Распределительная хроматография

13

Федеральное Агентство науки и образования.

Сибирский Федеральный Университет.

Институт Фундаментальной Биологии и Биотехнологии.

Кафедра биотехнологии.

РЕФЕРАТ

На тему: Распределительная хроматография

Красноярск

2008г.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Обзор литературы

1.1 Хроматографический метод

1.2 Сущность метода и его преимущество

1.3 Техника проведения хроматографического анализа

1.4 Получение хроматограммы

1.5 Анализ хроматограммы

Вывод

Список используемой литературы

ВВЕДЕНИЕ

Хроматографический метод анализа был впервые применён русским учёным-ботаником Михаилом Семеновичем Цветом в 1900 году. Он использовал колонку, заполненную карбонатом кальция для разделения пигментов растительного происхождения. Первое сообщение о разработке метода хроматографии было сделано Цветом 30 декабря 1901 года на XI Съезде естествоиспытателей и врачей в С.-Петербурге. Первая печатная работа по хроматографии была опубликована в 1903 году, в журнале Труды Варшавского общества естествоиспытателей. Впервые термин хроматография появился в двух печатных работах Цвета в 1906 году, опубликованных в немецком журнале Berichte der Deutschen Botanischen Gesellschaft. В 1907 году Цвет демонстрирует Немецкому Ботаническому обществу образец хроматографа -- прибора для осуществления процесса хроматографии. В 1910-1930 годы метод был незаслуженно забыт и практически не развивался. В 1952 году Дж. Мартину и Р. Синджу была присуждена Нобелевская премия по химии за создание метода распределительной хроматографии. С середины 20 века и до наших дней хроматография интенсивно развивалась и стала одним из наиболее широко применяемых методов анализа.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Хроматография (от греч. chroma, chromatos - цвет, краска), физико-химический метод разделения и анализа смесей, основанный на распределении их компонентов между двумя фазами - неподвижной и подвижной (элюент), протекающей через неподвижную. Хроматографический анализ является критерием однородности вещества: если каким-либо хроматографическим способом анализируемое вещество не разделилось, то его считают однородным (без примесей).

Принципиальным отличием хроматографических методов от других физико-химических методов анализа является возможность разделения близких по свойствам веществ. После разделения компоненты анализируемой смеси можно идентифицировать (установить природу) и количественно определять (массу, концентрацию) любыми химическими, физическими и физико-химическими методами.

1.1 Хроматографический метод

Хроматографический метод - один из наиболее эффективных физико-химических методов разделения и анализа сложных смесей. Он применяется к жидким и парообразным системам. Разделение компонентов смеси нескольких веществ основано на каком-либо различии в их свойствах, например: различная адсорбционная способность компонентов смеси; различная растворимость образующихся осадков; различное распределение компонентов смеси между двумя несмешивающимися жидкостями. Для хроматографического разделения смесей можно использовать любой механизм сорбции. Наибольшее распространение получили виды хроматографии, основанные на применении твердых сорбентов, такие как адсорбционная (молекулярная), распределительная, ионообменная, осадочная. По сравнению с другими методами разделения, такими как осаждение, перегонка, экстракция хроматографический метод обладает рядом преимуществ:

1) возможность разделения газообразных и жидких веществ любой природы;

2) для разделения можно использовать как большие так и малые количества анализируемой смеси;

3) хроматографический анализ применим для разделения смесей веществ, очень близких по своему составу, строению и свойствам;

4) высокая степень разделения, которая значительно выше, чем в методах дробной кристаллизации и перегонки;

5) простота выполнения и применение простой аппаратуры, доступной для любой лаборатории.

1.2 Сущность метода и его преимущество

Распределительная хроматография основывается на различных величинах коэффициентов распределения отдельных компонентов раствора между двумя несмешивающимися растворителями. При распределительной хроматографии носитель пропитывается одним из растворителей (“неподвижный растворитель”), а другой растворитель (“подвижный растворитель”) пропускают через колонку носителя. В качестве неподвижного растворителя чаще всего берут воду или другие полярные жидкости (серную кислоту, метиловый спирт и т.д.); в качестве подвижного растворителя - менее полярные жидкости, не смешивающиеся с первыми во всех соотношениях. Порцию исследуемой смеси веществ, растворенную в подвижном растворителе, вводят в колонку и после того, как раствор впитается верхней частью колонки, начинают промывание колонки чистым подвижным растворителем. В процессе промывания происходит непрерывное перераспределение веществ смеси между двумя несмешивающимися жидкими фазами. Так как разные компоненты смеси имеют различные коэффициенты распределения, скорость передвижения отдельных компонентов различная.

Наибольшей скоростью движения будет обладать тот компонент смеси, который имеет наибольший коэффициент распределения:

C

K = подв.

Cнеподв.

