Хроматографія сутність класифікація основні характеристики елюентной колонкової хроматографії

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати


Хроматографія: сутність, класифікація, основні характеристики елюентной колонкової хроматографії

Хроматографія - це метод розділення і аналізу сумішей речовин, заснований на різному розподілі компонентів суміші між двома несмешивающимися фазами - одна з яких повинна бути рухливою, а інша нерухомої (ПФ, НФ). Суміш впроваджується в ПФ при контакті з поверхнею НФ компоненти суміші розподіляються між ПФ і НФ відповідно до їх властивостями (адсорбируемостью, розчинність тощо) Встановлюється динамічна рівновага, внаслідок чого молекули суміші, частину часу перебувають у НФ, а частина - в ПФ. Уздовж хроматографічної системи рухаються тільки ті молекули, які знаходяться в ПФ. Різні речовини мають різний спорідненістю до ПФ і НФ. Речовина, сильніше взаємодіє з НФ, буде повільніше рухатися через хроматографічну систему в порівнянні з речовиною, слабше взаємодіє з НФ. Для розділення різних молекул НФ повинна мати хоча б одним з їхніх основних властивостей:

1) фізично сорбувати речовини, що знаходяться в ПФ;

2) хімічно сорбувати речовини, що знаходяться в ПФ;

3) розчиняти колективні речовини;

4) мати пористу структуру і тому утримувати одні речовини і не затримувати інші, залежно від їх розмірів чи форми.

Хроматографічний метод є універсальним для розділення і аналізу сумішей речовин самої різної природи. Залежно від конкретних завдань він видозмінювався, внаслідок чого виникло багато варіантів методу (див. табл. 1).

В даний час хроматографічні методи класифікують за такими ознаками:

1) агрегатному стані ПФ і НФ;

2) механізму взаємодії речовин, аналізованої суміші та сорбенту;

3) природі явищ, що лежать в процесі поділу;

4) способу оформлення методу;

5) методом проведення аналізу.

По агрегатному стані ПФ може бути рідкої (рідинна хроматографія) або газоподібному (газова хроматографія).

НФ може бути твердим тілом або рідиною, нанесеною на матеріал-носій. Відповідно до цього в рідинної хроматографії розрізняють рідина-рідинну хроматографію (НФ та ПФ - рідкі) і жідкотвердофазную (ПФ - рідка, а НФ - тверда), а в газовій хроматографії газотвердофазную (ПФ-газ, НФ-тверда) і газожидкостную (ПФ -газ, НФ-рідина).

Таблиця 1.

Вид

Агрегатний стан

Спосіб

Механізм


ПФ

НФ

оформлення

поділу

Газова:





Газоадсорбционная

Газ

Тверда

Колона

Адсорбційний

газорідинна

Газ

Рідка

Колона

Розподільний

Рідинна:





рідко-твердофазна

Рідина

Тверда

Колона

Адсорбційний

рідко-рідинна

Рідина

Рідина

Колона

Розподільний

Іонообмінна

Рідина

Тверда

Колона

Іонний обмін

Тонкошарова

Рідина

Рідина

Тонкий шар

Розподіливши-них


Рідина

Тверда

Тонкий шар

Адсорбційний

Паперова

Рідина

Рідина

Аркуш паперу

Розподільний

Ситова (гельпронікающая)

Рідина

Рідина

Колона

За розмірами молекул

Поділ речовин протікає по різних механізмах залежно від природи сорбенту і речовин аналізованої суміші.

По механізму взаємодії речовини і сорбенту розрізняють сорбційні методи, засновані на законах розподілу, і гельфільтраціонние (гельпронікающіе), засновані на різниці розмірів молекул і поділюваних речовин. Найбільш численні сорбційні методи: адсорбційні, розподільні, іонообмінні і осадові.

Відповідно до класифікації по другому ознакою виділяють адсорбційну, розподільну, осадову і ситову хроматографію.

