16. Хроматографические методы разделения и идентификация веществ

Термин «хроматография» /chroma/греч./ - цвет, краска/ был предложен в 1904г. русским ботаником М.С.Цветом, показавшим, что при пропускании через слой сорбента растительных пигментов они разделяются, образуя ряд окрашенных зон. Отличительной чертой хроматографического разделения и анализа смесей является распределение отдельных компонентов между двумя фазами - неподвижной и подвижной /элюент/, протекающей через неподвижную.

При разделении и анализе веществ наибольшее распространение получили методы газовой, жидкостной, молекулярно-ситовой, бумажной, тонкослойные и ионообменной хроматографии. В таблице 16.1 приведены основные характеристики этих методов.

Таблица 16.1

Важнейшие виды хроматографии

Хроматография	Подвижная фаза	Неподвижная фаза	Форма применения	Механизм разделения
Газожидкостная	газ	жидкость	колонка	распределительный
Газо­адсорбционная	//	твердая	//	адсорбционный
Жидкостно-жидкостная	жидкость	жидкость	//	распределительный
Жидкостно-адсобционная	//	твердая	//	адсорбционный
Бумажная	//	бумага	полосы, листы	распределительный или адсорбционный
Тонокослойная	//	твердая	тонкий слой	адсорбционный
Ионообменная	//	//	колонка	ионный обмен
Молекулярно-ситовая	//	//	//	молекулярно-ситовой

Как правило, наиболее эффективен в хроматографии так называемый элюентный анализ. Суть его в том, что, например, через колонку, заполненную сорбентом /поглотителем/, непрерывно пропускают элюент - газ или жидкость. Подвижная фаза служит в этом случае только для перемещения растворенного вещества анализируемой смеси, а разделение происходит благодаря различному сродству определяемых компонентов к неподвижной фазе. При однократном введении пробы компоненты начинают перемещаться через колонку с различными скоростями, образуя отдельные зоны сорбции. Выходная кривая /хроматограмма/ будет представлять собой ряд отдельных «пиков». Количество пиков равно числу компонентов, если достигается их полное разделение, при этом время выхода отдельного компонента из колонки /«время удерживания»/ может быть качественной характеристикой вещества, а площадь под пиком - его количественной характеристикой.

Газовая хроматография /газо-адсорбционная хроматография/ - вариант хроматографии, в которой разделение производится с помощью подвижной газовой фазы, проходящей вместе с анализируемой смесью над твердым сорбентом. В качестве сорбента используют силикагели, алюмогели, молекулярные сита, пористые полимеры и другие сорбенты, а в качестве газа-носителя /элюента/ - гелий, аргон или азот.

Газожидкостная хроматография. Здесь неподвижной фазой служит нелетучая жидкость /высококипящие углеводороды, сложные эфиры, силиконы и др./, нанесенные в виде пленки на твердый носитель /например, цеолит, пемзу, огнеупорный кирпич, кизельгур/. Используемую пробу вводят в колонку в виде пара, после чего компоненты, имеющие разную растворимость в стационарной /неподвижной/ жидкой фазе, распределяются между фазой и газом-носителем по закону равновесия /закон Генри/. Чем больше растворимость компонента в жидкой фазе, тем больше время удерживания этого компонента.

Жидкостная хроматография существует в виде жидкостной адсорбционной или жидкостной распределительной хроматографии. В жидкостно-адсорбционной хроматографии используется различное сродство компонентов смеси к твердому сорбенту, взятому в качестве неподвижной фазы. В жидкостной распределительной хроматографии используется различная растворимость /распределение/ веществ между подвижной и неподвижной жидкими фазами, удерживаемыми пористыми инертными носителем. Эффективность разделения в жидкостной хроматографии в значительной степени зависит от соотношения полярных и неполярных групп в растворенных веществах и двух жидких фазах. В этом методе для целей идентификации используют нанесение реагента способом напыления.

Ионообменная хроматография основана на явлении различного сродства ионов раствора к ионообменным центрам противоположной полярности в неподвижной фазе /ионообменников/. Ионный обмен представляет собой химический процесс.

Гель-проникающая хроматография /ситовая хроматография/. Здесь применяют пористые твердые материалы /гели/ с определенным узким распределением пор по диаметрам. Молекулы, эффективный диаметр больше, чем диаметр пор, проходят через колонку быстрее, чем молекулы меньших размеров, способных диффундировать внутрь пор: в порах перенос вещества в направлении оси колонки отсутствует, и молекулы меньших размеров движутся через колонку медленнее. В качестве сорбентов используют пористые стекла, молекулярные сита, в том числе декстрановые гели /сефадексы/, полиакриламидные гели, а также гидрофобные полимеры - полистиролы с большей или меньшей степени сшивки /«порагель», «стирагель» и др./

Области применения газовой, жидкостной и гель-проникающей хроматографии включают анализ и разделение летучих соединений /газовая хроматография/, анализ веществ, которые без разложения нельзя перевести в газовую фазу /жидкостная хроматография/, разделение веществ с большой молекулярной массой /от нескольких тысяч до миллиона/ - гель-проникающая /ситовая/ хроматография.

Вопросы для самоконтроля

1. Какие важнейшие виды хроматографии Вы знаете?

2. В чем суть элюентного анализа?

3. Как производят разделение веществ с помощью газовой хроматографии?

4. Что служит неподвижной фазой в газожидкостной хроматографии?

5. Какой принцип для разделения веществ используют в жидкостной хроматографии?

6. На чем основана ионообменная хроматография?

7. Какие материалы применяют в качество сорбентов для гель-проникающей хроматографии?

Тест по теме

Какие вещества служат неподвижной фазой в газожидкостной хроматографии:

1. Гелий?

2. Аргон?

3. Силиконы?