т.е. отношение концентраций растворенного вещества в подвижной фазе к его концентрации в неподвижной фазе.

Одним из основных условий получения четкого разделения смеси методом распределительной хроматографии является практическое отсутствие какого-либо взаимодействия компонентов смеси непосредственно с носителем.

Если это условие соблюдается, то при промывании колонки происходит полное разделение смеси. Число носителей, пригодных для распределительной хроматографии, крайне ограничено. Более или менее удовлетворительными качествами обладают такие носители, как особым образом, приготовленный силикагель, очищенный крахмал, целлюлоза. Особое место в качестве носителя занимает фильтровальная бумага; получение бумажных хроматограмм в распределительной хроматографии называется бумажной хроматографией. Применение дополнительных химических или физических средств для более эффективного разделения смесей дают новые виды хроматографического анализа.

К химическим средствам относится пропускание через колонку раствора комплексообразователя. Такой прием носит название комплексообразующего вытеснения в хроматографии.

1.3 Техника проведения хроматографического анализа

Проведение хроматографического анализа смеси веществ можно условно разделить на несколько операций:

1) подготовка аппаратуры и реактивов;

2) получение хроматограмм;

3) анализ хроматограмм.

В зависимости от применяемого сорбента в хроматографическом анализе рассматриваются несколько видов хроматограмм, из которых наибольшее распространение получили колоночные и бумажные хроматограммы.

Основным прибором для получения колоночной хроматограммы является хроматографическая колонка, которая состоит из стеклянного или металлического цилиндра, запаянного порошкообразным или волоконным материалом, сорбентом или носителем. Размер колонки зависит от качества исходных веществ, подлежащих хроматографированию.

Для микроанализа используются хроматографические колонки диаметром (1-2) мм и высотой несколько сантиметров. Для промышленных целей сооружаются хроматографические колонки высотой несколько метров и диаметром до одного метра.

Заполнение колонки пористым материалом является важной операцией. От величины зерен сорбента или носителя и плотности его упаковки зависит скорость фильтрации и степень поглощения анализируемой смеси в колонке. Для заполнения хроматографических колонок используется сорбент определенного гранулометрического состава. Более крупные зерна сорбента измельчаются, мелкая фракция удаляется путем просеивания сорбента через набор сит. Колонку можно дополнять порошкообразным материалом в сухом виде или в виде суспензии в какой-либо жидкости.

Способ заполнения трубки сухим пористым материалом имеет ряд недостатков. Так, например, при фильтрации жидкости через сухой материал в его порах остается значительное количество пузырьков воздуха, которые снижают “рабочую поверхность” пористого материала и нарушают режим потока жидкости. Существенным недостатком сухого метода является то, что многие применяемые в хроматографическом анализе сорбенты и носители имеют способность к набуханию, что приводит к постоянному изменению многих параметров, характеризующих режим работы колонки. Иногда набухший материал настолько плотно заполняет все поры, что фильтрация жидкости прекращается. В некоторых случаях развивается чрезвычайно сильное набухание, приводящее к разрыву колонки. Чтобы устранить эти недостатки, колонку заполняют сорбентом в виде суспензии. Для удаления пузырьков воздуха суспензию нагревают до 70-80С.

При работе с набухающими материалами приготовленную суспензию необходимо выдержать в растворе в течении 1-2 суток, прежде чем вносить ее в колонку, так как процесс набухания происходит иногда очень медленно.

Применяемые в хроматографическом анализе иониты требуют предварительной обработки. Полученные синтетическим путем они могут быть загрязнены продуктами реакционной среды, различного рода ионами и растворимыми низкомолекулярными компонентами.

Промывание зерен ионита производят раствором соляной кислоты (1:1) до полного удаления ионов железа, затем водой до нейтральной среды. Отмывание сорбента удобнее производить динамическим методом в адсорбционных колонках при минимальной скорости движения промывного раствора. Очищенный таким образом ионит переводят в определенную ионогенную форму, например, в H+ - форму для катионов (а) в OH- -форму для анионитов. Для перевода в H+ - форму катионит в той же колонке промывают 5-6%-ным раствором соляной кислоты до прекращения изменения кислотности фильтрата, а затем дистиллированной водой до нейтральной реакции промывных вод.

1.4 Получение хроматограммы

При фильтрации через хроматографическую колонку смеси веществ в результате различной адсорбционной способности компонентов смеси в колонке будет происходить образование зон. Однако при этом не произойдет полного разделения смеси, т.к. только первая - самая нижняя зона - будет содержать в чистом виде один наименее адсорбируемый компонент, вторая зона уже будет состоять из смеси двух компонентов, третья из трех и т.д.

