Хроматографія
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Хроматографія

Хроматографія (від греч.(грецький) chroma, родовий відмінок chromatos — колір, фарба і ...графія ) , физико-хімічний метод розділення і аналізу сумішей, заснований на розподілі їх компонентів між двома фазами — нерухомою і рухливою (елюент), протікаючою через нерухому.

загрузка...

  Історична довідка. Метод розроблений в 1903 М. Кольором, який показав, що при пропусканні суміші рослинних пігментів через шар безбарвного сорбенту індивідуальні речовини розташовуються у вигляді окремих забарвлених зон. Отриманий таким чином пошарово забарвлений стовпчик сорбенту Колір назвав хроматограммой, а метод — Х. Впоследствії термін «хроматограмма» стали відносити до різних способів фіксації результатів багатьох видів Х. Однако аж до 40-х рр. Х. не отримала належного розвитку. Лише у 1941 А. Мартін і Р. Синг відкрили метод розподільної Х. і показали його широкі можливості для дослідження білків і вуглеводів. У 50-і рр. Мартін і американський учений А. Джеймс розробили метод газо-жідкостной Х.

  Основні види Х. Залежно від природи взаємодії, що обумовлює розподіл компонентів між елюентом і нерухомою фазою, розрізняють наступні основні види Х. — адсорбційну, розподільну, іонообмінну, екськлюзіонную (молекулярно-ситову) і осадову. Адсорбційна Х. заснована на відмінності сорбіруємості речовин, що розділяються, адсорбентом (тверде тіло з розвиненою поверхнею); розподільна Х. — на різній розчинності компонентів суміші в нерухомій фазі (висококипляча рідина нанесена на твердий макропористий носій) і елюенті (слід мати на увазі, що при розподільному механізмі розділення на переміщення зон компонентів частковий вплив надає і адсорбційну взаємодію аналізованих компонентів з твердим сорбентом); іонообмінна Х. — на відмінності констант іонообмінної рівноваги між нерухомою фазою (іонітом) і компонентамі суміші, що розділяється; екськлюзіонная (молекулярно-ситова) Х. — на різній проникності молекул компонентів в нерухому фазу (високопористий неіоногенний гель). Екськлюзіонная Х. підрозділяється на проникаючу (ГПХ) для гелю, в якій елюент — неводний розчинник, і гель-фільтрацію, де елюент — вода. Осадова Х, заснована на різній здатності компонентів, що розділяються, випадати в осад на твердій нерухомій фазі.

  Відповідно до агрегатного стану елюента розрізняють газову і рідинну Х. Залежно від агрегатного стану нерухомої фази газова Х. буває газо-адсорбційною (нерухома фаза — твердий адсорбент) і газорідинною (нерухома фаза — рідина), а рідинна Х. — рідинно-адсорбційною (або твердо-рідинною) і рідинно-рідинною. Остання, як і газо-жідкостная, є розподільною Х. До твердо-рідинної Х. відноситься тонкошарова і паперова.

  Розрізняють колоночную і площинну Х. У колоночной сорбентом заповнюють спеціальні трубки — колонки, а рухлива фаза рухається усередині колонки завдяки перепаду тиску. Різновид колоночной Х. — капілярна, коли тонкий шар сорбенту наноситься на внутрішні стінки капілярної трубки. Площинна Х. підрозділяється на тонкошарову і паперову. У тонкошаровій Х. тонкий шар гранульованого сорбенту або пориста плівка наноситься на скляну або металеву пластинки; в разі паперової Х. використовують спеціальний хроматографічний папір. У площинній Х. переміщення рухливої фази відбувається завдяки капілярним силам.

  При хроматографірованії можлива зміна за заданою програмою температури, складу елюента, швидкості його протікання і ін. параметрів.

