книга 1 (1110134), страница 58
Текст из файла (страница 58)
Эти работы связаны с именами Р.Куна, Е.Ледерера и А.Винтерштейна. Н,А.Измайлов и М.С.Шрайбер (1938) разработали метод тонкослойной хроматографии, А.Мартин и Р.Синдж (1941) предложили метод бумажной хроматографии. С 1940 г. развивается метод газоадсорбционной, с 1952 г. — газожидкостной хроматографии, предложенный А.Мартином и А.Джеймсом; чрезвычайно полезным оказался метод капил- 300 лярной хроматографии, предложенный М.Голеем (1957). Современная выоэкоффективная жидкостная хроматография начала развиваться на базе новой анники и эффективных сорбентов с 60-х годов.
Х.Смол, Т.С.Стивенс и В.Бауман (1975) предложили метод ионной хроматографии. В нашей стране эгот метод успешно развивается академиком Ю.АЗолатовым и его учениками, которые принимали активное участие в создании отечественных ионных хроматографов. Большой вклад в развитие теории и практики хроматографии внесли Н.А.Шилов, М.М.Дубинин, К.В.Чмутов, А.АЖуховицкнй, Н.Н.Туркельтауб, Б.Н.Никольский, Е.Н.Гапон, В.Г.Березкин и др. 8.1.
КЛАССИФИКАЦИЯ ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИХ МЕТОДОВ В основу общепринятых классификаций многочисленных хроматографических методов положены следующие признаки: агрегатное состояние подвижной и неподвижной фаз, механизм взаимодействия сорбент — сорбат, форма слоя сорбента (техника выполнения), цель хроматографирования. По агрегатному состоянию фаз хроматографию разделяют на газовую и жидкостную. Газовая хроматография включает гаэожидкостную и газотвердофазную, жидкостная — жидкост(ложидкостную, жидкостно-твердофаэную и жидкостно-гелевую. Первое слово в названии метода характеризует агрегатное состояние подвиж— ной фазы, второе — неподвижной. По механизму взаимодействия сорбентаисорбата можно выделить несколько видов хроматографии: расаредеяитеяьиая срожатоерафия основана на различии в растворимости разделяемых веществ в неподвижной фазе (газовая хроматография) или на различии в растворимости веществ в подвижной и неподвижной жидких фазах; иокообжеиная хрошатоерафия — на разной способности веществ к ионному обмену; адсорбциониая хрожатоерафия — на различии в адсорбируемостн веществ твердым сорбентом; зкскяюзионная хрожатоерафия — на различии в размерах и формах молекул разделяемых веществ, аффинная вро.аатоерафия — на специфических взаимодействиях, характерных для некоторых биологических и биохимических процессов.
Существуют пары веществ, реагирующих в раствоРах с высокой избирательностью, например антитело и антиген, фермент и его субстрат или ингибнтор, гормон н соответствующий рецептор, и т.п. Если одно из соединений пары удерживается ковалентной связью на носителе, то последний можно испольэовать для избирательного извлечения второго соединения пары. Этими видами не исчерпываются все механизмы разделения, на- 301 пример существует осадочков кроматосрауэия, основанная на образова нии отличающихся на растворимости осадков разделяемых веществ с сорбентом, адсорбциоико-комиясксообраэооатеяъиая, основанная на образовании координационных соединений разной устойчивости а фазе илн на поверхности сорбента, и др. Следует помнить, что классификация по механизму весьма условна: ее используют в том случае, если известен доминирующий механизм; часто процесс разделения протекает сразу по нескольким механизмам.
По т е х н и к е в ы п о л н е н и я выделяют кояокоикую хроматографию, когда разделение проводится в специальных колонках, и ияоскосткую хроматографию, когда разделение проводится на специальной бумаге (бумажкам хроматография) или в тонком слое сорбента (тоикосяойная хроматография). По ц е л и хроматографирования выделяют аиаяитиисскую хроматографию (качественный и количественный анализ); ареааратиоиую хроматографию (для получения веществ в чистом виде, для концентрирования и выделения микропримесей); ароммисасниую (производственную) хроматографию для автоматического управления процессом (при этом целевой продукт из колонки поступает в датчик). Хроматографию широко используют для исследования растворов, каталитических процессов, кинетики химических процессов и т.п. 8.2.
СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ХРОМАТОГРАММ Подвижную фазу, вводимую в слой неподвижной фазы, называют эяюектом,' а подвижную фазу, выходящую из колонки и содержащую разделенные компоненты, — эяюато.и. В элюате тем или иным способом определяют содержание компонентов. Распределение разделяемых веществ в виде отдельных полос (зон) вдоль колонки представляет собой внутреннюю хроматограмму (рис.
8.2, а). Графическое изображение (часто получаемое с помощью самописца) распределения веществ в элюате называют внешней хроматограммой, или просто хроматограммой. По с п о с о б у п о л у ч е н и я хроматограмм различают элюентную, вытеснительную и фронтальную хроматографии. Элюентная (проявительная) хроматография. Хроматографическую колонку промывают элюентом (раствором или растворителем), обладающим меньшей сорбируемостью, чем любое из разделяемых веществ. Затем в колонку вводят разделяемые вещества, растворенные в элюенте, и продолжают непрерывно пропускать элюент (процесс элюирования).
