирование исследуемых соединений на хроматограмме. 9

2. ГАЗОХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ. 10

2.1 Основы количественного и качественного анализа в ГЖХ. 10

2.2 Сорбенты и неподвижные жидкие фазы в ГЖХ. 12

2.3 Принципиальная схема и принцип работы газового хроматографа. 13

3. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.. 14

4. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.. 16

Введение

Хроматографией называют группу аналитических и препаративных методов, основанных на том, что компоненты смеси в разной степени удерживаются поверхностью специально подобранного тела, называемого сорбентом (неподвижная фаза). Разделяемая смесь при этом продвигается по сорбенту, увлекаемая подвижной фазой (элюентом).

Существует несколько способов классификации хроматографических методик в зависимости от того, какой признак положен в его основу. Так, в зависимости от агрегатного состояния элюента все хроматографические методики сводят к двум разновидностям: жидкостная и газовая. Тип сорбента определяет отнесение методики к адсорбционной (удерживание анализируемых молекул твердой поверхностью пористого тела) или распределительной (распределение молекул анализируемого соединения между подвижной фазой и нерастворимой в ней (или не летучей) жидкостью, закрепленной на пористом инертном носителе). Сорбентами могут быть также ионообменные смолы (иониты), способные обменивать содержащиеся в них катионы или анионы на соответствующие ионы в элюенте. В этом случае говорят о процессе хемосорбции, а хроматографическая методика получила название ионообменной хроматографии.

За последние годы в лабораторную практику интенсивно внедряются методы молекулярно-ситовой хроматографии, в которой сорбентами являются материалы с заданной пористостью, фильтрующие только молекулы определенных размеров. Такие сорбенты готовят из гелей пространственных («сшитых») полимеров, поэтому такую разновидность хроматографии называют также гель-проникающей, или гель-фильтрационной.

По признаку аппаратурного оформления метода хроматографию делят на колоночную и плоскостную; в последнем случае разделение происходит в тонком слое сорбента (бумажная и тонкослойная хроматографии). Колоночную хроматографию используют преимущественно в препаративных целях.

Вместе с тем, хроматографические методики используют не только для чисто аналитических или препаративных целей, но и для определения некоторых физико-химических констант соединений (например, удельной поверхности тела – обращенная хроматография).

В настоящее время хроматография во всех ее разновидностях получила широкое развитие и признание; она является эффективным методом аналитического контроля в научных и заводских лабораториях, а также непосредственно в условиях промышленного производства.

ТОНКОСЛОЙНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ

Важным методом, позволяющим разделить и идентифицировать вещества в микро-количествах, является хроматография в тонком слое, или тонкослойная хроматография (ТСХ). Этот метод был открыт в СССР Н.А. Измайловым и Г.С. Шрайбером в 1938 году на примере разделения смеси растительных экстрактов непосредственно на покровных стеклах микроскопов, на которые предварительно наносили тонкий слой неорганического сорбента. В 1944 году Р.Кондсен и др. разработали метод хроматографии на бумаге, который вскоре получил чрезвычайно широкое распространение, в особенности в биохимических исследованиях и в анализе красителей. В этом методе в качестве сорбента используют специально приготовленные сорта фильтровальной бумаги. В отличии от ТСХ бумажная хроматография относится не к адсорбционной, а к распределительной хроматографии, так как в ней используется различие в распределении гидрофильных веществ между подвижной водной фазой и водой, удерживаемой целлюлозным носителем. В современной же ТСХ применяются специальные методы и специальная, хоть и достаточно простая, аппаратура.

Основы метода. Качественный и количественный анализ в ТСХ.

