ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫАНАЛИЗА
В 1903 г М.С. Цвет впервые изложил принципы хроматографии (греч. «хромо» - цвет, «графо» - пишу) и создал метод разделения пигментов зелёных растений.
Хроматографический метод позволяет разделять и анализировать сложные смеси. Разделение веществ происходит за счёт различной адсорбируемости компонентов смеси.
Хроматография – это динамический процесс, происходящий в системе из двух несмешивающихся фаз, одна из которых подвижная, другая неподвижная. Подвижной фазой может быть либо газ, либо жидкость, а неподвижной – твёрдое вещество или тонкая плёнка жидкости, адсорбированной на твёрдом теле.
Классификация хроматографических методов
1) по агрегатному состоянию подвижной фазы
- газовая хроматография (ГХ)
- жидкостная хроматография (ЖХ)
2) по геометрии слоя неподвижной фазы
- колоночная
- плоскослойная (бывает бумажная и тонкослойная)
Хроматографический процесс можно представить так:
Колонка, заполненная
твердым сорбентом
Через неё протекает поток жидкости. Вещество Х, растворенное в жидкости, перемещается вместе с нею, но в тоже время имеет тенденцию удерживаться на поверхности твёрдого сорбента за счёт адсорбции, ионного обмена и др. Каждая молекула Х часть времени движется, а часть времени удерживается неподвижной фазой.
Возможность разделения двух растворенных веществ Х и У обусловлена различием их сродства к обеим фазам, т.е. одно из них большую часть времени находится в подвижной фазе, поэтому быстрее достигает конца колонки.
,
где k’ — коэффициент извлечения
— отношение количества молей вещества в неподвижной фазе к количеству молей вещества в подвижной фазе
Коэффициент извлечения, характеризует степень удерживания вещества.
Степень разделения двух веществ можно выразить через коэффициент разделения (α):
,
где — коэффициент извлечения второго вещества,
— коэффициент извлечения первого вещества.
Помещённый на выходе из колонки детектор регистрирует, а самописец фиксирует сигналы детектора.
Рис. 1. Сигналы детектора.
На рис.1 приведена хроматограмма четырехкомпонентной смеси. Площадь каждого пика пропорциональна массовой доле компонента в смеси.
Схема газового хроматографа
ИОНООБМЕННАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ
В основе ионообменной хроматографии лежит обратимый стехио-метрический обмен ионов анализируемого раствора на подвижные ионы сорбентов, называемых ионитами или ионнообменниками. Причиной разделения является различная способность ионов анализируемого раствора к обмену.
В качестве ионитов используют природные или синтетические, твердые, нерастворимые в воде неорганические и органические высокомолекулярные кислоты, основания и их соли, содержащие в своем составе активные {ионогенные) группы. Иониты делятся на катиониты и аниониты.
Катиониты - сорбенты, способные к обмену катионами. Катиониты содержат в своем составе ионогенные группы различной степени кислотности, например, сульфогруппу - S03H, карбоксильную группу - СООН, ион водорода которых способен к катионному обмену.
Химическую формулу катионитов схематично изображают RS03 ЕГ, RS03 Na или просто [R]H, [R]Na, где R- сложный органический радикал. Наиболее часто применяются сильнокислотные катиониты марок КУ-1, КУ-2, СДВ-2 и др.
Схема катионного обмена:
[R]H + Ме+ <=> [R]Me + Н+
Аниониты - сорбенты, способные к обмену анионами. Аниониты содержат в своем составе основные ионогенные группы, например, аминогруппы различной степени замещения: -NH2, =NH, =N, = NH2OH, = NH ОН, способные к обмену гидроксид-ионов на различные анионы. Формулы анионитов схематично изображают: RNH3+OH ", RNH3+C1 " или просто [R]OH, [R]C1. Схема анионного обмена:
[R]OH+A"o[R] A+OH
Применяют аниониты марок АВ-17, АН-1, ЭДЭ-10 и др.
Перед анализом ионообменную колонку регенерируют, т.е. переводят заполняющий ее ионит в определенную ионообменную форму. Зарядка катионита ионами, а анионита ОН ионами проводится путем пропускания через колонку определенного количества кислоты или основания. Затем ионит отмывают водой от избытка кислоты или основания и пропускают через него с определенной скоростью анализируемый раствор. Колонку промывают водой или другим элюентом, собирая элюат целиком или по фракциям. Ионы, поглощенные иони-том, могут быть элюированы соответствующим растворителем. Катионы, как правило, элюируют кислотой:
[R]Me + Н+ ↔[R]H + Ме+;
а анионы - щелочью:
[R]A + OH ↔ [R]OH +A-.
Ионообменную хроматографию применяют для:
1) разделения компонентов анализируемой смеси, отделения катионов и анионов, разделения катионов, разделения анионов и т.д.
2) получения аналитических концентратов. При пропускании больших объемов разбавленных растворов через слой ионита и последующем извлечении поглощенного вещества малым объемом растворителя возможно повышение концентрации вещества в 200-500 раз;
3) обнаружения ионов. Разработаны методы выделения и обнаружения всех наиболее важных ионов.