Студопедия — III. Характеристика различных видов хроматографического метода анализа
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

III. Характеристика различных видов хроматографического метода анализа






1. Адсорбционно-жидкостная хроматография – разделение жидких веществ, вследствие различной адсорбируемости их на сорбенте. Вещества по силе сорбируемости на данном сорбенте образуют адсорбционный ряд: A > B > C. Каждый из членов адсорбционного ряда, обладая большим адсорбционным сродством, чем последующий, вытесняет его из соединения и, в свою очередь, вытесняется предыдущим. Таким образом, можно разделить молекулы неэлектролитов.

2. Газо-адсорбционная хроматография - разделение смеси газов на твердом сорбенте. В качестве сорбента (неподвижной фазы) используют активное дисперсное твердое вещество: активный уголь, силикагель, цеолиты и др. В качестве подвижной фазы, в которой содержится разделяемая смесь газов, применяют газоноситель: аргон, воздух, азот, гелий, водород и др. Исследуемая смесь газов, передвигаясь вместе с газом-носителем вдоль колонки, разделяется на отдельные компоненты вследствие различной их адсорбируемости.

Газовая хроматография на модифицированном сорбенте основана на том, что неподвижной фазой служит твердый адсорбент, модифицированный небольшим количеством жидкости. В этом случае играют роль как адсорбция на твердом веществе, так и растворимость в модифицирующей жидкости.

3. Газо-жидкостная хроматография - разделение газовой смеси вследствие различной растворимости компонентов пробы в жидкости или различной стабильности образующихся комплексов. Неподвижной фазой служит жидкость, нанесенная на инертный носитель, подвижный – газ.

Этот вариант газовой хроматографии по существу физико-химического процесса разделения относится к распределительной хроматографии.

4. Распределительная хроматография – разделение веществ, вследствие их различного распределения между двумя жидкими фазами, одна из которых неподвижна, а другая – подвижна. С количественной стороны это распределение характеризуется коэффициентами распределения между двумя растворителями. Применение твердого носителя обуславливается необходимостью сделать одну фазу неподвижной. В качестве неподвижной фазы чаще всего используют воду, реже – другие растворители.

5. Ионообменная хроматография – разделение веществ, основанное на обратимом обмене ионов, содержащихся в растворе, на ионы, входящие в состав ионообменника. Образование хроматограмм при этом происходит вследствие различной способности к обмену ионов хроматографируемого раствора. В качестве вымываемого вещества применяют растворы электролитов. Для вымывания анализируемых веществ из колонки применяют различные способы обработки хроматограмм.

6. Осадочная хроматография – разделение веществ, вследствие образования малорастворимых осадков в определенном порядке, который обуславливается их растворимостью. По мере фильтрации раствора через осадочно-хроматографическую колонку, содержащую осадитель, многократно повторяются элементарные процессы образования и растворения осадков, что обеспечивает разделение веществ. Растворимость осадков и произведение растворимости (или активности), как характеристика этого свойства осадков, выступает как основной закон осадочной хроматографии. Возможность повторения элементарного процесса обеспечивается закреплением осадков в месте их образования, в противном случае осадки будут сползать вниз по колонке и хроматограмма не образуется.

7. Редокс-хроматография – разделение веществ, вследствие неодинаковой скорости окислительно-восстановительных реакций, протекающих в колонке. Разделение веществ обусловлено соответствующими редокс-потенциалами реагирующих веществ. Колонку, содержащую восстановитель, называют восстановительной, содержащую окислитель – окислительной. При хроматографировании раствора восстановителей на окислительной колонке зоны располагаются сверху вниз в порядке возрастания их окислительно-восстановительных потенциалов, на восстановительной – наоборот.

8. Адсорбционно-комплексообразовательная хроматография – разделение веществ, вследствие различия в константах устойчивости соответствующих комплексных соединений, образующихся в колонке. В качестве носителя используют сорбент, удерживающий комплексообразователь и продукты его реакции с исследуемыми веществами. Образующиеся комплексные соединения поглощаются носителем вследствие большой прочности связи между молекулами комплекса и поверхностью носителя. В качестве комплексообразующих реагентов применяют диметилглиоксим, 8-оксихинолин, таннин и др.