В ТСХ используют стеклянные, металлические или пластмассовые пластинки, покрытые тонким слоем сорбента, обычно толщиной 100-300 мкм. Образцы, как правило 2-10 мкг, наносят в виде 0,1-1%-ных растворов на слой вблизи основания пластинки (стартовая линия). Пластинку помещают в камеру (кювету), содержащую небольшое количество соответствующей жидкой подвижной фазы (элюента), которая перемещается по слою под действием капиллярных сил. При этом компоненты образца перемещаются через слой с различными скоростями, зависящими от адсорбционных коэффициентов компонентов смеси. Проявление заканчивают, удаляя пластинку из камеры и испаряя подвижную фазу.

Количественной мерой скорости переноса вещества при использовании определенного сорбента и элюента является величина R_f (oт английского retention factor) – фактор задержки. Величину R_f рассчитывают как частное от деления расстояния от центра пятна до линии старта (а) на величину пробега растворителя от стартовой линии (в) (рисунок 1):

В соответствии с определением, R_f всех адсорбированных компонентов смеси всегда меньше 1.00. Иногда вместо R_f используют величину hR_f , причем

hR_f = 100R_f

Величина R_f, зависит от природы сорбента и элюента. Для идентификации конкретных соединений смеси удобно использовать т.н. «свидетель», в качестве которого берут один из предполагаемых компонентов исследуемой смеси. Тогда совпадение R_f «свидетеля» и одного из компонентов может говорить об их идентичности. Однако для большей достоверности этого заключения необходимо провести эксперименты, взяв различные сорбенты и элюенты.

Количественный анализ методом ТСХ выполняется посредством хроматографирования стандартных растворов исследуемых компонентов вместе с исследуемым образцом. Количество вещества в пятне связывают с площадью и интенсивностью выявленного пятна; стандарты и образцы можно сравнить визуально, но это недостаточно точный и объективный способ. Лучшие результаты дают методы спектроскопии, денситометрии и т.п.

Материал пятна можно вымыть из неподвижной фазы и использовать для дальнейшего исследования. Его можно количественно измерить спектрофотометрически. Неизвестные вещества идентифицируют методом ИК спектроскопии или масс-спектроскопии или подвергают дальнейшему разделению с помощью газовой хроматографии (см. раздел 2). Для этих целей величины образцов могут быть увеличины путем использования слоев большой толщины (до 2 мм), нанесением образца в виде полосы и применением более широких пластинок.

а – расстояние от стартовой до фронтальной линии; b – расстояние от стартовой линии до центра пятна исследуемого соединения; c – расстояние от стартовой линии до центра пятна «свидетеля».

Рисунок 1. – Рассчет коэффициента задержки (R_f) соединения и идентификации соединения.

Сорбенты и элюенты в ТСХ

Правильный подбор неподвижной и подвижной фаз часто оказывается решающим в задаче хроматографического разделения компонентов исследуемой смеси. Другие факторы (материал подложки, температура, конструкция аппарата и т.п.) являются менее существенными. В ТСХ в качестве адсорбентов используются тонкоизмельченные пористые материалы с удельной поверхностью обычно больше 50 м²×г^-1. Наибольшее применение в лабораторной практике нашли неподвижные фазы, по химическому составу представляющие собой оксид алюминия, диатомитовые земли, двуокись кремния (силикагель), оксид или силикат магния, а также активированный уголь, цеолиты («молекулярные сита»), высокополимеры и ионообменные смолы. Важнейшее свойство адсорбента – его активность по отношению к исследуемым соединениям. Активные адсорбенты, то есть адсорбенты с относительно высокой концентрацией высокоактивных центров, предпочтительны для разделения слабо адсорбируемых химически инертных соединений, таких, как углеводороды, тогда как инертные адсорбенты предпочтительны для разделения нестойких или сильно адсорбируемых соединений. Но даже один и тот же адсорбент, в зависимости от условий его приготовления, может проявлять сильно различающуюся активность. Так, термическая обработка оксида алюминия позволяет получить адсорбент с пятью степенями активности, что связано с различным содержанием в нем адсорбированной воды: увеличение её содержания приводит к падению активности адсорбента.

