Типи хроматографії

Суть методу.

План лекції

Хроматографічний аналіз — це фізико-хімічний метод розділення складних сумішей газів, пари, рідин або розчинених речовин на окремі компоненти за допомогою сорбції в динамічних умовах.

Сорбцією (від латинського - вбираю, втягую) називають будь-який процес вбирання однієї речовини іншою. Залежно від механізму сорбції розрізняють адсорбцію, абсорбцію, хемосорбцію та капілярну конденсацію.

Речовину, що вбирається іншою речовиною, називають сорбтивом, а речовину, що сама вбирає, — сорбентом.

Адсорбцією називають зміну концентрації речовини на межі поділу фаз, тобто це вбирання речовин (адсорбтивів) поверхнею твердого або рідкого тіла (адсорбенту). Процес адсорбції звичайно супроводжується виділенням теплоти, саме тому з підвищенням температури адсорбція зменшується. Адсорбція — процес зворотний. У системі існує рівновага між явищами вбирання речовини поверхнею (адсорбцією) і явищами виділення цієї ж речовини з поверхні адсорбенту (десорбцією). З підвищенням температури рівновага зміщується в бік десорбції.

Коли вбирання однієї речовини іншою не обмежується поверхневим шаром, а відбувається у всьому об’ємі сорбенту, то таке явище називають абсорбцією.

Вбирання однієї речовини іншою, що супроводжується хімічними реакціями, називають хемосорбцією (вбирання діоксид у вуглецю оксидом кальцію).

Капілярна конденсація — це зрідження пари у мікропористих сорбентах. Вона відбувається внаслідок того, що тиск пари над увігнутим меніском рідини у вузьких капілярах, які змочуються, менший, ніж тиск насиченої пари над плоскою поверхнею рідини при такій самій температурі.

Отже, сорбційні процеси різні за механізмом, проте будь-який з них починається з адсорбції на межі стикання фаз, які можуть бути рідкими, газоподібними або твердими.

Розділення речовин хроматографічним, методом полягає у тому, що суміш газів або багатокомпонентний розчин пропускають крізь «хроматографічну колонку» — скляну трубку з адсорбентом (оксидом алюмінію, силікагелем, карбонатом кальцію тощо), який вбирає окремі компоненти з неоднаковою швидкістю. Компонент, що має більшу здатність до адсорбції, розміщується у верхній частині колонки, а з меншою — у нижній.

Однак розділення компонентів суміші, наприклад речовин А і Б, відбувається спочатку лише частково, при цьому утворюється первинна хроматограма. Потім її «проявляють». Для цього у колонку подають відповідний чистий розчинник (елюент), який десорбує раніше адсорбовані речовини і захоплює їх своїм потоком вниз по колонці. Під час переміщення по колонці відбуваються багаторазові акти адсорбції і десорбції, що приводять до розділення компонентів суміші. Внаслідок цього на колонці утворюється проявлена хроматограма.

Продовжуючи промивання колонки розчинником, досягають виходу з неї речовин, що розділяються. Ці речовини можна кількісно визначити за допомогою аналізу послідовних порцій розчину (елюату), що витікає з колонки.

Якщо компоненти суміші забарвлені, то при їх вбиранні окремі зони адсорбенту колонки забарвлюються в різні кольори.

Зональний розподіл компонентів суміші уздовж адсорбенту називається хроматограмою. Хроматограма дає можливість виділити іпроаналізувати окремі складові суміші.

Хроматографію розрізняють за характером середовища, в якому проводиться розділення:

1) газова;

2) газово-рідинна;

3) рідинна.

За механізмом розділення хроматографія буває:

1) молекулярно-адсорбційна;

2) осадова;

3) іонообмінна;

4) розподільна.

За способами проведення процесу виділяють:

1) колонкову;

2) капілярну;

3) паперову (ПХ);

4) тонкошарову хроматографію (ТШХ).

Розглянемо основні методи хроматографії.

У молекулярно-адсорбційній хроматографії механізм вбирання компонентів суміші — адсорбція на поверхні. Адсорбенти — силікагель, оксид алюмінію, карбонат кальцію — речовини з дуже розвиненою поверхнею. Метод застосовується в біохімії і для розділення органічних речовин (ферментів, амінокислот, барвників). За цим методом можна розділити суміші газів (газова хроматографія).

Осадова хроматографія застосовується для розділення компонентів, які з адсорбентом утворюють осади різної розчинності. Наприклад, можна розділити залізо і мідь, якщо розчин їхніх солей пропустити крізь колонку з органічним реактивом — оксихіноліном. Оксихінолят заліза, як менш розчинний, міститиметься у верхній частині колонки, а більш розчинний окси-хінолят міді — в нижній.

Іонообмінна хроматографія застосовується для технологічного й аналітичного розділення сумішей неорганічних іонів.

У паперовій хроматографії адсорбент — це спеціальний папір. Механізм розділення оснований на різній розчинності компонентів суміші у воді, яка змочує папір, і в органічному розчиннику, що використовується для розділення. Метод застосовується для розділення невеликих кількостей органічних і неорганічних речовин.

Краплю водного розчину суміші наносять на нижню частину адсорбенту (довгої смужки фільтрувального паперу), який підвішують у високому циліндрі так, щоб нижній кінець паперу був занурений в органічний розчинник. Останній піднімається по смужці паперу (внаслідок капілярних сил), захоплюючи із собою в першу чергу той компонент суміші, який у ньому краще розчиняється. Поступово суміш на папері розподіляється так: у нижній частині містяться компоненти, легкорозчинні у воді і важкорозчинні в органічному розчиннику, у верхній частині — компоненти, важкорозчинні у воді і легкорозчинні в органічному розчиннику. Смужку паперу можна розрізати на окремі частини і вимити речовини, що адсорбувалися на них. Розподільна хроматографія на папері має велике значення для аналізу дуже малих об’ємів розчинів (0,01—0,1 мл).

Подібним до хроматографії на папері є метод хроматографії в тонкому шарі. Тонкошарова хроматографія (ТШХ) на пластинках використовується як один із найефективніших методів фізико-хімічного дослідження. Його переваги перед іншими методами — у швидкості виконання експерименту, який потребує 5—30 хвилин. Цей метод відрізняється значною чутливістю і дає змогу виявляти надзвичайно малі кількості речовини. Метод ТШХ простий для виконання; обладнання його мало коштує.

У всіх варіантах хроматографії на папері і хроматографії в тонкому шарі положення зон компонентів характеризується величиною хроматографічної рухливості R_f, яка дорівнює відношенню відстані, що пройшла зона речовини, до відстані, що пройшов фронтом розчинник. R_f (хроматографічна рухливість) постійна величина для кожної речовини у стандартних умовах і використовується для її ідентифікації.

Дата добавления: 2014-01-04