О.Ф. Петрухина - Аналитическая химия (Физические и физико=химические методы анализа) (1110109), страница 78
Текст из файла (страница 78)
Развитие хроматографии как метода разделения и метода анализа еще далеко не закончено. Различные хроматографические методы отработаны в разной степени. Частично это объясняется просто разным "временем рождения" методов. Хроматография в жидкостном адсорбционном варианте была открыта М. С. Цветом в 1903 г., капиллярная газовая хроматография разработана М. Галеем в 1957 г., а сверхкритическая флюидная хроматография разрабатывается только сейчас.
5.1. Общие вопросы теории хроматографических методов В этой главе изложены общие представления о хроматографии, рассмотрены основные принципы хроматографического разделения и процедур оптимизации. Знание теоретических основ хроматографии позволяет глубже понять суть сложного процесса разработки методов и методик хроматографического анализа. 5.1.1. Сущность методов хроматографии и их классификация Хроматография — это динамический сорбционный метод разделения смесей веществ, основанный на многократном распределении веществ между двумя фазами, одна из которых неподвижная, а другая — подвижная, непрерывно перемещающаяся вдоль неподвижной фазы. В зависимости от способа перемещения анализируемой смеси вдоль слоя неподвижной фазы различают проявительный (элюционный), вытеснительный и фронтальные методы хроматографии.
Пролвительный (злюционный) метод заключается в том, что хроматографируемые вещества переносятся через слой неподвижной фазы потоком подвижной фазы — элюента, сорбирующегося слабее любого вещества разделяемой смеси. На выходе из слоя неподвижной фазы разделенные вещества размещаются зонами в потоке элюата, в промежутке между которыми выходит чистый элюент. 345 Таблица Д /.
Классификация хроматографнческих методов разделения Газовая хроматография Газо-адсорбцион- Газ Твердое тело Аасорбция ная Газо-жидкостная Колоночная Газ Жидкость на по- Распределение верхности твер- (растворение) дого носитеяя Колоночная стная хроматография Твердое тело Адсорбцил Жидко Жидкость Жидкость Твердо-к илкост- ная Жидкость-жидко- стная Колоночная, плоскостная Колоночная, пяоскостная Жидкость на по- верхности твер- дого носителя Твердое тело Распределение Ионообменная Жилкость Жидкость Жидкость Ионный обмен Колоночная, плоскостная Колоночная, плоскостная Колоночная, плоскостная Гель-проникаю- нгая Осааочная Жидкость в по- рах геля Тверлое тело диффузия моле- кул Образование малораствори- мых соединений Образование комплексных соединений Окисление— восстановление Комплексообразо- Жилкость вательная Жидкость на поверхности твердого носителя Твердое теяо Колоночная, плоскостная Окислительно- Жидкость восстановительная Колоночная, плоскостная 346 Вытеснительный метод заключается в переносе разделяемой смеси потоком подвижной фазы — вытеснителя, сорбирующего ся лучше любого нз компонентов смеси.
При этом образуются от дельные зоны, содержащие вещества, располагающиеся в поряд ке возрастания их сорбируемости. Во фронтальном методе смесь непрерывно пропускается через слой неподвижной фазы, при этом образуются зоны, содержащи~ последовательно увеличивающееся число компонентов в порядке возрастания их сорбируемости. Существуют другие методы выполнения хроматографии, на пример, хроматермография, градиентная хроматография, вакантохроматография, хроматодистилляция и электрохроматография, В табл.
5.1 приведена классификация хроматографических ме годов разделения, учитывающая ряд признаков: агрегатное состояние подвижной и неподвижной фаз, механизм разделения, технику выполнения хроматографии. 5.1.2. Хролеатограмма. Парамеыури удержываныы Для описания колоночного варианта хроматографического процесса используют метод выходной кривой, При этом регистриругот изменение свойства потока элюата, содержащего хроматографируемое вещество.
Кривую зависимости свойства потока элюата (концентрация элюата или пропорциональная ей величина) от его объема или времени прохождения называют храмалгограммой. Хроматограммы бывают дифференциальные, показываюшие мгновенное значение какого-либо свойства потока подвижной фазы в определенный промежуток времени, и интегральные, показываюшие суммарное значение какого-либо свойства подвижной фазы за определенный промежуток времени. На рис.
5.1 представлена дифференциальная хроматограмма. Пики на дифференциальной хроматограмме соответствуют отлельньгм компонентам анализируемой смеси. Основными параметрами хроматографического пика являются его высота и ширина. Высота пика (Ь) — перпендикуляр, опушенный из максимума пика на нулевую линию. Ширина пика (н) — отрезок, отсекаемый на нулевой линии касательными к сторонам пика, рез†расстояние между точками контура пика на середине его высоты, и, — расстояние между точками контура пика на высоте гг/е, где е — основание натурального логарифма. Рггс 5 /. Дифференниальная хроматограмма: 1 — нулевая линия; 2 — пик несорбирующегося вещества; 3 — пик опрелеляемого вещества 347 Сорбционную способность хроматографируемого вещества ха рактеризуют временем удерживания га и обь мом удерживания р Временем (объемом) удерживания называют время (объем злю ента) от момента ввода пробы вешества в поток подвижной фазы до момента выхода из колонки зоны вещества с максимальной концентрацией (на хроматограмме — до максимум пика).
