Лабораторна робота № 9 Хроматографічні методи аналізу

9.1 Мета роботи: методом тонкошарової хроматографії розділити суміш неорганічних аніонів.з

9.2 Короткі теоретичні відомості

Хроматографія - фізико-хімічний метод аналізу та розділення сумішей речовин, заснований на їх різному розподілі між двома фазами, одна з яких нерухома (тверде тіло або рідина), а інша - рухома (газ або рідина), яка при цьому фільтрується крізь нерухому. Хроматографічні методики застосовують переважно для визначення газоподібних неорганічних сполук, легких органічних речовин та деяких катіонів металів, аніонів і нелетких органічних сполук, для водоочистки та зниження твердості води.

Відкриття хроматографії є заслугою російського ботаніка М.С. Цвєта (1903 р.), який, пропустивши спиртовий екстракт хлорофілу крізь колонку, заповнену карбонатом кальцію, одержав на адсорбенті вісім різнокольорових смуг, кожна з яких відповідала тому чи іншому пігментові. Зважаючи па забарвленість зон М.С. Цвєт назвав одержану ним картину розподілу пігментів хроматограмою (від грецького хромос - колір). Тому заснований ним метод одержав назву "хроматографія".

Технічний прогрес зробив хроматографію унікальним методом аналізу (аналітична хроматографія) та розділення (препаративна хроматографія) сумішей будь-яких речовин і - що найголовніше - речовин, дуже близьких за будовою та властивостями.

Звертає на себе увагу суттєва перевага методу, яка полягає в тому, що аналіз та розділення сумішей компонентів відбувається, як правило, в м'яких умовах: за порівняно низьких температур та за відсутністю агресивних середовищ.

За агрегатним станом фаз, рухомої та нерухомої, розрізняють газову та рідинну хроматографію.

Рухомою фазою в газовій хроматографії є газ-носій (водень, гелій, аргон, азот), до якого додають газоподібну або пароподібну суміш речовин, що підлягає аналізу. Нерухомою фазою може бути нелетка рідина (гліцерин, поліетиленгліколь), що наноситься па твердий інертний адсорбент (твердий носій), наприклад скло, тефлон, яким заповнюється колонка. Суміш газів подається в колонку під певним тиском. Рухаючись крізь колонку, компоненти суміші по-різному розподіляються між обома фазами.

Наявність компонентів в тоці газа-носія, що виходить з колонки, реєструється детектором. Сигнали детектора записуються у вигляді хроматограми автоматичним потенціометром. Кожному з компонентів суміші відповідає окремий пік на хроматограмі. Описаний різновид газової хроматографії носить назву газо-рідинної хроматографії, а прилад, на якому здійснюється аналіз суміші, називається газовим хроматографом. Послуговуючись методикою газо-рідинної хроматографії, визначають склад стічних вод нафтопереробних і хіміко-фармацевтичних підприємств, заводів органічного синтезу.

Якщо ж нерухомою фазою буде не рідина, а твердий адсорбент (силікагель, оксид алюмінію), то такий варіант газової хроматографії називають газо-адсорбційною хроматографією.

Щодо рідинної хроматографії, то в цьому випадку рухомою фазою є рідина, а нерухомою - рідина або тверде тіло. Серед різновидів рідинної хроматографії на особливу увагу в плані застосування в практиці заслуговує метод високоефективної рідинної хроматографії (ВЕРХ), в якому рухомою фазою є спеціально підібрана суміш розчинників, що під високим тиском (біля 200 атмосфер) надходить до хроматографічної колонки.

За технікою виконання розрізняють колонкову, капілярну та площинну (тонкошарову та паперову) хроматографію.

В колонковій хроматографії рухома фаза проходить крізь нерухому, що знаходиться у колонці.

Капілярна хроматографія заснована на застосуванні капілярів, на внутрішні стінки яких наноситься рідка нерухома фаза, крізь яку проходить рухома фаза.

При паперовій хроматографії розділення суміші компонентів, що знаходяться в рідкій фазі, відбувається на спеціально приготовленому папері, який виконує роль нерухомої фази.

Тонкошарова хроматографія заснована на використанні в ролі нерухомої фази тонкого шару адсорбенту, нанесеного на хроматографічну платівку з інертного матеріалу (скло, алюмінієва фольга).

За домінуючим механізмом процесу розділення суміші компонентів хроматографія поділяється на кілька видів: адсорбційну, розподільчу, йонообмінну, гель-проникну, афінну, осадову та термохроматографію.

Сутність адсорбційної хроматографії полягає в розділенні сумішей речовин, заснованому на їх різній здатності до адсорбції на тому чи іншому адсорбенті (нерухомій фазі). Під час аналізу в результаті численних безперервних процесів адсорбція - десорбція компоненти, що мають велику адсорбційну здатність по відношенню до адсорбенту, будуть пересуватися разом з рухомою фазою повільніше, ніж ті, що погано адсорбуються. Отже спостерігатиметься рух зон, кожна з яких переважно містить чисту речовину, вздовж шару адсорбенту. Аналіз компонентів, що виходять в певній послідовності з адсорбенту, здійснюється або за допомогою детекторів, як вже згадувалося під час розгляду принципу газової хроматографії, або шляхом відбору фракцій розчину. Відібрані фракції аналізують відповідними методами (спектрофотометрії, рефрактометрії тощо).

Йонообмінна хроматографія заснована па різній здатності йонів, що входять до суміші, яка аналізується, обмінюватися з йонами, що входять до складу йонообмінника (нерухома фаза). Функцію нерухомої фази виконують цеоліти, смоли, гідроксиди алюмінію, феруму тощо. Як і при адсорбційній хроматографії, відбувається пошарове виділення йонів з розчину.

В основу розподільчої хроматографії, покладена властивість речовин розподілятися між нерухомою фазою (рідина) та рухомою (газ чи рідина) у відповідності з їх коефіцієнтами розподілу.

Нерухома фаза може бути зафіксованою на хроматографічному папері (паперова хроматографія), на тонкому шарі адсорбенту (тонкошарова хроматографія), або може бути диспергованою в об'ємі твердого носія (колонкова хроматографія).

Розділення сумішей компонентів за допомогою гель-проникної, або як її інакше називають, молекулярно-ситової хроматографії засноване на різній здатності речовин проникати у пори гелю, що виконує роль нерухомої фази. Гель в цьому випадку працює як молекулярне сито, пропускаючи (утримуючи) лише ті молекули, які за своїм розміром та формою здатні дифундувати у його пори. Молекули малого розміру здатні проникати в гель глибше та затримуватися там довше, ніж великі молекули.

Осадова хроматографія заснована на різниці в розчинності осадів, що утворюються в результаті хімічної взаємодії компонентів суміші з речовиною нерухомої фази. Для цього суміш пропускається через носій, що просочений осаджувачем.