Д.Г. Кнорре, Л.Ф. Крылова, В.С. Музыкантов - Физическая химия (1134491), страница 74
Текст из файла (страница 74)
В первом случае распределение происходит за счет растворения компонентов газовой смеси в адсорбированной пленке жидкости. Соотношение между концентрацией компонента в пленке адсорбированной жидкой фазы и концентрацией (нарциальным давлением) его в газовой фазе при условии равновесия между подвижной и неподвижной фазамн определяется законом Генри (й !З.З). Поскольку растворимость газов и паров сильно зависит от природы растворителя, то варьирование жидкой фазы представляет практически неисчерпаемые возможности для подбора условий разделения летучих веществ. Распределительная газовая хроматография обычно называется газожидкостной (ГЖХ).
Жидкостная распределительная хроматография предполагает использование в качестве подвижной и неподвижной фаз двух несмешивающих жидкостей, находящихся в равновесии друг с другом. Поясним это на примере двух жидкостей — воды и бутилового спирта. Хотя они и не смешиваются между собой, ио вода растворяет некоторое количество бутилового спирта, а последний растворяет некоторое количество воды. В равновесии могут находиться насыщенный раствор бутилового спирта в воде и бутиловый спирт, насыщенной водой. Первый является гидрофильным, а второй— гидрофобным компонентом двухфазной системы.
Если использо- ззз вать в качестве неподвижной фазы гидрофильный носитель, например целлюлозу, то вода, обладающая большим сродством к носителю, чем бутиловый спирт, будет выступать в качестве неподвижной фазы, а бутиловый спирт — в качестве подвижной. В этом случае соотношение концентраций компонента в подвижной и неподвижной фазах при условии равновесия между фазами определяется его коэффициентам распределения, который в свою очередь связан с растворимостью компонента в этих фазах (см. $13.3).
Как и в случае газожидкостной хроматографии, варьирование растворимости путем подбора соответствующих фаз открывает неисчерпаемые возможности для подбора условий разделения смесей. При ионообменной хроматографии распределение происходит в результате ионного обмена (см. й 8.5) между неподвижным испитом и перемещающимся относительно него раствором разделяемых веществ. Последние должны иметь заряд. В качестве примера можно привести разделение аминокислот на катионнтах. Такое разделение широко используется в биохимии, когда необходимо определить, из каких аминокислот состоит какой-либо белок и в каком отношении находятся в нем эти аминокислоты. Кипячением с соляной кислотой белок разрушается до аминокислот, и полученная смесь наносится на катионит.
Устанавливается ионообменное равновесие Р— ЯО-., Н,О++ХН+СНКСООН -Р— ЯО; ИН+С НКСООН+НзО+ где Р— Ь΄— — обозначение катионита с одним из его катионообменных центров, в данном случае сульфогруппа; через точку отделен связанный с этим центром обмениваемый катион. Разные аминокислоты отличаются строением бокового радикала Я. Чтобы обеспечить перемещение аминокислот вдоль неподвижной фазы, нужно вести элюрование раствором, содержащим катионы, которые способны вытеснить аминокислоту в раствор, например какие-либо соли натрия. В этом случае будет происходить ионный обмен по уравнению Р— ЯО,— Х Н+СНКСОО Н+ Ха+ ~ Р— ЯО;)ч а++ МН+СНКСООН Если использовать в качестве неподвижной фазы частицы по- перечно-сшитого набухающего полимера, то в определенном диапазоне размеров молекул растворенных веществ они будут по-разному распределяться между свободным объектом подвижной фазы и внутренними областями частиц.
Чем больше размер молекул, тем меньше число пор в сшитом полимере доступно для этих молекул н, следовательно, тем слабее они будут удерживаться неподвижной фазой. В этом случае вещества в ходе прохождения через колонкг с частицами такого набухшего полимера — геля будут разделяться 339 по размеру за счет огромного ситового эффекта. Такой вид хроматографии известен как гель-хроматография. В качестве неподвижной фазы используют либо поперечно-сшитые полимерные сахара, либо полиакриламидные гели, Поглощение компонентов смеси неподвижной фазой часто называют собирательным термином — сорбция, а саму неподвижную фазу — сорбентом.