  Залежно від способу переміщення суміші, що розділяється, уподовж шару сорбенту розрізняють наступні варіанти Х.: фронтальний, проявник і витіснювальний. При фронтальному варіанті в шар сорбенту безперервно вводиться суміш, що розділяється, складається з газу-носія і компонентів, що розділяються, наприклад 1, 2, 3, 4, яка сама є рухливою фазою. Через деякий час після початку процесу найменш сорбіруємий компонент (наприклад, 1) випереджає останні і виходить у вигляді зони чистої речовини раніше всіх, а за ним в порядку сорбіруємості послідовно розташовуються зони сумішей компонентів: 1 + 2, 1 + 2 + 3, 1 + 2 + 3 + 4 ( мал. , а). При варіанті проявника через шар сорбенту безперервно проходіт потік елюента і періодично в шар сорбенту вводиться суміш речовин, що розділяється. Через певний час відбувається ділення вихідної суміші на чисті речовини, розташовані окремими зонами на сорбенті, між якими знаходяться зони елюента ( мал. , би) . При витіснювальному варіанті в сорбент вводиться суміш, що розділяється, а потім потік газу-носія, що містить витискувач (елюент), при русі якого суміш через деякий період часу розділиться на зони чистих речовин, між якими виявляться зони їх суміші ( мал. , в) . Ряд видів Х. здійснюється за допомогою приладів, званих хроматографамі, в більшості з яких реалізується варіант проявника Х. Хроматографи використовують для аналізу і для препаратівного (в т.ч. промислового) розділення сумішей речовин. При аналізі розділені у колонці хроматографа речовини разом з елюентом потрапляють через різні проміжки часу у встановлене на виході з хроматографічної колонки детектуючий пристрій, реєструючий їх концентрації в часі. Отриману в результаті цього вихідну криву називають хроматограммой. Для якісного хроматографічного аналізу визначають час від моменту введення проби до виходу кожного компонента з колонки при даній температурі і при використанні визначеного елюента. Для кількісного аналізу визначають висоти або площі хроматографічних піків з врахуванням коефіцієнтів чутливості використовуваного детектуючого пристрою до аналізованих речовин.

  Для аналізу і розділення речовин, перехідних без розкладання в пароподібний стан, найбільше вживання отримала газова Х., де як елюент (газу-носія) використовуються гелій, азот, аргон і ін. гази. Для газо-адсорбційного варіанту Х. у якості сорбенту (частки діаметром 0,1—0,5 мм ) використовують силікагелі, алюмогелі, молекулярні сита, пористі полімери і ін. сорбенти з питомою поверхнею 5—500 м 2 /г. Для газо-жідкостной Х. сорбент готують нанесенням рідини у вигляді плівки (висококиплячі вуглеводні, складні ефіри, силоксани і ін.) завтовшки декілька мкм на твердий носій з питомою поверхнею 0,5—5 м 2 і більш. Робочі температурні межі для газо-адсорбційного варіанту Х. від —70 до 600 °С, для газо-жідкостного від —20 до 400 °С. Газовою Х. можна розділити декілька см 3 газу або міліграма рідких (твердих) речовин; час аналізу від неськольких сік до декількох годин.

  В рідинній колоночной Х. як елюент застосовують легколетучие розчинники (наприклад, вуглеводні, ефіри, спирти), а як нерухома фаза — силікагелі (в т.ч. силікагелі з хімічно прищепленими до поверхні різними функціональними групами — ефірними, спиртними і ін.), алюмогелі, пористі стекла; розмір часток всіх цих сорбентів декілька мкм. Подаючи елюент під тиском до 50 Мн/м 2 (500 кгс/см 2 ) , удається скоротити час аналізу від 2—3 ч до декількох мин. Для підвищення ефективності розділення складних сумішей використовують програмовану в часі зміну властивостей елюента шляхом змішення розчинників різної полярності (градієнтне елюювання).