Обьем удерживания рассчитывают по формуле: Гга = 1я (5.1) где о — объемная скорость подвижной фазы. Время (объем) удерживания гя ((гк) хроматографируемого ве шества складывается из времени (объема) пребывания вещества в подвижной фазе го ( 1ге) и времени (объема) пребывания вещества в неподвижной фазе 1'~ (1'„), т. е. 1к = 10+1'я )ге+ г а (5.2) (5.3) (5.4) Рас ад Хроматограмма на бумаге 348 Время гназывают еще временем прохождения неудерживаемого вешества (подвижной фазы) (см.
рис, 5.1). Время (объем) 1' ( Р"я) называют приведенным временем 1'обьемоаи) удерживания. В плоскостном варианте хроматографии (рис. 5.2) в качестве характеристики удерживания используют относительную скорость передвижения хроматографической зоны Ау, определяемую отношением расстояния 1, пройденным центром хроматографической полосы (зоны) к расстоянию А, пройденному фронт~)м подвижной фазы за один и тот же промежуток времени, т. е. 5Л.З. Физико-химические основы хроматографического процесса А и С Сл а (5.5) гле Сд „и Сд „вЂ” общие аналитические концентрации всех форм хроматографируемого вещества в неподвижной и подвижной фазах, соответственно. Коэффициент распределения К зависит от природы хроматографируемого вещества и его содержания (при С< 10 з г), от природы подвижной и неподвижной фаз, температуры и давления.
При больших значениях Кд вещество продвигается по сорбенту сравнительно медленно, при малых значениях — быстро. Приведенный объем удерживания вещества ~"я связан с коэффициентом его распределения Ка и объемом неподвижной фазы га соотношением; Р,=К, )„ (5.6) Подставив значение к'к в уравнение (5.3), получаем: )„=),+К, )„ (5.7) Уравнение (5.7) описывает основную элюционную характеристику — удерживание вещества в хроматографическом процессе и справедливо для всех видов хроматографии.
Для характеристики межфазного распределения в хроматографической колонке используют коэффициент (фактор) емкости колонки (г; равный отношению масс (К) вещества в двух фазах и связанный с параметрами удерживания следующим образом: К„л и, ~; г, р' га )(7 Несорбируемому (неудерживаемому) веществу соответствует к = О. Величина (г'не зависит от геометрии колонки и при малых скоростях не зависит от скорости подвижной фазы.
Теоретически коэффициент )г' может изменяться от 0 до е. Чем больше значение )г', тем сильнее взаимодействие вещества с неподвижной фазой, тем больше продолжительность анализа. Для практики хро- 349 Скорость перемещения веществ в смеси вдоль слоя неподвижной фазы различна за счет различий их межмолекулярных взаимодействий с подвижной и неподвижной фазами. Распределение вещества между подвижной и неподвижной фазами при достижении равновесия в хроматографическом процессе характеризуют коэффициентом распределения К, равным: Рис. 5.3. Формы изотсрм сириани: ( — линейная (изотерма Генри); 2 — вы ауялая (изотерма Ленгмюра); 3 — вогнутая (5,9) СА„=К„С „ Увеличение концентрации хроматографируемого вещества в подвижной фазе не всегда приводит к росту его концентрации в неподвижной фазе, так как все вакантные места на поверхности сорбента могут быть уже заняты. Наступает момент так называемого сорбционного насыщения.
Этот процесс описывается уравнением Ленгмюра с -гс з .— *" Ь С Ан Ан" 1(-Ь.С А,и (5.10) ГдЕ (СА и)„— МаКСИМаЛЬНая КОНцЕНтрацИя ВЕщЕСтВа В НЕПОдВИж- ной фазе при заполнении всех сорбционных центров поверхно- сти неподвижной фазы; Ь вЂ” константа равновесия сорбционного процесса. 350 С,и матографии необходимо и достаточно, чтобы 1,5 < )('~ 8 При проведении хроматографического эксперимента нередко возникает ситуация, когда хроматографический ! 3 процесс сопровождается раз мыванием зон разделяемых веществ, что может привести к их перекрыванию. Поэтому основной задачей теории хро- СА, п матографии является установление законов движения и размывания хроматографических зон. В состоянии равновесия каждой концентрации вещества в подвижной фазе (СА „) отвечает определенная его концентрация в неподвижной фазе (сА н).
соотношение между равновесными концентрациями хроматографируемых веществ (при постоянной температуре) в подвижной и неподвижной фазах описывают изотермы сорбции (рис. 5.3). Изучение изотерм сорбции хроматографируемых веществ и установления межфазного равновесия позволяет оценить возможность и качество хроматографического разделения смеси веществ. При малых концентрациях сорбируемого вещества (сорбата) в условиях однородной по сорбционным свойствам поверхности сорбента сорбция подчиняется закону Генри — линейной зависимости сорбции (СА н) вещества от его концентрации в подвижной фазе (СА, о 'лг дСл „= ~с дСл (5.11) Если промежуток времени Дг бесконечно мал, то, преобразовав уравнение (5.11), получим: с~х о уг ~СА/(СА,п (5.12) где и — линейная скорость движения хроматографической зоны.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
