Slednji pa so razdeljeni na. Tankoplastna kromatografija

Ena od pomembnih nalog sodobne kemije je zanesljiva in natančna analiza organskih snovi, pogosto podobnih po strukturi in lastnostih. Brez tega je nemogoče izvajati kemijske, biokemijske in medicinske raziskave; okoljske metode analize okolja, forenzične preiskave, pa tudi kemična, naftna, plinska, prehrambena, medicinska industrija in številni drugi sektorji nacionalnega gospodarstva v veliki meri temeljijo na to.

Ena najbolj občutljivih metod je kromatografska analiza, ki jo je v začetku 20. stoletja prvi predlagal ruski znanstvenik M.S. do konca stoletja pa se je spremenil v močno orodje, brez katerega tako sintetiki kot kemiki na drugih področjih ne morejo več.

Ločevanje barv je bilo izvedeno v stolpcu, prikazanem na sl. 1. Mešanica snovi A, B in C - naravni pigmenti, ki se prvotno nahajajo v coni e,– se razdeli z dodajanjem ustreznega topila D (eluent) v ločene cone.

Kot vedno se je vse začelo z najpreprostejšo stvarjo, ki bi jo lahko naredil vsak šolar. IN prejšnja letaŠolarji, med njimi tudi avtor tega članka, so pisali s črnilom. In če je pivna blazinica padla na madež črnila, je bilo mogoče opaziti, da je bila raztopina črnila na njej razdeljena na več "front". Kromatografija temelji na porazdelitvi ene ali več snovi med dve, kot pravijo, fazi (na primer med trdno snovjo in plinom, med dvema tekočinama itd.), pri čemer se ena od faz nenehno premika, tj. je mobilna.

To pomeni, da se takšna faza, na primer plin ali tekočina, nenehno premika naprej in moti ravnovesje. Poleg tega, bolje ko je določena snov sorbirana (absorbirana) ali raztopljena v stacionarni fazi, manjša je hitrost njenega gibanja in, nasprotno, manj je spojina sorbirana, to je, da ima manjšo afiniteto do stacionarne faze, večja hitrost gibanja. Kot rezultat, kot je prikazano na sl. 2, če imamo najprej mešanico spojin, potem se postopoma vse, ki jih potiska mobilna faza, premikajo proti "finišu" z različnimi hitrostmi in se na koncu ločijo.

riž. 2. Osnovni princip kromatografskega ločevanja: NF je plast stacionarne faze, ki prekriva notranjo površino kapilarne cevke T, skozi katero teče mobilna faza (MP). Komponenta A 1 mešanice, ki jo ločujemo, ima visoko afiniteto do mobilne faze, komponenta A 2 pa do stacionarne faze. A "1 in A" 2 – položaj con istih komponent po časovnem obdobju, v katerem je prišlo do kromatografske ločitve v smeri, ki jo označuje puščica

V praksi se vzorec mešanice snovi vnese na primer z brizgo v plast stacionarne faze, nato pa se različne spojine, vključene v zmes, skupaj z mobilno fazo (eluent) premikajo po plasti. , ki jih poganja ta faza. Hitrost gibanja je odvisna od velikosti interakcije (afinitete) komponent v stacionarni in mobilni fazi, posledično pa se doseže ločitev komponent.

Po ločitvi je treba identificirati in kvantificirati vse komponente. To je splošna shema kromatografije.

Treba je opozoriti, da ta sodobna metoda omogoča v nekaj minutah določitev vsebnosti več deset in sto različnih spojin v mešanici, tudi v nepomembnih količinah v "sledovih" ~ 10–8%.

Oglejmo si podrobneje kromatografsko metodo analize. Kromatografske sisteme lahko razdelimo po naslednjih načelih:

– fizično stanje mobilne in stacionarne faze;
– geometrijske značilnosti sistema;
– mehanizem interakcije med snovjo, ki se ločuje, in fazami.

Kot mobilna faza se uporablja plin ali tekočina. Trdne snovi ali tekočine se uporabljajo kot stacionarne ali stacionarne faze.