У тому випадку, коли НФ-тверда речовина, здатне адсорбувати визначувану речовину, то хроматографію називають адсорбційної. В основі адсорбційної хроматографії лежить концентрування поділюваних речовин на твердій поверхні вибраного адсорбенту. Необхідна для цього енергія обумовлена ​​фізичними ван-дер-ваальсовимі силами міжмолекулярної взаємодії в системі адсорбат - адсорбент (молекулярна хроматографія) або силами хімічної взаємодії, що діють у процесі обміну іонів поділюваних компонентів з поверхневими іонами застосовуваного іонного адсорбенту (хемосорбціонние хроматографія). В обох випадках головна умова поділу - відмінність енергії поглинання поділюваних речовин.

Якщо НФ є рідиною і аналізоване речовина здатна в ній розчинятися, то воно розподіляється між рухомою і нерухомою фазами. Така хроматографічна система є розподільчої.

Розподільна хроматографія заснована на різній розчинності поділюваних речовин в заданому розчиннику. Природа сил міжмолекулярної взаємодії обумовлена ​​як Ван-дер-ваальсовимі силами, так і специфічними (водневими) силами міжмолекулярної взаємодії. Оскільки поділ протікає на кордоні двох змішуються між собою фаз - НФ (рідини) та ПФ (рідини або газу), процес розділення речовин визначається відмінністю їх коефіцієнтів розподілу між обома фазами.

В основі осадової хроматографії лежить явище утворення нерозчинних сполук в результаті хімічних реакцій поділюваних речовин з реактивом-осадителем. Поділ речовин обумовлено тим, що речовина з більш розчинною осадом більшою мірою перебуває в ПФ, ніж речовина з менш розчинним осадом.

Ситова (гельпронікающая) хроматографія заснована на поділі речовин шляхом фільтрації через пористі матеріали (наприклад, гелі) з певним розміром пор. При цьому частинки з розмірами менше розміру пір сита відокремлюються від часток з великими розмірами.

За ознакою оформлення методу розрізняють колоночной і площинну хроматографії. У стовпчики варіанті НФ поміщають всередину хроматографічної колонки, а в площинному наносять на плоску поверхню інертного носія (тонкошарова хроматографія) або поверхня сама є НФ (паперова хроматографія). Природно площинний варіант застосуємо тільки для рідинної хроматографії, колонкової хроматографії застосовна для більшого варіантів методу. У колонкової хроматографії розрізняють насадочні або капілярну. У першому випадку колонку засипають або твердим гранульованим адсорбентом (адсорбційна хроматографія), або на гранульований інертним матеріалом - носієм, змоченим рідиною (розподільна хроматографія). В іншому варіанті НФ наносять безпосередньо на внутрішню поверхню довгого капіляра. В обох випадках досягається велика поверхня контакту поділюваних речовин з ПФ.

За методом колоночного хроматографирования виділяють найбільш універсальні фронтальний, витіснювальний і елюентний (проявительного) способи.

Рис. 1. Вид установки для колоночной передьої хроматографії.

Фронтальний метод - найпростіший варіант хроматографії. Він полягає в тому, що через колонку з адсорбентом безперервно пропускають аналізовану суміш, наприклад, компонентів А і В у розчиннику S (рис. 1). У розчині, що витікає з колонки, визначають концентрацію кожного компонента і будують графік в координатах "кількість речовини - об'єм розчину", що пройшов через колонку. Цю залежність зазвичай називають хроматограмою чи вихідний кривої. На виході з колонки збирають розчин, званий елюатів. Внаслідок сорбції А і В спочатку з колонки буде витікати розчинник S, потім розчинник і менш сорбіруємості компонент А, а потім розчинник, компонент А і компонент В. Таким чином, вдається виділити в чистому вигляді лише один компонент суміші - найменш сорбіруємості. Фронтальному методу відповідає хроматограмма виду (рис. 3.).

Рис. 2. Хроматограмма фронтального методу.