Сорбент, равно как и состав подвижной фазы при жидкостной хроматографии, подбирается для каждой задачи таким образом, чтобы все разделяемые компоненты достаточно сильно различались по скорости перемещения и используемой хроматографической системе. Помимо четырех описанных выше существуют и используются некоторые другие, более специализированные принципы распределения между подвижной и неподвижной фазами. Их рассмотрение можно найти в специальных руководствах по хроматографии. По конструктивному оформлению хроматографические системы могут быть колоночные илн плоскостные. При колоночной хроматографии неподвижная фаза помещается в трубку, через которую пропускается подвижная фаза.
В газовой хроматографии используют длинные трубки, изогнутые для создания компактной конструкции. При жидкостной хроматографии, чтобы избежать поворотов на пути жидкой фазы„создающих дополнительное гидродинамическое сопротивление и ухудшающих профили зон, образуемых разделяемыми веществамн, используют прямолинейные трубки — колонки. Прн плоскостной хроматографии неподвижная фаза (целлюлоаа, силнкагель, оксид алюминия) в виде тонкого мелкодисперсного слоя наносится на стеклянную или металлическую пластинку.
На этот слой в виде неболыпого пятна илн полоски наносится разделяемая смесь и затем самотоком, за счет впитывания в поры тонкого слоя, пропускается элюирующий растворитель. Этот метод известный как тонкослойная хроматография (ТСХ), очень прост в аппаратурном оформлении, поскольку требует лишь наличия закрытой камеры, предотвращающей испарение подвижной фазы, и сосуда с элюентом, в который погружают пластинки. Второй вариант плоскостного метода, особенно широко применявшегося на заре развитии хроматографии,— хроматография на бумаге, при которой роль тонкого слоя выполняет специально приготовленная хроматографическая бумага, способная медленно впитывать элюент.
Прн хроматографии чаще всего приходится иметь дело с неокрашенными веществами, и поэтому важным элементом метода является регистрация разделяемых зон. В колоночном варианте эту регистрацию проводят при выходе вещества из колонки. В газовых хроматографах на выходе измеряют какое-либо физическое свойство газа, изменяющееся, если в газе-носителе появляется доста- 340 точное количество какого-либо постороннего вещества Одним из удобных для измерения свойств является теплопроводность газа. Для ее измерения на выходе из системы помещают нагреваемую электрическим током нить нли спираль.
Ухудшение теплопроводности за счет появления посторонних молекул замедляет передачу теплоты стенкам трубки, по которой проходит анализируемый газ, что приводит к повышению температуры проводника и тем самым к изменению его сопротивления. Последнее регистрируется с помощью подключенного к системе самописца или цифрового электроизмерительного прибора. Рис. 93. Профиль алюкии иоиооамеикоа хроматографии смеси олигомеров, ио«троекиых иа остатков иуклеотида— адеииловоа кислоты, отличающнхси числом авеиьев: Ипйрепи около иекотормк пиков отмечено число поиоиеримк вееаьев; оеп — оптическск платность при Х МО ии В случае жядкостной хроматографии чаще всего используется либо измерение показателя преломления, либо, если разделяемые вещества обладают характерными электроннымн спектрами поглощения, измерение оптической плотности при определенной длине волны вытекающего из колонки раствора.
Результатом таких намерений является зависимость измеряемого физического свойства от времени или от объема подвшкной фазы, прошедшего через ко- 241 лонку. Графическое изображение этой зависимости назынают профилем элюции (рнс. 93). Количественной характеристикой поведения компонента в хроматографнческой системе может служить время пребывания его в системе от момента начала элюцни до момента выхода нз колонки, называемое временем удерживания. Эта велнчнна для некоторого вещества зависит как от хнмнческой природы используемой системы, так н от размеров колонки и скорости тока элюента.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
