Основы хроматографии

Хроматография – это метод разделения и анализа смесей веществ, основанный на различном распределении их между двумя несмешивающимися фазами – подвижной и неподвижной.

А_п ↔ А_н.

При контакте с поверхностью неподвижной фазы (НФ) компоненты смеси распределяются между подвижной (ПФ) и неподвижной фазами в соответствии с их свойствами (адсорбируемостью, растворимостью или др.). Устанавливается динамическое равновесие, вследствие чего молекулы распределяемой смеси часть времени находятся в НФ, а часть – в ПФ. Вдоль хроматографической системы движутся только те молекулы, которые находятся в ПФ. Разные вещества обладают различным сродством к подвижной и неподвижной фазам. Вещество, сильнее взаимодействующее с НФ, будет медленнее двигаться через хроматографическую систему по сравнению с веществом, слабее взаимодействующим с этой фазой.

Для разделения разных молекул НФ должна обладать хотя бы одним из 4-х основных свойств:

- физически сорбировать вещества, находящиеся в ПФ;

- химически сорбировать вещества, находящиеся в ПФ;

- растворять разделяемые вещества;

- иметь пористую структуру и поэтому удерживать одни вещества и не задерживать другие, в зависимости от их размеров и формы.

Сорбция – это поглощение вещества (сорбата) твердыми или жидкими поглотителями (сорбентами). Различают адсорбцию – концентрирование вещества на поверхности раздела фаз (адсорбента) и абсорбцию – поглощение вещества или газовой смеси объемом твердого тела или жидкости.

Если неподвижной фазой является жидкость и анализируемое вещество способно в ней растворяться, то оно распределяется между подвижной и неподвижной фазами. Такая хроматографическая система является распределительной.

Если неподвижной фазой является твердое вещество, способное адсорбировать определяемое вещество, то хроматографию называют адсорбционной.

В зависимости от агрегатного состояния фаз, типа взаимодействия распределяемых соединений с НФ и оформления различают виды хроматографии, приведенные в таблице:

Вид	ПФ	НФ	Форма	Механизм распределения
Газовая: - газо-адсорбционная - газо-жидкостная	Газ газ	Твердая (адсорбент) жидкость	Колонка Колонка	Адсорбционный Распределительный
Жидкостная: - твердо-жидкостная - жидкостно-жидкостная - ионообменная	Жидкость Жидкость жидкость	Твердая (адсорбент) Жидкость Твердая (адсорбент)	Колонка Колонка Колонка	Адсорбционный Распределительный Ионный обмен
Тонкослойная	Жидкость Жидкость	Твердая Жидкость	Тонкий слой	Адсорбционный
Бумажная	Жидкость	Жидкость	Лист бумаги	Распределительный
Ситовая (гельпроникающая)	Жидкость	Жидкость	Колонка	По размерам молекул

В зависимости от способа размещения неподвижной фазы различают колоночную и тонкослойную хроматографию.

Общие принципы хроматографических методов:

– хроматография – это процесс динамический, в котором всегда обязательно имеется одна подвижная фаза относительно другой неподвижной фазы;

разделение смеси веществ достигается в результате многократного повторения по высоте колонки одного и того же элементарного акта:

для адсорбционной хроматографии – повторение акта адсорбции-десорбции;

для ионообменной хроматографии – повторение реакции ионного обмена.

Таким образом, хроматография – это физико-химический метод анализа и исследования веществ и их смесей, основанный на разделении компонентов за счет различия в параметрах их между фазами при перемещении через слой неподвижной фазы потоком подвижной фазы. Хроматография – это процесс разделения молекул за счет дифференциальной миграции, т.е. разделения за счет различных скоростей перемещения различных молекул.

Области применения различных вариантов хроматографии

Молекулярная масса

10	10^2	10^3	10^4	10^5	10^6	10^7
газы	жидкости	Твердые вещества	полимеры	вирусы	бактерии	частицы
Газовая ионообменная полифазная
Ионная жидкостная
Электрофорез ситовая
Разделение в полях гидродинамическая

Рис. Принципиальная схема газового хроматографа

/ - источник газа-носителя; 2 - вентиль тонкой регулировки скорости потока газа-носителя; 3 - устройство для ввода пробы; 4 - хроматографическая колонка; 5 - детектор; б – термостат колонки и термостат детектора; 7- регистратор; 8 - измеритель скорости потока газа-носителя

Жидкостная хроматография применяется для качественного и количественного анализа: полициклических ароматических углеводородов, полимеров аминокислот, поверхностно-активных веществ (ПАВ), антиоксидантов, пестицидов, лекарственных препаратов, жиров, углеводов и др.

В качестве неподвижной фазы используется вода, в качестве подвижной – органические растворители.

Ионная хроматография отличается высокой селективностью анализа, экспрессностью, имеет низкий предел обнаружения, дает возможность одновременного определения неорганических и органических ионов, обладает широким пределом определяемых концентраций. Например, этот метод применяют для определения неорганических катионов: Н⁺, Аg⁺, Сu²⁺, Ва²⁺, Na⁺, Са²⁺, Рb²⁺ и анионов: NО₃^-, SО₄^2-, Сl^-, NО₂^-, F^-.

Чувствительность некоторых инструментальных методов анализа и применяемые приборы приведены в таблице

Метод	Предел обнаружения, г	Приборы
Фотометрия	1·10^-6	Фотометры, спектрофотометры
Флуориметрия	1·10^-10	Флуориметры
Полярография	1·10^-8	Полярографы
Атомно-эмиссионный спектральный анализ	1·10^-10	Пламенные фотометры
Атомно-абсорбционный спектральный анализ	1·10^-10	Атомно-абсорбционные спектрофотометры
Хроматография (газовая)	1·10^-11	Хроматографы

В процессе выполнения анализов возможно возникновение ошибок, которые могут быть обусловлены следующими факторами: точность пробоотбора, условия консервации пробы, условия транспортировки, хранение образцов, точность приборов, работа персонала, внешние факторы (энергопитание, водоснабжение и т.д.).