Glede na razporeditev faz delimo kromatografske sisteme v dve skupini: planarne in kolonske.

Slednji pa se delijo na:

– pakiran, napolnjen z zrnatim trdnim materialom (majhnimi kroglicami), ki služi bodisi kot ločevalni medij bodisi kot nosilec stacionarne tekoče faze;
– kapilara, katere notranje stene so prekrite s filmom stacionarne tekočine ali plastjo trdnega adsorbenta (absorberja).

Interakcija med snovjo, ki se ločuje, in fazami kromatografskega sistema se lahko pojavi na površini faze ali v masi. V prvem primeru se imenuje kromatografija adsorpcija, v drugem – distribucija.

Mehanizmi molekularne separacije v kromatografskih sistemih se najpogosteje skrčijo na naslednje:

– stacionarna faza fizikalno absorbira (sorbira) izločene snovi;
– stacionarna faza kemijsko interagira s snovmi, ki se ločujejo;
– stacionarna faza raztopi snovi, ki jih je treba ločiti od raztopine, v topilu, ki se ne meša;
– stacionarna faza ima porozno strukturo, ki ovira difuzijo molekul snovi, ki se v tej fazi ločujejo.

Kromatografijo, ki se je začela z domačimi napravami, kot je trak papirja, potopljen v topilo, zdaj predstavljajo zelo zapleteni instrumentalni sistemi, ki temeljijo na sodobnih principih natančnosti ali natančnosti in so opremljeni z računalniško programsko opremo. Dovolj je reči, da eno najboljših računalniških podjetij, Hewlett-Packard, proizvaja tudi sodobne kromatografe.

Diagram poteka kromatografskega procesa je v bistvu zelo preprost in je prikazan na sl. 3. Nato bomo približno v tem zaporedju obravnavali načelo delovanja kromatografa.

Glavne vrste kromatografije

Glavne vrste kromatografije vključujejo adsorpcijsko, ionsko izmenjevalno, tekočinsko, papirno, tankoplastno, gelsko filtracijo in afinitetno kromatografijo.

Adsorpcijska kromatografija. V tem primeru se ločevanje snovi izvede zaradi selektivne (selektivne) adsorpcije snovi na stacionarni fazi. Takšna selektivna adsorpcija je posledica afinitete določene spojine za trdni adsorbent (stacionarna faza), to pa je določeno s polarnimi interakcijami njihovih molekul. Zato se ta vrsta kromatografije pogosto uporablja pri analizi spojin, katerih lastnosti so določene s številom in vrsto polarnih skupin. Adsorpcijska kromatografija vključuje ionsko izmenjevalno, tekočinsko, papirno, tankoplastno in plinsko adsorpcijsko kromatografijo. Plinska adsorpcijska kromatografija je podrobneje opisana v razdelku "Analiza eluenta".

Ionska izmenjevalna kromatografija. Ionske izmenjevalne smole uporabljamo kot stacionarno fazo (slika 4) tako v kolonah kot v obliki tanke plasti na plošči ali papirju. Ločevanje se običajno izvaja v vodnem mediju, zato se ta metoda uporablja predvsem v ne organska kemija, čeprav se uporabljajo tudi mešana topila. Gonilna sila za ločevanje je v tem primeru različna afiniteta ločenih ionov raztopine do ionskih izmenjevalnih centrov nasprotne polarnosti v stacionarni fazi.

Tekočinska kromatografija. V tem primeru je stacionarna faza tekočina. Najpogostejši primer je adsorpcijska različica tekočinske kolonske kromatografije. Primer ločevanja naravnih pigmentov je prikazan na sl. 5.

riž. 5. Kromatografsko ločevanje naravnih pigmentov (flavoni in izoflavoni)

Papirna kromatografija. Kot stacionarna faza se uporabljajo trakovi ali listi papirja (slika 6). Ločevanje poteka z adsorpcijskim mehanizmom, včasih pa poteka v dveh pravokotnih smereh.