Фронтальний метод застосовується рідко. Його використовують для очищення розчину від домішок, якщо вони сорбуються краще, ніж основний компонент. У витіснювальний методі, після введення в колонку суміші, її компоненти, А, В, С, D і т.д., поділяють слабоактів-ним елюентом (S), який потім заміняють на інший (витіснювач), сорбуються НФ краще, ніж будь-який з компонентів аналізованої суміші.

Внаслідок цього новий елюент витісняє компоненти, які виходять з колонки в порядку зростання взаємодії з НФ. Вихідна крива цього методу має вид, показаний на рис. 2.

При деяких умовах довжина щабля цього хроматограмме пропорційна концентрації, що використовується в кількісному аналізі. У витіснювальний методі, на відміну елюентного, концентрація розчину при хроматографирования не зменшується. Істотним недоліком витіснювальний методу є часте накладення зони одного речовини на зону іншого, оскільки зони компонентів в витіснювальний методі не розділені зоною розчинника.

Рис. 3. Хроматограмма витіснювальний методу.

При проявительного (елюентном) методі в колонку у вигляді розчину чи газу вводять невелику порцію суміші, яка містить компоненти А і В і промивають колонку розчинником, званим елюентом.

У міру проходження елюента через колонку речовини переміщаються з ним з різною швидкістю, що залежить від спорідненості до сорбенту. В результаті компоненти суміші поділяються на зони. Ці зони по черзі виходять з колонки, розділені зонами чистого елюента. Фіксуючи аналітичний сигнал, пов'язаний з концентрацією компонентів суміші. На виході з колонки отримують елюентную хроматограму (рис. 3), що складається з ряду піків, кожен з яких відповідає окремих компонентів суміші. Чим більше концентрація компонента, тим більше його пік, що є основою кількісного аналізу. Проявительного метод дає можливість розділяти складні суміші.

Рис. 4. Хроматограмма елюентного методу.

У разі поділу цим методом суміші, що з забарвлених компонентів, в прозорій колонці можна бачити зони розподілені вздовж сорбенту компонентів. Сорбент з зонами називають внутрішньою хроматограмою (рис. 4). Вона дозволяє судити про якісний склад суміші.

Рис. 5. Вид внутрішньої хроматограми.

Перша внутрішня хроматограмма була отримана в 1903 році ботаніком М.С. Кольором. На колонці, заповненій карбонатом кальцію (НФ), він розділив хлорофил на ряд різному забарвлених компонентів, використовуючи як ПФ петролейний ефір. Завдяки відкритому їм способу поділу складних сумішей речовин Колір вважається родоначальником фізико-хімічного методу, якому він дав назву хроматографія (від грецького - "кольоропис"). З усіх видів хроматографії найбільше значення має елюентная колонкової хроматографії. Основними її характеристиками є коефіцієнти ємності, поділу, розподілу, час утримування, а також ширина і дозвіл піків. Коефіцієнт ємності До показує, наскільки сильно речовина А утримується НФ проти ПФ: , Де n - число молей речовини А в рухомої і нерухомої фазах.

Коефіцієнт розподілу показує співвідношення концентрацій речовини А в НФ та ПФ, при якому при розподілі речовини А між ПФ і НФ встановлюється рівновага .

Для кожного виду хроматографії коефіцієнт розподілу має свою назву: в розподільній і іонообмінної - коефіцієнт розподілу, в адсорбційної - коефіцієнт адсорбції, в гельпронікающей - коефіцієнт проникності.

Коефіцієнт поділу  показує ступінь поділу двох речовин (А і В).

або .

Кожен пік на елюентной колоночной хроматограмме характеризують часом утримування, шириною і формою (рис. 5). Час утримування tr вичитують від моменту введення суміші в колонку до появи на виході з колонки максимуму піку. З параметром tr пов'язаний параметр, званий індексом утримування R. , Де tm - час проходження (мертвий час) розчинника або не утримується речовини через ту ж колонку. Для кожної речовини характерно своє R, тому R разом з tr служать для ідентифікації речовин, тобто для якісного аналізу.