Последняя самая верхняя зона - будет содержать смесь всех компонентов. Таким образом, при получении первичной хроматограммы можно получить в чистом виде лишь часть одного из веществ смеси. Однако уже первичная хроматограмма может дать ценные сведения о качественном и количественном составе анализируемой смеси.

Собирая последовательно в отдельные приемники одинаковые порции фильтрата, вытекающего из колонки, получают хроматограмму, Собранные порции фильтрата подвергают количественному анализу обычными химическими или физико-химическими методами.

Промывание первичной хроматограммы чистым растворителем может привести к разделению зон. Разделение зон может быть полное и неполное. При неполном разделении имеет место перекрывание зон.

В распределительной хроматографии для разделения смеси веществ используется только процедура промывания.

Вытеснение.

Для того, чтобы осуществить полное разделение компонентов смеси, необходимо применить операцию вытеснения (элюция). Она заключается в том, что после получения первичной или промытой хроматограммы в колонку вводится растворитель или раствор вещества, способный вытеснять все или некоторые адсорбированные компоненты смеси. При пропускании через колонку растворителя компоненты смеси, вытесняя друг друга, располагаются в колонке в виде отдельных чистых зон в соответствии с адсорбируемостью. Продолжительное пропускание растворителя через хроматографическую колонку приводит к последовательному вытеснению из колонки компонентов смеси.

Бумажная хроматография.

Для получения бумажной распределительной хроматограммы берется полоса фильтровальной бумаги длиной 30-50 см и шириной 1,5 см. На один из концов этой полосы на некотором расстоянии от края наносится капля смеси анализируемых веществ. Затем этот конец бумаги опускается в ванночку, содержащую органический растворитель, насыщенный водой. При медленном продвижении растворителя через поры бумаги происходит непрерывное перераспределение веществ смеси между двумя жидкими фазами. Если разные компоненты смеси имеют различные коэффициенты распределения, то скорость продвижения отдельных компонентов смеси будет различной.

Движение подвижного растворителя по бумаге может быть как нисходящим, так и восходящим. После того, как хроматографирование заканчивается, полосу бумаги высушивают и затем проявляют реактивом, дающим цветную реакцию с анализируемыми соединениями. Полученная хроматограмма представляет собой совокупность цветных пятен, расположенных в определенном порядке вдоль полосы бумаги.

1.5 Анализ хроматограммы

Заключительной стадией хроматографического анализа смеси веществ является качественный и количественный анализы полученной хроматограммы. Хроматограмма, полученная на адсорбенте белого цвета, представляет собой серию цветных зон, расположенных в определенном порядке. Визуальное исследование такой хроматограммы дает ориентировочное представление о составе исследуемой смеси. Если разделяемые вещества флюоресцируют в ультрафиолетовом свете, расположение зон в колонке можно определить при помощи облучения ее УФ-лучами.

Выявление зон бесцветных веществ осуществляются методом проявления хроматограмм. Для этого через хроматографическую колонку пропускают раствор, который дает окрашивание зон, или перед началом хроматографии адсорбент обрабатывается соответствующим индикатором, который изменяет свою окраску в зависимости от среды образовавшейся зоны.

Количественный анализ хроматограммы целесообразно проводить лишь в том случае, когда осуществлено полное разделение смеси и хроматограмма состоит из серии отдельных непрерывающихся зон.

Количественный анализ результатов разделения сводится к определению количества вещества, содержащегося в каждой обнаруженной зоне. Ориентировочные данные можно получить, измеряя ширину полосы при стандартном сорбенте, откалиброванном по данному веществу при постоянных условиях. Для этой цели может быть использовано измерение диэлектрической постоянной по длине колонки или применение метода счета импульсов при работе с радиоактивными изотопами.

ВЫВОД

Среди разнообразных методов анализа хроматография отличается самой высокой степенью информативности благодаря одновременной реализации функций разделения, идентификации и определения. Кроме того, метод используется и для концентрирования. Хроматографический метод анализа универсален и применим к разнообразным объектам исследования (нефть, лекарственные препараты, вещества растительного и животного происхождения, биологические жидкости, пищевые продукты и др.). Хроматография отличается высокой избирательностью и низким пределом обнаружения. Эффективность метода повышается при его сочетании с другими методами анализа, автоматизацией и компьютеризацией процесса разделения, обнаружения и количественного определения.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Д.А. Вихрев, А.Ф. Шушунова. Руководство по газовой хроматографии. М.”Высшая школа”,1975.

2. В.Ф. Баровский, С.М. Горелик, Т.Б. Городенцева. Практикум по физико-химическим методам анализа. М.”Высшая школа”,1963.

3. Б.А. Айвазов «Основы газовой хроматографии.» М.”Высшая школа”,1977.

4. Аналитическая химия. Книга 2. Физико-химические методы анализа. Под ред. В.П. Васильева, - М.: Дрофа, 2004. - 384с