Tankoplastna kromatografija je vsak sistem, pri katerem je stacionarna faza tanka plast, natančneje plast aluminijevega oksida (debela 2 mm) v obliki paste, nanesena na stekleno ploščo. Primer takega sistema in rezultati ločevanja so prikazani na sl. 7.

Afinitetna kromatografija. Ta vrsta kromatografije temelji na interakciji med snovjo, ki je na eni strani sposobna reagirati z izolirano spojino, in na drugi strani povezana s trdnim nosilcem stacionarne faze. Takšna snov ima afiniteto do izolirane spojine in se imenuje afinitetni ligand.

Ta metoda se najpogosteje uporablja v biokemičnih analizah. Na primer, ko biološke antigene, ki vsebujejo beljakovine, prehajajo skozi celulozo, aktivirano s cianogen bromidom, pride do njihovega specifičnega zadrževanja, kot je prikazano na shemi 1.

Pri drugi metodi za pritrditev proteinov na hidroksilno skupino celuloze slednjo najprej obdelamo z 2-amino-4,6-dikloro- Sim-triazin, nato pa produkt njihove interakcije reagira z amino skupino proteina po shemi 2:

Seveda pa število kromatografskih metod ni omejeno na zgoraj naštete. Kromatografijo pogosto kombiniramo z drugimi fizikalno-kemijskimi metodami, kot je masna spektrometrija, vendar je namen tega članka bralca seznaniti le s splošnimi načeli kromatografije. Zato bomo v nadaljevanju obravnavali obdelavo rezultatov kromatografije.

Metode za razvijanje kromatogramov

Manifestacija je proces prenosa ločenih snovi z mobilno fazo. Razvoj lahko poteka na tri glavne načine: čelna analiza, premik in elucija. Najbolj razširjena je elucija.

Frontalna analiza. To je najenostavnejši primer, saj tukaj vzorec služi kot mobilna faza. Nenehno se dodaja sistemu, zato so potrebne velike količine vzorcev. Rezultati so prikazani na sl. 9.

Nastanek več con je posledica različnih afinitet različnih komponent za stacionarno fazo. Sprednji rob se imenuje sprednji, od tod tudi ime. V prvi coni je le najmanj zadržana snov A, ki se giblje najhitreje. Druga cona vsebuje snovi A in B. Tretja cona je zmes snovi A, B in C. Pri frontalni analizi dobimo samo komponento A v tekoči obliki.

Analiza odmika. V tem primeru ima mobilna faza večjo afiniteto do stacionarne faze kot snov, ki jo ločujemo. Majhen vzorec se vbrizga v stacionarno fazo. Toda zaradi visoke afinitete mobilna faza izpodriva in potiska vse komponente. Izpodriva najmočneje sorbirano komponento B, ta pa snov B, ta pa najmanj sorbirano komponento A. Za razliko od frontalne analize je s to metodo mogoče dobiti vse glavne komponente v posamezni (tekoči) obliki.

Analiza eluenta. Mobilna faza za premikanje topljenca poteka skozi kromatografski sistem. Do ločevanja pride zaradi različnih afinitet komponent zmesi za stacionarno fazo in s tem zaradi različnih hitrosti njihovega gibanja. V kromatografski sistem se vnese majhen volumen vzorca. Posledično bodo cone s komponentami postopoma oblikovale ločena območja, ločena s čistim eluentom. Zaradi visoke učinkovitosti ločevanja je metoda postala najbolj razširjena in je v veliki meri nadomestila druge možnosti ločevanja. Zato bomo v nadaljevanju preučili teorijo in zasnovo strojne opreme te metode.

Malo teorije. Pogosto je priročno razmišljati o kromatografskih procesih kot o vrsti ekstrakcijskih procesov, snovi z zelo podobnimi lastnostmi pa je mogoče ločiti, ker se med kromatografskimi procesi hitro in sočasno zgodi na stotine ali celo tisoče ekstrakcijskih ciklov.

