1 Теоритическая часть

1.1 Основы метода

Хроматография (от греч. χρώμα - цвет)  — метод разделения и анализа смесей веществ, а также изучения физико-химических свойств веществ. Основан на распределении веществ между двумя фазами — неподвижной и подвижной (элюент). Название метода связано с первыми экспериментами по хроматографии, в ходе которых разработчик метода Михаил Цвет разделял ярко окрашенные растительные пигменты. В частности он исследовал пигменты листьев растений, получил в чистом виде хлорофиллы a, b и c и ряд изомеров ксантофилла. Открытие Цвета получило широкое применение, и признание с начала 1930-х гг. при разделении и идентификации различных пигментов, витаминов, ферментов, гормонов и других органических и неорганических соединений и послужило основой для создания ряда новых направлений хроматографии. Рассмотрим систему разделения пигментов листьев растений, которую использовал М.С.Цвет.

а – адсорбент б – колонка в – приемник г – делительная воронка д – вата

А, Б и В–смесь природных пигментов, первоначально находящихся в зоне е

Д – зона разделения смеси при приливании соответствующего растворителя (элюент) на отдельные зоны

Рисунок 1 - Хроматографическое разделение пигментов хлорофилла М.C.Цветом

Метод хроматографии основан на распределении компонентов смесей между двумя фазами - неподвижной и подвижной (элюент), протекающей через неподвижную. Поэтому, если компоненты смеси находятся в различных фазах, то разделение не представляет труда. В случае, когда компоненты смеси образуют одну фазу, задача существенно усложняется. Тогда метод хроматографии прибегает к изменению агрегатного состояния отдельных компонентов (к примеру, добиваться их выпадения в осадок) или же применяет химические или физические методы разделения. Применяемые в хроматографии физические методы разделения, основаны на кинетических явлениях или фазовых равновесиях.

Хроматография получает высокую эффективность разделения, если фазовые переходы повторяются многократно в процессе разделения. Так как в хроматографии фазовые переходы связаны с поверхностью раздела, то подвижная и неподвижная фазы должны обладать большой поверхностью соприкосновения, а из-за наличия диффузионных процессов, снижающих эффективность разделения, фазы должны иметь относительно небольшую толщину взаимодействующего слоя. Рассмотрим пример хроматографии, когда в качестве неподвижной фазы берется мелкоизмельченный сорбент, им наполняется стеклянная или металлическая трубка, и движение подвижной фазы (жидкости или газа) осуществляется за счет перепада давления на концах этой трубки. Подобное устройство представляет собой хроматографическую колонку (колонку хроматографа). Смесь веществ, которую нужно разделить, вместе с потоком подвижной фазы поступает в колонку хроматографа. При контакте с поверхностью неподвижной фазы каждый из компонентов разделяемой смеси в соответствии с его свойствами (например, адсорбируемостью или растворимостью) распределяется между подвижной и неподвижной фазами. Из-за непрерывного движения подвижной фазы во взаимодействие с неподвижной фазой вступает только часть распределяющегося компонента. При этом другая его часть продвигается дальше в направлении потока и вступает во взаимодействие с другим участком поверхности неподвижной фазы. Поэтому только при достаточно медленном движении подвижной фазы, на небольшом слое неподвижной фазы происходит распределение вещества между подвижной и неподвижной фазами. При этом состав смеси, которая покидает колонку хроматографа, постоянно меняется. Здесь, в отличии от экстракции или ректификаци, нельзя отбирать в течение всего процесса непрерывно одну и ту же фракцию, или одно и то же вещество (за исключением специальных случаев, когда имеет место движение слоя сорбента).

Классификация видов хроматографии:

По агрегатному состоянию фаз:

1) Газовая хроматография - разновидность хроматографии, метод разделения летучих компонентов, при котором подвижной фазой служит инертный газ (газ-носитель), протекающий через неподвижную фазу с большой поверхностью. В качестве подвижной фазы используют водород, гелий, азот, аргон, углекислый газ.

а) Газо-жидкостная хроматография - вид хроматографии, в которой подвижной фазой служит газ, а неподвижной - жидкость, нанесенная тонким слоем ( 100 нм) на твердый носитель.

б) Газо-твёрдофазная хроматография - вид хроматографии, где подвижной фазой (элюентом) является поток газа, а неподвижной - частицы твёрдого сорбента.

2) Жидкостная хроматография состоит в разделении компонентов смеси, основанный на различии в равновесном распределении их между двумя несмешивающимися фазами, одна из которых неподвижна, а другая подвижна.