  Рідинна молекулярно-ситова Х. відрізняється використанням сорбентів, що мають пори строго певного розміру (пористі стекла, молекулярні сита, у тому числі декстрановиє і ін. гелі). У тонкошаровій і паперовій Х. досліджувану суміш в рідкому вигляді наносять на стартову лінію (початок пластинки або смужки паперу), а потім розділяють на компоненти висхідним або низхідним потоком елюента. Подальше виявлення (прояв) розділених речовин на хроматограмме (так в цих випадках називають пластину з нанесеним на неї сорбентом або хроматографічний папір, на яких сталося розділення досліджуваної суміші на компоненти) здійснюють при допомозі ультрафіолетовій (УФ) спектроскопії, інфрачервоній (ГИК) спектроскопії або обробкою реактивами, створюючими з аналізованими речовинами забарвлені з'єднання.

  Якісно склад сумішей за допомогою цих видів Х. характеризують певною швидкістю переміщення плям речовин відносно швидкості руху розчинника в даних умовах. Кількісний аналіз здійснюють виміром інтенсивності забарвлення речовини на хроматограмме.

  Х. широко застосовується в лабораторіях і в промисловості для якісного і кількісного аналізу багатокомпонентних систем, контролю виробництва, особливо у зв'язку з автоматизацією багатьох процесів, а також для препаратівного (в т.ч. промислового) виділення індивідуальних речовин (наприклад, благородних металів), розділення рідких і розсіяних елементів.

  Газова Х. застосовується для газів розділення, визначення домішок шкідливих речовин в повітрі, воді, грунті, промислових продуктах; визначення складу продуктів основного органічного і нафтохімічного синтезу, вихлопних газів, лікарських препаратів, а також в криміналістиці і т.д. Розроблені апаратура і методики аналізу газів в космічних кораблях, аналізу атмосфери Марса, ідентифікації органічних речовин в місячних породах і т.п.

  Газова Х. застосовується також для визначення физико-хімічних характеристик індивідуальних з'єднань: теплоти адсорбції і розчинення, ентальпії, ентропії, констант рівноваги і комплексообразованія; для твердих речовин цей метод дозволяє виміряти питому поверхню, пористість, каталітичну активність.

  Рідинна Х. використовується для аналізу, розділення і очищення синтетичних полімерів, лікарських препаратів, детергентов, білків гормонів і ін. біологічно важливих з'єднань. Використання високочутливих детекторів дозволяє працювати з дуже малими кількостями речовин (10 -11 —10 -9 г ) , що виключно важливе в біологічних дослідженнях. Часто застосовується молекулярно-ситова Х. і Х. по спорідненості; остання заснована на здатності молекул біологічних речовин вибірково зв'язуватися один з одним.

  Тонкошарова і паперова Х. використовуються для аналізу жирів, вуглеводів, білків і ін. природних речовин і неорганічних з'єднань.

  В деяких випадках для ідентифікації речовин використовується Х. у поєднанні з ін. физико-хімічними і фізичними методами, наприклад з мас-спектрометрією, ІК-, уф-спектроскопією і ін. Для розшифровки хроматограмм і вибору умов досвіду застосовують ЕОМ(електронна обчислювальна машина).

  Літ.: Жуховіцкий А. А., Туркельтауб Н. М., Газова хроматографія, М., 1962; Кисельов А. Ст, Яшин Я. І., Газо-адсорбційна хроматографія, М., 1967; Сакодинський До. І., Вовків С. А., Препаратівная газова хроматографія, М., 1972; Гольберт До. А., Вігдергауз М. С., Курс газової хроматографії, М., 1974; Хроматографія на папері, пер.(переведення) з чеш.(чеський), М., 1962; Детерман Р., гель-хроматографія, пер.(переведення) з йому.(німецький), М., 1970; Morris С. J. О., Morris P., Separation methods in biochemistry, L., 1964.

  До. І. Сакодинський.

Основні варіанти проведення хроматографічного процесу: а — фронтальний; би — проявник; у — витіснювальний; 1, 2, 3, 4 — речовини, що розділяються; C — рухлива фаза, що не сорбувала; D — витискувач.