Za oceno učinkovitosti kromatografskih procesov na podlagi teoretičnega koncepta destilacije (po analogiji z ločevanjem olja v destilacijskih kolonah, kjer teoretična plošča ustreza delu destilacijske kolone, v katerem sta para in tekočina v ravnovesju), koncept "višina, enaka teoretični plošči"(VETT). Kromatografsko kolono tako obravnavamo kot niz hipotetičnih plasti (plošč). Z HETT običajno razumemo debelino plasti, ki je potrebna, da zmes, ki prihaja iz prejšnje plasti, pride v ravnovesje s povprečno koncentracijo snovi v mobilni fazi te plasti. Lahko ga opišemo z naslednjo formulo:

STAVA = L/n,

kje L– dolžina stolpca, n– število teoretičnih plošč.

HETT je sumarna karakteristika ločevanja snovi. Vendar je ločevanje sestavin mešanice pomembno, vendar ne zadostno. Identificirati je treba vsako komponento in določiti njeno količino v vzorcu. Običajno se to naredi z obdelavo kromatogramov - odvisnosti jakosti signala, sorazmerne s koncentracijo snovi, od časa ločevanja. Nekaj ​​primerov kromatogramov je prikazanih na sl. 10, 11.

Imenuje se čas od trenutka, ko je vzorec vstavljen v kolono, do trenutka, ko je zabeležen najvišji vrh čas zadrževanja (tR). IN optimalni pogoji ni odvisna od količine vnesenega vzorca in je ob upoštevanju geometrijskih parametrov kolone določena s strukturo določene spojine, t.j. je kvalitativna značilnost komponent. Kvantitativno vsebnost komponente označuje velikost vrha oziroma njegova površina. štetje območje vrha se običajno izvaja samodejno z uporabo instrumenta integratorja, ki beleži tako retencijski čas kot površino vrha. Sodobna oprema vam omogoča, da takoj prejmete računalniški izpis, ki prikazuje vsebino vseh komponent mešanice, ki se ločuje.

Delo kromatografa. Namestitveni diagram za najpreprostejši plinski kromatograf je prikazan na sl. 12. Sestavljen je iz plinske jeklenke, ki vsebuje mobilno inertno fazo (nosilni plin), najpogosteje helij, dušik, argon itd. Z reduktorjem, ki zmanjša tlak plina na zahtevano raven, vstopi nosilni plin v kolono, ki je cev, napolnjena s sorbentom ali drugim kromatografskim materialom, ki deluje kot stacionarna faza.

riž. 12. Shema delovanja plinskega kromatografa:
1 – visokotlačna jeklenka z nosilnim plinom; 2 – stabilizator pretoka; 3 in 3 " – merilnika tlaka; 4 – kromatografska kolona; 5 – naprava za vbrizgavanje vzorca; 6 – termostat; 7 – detektor; 8 – zapisovalnik; 9 – merilnik pretoka

Kromatografska kolona je "srce" kromatografa, saj v njej poteka ločevanje zmesi. Zvočniki so največkrat izdelani iz stekla; Obstajajo jeklene, teflonske in kapilarne kolone. Blizu vstopa plina v kolono je nameščena naprava za vnos vzorca. Najpogosteje se vzorec daje z brizgo, ki preluknja gumijasto membrano. Analizirana mešanica se loči v koloni in vstopi v detektor - napravo, ki pretvori rezultate ločevanja v obliko, primerno za zapisovanje.

Eden najbolj uporabljanih detektorjev je katarometer, katerega princip delovanja temelji na merjenju toplotne kapacitete različnih teles.

Na sl. Slika 13 prikazuje diagram katarometra. V valjasto votlino je nameščena kovinska spirala (uporovna nit), ki se zaradi prehajanja konstantne energije skozi njo segreva. električni tok. Ko skozi njo teče nosilni plin s konstantno hitrostjo, ostane temperatura spirale konstantna. Če pa se ob pojavu eluirne snovi spremeni sestava plina, se spremeni temperatura spirale, ki jo naprava zabeleži.

