Материал: Лебухов ФХ методы исслдния292-325

Г Л А В А Ш Е С Т А Я

МЕТОДЫ

ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОГО

АНАЛИЗА

Хроматография — это физико химический метод разде ления и анализа смесей газов, паров, жидкостей или ра створенных веществ сорбционными технологиями в ди намических условиях. Метод основан на различном рас пределении веществ между двумя несмешивающимися фазами — подвижной и неподвижной.

Подвижной фазой может быть жидкость или газ, не, подвижной — твердое вещество, которое называют носи телем. При движении подвижной фазы вдоль неподвиж ной компоненты смеси сорбируются на неподвижной фазе. Каждый компонент сорбируется в соответствии со срод ством к материалу неподвижной фазы (вследствие адсор бции или других механизмов). Поэтому неподвижную фазу называют также сорбентом. Захваченные сорбентом молекулы могут перейти в подвижную фазу и продвигать ся с ней дальше, затем снова сорбироваться.

Таким образом, хроматография — это процесс, осно ванный на многократном повторении актов сорбции и де сорбции вещества при перемещении его в потоке подвиж ной фазы вдоль неподвижного сорбента.

Чем сильнее сродство компонента к неподвижной фазе, тем сильнее он сорбируется и дольше задерживается на сорбенте, тем медленнее его продвижение вместе с под вижной фазой. Поскольку компоненты смеси обладают разным сродством к сорбенту, при перемещении смеси вдоль сорбента происходит разделение: одни компоненты

задерживаются в начале пути, другие продвигаются даль ше. В хроматографии сочетаются термодинамический (установление равновесия между фазами) и кинетический (движение компонентов с разной скоростью) процессы.

Хроматографический метод анализа был разработан русским ботаником М. С. Цветом в 1903 г. С помощью это го метода ему удалось разделить хлорофилл на составля ющие окрашенные вещества. При пропускании экстрак та хлорофилла через колонку, заполненную порошком мела, и промывании петролейным эфиром он получил не сколько окрашенных зон и назвал их хроматограммой (от греческого «хроматос» — цвет), а метод — хромато графией. Н. А. Измайлов и М. С. Шрайбер в 1938 г. раз работали новый вид хроматографии, названный тонко слойной. Они разделили алкалоиды, экстрагированные из лекарственных растений, на оксиде алюминия, нанесен ном на стекло.

Отправной точкой бурного развития многих методов хроматографического анализа является работа лауреатов Нобелевской премии А. Мартина и Р. Синджа, предложив ших в 1941 г. метод распределительной хроматографии. В 1952 г. А. Мартин и Л. Джеймс получили первые резуль таты в области газожидкостной хроматографии. Следстви ем этих работ стало огромное количество исследований, направленных на развитие метода газовой хроматографии.

За короткое время были усовершенствованы конст рукции систем ввода проб, созданы чувствительные де текторы. Метод газовой хроматографии — первый из хроматографических методов, получивший инструмен тальное обеспечение. Начиная с 1970 х годов происходит бурное развитие жидкостной хроматографии. К настояще му времени разработаны теория хроматографического про цесса и множество хроматографических методов анализа.

Среди разнообразных методов анализа хроматография отличается самой высокой степенью информативности благодаря одновременной реализации функций разделе ния, идентификации и определения. Кроме того, метод ис пользуется для концентрирования. Хроматографический метод анализа универсален и применим к разнообразным

294 ЧАСТЬ I. ТЕОРИЯ: ФИЗИКО ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

объектам исследования (нефть, лекарственные препара ты, вещества растительного и животного происхождения, биологические жидкости, пищевые продукты и др.). Хро матография отличается высокой избирательностью и низ ким пределом обнаружения. Эффективность метода повы шается при сочетании с другими методами анализа, авто матизацией и компьютеризацией процесса разделения, обнаружения и количественного определения.

Различные методы хроматографии можно классифи цировать по агрегатному состоянию фаз, механизму раз деления, аппаратурному оформлению процесса (по фор ме) и по способу перемещения подвижной фазы и хрома тографируемой смеси.

По агрегатному состоянию фаз различают жидкост, ную и газовую хроматографию.

Разделение веществ протекает по разному в зависимо сти от природы сорбента и компонентов анализируемой смеси. По механизму взаимодействия вещества и сорбен та различают сорбционные методы, основанные на зако нах распределения (адсорбционная, распределительная, ионообменная хроматография и др.), и гель,фильтраци, онные (проникающая хроматография), основанные на раз личии размеров молекул разделяемых веществ. На прак тике часто реализуются несколько механизмов разделения одновременно. По технике выполнения хроматографию подразделяют на колоночную, когда разделение веществ проводится в специальных колонках, и плоскостную — тонкослойную и бумажную. При тонкослойной хромато графии разделение производится в тонком слое сорбента, при бумажной — на специальной бумаге.

Взависимости от агрегатного состояния фаз, механиз ма взаимодействия и оформления различают несколько основных видов хроматографии (табл. 6.1).

Всоответствии с режимом ввода пробы в хромато графическую систему различают фронтальную, элюент ную и вытеснительную хроматографию. Если растворен ную смесь непрерывно вводить в хроматографическую ко лонку, то в чистом виде можно выделить только одно, наиболее слабо сорбирующееся вещество. Все прочие ком

поненты выйдут из колонки в виде смеси. Этот метод назы вают фронтальным. В элюентном режиме через колонку пропускают подвижную фазу (элюент), вводят пробу, за тем снова пропускают подвижную фазу (ПФ). В процессе движения по колонке компоненты смеси разделяются на зоны, которые поочередно выходят из колонки, разделен ные зонами чистого растворителя.

В вытеснительном методе после введения пробы и пред варительного разделения слабоактивным элюентом состав элюента меняется таким образом, что он взаимодействует

296 ЧАСТЬ I. ТЕОРИЯ: ФИЗИКО ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

с неподвижной фазой (НФ) каждого из компонентов ана лизируемой смеси. Вследствие этого новый элюент вытес няет компоненты, которые выходят из колонки в поряд ке возрастания взаимодействия с НФ. В этом методе из за частичного перекрывания зон достаточно полного разде ления не достигается.

Наибольшее распространение получил элюентный ре жим хроматографирования, позволяющий получать в чи стом виде все компоненты пробы. В жидкостной хрома тографии применяют изократический и градиентный ре жимы подачи элюента. В изократическом режиме состав элюента в течение анализа не изменяется, в градиент ном — меняется по определенной программе.

Рассмотрим особенности наиболее широко применяе мых видов хроматографии.

6.1. ЖИДКОСТНО АДСОРБЦИОННАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ НА КОЛОНКЕ

Разделение смеси веществ в адсорбционной колонке происходит по причине различия их сорбируемости на данном адсорбенте (в соответствии с законом адсорбцион ного замещения, открытого М. С. Цветом).

Адсорбентами являются пористые тела с сильно раз витой внутренней поверхностью, удерживающие жидко сти с помощью межмолекулярных и поверхностных явле ний. Это могут быть полярные и неполярные неорганиче ские и органические соединения.

Кполярным адсорбентам относятся силикагель (высу шенная желатинообразная двуокись кремния), оксид алю миния, карбонат кальция, целлюлоза, крахмал и др. Не полярные сорбенты — активированный уголь, порошок резины и множество других, полученных синтетическим путем.

Кадсорбентам предъявляют следующие требования:

они не должны вступать в химические реакции с под вижной фазой и разделяемыми веществами;

должны обладать механической прочностью;