Характеристика хроматографических методов анализа
4.2.1. Адсорбционная хроматография (жидкостно-адсорбционная, жидкостная твердoфазная хроматография)
Разделение компонентов смеси основано на их различной адсорбционной способности. Адсорбция - поглощение поверхностью твердого тела или поглощение на границе раздела жидкость-жидкость или жидкость-газ.
Общая скорость адсорбции складывается из скорости адсорбции и скорости десорбции. Каждая молекула или нон бссчисленное количество раз сорбируется и десорбируется, перемещаясь с потоком жидкости (или
газа) в колонке.
При постоянной температуре адсорбция увеличивается с ростом концентрации раствора или давления газа. Зависимость количества поглощенного вещества от концентрация растора или давленая газа при постоянной температуре называют изотермой адсорбции. Типичная изотерма адсорбции приведена на рис. 4.5. Математически эта зависимость может быть выражсна уравнением Лэнгмюра:
где n - количество адсорбированного вещества при равновесии;
n∞ - максимальное количество вещества, которое может быть адсорбировано на данном адсорбенте;
В- постоянная;
С - концентрация.
Такой вид изотермы адсорбции отвечает мономолекулярному слою, для полимолекулярного слоя она может быть вогнутой или S-образной.
В качестве адсорбентов применяют вещества с развитой поверхностью различной степени дисперсности или волокнистые (целлюлоза, вата). От величины зерен или волокон адсорбента и от плотности его упаковки зависит скорость фильтрации раствора через колонку.
|
|
|
Адсорбенты должны удовлетворять следующим требованиям:
- быть химически инертными к компонентам анализируемой смеси и растворителю;
- должны иметь достаточную адсорбционную способность и больлшую активную поверхность;
- должны быть однородными и не подвергаться дальнейшему диспергированию в колонке;
- должны быть стандартными, при отсутствии таковых должны готовиться по единой методике из одного и того же сырья (оксиды магния и алюминия, приготовленные по различныим методикам, обладают различной адсорбционной способностью).
 |
n
 |
C
Рис. 4.4. Изотерма адсорбции
Очень ответственной операцией является заполнение хроматографической колонки адсорбенеом - зависит четкость разделения исследуемых компонентов, т.е. четкость полученных хроматограмм.
В адсорбционной хроматографии чаще всего используется проявительный (элюэнтный) анализ.
Наиболее распространенными адсорбентами являются: органические
- сахароза, инулин, молочный сахар, целлюлоза, крахмал; неорганические
- оксиды алюминия, кальция, цинка, магния, карбонат кальция, силикагель, активированный уголь, природные минералы - глины.
|
|
|
Растворители в адсорбционной хроматографии должны быть химически инертны как к растворяемому вещесгву, так ик адсорбенту. Вкачестве растворителей применяют воду, спирты, ацетон, эфиры, бензол, толуол и д.р.
Хроматограммы могут быть внутренними и внешними.
Внутренняя хроматограмма. Непосредственно на колонке можно проводить качественный и количественный анализ визуально по окраске зон адсорбента. Если зоны компонентов не окрашены, хроматограмму можно “проявить”. Вкачестве проявителя используют различные реагенты, образующие с сорбированными в колонке компонентами окрашенные соединения. В рядеслучаев используют способность некоторых веществ люминесцировать под действиемультрафиолетовык лучей. для кодичественного анализа требуется иметь дополнительные хроматограммы растворов
“свидетелей” с точно извесгной их концентрацией.
Внешняя хроматограмма. Качественный и количественный анализ может быть осуществлен непрерывным анализом вытекающего из колонки раствора или последовательным отбором отдельных фракпкй и иханализом (коллектор фракций).
4.2.2. Ионообменная хроматоарафия
(жидкостная твердофазная хроматография (ЖТХ))
|
|
|
Разделение веществ обусловлено их различной способностью к ионному обмену. Поэтому в качестве неподвижной твердой фазы используют ионообменники, способные замещать одни ионы на другие. (Имеет место электростатическое взаимодействие между ионами раствора и ионами на поверхности ионообменника)
Наиболее распространенными ионообменниками (или ионитами) являются синтетические органические полимеры, называемые смолами. Они представляют собой твердые высокомолекулярные соединения, не растворимые в воде и органических расгворителях, устойчивые к действию кислот и щелочей, механически прочные. Ионообменные смолы бывают двух типов: катиониты, которые содержат функциональные группы кислотные ( -SO3-; -COO-; -PO3-и другие). Функциональиыми гуппами каркасов анионитов являются четвертичные –NR3+, третичные – NR2H+, первичные –NH3+ и другие основания.
Ионный обмен происходит по следуюшей схемe:
nKTH + Xn+ = (KT)nX + nH+ для катионитов
nATOH + Yn = (AT)n + nOH- для анионитов
Наиболее удобными в работе оказались иониты, полученные на основе полимеризации стирола идивинилбеизола
Ионный обмен в аналитической химии обычно проводят ва колонке. Раствор хроматографируемого образца вводят в колонку, заполненную ионообменной смолой, при этом эквивалентное количество катионов или анионов смолы переходят в раствор, заменяясь на катионы или анионы анализируемой смеси.
|
|
|
Ионообменные смолы легко регенерируются. Например:
(KT)nX + HС1 → nKTH
Ионный обмен используют для замены нежелательных анионов и катионов в различных промышленных средах (очистка сточных вод, изменение жесткости воды и т.п.), для очистки растворов пищевых производств (сахарная, винодельческая промышленность), для разделения смесей катионов и анионов. Например, смесьсолей калия и натрия пропускают через катионит и затем элюируют 0,1 М раствором НСI.