3.1. Адсорбционная хроматография

 

В адсорбционной хроматографии разделение компонентов смеси производится следующим образом: раствор смеси веществ проводят через вертикальную колонку с адсорбентом, а затем медленно пропускают через нее чистый растворитель. При промывании колонки растворителем компоненты смеси продвигаются вниз по колонке с различной скоростью, обусловливаемой степенью их сродства к адсорбенту. Благодаря этому происходит распределение растворенных веществ по высоте колонки в виде колец или зон, то есть происходит проявление хроматограммы.

Последующая обработка хроматограммы может производиться двумя способами:

· Адсорбированные вещества элюируют, то есть вымывают растворителями из колонки и собирают в виде отдельных фракций растворов (элюатов).

· Отсасывают полностью растворитель из колонки (в вакууме), вынимают сухой адсорбент (выталкивая столбик адсорбента или разрезая по зонам колонку с адсорбентом) отделят образовавшиеся зоны и экстрагируют из каждой адсорбированное вещество подходящим растворителем.

Когда при элюировании хроматограммы обнаруживается, что растворитель уже не вымывает заметных количеств вещества – то заменяют его другим. А обычно растворители, применяемые для элюирования нейтральных соединений, чередуют в следующем порядке: легкий петролейный эфир (точка кипения ниже 80 градусов), бензол, хлороформ, эфир, ацетон, спирт, уксусная кислота. Обычно в менее полярном растворителе адсорбированное вещество удерживается на адсорбенте более прочно и элюирование часто достигается при замене менее полярного растворителя более полярным. Большинство адсорбированных веществ удаляется метиловым или этиловым спиртом. Часто является достаточным добавление растворителю этих спиртов в количестве 0,2 – 0,5%.

Аппаратура, используемая в адсорбционной хроматографии, проста и некоторые общие типы ее показаны на рисунке 1.

На рисунке 1а трубка для адсорбента заканчивается внизу шлифом (или резиновой пробкой), соединяющим ее с пришлифованной (или простой) воронкой, вставляемой в колбу для отсасывания: в низ трубки вставляется пробка из хлопчатой или стеклянной ваты, или фильтрующая пластинка (фарфоровая или стеклянная сетка или крупнопористой стеклянный фильтр), в которой удерживается адсорбент. В таком приборе можно легко выталкивать столбик адсорбента, а раствор может протекать через колонку и при слабом отсасывании.

На рисунке 1б изображен прибор, позволяющий проводить хроматографирование при несколько повышенном давлении.

При жидкостном хроматографировании и элюировании зон в обычных условиях может применяться обыкновенная бюретка с тампоном из хлопчатой или стеклянной ваты для удержания адсорбента (рис. 1в).

Адсорбенты, применяемые для жидкостной хроматографии весьма разнообразны. Наибольшее применение находит активированная окись алюминия, используемая для разделения нейтральных и основных веществ. Силикагель применяется для хроматографирования кислых веществ. Окись магния, сернокислый магний и углекислый магний, а также гидрат окиси кальция и углекислый кальций, глюкоза, лактоза и др. также используются в хроматографии в качестве адсорбентов.

Обычно применяется от 20- до 30-кратного весового количества адсорбента по отношению к весу смеси, подлежащей хроматографическому разделению, и трубка, у которой отношение диаметр: высота слоя адсорбента ~ 1: 20.

Наполнение адсорбционной колонки. Приступая к наполнению колонки, следует помнить, что удовлетворительные результаты при хроматографировании получаются лишь в тех случаях, когда колонка наполнена адсорбентом вполне однородно.

Наполнение колонки производится адсорбентом с величиной частиц 60 – 80 меш и выполняется по одному из следующих способов.