Активность подвижной жидкой фазы отражена в его т.н. «элюирующей силе». Расположение растворителей в порядке возрастания элюирующей силы дает элюотропные ряды по отношению к определённым типам адсорбентам. Для всех полярных адсорбентов (а таких большинство) наблюдается одинаковый порядок изменения элюирующей силы:

алканы < циклоалканы < сероуглерод < четыреххлористый углерод < простые эфиры < арены < кетоны < сложные эфиры < диметилсульфоксид < нитрометан < ацетонитрил < пиридин < спирты (низшие) < кислоты (низшие).

Принято считать, что элюирующая сила элюента должна быть такой, чтобы R_f для представляющих интерес компонентов находился в пределах 0,3-0,8. При необходимости составляют бинарные, тройные и более смеси из разных растворителей в оптимальном их соотношении.

Помимо элюирующей силы, при выборе подвижной фазы следующие факторы:

- летучесть

- метод детектирования исследуемых компонентов смеси

- вязкость

- расслаиваемость многокомпонентных элюентов

- растворимость исследуемой смеси

- действие на адсорбент.

В ТСХ подвижная фаза должна быть достаточно летуча, чтобы после её удаления с адсорбента можно бы детектировать разделенные компоненты на занятых ими местах. Это особенно важно, если подвижная фаза может реагировать с «проявляющим» агентом. Удаление больших количеств высококипящего элюента может привести также к существенной потере или разложению анализируемого соединения. Если для детектирования используется ультрафиолетовый спектрофотометр, то элюент не должен поглощать в том диапазоне волн, в котором будут измерять исследуемое вещество. Вязкость растворителя должна быть по возможности минимальной, чтобы можно было достичь необходимой эффективности разделения за достаточно короткое время анализа. Действие элюента на сорбент может, в частности, проявляться в его дезактивации. Например, небольшое количество воды, растворенной в этиловом спирте, может значительно понизить активность оксида алюминия.

Техника анализа методом ТСХ

На чистые матовые стеклянные пластинки размером 10´20см, помещенные на плоскую подставку с упором, наносят слой адсорбента толщиной 1,0 – 1,5 мм. После этого специальным валиком разравнивают адсорбент, передвигая (но не прокатывая) его вдоль пластинки (рисунок 2). Адсорбент перед использованием желательно просеивать через тонкое сито для удаления крупных частиц.

По обеим сторонам пластинки должны оставаться зоны свободные от сорбента, иначе может проявиться т.н. «краевой эффект», т.е. искажение R_f крайних пятен. На расстоянии 1,5 – 2,0 см от края пластинки натянутой тонкой нитью или волосом намечают поперечную линию, являющуюся линией старта, и на нее капилляром наносят капли раствора. После нанесения образца на сорбент растворителю дают испариться, а затем пластинку переносят и устанавливают в наклонном положении в кювете с налитым на дно растворителем слоем 1,5 – 2,0 см (рисунок 3). Угол наклона должен быть небольшим, иначе сорбент может ссыпаться с пластинки. Стартовая линия не должна соприкасаться с элюентом. После того, как растворитель поднимется почти до верха пластинки, ее вынимают и отмечают на ней уровень растворителя. Для этого, слегка наклонив влажную пластинку, постукивают осторожно пальцем по ее краю, чтобы сухой адсорбент ссыпался на бумагу: фронтальная линия при этом четко обозначится. Во время хроматографирования кювета с пластинкой должна находиться в закрывающемся сосуде, чтобы препятствовать испарению элюента. Иногда в качестве элюента применяется смесь растворителей, поэтому важно сохранить постоянное соотношение растворителей на время хроматографирования.

1 – валик; 2 – стеклянная хроматографическая пластина; 3 – подставка

Рисунок 2. Приспособление для нанесения незакрепленного слоя сорбента

1 – хроматографическая камера; 2 – стеклянная пластинка; 3 – слой сорбента; 4 – элюент; 5 – пришлифованная крышка.

Рисунок 3. Хроматографическая камера с пластинкой.

Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 4771; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!