Классификация хроматографических методов анализа
Хроматографические методы анализа классифицируются самым различным образом. Как было показано ранее, в зависимости от применяемой техники эксперимента различают колоночную и плоскостную хроматографии.
В зависимости от агрегатного состояния подвижной фазы различают газовуюижидкостнуюхроматографии.
Газовую хроматографиюприменяют для разделения объектов, представляющих смесь газов либо паров, не взаимодействующих друг с другом и устойчивых к разложению в условиях анализа (особенно при повышенной температуре).
В зависимости от агрегатного состояния неподвижной фазы выделяют газожидкостнуюигазотвердофазную хроматографию. В качестве подвижной фазы (газа-носителя) во всех случаях, как правило, используется инертный газ, не способный реагировать с компонентами смеси. Чаще всего в его роли выступают гелий, азот или аргон, значительно реже – водород и углекислый газ.
Жидкостная хроматографияиспользуется для анализа и разделения обладающих большой молекулярной массой нелетучих веществ или легкоразложимых соединений, которые нельзя перевести в парообразное состояние. С ее помощью выделяют макромолекулы биополимеров, аминокислоты, моно-, ди- и олигосахариды и др. вещества.
В зависимости от агрегатного состояния неподвижной фазы выделяют жидкостно-жидкостную, жидкостно-твердофазную и жидкостно-гелевую хроматографии. В последнем случае неподвижной фазой является гель.
По доминирующему механизму взаимодействия веществ разделяемой смеси с неподвижной фазой различают адсорбционную, распределительную, ионообменную, хемосорбционную, молекулярно-ситовую и др. хроматографии.
Адсорбционная хроматография основана на различной способности отдельных компонентов смеси вступать во взаимодействие с поверхностью адсорбента и удерживаться на его активных центрах. Компоненты, имеющие большое сродство к адсорбенту, медленнее передвигаются вдоль стационарной фазы, чем компоненты, имеющие малое сродство. Они находятся в неподвижной фазе более длительный отрезок времени.
Вещества, не адсорбирующиеся или плохо адсорбирующиеся неподвижной фазой, находятся преимущественно в подвижной фазе. Скорость их перемещения относительно поверхности адсорбента будет наибольшей.
Распределительная хроматографияоснована на разнице коэффициентов распределения веществ в анализируемой смеси между двумя фазами. Причем неподвижной фазой в данном случае может быть только жидкость, а подвижной – тоже жидкость или (в некоторых случаях) газ:
где K – коэффициент распределения (безразмерная величина); СПФ – концентрация компонента анализируемой смеси в подвижной фазе; СНФ – концентрация того же компонента в неподвижной фазе.
Таким образом, в основе данного метода лежит закон распределения Нернста (см. раздел «Учение о растворах»).
Вещество, более растворимое в неподвижной фазе, находится в ней большую часть времени. Скорость передвижения его относительно невелика. Менее растворимые вещества передвигаются быстрее, т.к. в неподвижной фазе они находятся меньшую часть времени. Чем больше разница в значениях коэффициентов распределения Kдля веществ, входящих в состав смеси, тем полнее будет происходить их разделение.
Ионообменная хроматографияоснована на обратимом обмене ионов, содержащихся в исследуемой смеси, на подвижные ионы, входящие в состав ионита. Разделение веществ связано с различием в величинах констант ионного обмена определяемых ионов.
Хемосорбционная хроматографиявключает в себя несколько вариантов хроматографических процессов, общим для которых является протекание какой-либо химической реакции. Разделение веществ связано с их различной способностью вступать в те или иные реакции.
Примером хемосорбционной хроматографии является биоспецифическая (аффинная) хроматография,широко применяемая в биохимических исследованиях. Она основана на специфичности взаимодействия ферментов.
Стационарная фаза содержит в своем составе либо фермент, либо его субстрат. В первом случае она избирательно удерживает соответствующий субстрат (группу субстратов), во втором случае – фермент (группу ферментов). Отличительной чертой аффинной хроматографии является высокая избирательность процесса, повторяющего или имитирующего реакции, происходящие в реальных живых системах.
Молекулярно-ситовая хроматография(устаревшее название – гель-фильтрация) позволяет анализировать смеси, содержащие высокомолекулярные соединения (биополимеры), разделять их на фракции, различающиеся размерами и массой молекул.
В качестве неподвижной фазы используют гелеобразные пористые тела (так называемые молекулярные сита), образованные гибкими линейными макромолекулами полимеров, сшитыми поперечными связями.
Сетчатое трехмерное строение геля способствует его набуханию в воде. Набухший гель имеет развитую пористую структуру. Причем содержащиеся в нем поры отличаются друг от друга по диаметру.
Пористые частицы или гранулы геля проницаемы для молекул только определенного размера. Крупные молекулы, не попадая в поры геля, перемещаются вдоль его гранул быстрее, чем мелкие, и первыми выходят из хроматографической колонки. Самые маленькие молекулы, способные проникать в поры всех размеров, выходят из колонки последними.