а) Жидкостно-жидкостная хроматография - вид хроматографии, в которой подвижной фазой (элюентом) служит жидкость. Неподвижной фазой может быть твердый сорбент, твердый носитель с нанесенной на его пововерхность жидкостью или гель.

б) Жидкостно-твёрдофазная хроматография – вид хроматографии, в которой подвижной фазой (элюент) служит жидкость, а неподвижной фазой твёрдый сорбент.

в) Жидкостно-гелевая хроматография – вид хроматографии, в которой подвижной фазой (элюент) служит жидкость, а неподвижной фазой твёрдый сорбент с нанесённым на него гелем.

3) Сверхкритическая флюидная хроматография

По механизму взаимодействия:

1) Распределительная хроматография - метод разделения, анализа и физико-химического исследования веществ, основанный на разной растворимости компонентов смеси в неподвижной фазе – высококипящей жидкости, нанесённой на твёрдый макропористый носитель, и элюенте.

2) Ионообменная хроматография является более частным вариантом ионной хроматографии. Этот вариант хроматографии позволяет разделять ионы и полярные молекулы, на основании зарядов разделяемых молекул. Данный вид хроматографии позволяет разделить практически любые заряженные молекулы, в том числе: крупные - белки, малые - молекулы нуклеотидов и аминокислот.

3) Адсорбционная хроматография - вид хроматографии, основанный на способности твёрдого вещества — неподвижной фазы — сорбировать примеси, находящиеся в подвижной фазе. При этом эффективность разделения примесей пропорциональна их величинам адсорбции при условиях эксперимента. Процесс взаимодействия может сопровождаться химическим взаимодействием примесей с неподвижной фазой, то есть хемосорбцией.

4) Эксклюзионная хроматография - основанная на различной способности молекул разного размера проникать в поры неионогенного геля, который служит неподвижной фазой.

5) Осадочная хроматография - метод хроматографии, основанный на способности разделяемых веществ образовывать малорастворимые соединения с различными произведениями растворимости. В качестве неподвижной фазы выступает инертный носитель, покрытый слоем осадителя; разделяемые вещества, находящиеся в подвижной фазе, вступают во взаимодействие с осадителем и образуют малорастворимые вещества — осадки.

6) Адсорбционно-комплексообразовательная хроматография – разделение основано на образованиикоординационных соединений различной прочности в фазе или на поверхности адсорбента.

По цели проведения:

1) Аналитическая хроматография - вид хроматографии проводимый в исследовательских целях.

2) Препаративная хроматография - вид хроматографии проводимый с целью выделения индивидуальных соединений из смеси в чистом виде.

3) Промышленная хроматография – вид хроматографии предназначенный для производства химически чистых соединений в значительных количествах.

По способу ввода пробы:

1) Элюентная хроматография (проявительная, редк. элютивная). Наиболее часто используемый вариант проведения аналитической хроматографии. Анализируемую смесь вводят в поток элюента в виде импульса. В колонке смесь разделяется на отдельные компоненты, между которыми находятся зоны подвижной фазы.

2) Фронтальная хроматография. Смесь непрерывно подают в колонку, при этом на выходе из колонки только первый, наименее удерживаемый компонент можно выделить в чистом виде. Остальные зоны содержат два и более компонентов. Родственный метод — твердофазная экстракция (сорбционное концентрирование).

3) Вытеснительная хроматография. В колонку после подачи разделяемой смеси вводят специальное вещество-вытеснитель, которое удерживается сильнее любого из компонентов смеси. Образуются примыкающие друг к другу зоны разделяемых веществ.

По геометрии сорбционного слоя неподвижной фазы:

1) Плоскослойная хроматография - к ней относятся тонкослойная хроматография и бумажная хроматография.

2) Колоночная хроматография - в ней обычно выделяют капиллярную хроматографию, в которой сорбент расположен на внутренних стенках колонки, а центр, часть колонки остается незаполненной сорбентом, т.е. открытой для потока элюента.

Отдельные виды хроматографии:

1) Высокоэффективная жидкостная хроматография

2)Тонкослойная хроматография

3) Газовая хроматография с программированием температуры

4) Хроматермография

5) Газовая хроматография с программированием расхода газ-носителя

6) Газовая хроматография с программированием давления газ-носителя

7) Хромабарография

8) Хроматофокусирование

Итак, хроматография – это процесс, основанный на перемещении дискретной зоны вещества вдоль слоя сорбента в потоке подвижной фазы и связанный с многократным повторением сорбционных и десорбционных актов. Хроматография осуществляется при сорбционном распределении вещества между двумя фазами, одна из которых перемещается относительно другой.