Принцип екстракційної хроматографії нескладний і полягає в тому, що в якості нерухомої фази використовується екстрагент, нанесений на порошкоподібний пористий матеріал. Цим матеріалом заповнюється хроматографічна колонка, яка являє собою скляну трубку з краном внизу. Рідина (елюент) у колонку надходить зверху під дією власної сили тяжіння.
Безумовно, таке оформлення процедури експерименту не сприяє великий ефективності поділу хроматографіруемих речовин. Величини Ветт в більшості випадків не перевищує 1-2 мм. При довжині колонки в 200 мм виходить, що число теоретичних тарілок становить 100-200 штук. Така невисока ефективність хроматографічних екстракційних систем припускає специфічну сферу застосування: поділ речовин, що володіють великими відмінностями характеристик утримування. У зв'язку з цим, в екстракційної хроматографії поширені 3 схеми організації процесу поділу. Перша схема вирішує завдання щодо відділення домішок від основної речовини проби. Передбачається, що основна речовина добре утримується екстрагентом на відміну від домішок. Безперешкодно проходячи через колонку, домішки, відокремлені від основної речовини, надходять на аналіз. Друга схема полягає тому, що на першому етапі методики всі компоненти суміші поглинаються екстрагентом колонки. Потім компоненти послідовно вимиваються елюентом, склад якої змінюється за потребою. Третя схема є поєднанням перших двох. Прикладом останньої схеми може служити поділ Ni2 + і Fe3 + трибутилфосфатом. Використання як елюента 4М HCl призводить до того, що нікель не утримується на колонці, а залізо сідає на екстрагент. Після того, як весь нікель вимивається, міняється склад елюент на 0,01 М розчин HCl. Після такої заміни з колонки починає виходити залізо. Таким чином відбувається поділ нікелю і заліза.
Познайомившись коротенько з можливостями екстракційної хроматографії, мимоволі виникає думка про доцільність переходу від класичної екстракції до екстракційної хроматографії. Чи є переваги у хроматографії, якщо ефективність колонок невисока? Незважаючи на це, тим не менш, переваги є! По-перше, ступінь очищення, при застосуванні екстракційної хроматографії, безсумнівно, вище. По-друге, хроматографічна технологія простіше, оскільки відсутні деякі трудомісткі стадії екстракції, наприклад, розподіл фаз.
Розглянувши самі загальні принципи, зупинимо свою увагу на деталях експерименту, які не менш важливі.
1. Носії та екстрагентів.
Для екстракційної хроматографії потрібні носії, які мають низку певних важливих властивостей:
міцним утримуванням екстрагенту;
задовільною ємністю по відношенню до екстрагенту;
розвиненою пористою поверхнею;
механічною міцністю;
гідрофобною поверхнею.
Пояснимо необхідність тільки деяких властивостей, так як не всі викладені пункти потребують поясненні.
Розвинена пориста поверхня потрібна носію для того, щоб плівка екстрагенту на поверхні була як можна тонше, оскільки це впливає на ефективність хроматографічної колонки. Чим тонше плівка, тим вища ефективність.
Згадка про гідрофобною поверхні зроблено у зв'язку з тим, що деякі носії, що мають розвинену поверхню, гідрофільні. Мова йде про силікагелі та окису алюмінію. Для того щоб можна було їх використовувати в екстракційної хроматографії, слід спеціально гідрофобізувати їх поверхню. Гідрофобізація проводиться парами діметілдіхлорсілана, а також тріметілхлорсілана, гексаметілдісілазана. Процес протікає 1-2 діб. Після обробки носій сушать при 120 0С 15-120 хвилин. Гідрофобізувати можна також, перемішуючи діметілдіхлорсілан з носієм.
Однак, для екстракційної хроматографії, ще частіше ніж силікагель і глинозем, застосовуються різні полімери, які не потребують гідрофобізації: фторопласт-4, політріфторхлоретілен, кель-F і ін
Від екстрагенту потрібно тільки дві важливі властивості: як можна менша розчинність в елюент і хороша оборотність переходу екстрагуються речовини в органічну фазу і назад.
2. Виготовлення хроматографічної колонки.
