4. Хроматографія
У наш час широке застосування одержав хроматографічний метод розділення, очистки, виділення та ідентифікації органічних сполук завдяки високій ефективності та простоті. Метод грунтується на різній рухливості речовин під час проходження крізь двохфазну систему, що обумовлено їх різною взаємодією з компонентами фаз. Розрізняють три основних види хроматографії: адсорбційну, розподільну, іонообмінну. Під час адсорбційної хроматографії використовують відмінність ступеня сорбції компонентів суміші на поверхні твердого подрібненого адсорбенту.
Розподільна (адсорбційна) хроматографія ґрунтується на різниці коефіцієнтів розподілу компонентів суміші між двома фазами, що не змішуються, так званими рухомою та нерухомою фазами, нанесеними на твердий носій. Але часто для розділення речовин має значення як розподіл, так і адсорбція.
У разі іонообмінної хроматографії розділення компонентів суміші ґрунтується на оберненій рівновазі між іонами досліджуваних речовин, що знаходяться в розчині, та іонами (катіонами або аніонами), адсорбованими на·твердому носії. Як сорбенти використовують іонообмінні·смоли, поліелектроліти, що містять основні (NH2―, NR2― ) або кислотні (―СООН) групи. Як правило, у випадку застосування хроматографії спостерігається взаємодія декількох її видів. Наприклад, адсорбційну хроматографію супpoводжує розподільна і, навпаки, іонообмінна супpoводжується адсорбційною хроматографією.
4.1. Адсорбційна хроматографія
В адсорбційній хроматографії як сорбенти (нерухома фаза) використовують тверді (як полярні, так і неполярні) сполуки, що мають велику поверхню та здатність до оберненої взаємодії із сумішшю.
Неполярні адсорбенти ― активоване вугілля, деякі смоли, а полярні ― оксид заліза (ІІI), оксид магнію, сульфат магнію, карбонат магнію, гідроксид та оксид кальцію, вуглеводні. Найширше використовуються активований оксид алюмінію ― для нейтральних та лужних розчинів та силікагель, що використовується під час хроматографування кислих розчинів.
Оксид алюмінію залежно від кількості адсорбованої води має різну сорбційну здатність. Причому чим більше води міститься в оксиді алюмінію, тим менша його активність, яка визначається за шкалою Брокмана. Збільшення полярності органічної речовини сприяє її сорбції полярним сорбентом: галагенопохідні вуглеводнів < етери < третинні аміни, нітросполуки, естери < кетони, альдегіди <первинні аміни < аміди кислот < спирти, карбонові кислоти. Чим більш полярна адсорбована речовина, тим міцніше вона зв’язується з адсорбентом. Органічні сполуки, адсорбовані на сорбенті, витісняються тільки таким розчинником, у якого спорідненість до сорбенту вища, ніж у адсорбованої речовини.
Найчастіше застосовують методи колонкової хроматографії та хроматографії в тонкому шарі.
4.1.1. Колонкова хроматографія
Колонкою для хроматографування може служити скляна бюретка діаметром від 8 до 12 мм і завдовжки 25―30 см. У колонку насипають адсорбент так, щоб він утворив рівномірний і щільний стовпчик. Для цього на дно колонки (перед звуженням) поміщають шматочок скляної вати (рис. 15). Оксид алюмінію просіюють через капронову тканину і вносять до колонки в сухому вигляді або готують суспензію в розчиннику, який буде використаний для хроматографування. У першому випадку оксид алюмінію поступово засипають у колонку, наповнену розчинником. При цьому весь час злегка стукають по колонці (дерев’яною або скляною паличкою з надітою на неї гумовою трубкою), щоб адсорбент рівномірно ущільнився.
Інший спосіб наповнення колонки такий: оксид алюмінію суспензують у розчиннику. Одержану суспензію вливають невеликими порціями в колонку. Верхню частину сорбенту закривають тампоном із скловати. Розчинник повинен стікати із швидкістю 15 ― 20 крапель на хвилину. Якщо швидкість стікання менша, то в колонці створюють тиск або вакуум. Для цього через верхню частину колонки подають стиснуте повітря або герметично з’єднують колонку з приймачем (із відводом) і приєднують до вакуумного насосу.
Рис.15. Колонка для хроматографування: 1―елюент; 2―сорбент; 3―скловата.
Коли рівень розчинника досягне верхньої межі колонки, на верхню частину адсорбенту обережно наливають розчин так, щоб над поверхнею адсорбенту завжди залишався невеликий шар рідини.
У момент, коли розчин повністю протече через колонку, невеликими порціями вливають чистий розчинник або суміш розчинників (елюент), під час пропускання якого відбувається розділення речовин. 3а розділенням забарвлених речовин стежать за забарвленням відповідної ділянки колонки. Якщо компоненти суміші необхідно виділити, то продовжують додавати розчинник. У такому випадку зони розділених речовин повільно зміщуються до низу колонки і їх поступово вимивають з адсорбенту та збирають забарвлені розчини в окремі приймачі. Під час розділення суміші безбарвних речовин за ходом процесу спостерігають, відбираючи однакові обʼєми фракцій. Розчинник випаровують і речовин, що залишилися, ідентифікують.