Основные принципы и классификация хроматографических методов анализа
Хроматографический (от греческого хроматос - цвет) метод анализа был разработан профессором МГУ М.С Цветом в 1903 г. М.С.Цвет установил, что зеленый пигмент растений хлорофилл не является однородным, а состоит из нескольких веществ. Разделение пигментов проводилось в стеклянной колонке (трубке), наполненной сухим твердым адсорбентом (порошок мела или карбонат кальция). При пропускании экстракта зеленого листа через эту колонку и промывании (элюировании) петролейным эфиром было получено несколько окрашенных зон, что свидетельствовало о наличии нескольких веществ в хлорофилле.
Работы М.С.Цвета послужили фундаментом для развития всех видов хроматографии.
Хроматографические методы анализа широко применяют в различных отраслях науки и техники, в том числе в молекулярной биологии, в биохимии, при исследовании пищевых сред и т.д.
Хроматография является классическим методом разделения неорганических и органических веществ.
Хроматографический анализ используется для решения ряда задач:
- разделение и исследование сложных неорганических и органических смесей;
- выделение из сложных смесей индивидуальных веществ (белков, углеводов, витаминов, гормонов, ферментов, липидов, аминокислот, органических кислот, антибиотиков идр.)
- очистка индивидуальных веществ от примесей;
- концентрирование веществ из сильно разбавленных растворов;
- разделение изотопов, редкоземельных элементов и для решения ряда других задач;
|
|
|
- идентификация веществ и определение количественного состава смесей веществ.
По современным представлениям хроматография - это физико- химический метод разделения компонентов сложных смесей газов, паров, жидкостей или растворенных веществ сорбционными методами в динамических условиях.
Сущность хроматографического метода - это разделение компонентов смеси между двумя несмешивающимися фазами, одна из которых является подвижной (газ или жидкость), а другая - неподвижной (твердое веществ или жидкость). Хроматографию можно определить как процесс, основанный на многократном повторении актов сорбции и десорбции вещества при перемещении его в потоке подвижной фазы вдоль неподвижного сорбента.
Классификация хроматографических методов
по агрегатному состоянию фаз
| Неподвижная | Подвижная фаза | |
| фаза | газообразная | Жидкая |
| твердая | Газовая твердофазная хроматография | Жидкостная твердофазная хроматография (ионообменная, осадочная) |
| жидкая | Газо-жидкостная распределительная хроматография | Распределительная жтдкостно-жидкостная хроматография |
В основе классификации хроматографических методов лежит ряд физико-химических процессов, благодаря которым происходит разделение веществ:
|
|
|
1. Различная адсорбционная способность компонентов смеси - адсорбционная хроматография.
2. Различная способность компонентов смеси к ионному обмену - ионообменная хроматография.
3. Различное распределение компонентов смеси между двумя несмешивающимися фазами - распределительная хроматография.
4. Различная растворимость осадков, образуемых компонентами смеси с реагентом, нанесенным на сорбент - осадочная хроматография.
Различные методы хроматографии можно также классифицировать по агрегатному состоянию фаз, способу их относительного перемещения, аппаратурному оформлению процесса и т.д.
По способу разделения, т.е. относительного перемещения фаз, различают слсдующис виды хроматографии:
Фронтальный метод. Это простейший по методике вариант хроматографии. Он состоит в том, что через колонку с сорбентом непрерывно пропускают анализируемую смесь, например, компонентов А и В в растворителе Solv. В растворе, вытекающем из колонки, определяют концентрацию каждого компонента и строят график зависимости в координатах концентрация вещества - объем раствора, прошедшего через колонку. Эту зависимость обычно называют хромагограммой или выходной кривой (рис. 4.1).
|
|
|
Вследствие сорбцин вещества А и В сначала из колонки будет вытекать растворитель Solv, затем растворител и менее сорбирующийся компонент А, а затем и компонент В и, таким образом, через некоторое время состав раствора при прохождении через колонку меняться не будет. Метод используется сравнительно редко.
С
S+A+B
 |
S+A
S
 |
V
Рис.4.1. Выходная криваяфронтального анализа
Проявительный (элюэнтный) метод. Приработе по этому методу в колонку вводят порцию анализируемой смеси, содержащей компоненты А и В врастворителе Solv, и колонку непрерывно промывают газоносителем или растворителем Solv*. Приэтом компоненты анализируемой смеси разделяются на зоны: хорошо сорбирующееся вещество В занимаетверхнюючасть колонки, а менее сорбирующийся компонент А будет занимать нижнюю часть (рис. 4.2). Примерная хроматограмма проявительного анализа изображена на рис. 4.3.
С
В
А
V
| Рис. 4.2. Распределение веществ А и В в колонке | Рис. 4.3. Хроматограмма |
В газе или растворе, вытекающем из колонки, сначала появляется компонент А, далее - чистый растворитель, а затем компонент В. Чем больше концентрация компонента, тем выше пик и больше его площадь, что составляет основу количественного хроматографического анализа. Проявительный метод дает возможность разделять сложные смеси, он наиболее часто применяется в практике.
|
|
|
Вытеснительный метод. В этом методе анализируемую смесь компонентов А и В в растворятеле Solv вводят в колонку с сорбентом и промывают раствором вещества Д (вытеснитель), которое сорбируется лучше, чем любой изкомпонентов анализируемой смеси. Существенным недостатком метода является частое наложение зон компонентов смеси, поскольку зоны не разделены зоной растворителя.
Аппаратурное оформление процесса хроматографяческого разделения варьируется в очень широких пределах - от простейших установок до сложных приборов - хроматографов.Любая установка снабжена приспособлениями для ввода пробы (дозатор), для пропускания анализируемой смеси и проявителя (колонки, капилляры, специальная хроматографическая бумага или пластинки с тонким слоем сорбента), приемника элюата или коллектора фракций идетектора (регистрирующего приспособления компонентов смеси в хромагографе).
Дозатор предназначен для точного количественного отбора пробы и введения ее в хроматографическую колонку или нанесения на бумагу. В хроматограф пробу в виде газа или жидкости вводят с помощью специальных шприцев.
В хроматографической колонке происходит разделение компонентов. Размеры хроматографическах колонок и их конструктивное оформление меняются в очень широких пределах: диаметр от 2 - 34 мм до 150 мм, высота от З см до 150 см и более. Колонки могут быть стеклянные и металлические (медные, из нержавеющей стали), цельнотянутые и разьемные.
Хроматографическая бумага различается по плотности и маркируется номером: № 1, № 2, № 3, № 4. С увеличением номера возрастает плотность бумаги и соответственно замедляется скорость хроматографирования.
Детектор предназначен для обнаружения изменений в составе газа, прошедшего через колонку. Показания детектора обычно преобразуются в электрический сигнал ипередаются фиксирующему илизаписывающему прибору.
Известно несколько теорий хроматографического процесса. Существенное значение имеют метод теоретических тарелок и кинетическая теория.
В методе теоретических тарелок хроматографическая колонка условно делится на ряд элементарных участков – «тарелок», на каждой из них быстро устанавливается равновесие между сорбентом и компонентами разделяемой смеси (подвижной фазой). Эффективность колонки тем выше, чем меньше высота Н, эквивалентная теоретической тарелке (ВЭТТ) и чем больше число теоретических тарелок. Эта теория условна, т.к. реальный процесс протекает непрерывно.
Кинетическая теория хроматографии основное внимание уделяет кинетике процесса, связывая высоту, эквивалентную теоретической тарелке, с процессами диффузии, медленным установлением равновесия инеравномерностью процесса.
Дата добавления: 2016-01-05; просмотров: 36; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!