Перед заповненням колонки, носій повинен бути приготований до роботи, тобто просочений екстграгентом. Існує кілька способів нанесення екстрагенту. Застосування того чи іншого способу нанесення екстрагенту залежить великою мірою від його летючості. Нелеткі екстрагенту наносяться таким чином: готується розчин екстрагенту в летучому органічному розчиннику, отриманим розчином просочується носій, розчинник піддається примусової отгонке або випаровується самостійно. Для летючих екстрагентів необхідно використовувати 2-й спосіб. Він полягає в тому, що носій заливають надлишком екстрагенту. З цієї суміші готується колонка, а потім екстрагент поступово витісняється з колонки порціями елюента. Третій спосіб нанесення екстрагенту відрізняється від другого тільки тим, що носій заливається не чистим екстрагентом, а розчином екстрагенту в розчиннику, який у свою чергу розчинний у елюент. Якщо це можливо, то краще застосовувати третій спосіб, так як його перевага полягає в тому, що він дозволяє рівномірно розподіляти на носії малі кількості екстрагенту. Крім того, розшарування екстрагенту при контакті з елюентом відбувається не так швидко, що благотворно позначається на якості набивання колонки.
Хроматографічна колонка може бути заповнена носієм 2-ма способами. Перший спосіб ("сухий") полягає в заповненні колонки сухим носієм. Після заповнення через колонку пропускається елюент для того, щоб позбутися від пухирців повітря. Другий спосіб, званий суспензійним, полягає в тому, що в колонку поміщається суспензія наповнювача в елюент або екстрагентів. Суспензія додається малими порціями і акуратно утрамбовується скляною паличкою. Досвід показує, що краще використовувати 2-й спосіб, тому що дозволяє обійти утомливий етап боротьби з бульбашками повітря.
3. Детектування.
На превеликий жаль, в екстракційної хроматографії не використовуються універсальні датчики, які б виробляли аналітичні вимірювання в потоці. Необхідні вимірювання проводяться не безперервно, а дискретно, проводячи регулярний відбір проб. Відібрані проби аналізуються найрізноманітнішими методами: від фотометрії до радіометрії. Я не випадково згадав радіометрії, так як простота і висока чутливість аналізу з використанням радіоактивних ізотопів привертають велику кількість дослідників.
Проби на аналіз відбирають або, вважаючи краплі елюента, або набираючи елюент в спеціальну мірний посуд. Краще використовувати метод рахунку крапель, так як він дозволяє більш точно робити відбір проб. Для рахунку крапель використовується різноманітне обладнання. Наприклад, в інституті Гідроцветмет застосовувалася конструкція, схема якої відображена на малюнку.
З малюнка видно, що пристрій складається з електродів, які замикає падаюча крапля елюента. Момент замикання відбивається імпульсом в електричному ланцюзі, а імпульс реєструє лічильник імпульсів ПП-15А. Конденсатор у схемі потрібен для того, щоб скоротити час імпульсу, тому що занадто тривалі імпульси прилад не реєструє.
4. Визначення параметрів колонки.
Тільки одна закономірність відрізняє теорію екстракційної хроматографії від класичної:
Vr = D Vs,
де Vr - утримуваний об'єм хроматографіруемого речовини;
D - коефіцієнт розподіл цієї речовини між органічною і водної фазою;
Vs - загальний обсяг екстрагенту, що знаходиться в колонці.
В іншому розрахунки нічим не відрізняються від загальноприйнятих (див. Розрахунки в хроматографії). Однак простіше робити розрахунки, користуючись фронтальним методом хроматографії, благо техніка екстракційної хроматографії дозволяє це зробити. Для фронтальної кривої число теоретичних тарілок розраховується за наступною формулою [1,2]:
N = Vmr Vr / (V mr - V 0.159) 2,
де Vmr - загальний утримуваний об'єм, тобто утримуваний об'єм плюс вільний обсяг колонки.
Інші позначення можна зрозуміти, подивившись на малюнок.
Ця формула розрахунку виведена мною і хороша тим, що є наслідком розрахунків, що враховують загальне перерозподіл речовини в хроматографічної колонки. Пропонована ж увазі читачів книги "Екстракційна хроматографія" (під редакцією Т. Брауна та Г. Герсіні) формула, має яскраво виражений емпіричний характер, що кілька применшує її цінність:
N = Vmr V0.157 / (V mr - V 0.157) 2.
Список літератури
1. Немирівський А.М., Сухоручко В.І. Розрахунок ефективності хроматографічних систем / Заводська лабораторія. 1994. т.60. N6. С. 1-4.
2. Немирівський А.М. Розрахунки у фронтальній хроматографії / Заводська лабораторія. 1996. N3. С. 13-15.