При этом разделяемые вещества перемещаются вдоль колонки с 302 и Ю д Рнс.а.2. Внутренние н внешние хроматсграммы, полученные метсном елыенгной (а), еытесннтельнсй (6) н фрснтвтьной (е) хроматографии (соронруемосп веществ увеличивается е ряду А < В < С) разными скоростями в соответствии с их сорбнруемостью. Если скорости перемещения компонентов достаточно различаются, то на выходе из колонки сначала появляегся наименее сорбнруемый компонент, затем следующий компонент и т.д.
В этом случае хроматаграмма представляет собой несколько пиков, имеющих форму гауссовой кривой (см. рис, 8.2, а). Самый простой вариант этого метода — злюированне (иэоиратическин режиж), при котором состав злюента не меняется в процессе элюирования. Это возможно при разделении соединений с близким сродством и неподвижной фазе. В некоторых случаях используют ступенчатое или градиентное элеоироеание, при котором состав элюента изменяется ступенчато (дискретно) или непрерывно. В этом случае злюирующая сила подвижной фазы возрастает, в результате чего сокращается время удерживания сильно сорбируемых веществ и улучшается разделение смеси.
В дальнейшем будем рассматривать только элюентную хроматограФию как наиболее распространенную в современном хроматографическом анализе. Кратко остановимся на других способах получения хроматограмм. 303 Вытеснительиая хроматография. Сначала в колонку вводят небольшое количество раствора разделяемых веществ. Затем через колонку непрерывно пропускают раствор вещества (вытеснитель), обладающего большей сорбируемостью, чем любое из разделяемых веществ (рис.
8.2,4). По мере продвижения по колонке эпюент вытесняет вещество С, которое в свою очередь вытесняет вещество В, и т.д. В результате анализируемая смесь перемещается впереди фронта вытеснителя и скорость движения веществ равна скорости двюкения вытеснителя. Разделяемые вещества и на колонке„и в элюате располагаются последовательно друг за другом.
Каждый из компонентов выделя:— ется в чистом виде, но не количественно, так как зоны компонентов не разделены промежутками чистого сорбента. Фронтальная хроматография. В колонку непрерывно вводят раствор разделяемых веществ, которые распределяются в колонке в соответствии с сорбируемостью. Из колонкк сначала будет вытекать чистый растворитель, затем, когда сорбент насытится менее сорбируемым веществом А, оно появится в элюате. Когда сорбент насытится вторым, менее сорбируемым веществом В, элюат будет содержать оба эти вещества и т.д. (рис.
8.2,е). Когда же сорбент будет полностью насыщен всеми компонентами смеси, состав эпоата совпадет с составом раствора, вводимого в колонку. При фронтальном способе получения хроматограммы в чистом виде можно выделить лишь одно вещество. Однако внешняя хроматограмма дает представление о числе компонентов в анализируемом растворе. 8.3. ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЕ ПАРАМЕГРЫ На рис. 8.3 представлена идеализированная хроматограмма смеси двух веществ. По оси абсцисс отложено время хроматографирования (можно отложить объем элюата), по оси ординат — аналитический сигнал, зависящий от концентрации веществ в элюате (отклик А). Рассмотрим основные хроматографические параметры, характеризующие поведение вещества в колонке. Время от момента ввода анализируемой пробы до регистрации максимума пика называют врюиекеж рдерживакпя (элюкровакия) 1л. Время удерживания складывается из двух составляющих — времени пребывания вещества в подвижной ги и неподвижной ~, фазах: (и Значение г„, фактически равно времени прохождения через колонку несорбируемого компонента.
Значение 1д не зависит от количества пробы, но зависит от природы вещества и сорбента, а также упаковки сорбента и может меняться от колонки к колонке. Поэтому для харак- 304 йРЬ-6 яю'нврГлг ввл.6ву рис.з.з. Хрвмвхогрвмма смеси двух веществ теристики истинной удерживающей способности следует ввести нс- врввясннлв враля удерживания Г ч (8.2) Для характеристики удерживания часто используют понятие удерлснвае илло вбъсжа Рп — объем подвижной фазы, который нужно нропустить через колонку с определенной скоростью, чтобы элюировать вещество: (8.3) рнхе Спг, где г' — объемнаи скорость потока, смв с '.
Объем для вымывания несорбируемого компонента выражается через ва. 'Га = 1мр. Исяравяенный удержнвагимй лбъеа соответственно равен р„'= ул — р. (8.4) При постоянных условиях хроматографирования (скорость потока, давление, температура, состав фаз) значения хй и рп строго воспроизводимы и могут быть использованы для идентификации веществ. Массу вещества, вымываемого из колонки, можно найти по площади под кривой злюирования: и = /сИр, в где с — концентрация, ммоль/мл; à — объем, мл.
Полезным параметром в хроматографии может быть коэффициент удерживания (замедления) а — отношение скорости движения вещества к скорости движения подвижной фазы: Фн Для неудерживаемого вещества гн = 1а и 11 = 1. Если время пребыва- ния в подвижной и неподвижной фазах одинаково (1в = 1,), то Л = = 0,5. Очевидно, что 11 можно выразить через Ун: (8.6) Любой процесс распределения вещества между двумя фазами характеризукгг коэффициентом распределения д (см. гл.
7). В данном случае й = с,/се, где се и с, — концентрации вещества в подвижной и неподвижной фазах соответственно. Коэффициент распределения связан с хроматографическими параметрами. Действительно, отношение времени пребывания вещества в неподвижной и подвижной фазах равно отношению количеств вещества в фазах с Г сауа — = — =Ю вЂ”.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