Сухой способ наполнения. Колонку промывают горячей хромовой смесью, затем дистиллированной водой и высушивают. В низ колонки помещают рыхлую пробку из ваты или фильтрующие пластинки, устанавливают колонку вертикально и небольшими порциями вносят адсорбент. Первая порция адсорбента (обычно 3 – 4 см по высоте колонки) должна вдвое превышать каждую из последующих. Каждую порцию адсорбента сначала уплотняют энергичным постукиванием выше слоя его резиновой пробкой, надетой на стеклянную палочку, а затем прессуют ровно обрезанной палочкой, либо стеклянным или деревянным пестиком, если диаметр трубки превышает 10 мм. Около 1/5 –1/3 части трубки над адсорбентом оставляют незаполненной.

Затем адсорбент увлажняют растворителем, снова прессуют пестиком и тщательно выравнивают поверхность адсорбента под слоем растворителя. Выравнивание поверхности абсорбента необходимо по тому, что иначе образуются неровные полосы, причем неровность их будет еще более увеличиваться при промывании.

После этого на расстоянии 1 см от поверхности адсорбента помещают рыхлую пробку из ваты, которая должна предохранять поверхность адсорбента от возможных нарушений.

В колонке, подготавливаемой к работе таким путем, адсорбент с момента увлажнения должен все время оставаться покрытым слоем растворителя; после установки над адсорбентом пробки из ваты высота слоя растворителя над адсорбентом должна быть не менее 5-7 см.

Влажный способ наполнения.

· Адсорбент и растворитель помещают в делительную колонку, снабженную хорошо действующей механической мешалкой. В делительную воронку наливают растворитель и всыпают адсорбент. При энергичном размешивании образуется суспензия адсорбента в растворителе, которой дают затем стекать в чистую сухую колонку, не прекращая размешивания и все время постукивая по колонке широкой стороной линейки, чтобы облегчить удаление пузырьков воздуха. После этого смывают растворителем адсорбент со стенок колонки.

Адсорбент, осаждающийся под действием силы тяжести, образует плотно упакованный столбик. На расстоянии 1 см от поверхности адсорбента помещают рыхлую пробку из ваты. Слой растворителя над адсорбентом должен быть не менее 5-7 см высоты.

При таком и нижеописываемом способе заполнения обычно получается ровная поверхность адсорбента.

· Бюретку или стеклянную трубку, снабженную краном, заполняют наполовину растворителем и проталкивают рыхлую пробку из ваты через растворитель в низ колонки стеклянной палочкой. Затем небольшими порциями вносят адсорбент, постукивая по бюретке, как указано выше. Новую порцию адсорбента вносят только после того, как осядет предыдущая. Затем смывают стенки бюретки растворителем, помещают над адсорбентом пробку из ваты, как описано выше, и доливают столько растворителя, чтобы слой его над адсорбентом был высотой 5-7 см.

Хроматографирование

В наполненную адсорбентом колонку вставляют на пробке капельную воронку и осторожно приливают из нее раствор смеси веществ в подходящем растворителе. Когда раствор почти полностью протечет через колонку с адсорбентом, вливают в воронку чистый растворитель и начинают проявление хроматограммы.

Если вещества окрашенные, то за их разделением следят по образованию окрашенных полос, и если полосы достаточно хорошо разделились, то проявление прекращают и приступают либо к механическому разделению хроматограммы, либо к элюированию.

Если предстоит механическое разделение хроматограммы, то дают растворителю полностью стечь из колонки, выталкивают деревянным пестиком весь столбик адсорбента на стекло и разрезают его ножом по зонам (иногда разрезают по зонам всю трубку с хроматограммой). Затем адсорбированное вещество каждой зоны экстрагируют подходящим растворителем, отфильтровывают адсорбент и, выпаривая растворитель выделяют вещество.

Если предстоит элюирование хроматограммы, то продолжают прибавление того же растворителя, отбирая определенное количество фракций раствора и следя за ходом элюирования по весу остатка, оставшегося после испарения растворителя.

Если растворитель больше не элюирует адсорбированное вещество, то заменяют его другим, более действенным.

В случае разделения бесцветных веществ элюирование становится необходимостью, так как лишь в некоторых случаях можно определить зоны адсорбированных веществ, прибегая к облучению УФ – светом.

