15.5 Хроматография

Хроматографический метод анализа (от греческого "хроматос" - цвет ) разработан русским ботаником М. С. Цветом в 1903 г. Цвет установил, что зеленый пигмент растений хлорофилл состоит из нескольких веществ. При пропускании экстракта зеленого листа через колонку, заполненную порошком мела, и промывании ее эфиром он получил несколько окрашенных зон, что говорило о наличии в экстракте нескольких веществ. Развитие хроматографических методов началось в 30-ые годы, когда возникла потребность в новом методе разделения и очистки веществ, разлагающихся при нагревании.

Задачи хроматографического анализа:

1. Идентификация и определение содержания нескольких компонентов в одном образце.

2. Концентрирование компонен-та, присутствующего в виде следов в сложной смеси, с целью его дальнейшего анализа.

Хроматографические методы применяются при анализе: полимерных материалов, выхлопных газов, воздуха в производственных и операционных помещениях, продуктов питания на определение остаточных количеств пестицидов и других токсинов.

Хроматография – это физико-химический метод разделения веществ, основанный на их распределении между двумя не смешивающимися фазами, одна из которых является неподвижной, а другая - подвижной.

Неподвижная фаза представляет собой поверхностно-активное твердое тело или жидкость, закрепленную на поверхности инертного твердого носителя.

Подвижная фаза - газ или жидкость, которые проходят через слой непод-вижной фазы.

Хроматография - процесс, основанный на многократном повторении актов сорбции и десорбции вещества при перемещении его в потоке подвижной фазы вдоль неподвижного сорбента.

Классификация методов хроматографии

1. По агрегатному состоянию фаз.

2. По доминирующему механизму.

Классификация по доминирующему механизму

а) Адсорбционная хроматография - процесс разделения основан на различной способности веществ адсорбироваться на твердом адсорбенте (неподвижная фаза). Подвижной фазой служит жидкость или газ.

б) Распределительная хроматография – процесс разделения основан на различной растворимости веществ в двух несмешивающихся друг с другом жидкостях.

в) Ионообменная хроматография основана на обратимом обмене ионов между раствором и ионообменником.

Гель - хроматография – неподвижной фазой является малоактивный материал (гель) с заданной пористостью, способный удерживать молекулы вещества с определенными размерами и формами, и разделять их по способности проникать в поры геля.

Аффинная (биоспецифическая) хроматография основана на свойстве ВМС и других биологическиактивных соединений "узнавать" в любой смеси "свои" строго определенные вещества и взаимодействовать с ними. Так фермент "узнает" свой субстрат, антиген "узнает" антитело, гормон - "свой" рецептор.

Хроматографию широко применяют в медико-биологических исследованиях:

• Анализ крови на присутствие алкоголя, наркотиков, допинг-контроль.

• Исследование состава липидов крови, что привело к пониманию проблемы атеросклероза

• Изучение возбудителей инфекционных заболеваний или гнойно-воспалительных процессов

В настоящее время в ведущих лабораториях изучают метаболические профили биосред - крови, мочи, слюны, выдыхаемого воздуха. В одном анализе определяют несколько сотен компонентов. Профили несут в себе информацию о том, какие лекарства получал человек, какие заболевания перенес и т.д.

Согласно второму закону термодинамики, система стремится уменьшать свободную энергию поверхности. Поверхностный избыток Г (моль/см² или кмоль/м²) есть избыток растворенного вещества содержащегося в 1 см² или 1 м² поверхностного слоя по сравнению с количеством вещества в слое такой же площади внутри объема. Зависимость между Г, и концентрацией раствора C была установлена Гиббсом:

,

где R – газовая постоянная; Т – абсолютная температура;

– бесконечно малое изменение σ с бесконечно малым изменением С, по предложению П.А. Ребиндера, эта величина была названа поверхностной активностью, так как она характеризует способность вещества понижать поверхностное натяжение.

Траубе установил, что в любом гомологическом ряду удлинение углеродной цепи гомолога на группу -СН₂- увеличивает его поверхностную активность в 3-3,5 раза. Это значит, что способность вещества понижать поверхностное натяжение увеличивается.

При истечении жидкости из капилляра сила поверхностного натяжения заставляет жидкость собираться у края отверстия в каплю, которая отрывается в тот момент, когда масса капли ничтожно превышает поверхностное натяжение. Чем больше поверхностное натяжение, тем тяжелее и соответственно крупнее будет капля. Таким образом, поверхностное натяжение пропорционально плотности и обратно пропорционально количеству капель, вытекающих из одного и того же объема. Поверхностное натяжение определяется по формуле:

где σ – поверхностное натяжение исследуемой жидкости; σ (H₂O) – поверхностное натяжение воды; d и d (H₂O) – плотности исследуемой жидкости и воды; n и n (H₂O) – число капель исследуемой жидкости и воды.

Для разбавленных водных растворов, плотность которых мало отличается от единицы, формулу можно упростить:

σ (H₂O) = 72,75 мН/м (72,75^.10ˉ³ Н/м или 72,75^.10ˉ³ Дж/м²) при температуре 20^oС, поэтому для определения поверхностного натяжения достаточно подсчитать количество капель исследуемой жидкости и воды, вытекающей из одного и того же объема.