Иониты обладают определенной емкостью. Емкость ионообменной смолы определяется количеством ионов, обмениваемых одним граммом смолы. Концентрация ионов определяется количеством моль эквивалентов. Емкость сухих катионитов, находящихся в Н+-форме, составляет примергiо 3-5 ммоль-экв/г, а емкость влажной смолы, помещенной в колонку, составляет около 1,8 ммоль-экв/мл. Емкость сухой анионообменной смолы в С1+-форме (или ОН--форме) равна 3,0-3,5 ммоль-экв/г, влажной - 1,2 ммоль/мл.
4.2.3. Распределительная хроматография
(жидкость-жидкостная хроматография ЖЖХ))
В распределительной хроматографии разделение веществ обусловлено их различными коэффициентами распределения между двумя несмешивающимися жидкими фазами, одна из которых неподвижна (например, вода), а другая фаза подвижна (органический растворитель). Концентрационным коэффициентом распределения (Кр) считают отношение концентрации вещества в подвижной фазе (Сп) к его концентрации в неподвижной (Сн):
Изотерма распределения вещества между двумя несмешивающимися растворителями обычно линейная: Сп = Кр∙ Сн
Распределительная хроматография относится к жидкость-жидкостной хроматографии. В этом методе неподвижным растворителем пропитывают инертный носитель и пропускают подвижный растворитель, содержащий разделяемые компоненты. Предварительно оба растворителя насыщают друг другом.
Требования к носителю:
1) должен быть нейтральным, ни химические, ни сорбциониые процессы не должны происходить;
2) должен быть нерастворим в применяемых растворителях;
3) прочно удерживать неподвижную жидкую фазу.
Необходимым условием для получения четкого разделения смеси является практическое отсутствие какого-либо взаимодействия компонентов с носителем и достаточно большое различие их коэффициентов распределения.
В качестве носителей используют силикагель, очищенный крахмал, целлюлозу и др.
Подвижный и неподвижный растворители подбирают в зависимости от природы разделяемых компонентов, от природы носителя и его полярности. Так, если носитель гидрофильное вещество, то неподвижным растворителем является вода, а подвижным - органический растворитель (хлороформ, бутиловый спирт и др.). Если же носитель гидрофобное вещество, то неподвижный растворитель - неполярные органические вещества (бензол, керосин и т.д .), подвижный растворитель - полярные органические вещества (метиловый спирт, нитрометан, вода, серная кислота)
Четкие распределительные хроматограммы могут быть получены, если использовать в качестве носителя специальную хроматографическую бумагу (химически чистую и однородную). Такой вид хроматографии называют бумажной или распределительной хроматографией на бумаге.
Аналогом хроматографии на бумаге является метод разделения веществ в тонком слое носителя - тонкослойная хроматография (ТСХ).
Бумажная и тонкослойная хроматография характеризуется величиной Rf, которая на практике равна отношению расстояния, пройденного веществом, к расстоянию, пройденному растворителем (подвижной фазой), (рис. 4.6):
.
Разделение проводят в закрытой герметически камере, так как необходимо избегать испарения растворителей при хроматографировании. Если при разделении смеси компоненты не окрашены, то хроматограмму ‘проявляют” реагентом, дающим с ними окрашенные соединения (органические кислоты проявляются бромкрезоловым зеленым, аминокислоты - нингидрином, альдегиды - раствором 2,4-дигидрофенилгидразином и др.).
Носителями в методе тонкослойной хроматографии являются силикагель, оксид алюминия, порошок целлюлозы, нанесенный в виде тонкого (закрепленного или незакрепленного) слоя на пластинку. ТСХ получила широкое распространение из-за простоты, более быстрого разделения, большей устойчивости к изменению температуры, большей чувствительности по сравнению с бумажной (можно определять до 0,005 мкл).
b b
 |  | ||
l L
| |||||
 |  | ||||
a a a a
Рис. 4.6. Тонкослойная хроматограмма
а-а – стартовая линия; b-b – граница фронта растворителя;
1 – краситель (свидетель 1); 2 – краситель (свидетель 2); 3 – исследуемая смесь красителей.
Качественный анализ проводят сравнением величин Rf с табличными данными или данными, полученными при хроматографировании чистых контрольных компонентов (свидетелей).
Количественный анализ по хроматограммам проводят:
1) визуально по интенсивности окраски пятен по сравнению с эталонными;
2) по площади пятна, сравнением с площадью пятна известной концетрации;
З) для люминесцирующих веществ по интенсивности люминесценции и т.п.
Количественный анализ может быть проведен после экстракции определяемых компонентов с применением различных физико-химических методов анализа.
Дата добавления: 2016-01-05; просмотров: 87; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!