 

3.2. Газовая хроматография

При газохроматографических методах пользуются исключительно техникой элюирования, получая таким образом внешние хроматограммы. Принципиальное устройство аппаратуры для газовой хроматограммы показано на рисунке 2.

Основной частью установки служит разделительная колонка; она состоит из заполненных носителем трубок, которые при адсорбционной газовой хроматографии имеют диаметр 1 – 10 мм и длину от нескольких сантиметров до сотни метров. При распределительной газовой хроматографии трубки имеют диаметр 0,01 – 10 мм и длину до 10 км. В качестве носителей служат инертные материалы – кизельгур, молотый кирпич, на которые наносят тонкий слой неподвижной жидкой фазы (силиконовое масло, сквален, альезон, бензохинолин и др.) при использовании капиллярных колонок жидкая фаза располагается в виде тонкой пленки непосредственно на внутренних стенках капилляра.

Пробы, предназначенные для газохроматографического разделения, являются, как правило, газообразными или жидкими, но могут быть и твердыми, если их можно испарить без разложения до 400 0С. Газы или пары пропускают через колонку в токе газа – носителя (азот, гелий, аргон и даже водород) и регистрируют зависящие от времени или объема сигнала.

Время удерживания или удерживаемый объем, обратно пропорциональные значениям Ri, не являются характеристическими величинами; они зависят от условий температуры и давления в колонке и от природы стационарной фазы. Лишь учет всех этих факторов дает абсолютные значения эффективного или удельного удерживания VR0. Однако его чаще относят к аналогичному значению для эталонного вещества и получают таким образом относительное удерживание

VRотн = tR / tR, S t = VR / VR, S t

Выходящая из колонки смесь газов регистрируется детектором. С большого числа различных детекторов наибольшее распространение получили детектор по теплопроводности (ТД) и пламенно-ионизационный детектор (ПИД), способ действия которого основан на увеличении ионного тока водородного пламени вследствие ионизации компонентов, содержащих связь С-Н.

Для соединений, обладающих сродством к электрону, например летучих комплексов металлов, специально создан электронно-захватный детектор. Он весьма чувствителен и позволяет открывать после разделения неорганические вещества.

Эффективность газовой хроматографии может быть повышена путем непрерывного изменения температуры или скорости газа во время элюирования.

Газовая хроматография – главным образом метод разделения. Однако по площади пиков регистрируемых детектором сигналов можно получить представление и о количествах находящихся в исходной смеси компонентов. Заключения о природе этих составных частей, как правило, возможны лишь после дальнейшего анализа выделенных из смеси фракций.

 

3.3. Жидкостная хроматография

Хроматографические методы с жидкой подвижной фазой на практике различают по форме и виду применяемой твердой стационарной фазы или твердого носителя для неподвижной жидкой фазы, а именно, хроматография на колонке (КХ); хроматография в тонком слое ( тонкослойная (ТСХ)); хроматография на бумаге (БХ), причем две последних можно рассматривать как особые двухмерные варианты трехмерной хроматографии на колонке («открытые колонки»). Одномерные варианты представлены хроматографией на нитях и капиллярной хроматографией.

В основе разделения лежат сложные процессы, в которых совместно осуществляются несколько принципов разделения. В табл. 1 приведены наиболее употребительные в жидкостной хроматографии носители и адсорбенты. Способы, в основе которых положен принцип просеивания, относится к гель-хроматографии (гель-проникающей хроматографии), а при определенном размере пор – к способу молекулярного отсеивания (молекулярно-ситовой способ).

Если неподвижная фаза – твердая, обычно преобладает адсорбция; жидкую неподвижную фазу (воду, органические растворители) наносят на твердые носители, которые удерживают ее адсорбционно, частично при набухании. Вследствие этого адсорбционные и распределительные равновесия до известной степени всегда сосуществуют.

На хроматографических колонках обычно работают с макроколичествами. Общая схема прибора для хроматографии на колонке показана на рис. 3. Обнаружение различающихся фракций осуществляют специальными приборами, большей частью обычными способами – потенциометрическим, кондуктометрическим, диэлькометрическим методом, рефрактометрией, поляриметрией, флуориметрией и, наконец, радиометрическим.