Рис. 6. Спосіб графічної обробки елюентной хроматограми

Для ідентифікації речовин по хроматограмме зазвичай використовують стандартні зразки або чисті речовини, порівнюючи час утримування невідомої речовини t х з часом утримування відомого речовини t ст.

Площа піку S пропорційна кількості речовини в суміші, тому S використовують в кількісному аналізі. У деяких випадках, коли хроматограмма складається з вузьких піків, допускається використовувати для кількісного аналізу висоту піка h. Площа піку вимірюють різними способами, наприклад графічним (як площа трикутника) або планіметрії, зважуванням вирізаних піків. У сучасних хроматографах для цього передбачено електронний інтегратор. Автоматизація хроматографічного аналізу за допомогою персональних комп'ютерів дозволила значно вдосконалити ідентифікацію та кількісну обробку хроматограм.

Зміст i - того компонента в суміші за хроматограмме знаходять одним з методів:

1) методом абсолютної калібрування, тобто за градуювальним графіком залежності типу S або h від змісту (в м) i-того компонента;

2) методом внутрішнього стандарту, коли в аналізовану суміш невідомого кількісного складу вводять певну кількість не міститься в ній речовини - внутрішнього стандарту. Внутрішній стандарт повинен бути інертний до компонентів досліджуваної суміші, а його фізико-хімічні властивості повинні бути близькі їм.

Зміст i-того компонента суміші (у%) знаходять за формулою

або ,

де r - відношення маси внутрішнього стандарту до маси аналізованої речовини;

методом нормування, що полягає в тому, що суму площ (висот) всіх піків на хроматограмі суміші приймають за 100%.

Зміст i-того компонента знаходять за формулою

або .

У процесі руху по колонці зона речовини внаслідок дифузії розмивається, що позначається на ширині піків. Ширина піків W дорівнює основи трикутника, утвореного дотичними до лівої і правої гілок піку. Ширина піків визначається ефективністю хроматографічної системи. В якості міри розмивання зони використовують параметр, що має розмірність довжини і званий "висота, еквівалентна теоретичній тарілці" (ВЕТТ), H: H = ,

де L - довжина колонки; W - ширина піку.

При розрахунку Н значення W і tr необхідно брати однієї розмірності або в сек, або в мм.

У хроматографії, як і в дистиляції, використовують параметр - Число теоретичних тарілок:

N = = 16 .

Чим менше ВЕТТ, тим вже пік, тим ефективніше система, тим більша кількість компонентів можна розділити на колонці. Повнота поділу і правильність визначення залежать від того, наскільки відокремлені піки один від одного. Бажано, щоб вони не перекривалися, в той же час відстань між ними не повинно бути дуже великим, оскільки це уповільнює аналіз. Для характеристики повноти поділу піків служить величина, яка називається роздільною здатністю:

або при WA  WB  RS = .

При RS <0,8 дозвіл піків як правило незадовільний, при RS = 1 перекривання становить близько 2% і лише при RS = 1,5 можна вважати, що обидві речовини розділені повністю. Значення RS = 1,5 є оптимальним для симетричних піків. Якщо піки асиметричні, то оптимальне значення RS повинно бути більше 1,5. Для розрахунку RS по хроматограмме необхідно графічно визначити ряд параметрів (рис. 2.6. 7).


Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Хімія | Реферат
35.1кб. | скачати


Схожі роботи:
Мікроелементози класифікація та основні характеристики
Функції основні характеристики та класифікація концентраторів
Класифікація та основні характеристики торгового обладнання Вимоги
Сутність і основні характеристики політичного процесу
Сутність цілі та основні характеристики економічного зростання
Сутність загальна динаміка та основні характеристики знання
Основні засоби сутність класифікація облік
Теорія хроматографії хроматографічний аналіз види хроматографії
Основні характеристики квартири
© Усі права захищені
написати до нас