Для разделения милли - и микроколичеств особенно удобна хроматография в тонком слое, так же как и ее разновидность – хроматография на тонком слое целлюлозы (на бумаге) или реже – на стеклянном волокне.

В обоих методах подлежащую исследованию пробу наносят микропипеткой на место старта. На рис.4 показаны различные способы хроматографии на бумаге. Разделение можно сделать еще более эффективным, если выполнить второе разделение в направлении, перпендикулярном первоначальному, пользуясь другим растворителем (двумерная хроматография). Этим способом удалось, например, отделить значительное число аминокислот или алкалоидов друг от друга.

Особую разновидность горизонтального метода представляет собой способ хроматографии с круговой печью по Вейсу. Для нее применяют прибор с обогревом, дающие, кроме того, возможность работать с газообразными реактивами. Этим способом хорошо удается разделять неорганические катионы и анионы.

В тонкослойной хроматографии чаще всего пользуются восходящим способом. Обнаружение невидимых компонентов проводят с помощью цветных реакций после опрыскивания жидкими реактивами, а выделение – вырезанием пятен из бумажной хроматограммы или соскребанием тонкого слоя адсорбента и элюированием из него. Для однозначной идентификации необходимо одновременное хроматографирование эталонных образцов.

3.4. Распределительная хроматография

Распределительная хроматография основывается на различии коэффициентов распределения компонентов разделяемой смеси между двумя несмешивающимися растворителями. Твердый носитель пропитывают одним из применяемых растворителей, называемым в этом случае неподвижным растворителем: так, например, пропитывают водой силикагель или используют сорбированную воду на бумаге. Исследуемую смесь растворяют во втором растворителе, называемом подвижным растворителем и пропускают раствор через колонку, а в случае применения бумаги непрерывно смачивают ее раствором в условиях, исключающих возможность даже частичного испарения растворителя.

В колоночной распределительной хроматографии промывают затем колонку чистым растворителем; при этом происходит распределение компонентов смеси и их разделение, после чего их элюируют подходящими растворителями.

В случае бумажной хроматографии, используемой главным образом для качественного анализа смесей органических веществ, полученную хроматограмму обрабатывают раствором реагента, образующего с исследуемыми веществами окрашенные соединения. В результате этого в том месте, где сосредоточилось вещество, появляется окрашенное пятно.

При выборе твердого носителя для распределительной хроматографии предпочтение следует отдавать тому, который имеет минимальное адсорбционное сродство с исследуемым растворенным веществам.

 







Дата добавления: 2015-09-07; просмотров: 973. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Композиция из абстрактных геометрических фигур Данная композиция состоит из линий, штриховки, абстрактных геометрических форм...

Важнейшие способы обработки и анализа рядов динамики Не во всех случаях эмпирические данные рядов динамики позволяют определить тенденцию изменения явления во времени...

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА Статика является частью теоретической механики, изучающей условия, при ко­торых тело находится под действием заданной системы сил...

Теория усилителей. Схема Основная масса современных аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств выполняется на специализированных микросхемах...

Образование соседних чисел Фрагмент: Программная задача: показать образование числа 4 и числа 3 друг из друга...

Шрифт зодчего Шрифт зодчего состоит из прописных (заглавных), строчных букв и цифр...

Краткая психологическая характеристика возрастных периодов.Первый критический период развития ребенка — период новорожденности Психоаналитики говорят, что это первая травма, которую переживает ребенок, и она настолько сильна, что вся последую­щая жизнь проходит под знаком этой травмы...

Машины и механизмы для нарезки овощей В зависимости от назначения овощерезательные машины подразделяются на две группы: машины для нарезки сырых и вареных овощей...

Классификация и основные элементы конструкций теплового оборудования Многообразие способов тепловой обработки продуктов предопределяет широкую номенклатуру тепловых аппаратов...

Именные части речи, их общие и отличительные признаки Именные части речи в русском языке — это имя существительное, имя прилагательное, имя числительное, местоимение...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.012 сек.) русская версия | украинская версия