Drug pogost detektor je plamensko ionizacijski detektor, katerega diagram je prikazan na sl. 14. Je veliko bolj občutljiv kot katarometer, vendar zahteva dovod ne le nosilnega plina, ampak tudi vodika. Nosilni plin, ki izstopa iz kolone, ki vsebuje eluent, se pomeša z vodikom in preide v šobo gorilnika detektorja. Plamen ionizira molekule eluenta, zaradi česar se električni upor med elektrodama zmanjša in tok poveča.

Tekočinska kromatografija uporablja spektrofotometrične detektorje (v vidnem, UV in IR območju) ter refraktometrične detektorje, ki temeljijo na merjenju lomnih količnikov raztopin.

To so v splošnem osnove kromatografske analize. Seveda članek podaja le splošna načela kromatografije, pogosto pa so le navedena. Pravzaprav je "kuhinja" te metode precej velika in zapletena. Glavni cilj tega članka je po mnenju avtorja pritegniti pozornost mladih bralcev na to močno metodo.

Kdor želi bolje spoznati to področje, se lahko obrne na spodnjo literaturo.

Literatura

Zhukhovitsky A.A., Turkeltaub N.M. Plinska kromatografija. M.: Gostoptehizdat, 1962, 240 str.;
Sakodinsky K.I., Kiselev A.V., Iogansen A.V. in drugi Fizikalno-kemijska uporaba plinske kromatografije. M.: Kemija, 1973,
254 str.;
Tekočinska kolonska kromatografija. V 3 zvezkih Ed. Z. Deila, K. Macieka, J. Janaka. M.: Mir, 1972;
Berezkin V.G., Alishoev V.R., Nemirovskaya I.B..
Plinska kromatografija v kemiji polimerov. M.: Nauka, 1972, 287 str.; Morozov A.A.
Kromatografija v anorganski analizi. M.: Višje. šola, 1972, 233 str.; Berezkin V.G., Bočkov A.S.
. Kvantitativna tankoplastna kromatografija. M.: Nauka, 1980, 183 str.;
Laboratorijski priročnik za kromatografske in sorodne tehnike. V 2 zv. Ed. O. Mikeš. M.: Mir, 1982, letnik 1–2, 783 str.;
Okoljska kromatografska analiza. Ed. R. Groba. M.: Mir, 1979, 606 str.; Kirchner Yu
. Tankoplastna kromatografija. V 2 zv., M., 1981, 615 str., 523 str.

Ekstrakcijska kromatografija. Ed. T. Brown, G. Guersini. M.: Mir, 1978, 627 str.
V.V.Safonov,
moskovski profesor
državni tekstil

Akademija poimenovana po A.N. Kosygina Izvedena pa je bila tudi plinska različica TLC. Kot te se uporabljajo drobnozrnati Al 2 O 3 itd., prekriti s steklom, folijo ali ploščami; za zaščito plasti, uporabo ali druge. Industrija proizvaja že pripravljene zapise z že pritrjeno plastjo. Eluenti so običajno mešanice org. raztopine, vodne raztopine, sredstva za kompleksiranje itd. Odvisno od izbire kromatografskega sistem (sestava mobilne in stacionarne faze) v

ločitev v-v

Pri elucijski različici na plast nanesemo kapljice (volumen 1-5 μl) analizirane raztopine in rob plošče potopimo v eluent, ki se nahaja na dnu hermetično zaprte steklene komore. Eluent se premika vzdolž plasti pod delovanjem kapilarnih in gravitacijskih sil; analizirana mešanica se giblje v isto smer. Kot rezultat večkratnega ponavljanja in v skladu s koeficientom. razdelitve v izbrani ločimo in razporedimo na ploščo v ločene cone.

Po končanem procesu ploščo odstranimo iz komore, posušimo in ločene cone detektiramo po lastni meri. po barvanju ali po pršenju z raztopinami, ki tvorijo barvne ali fluorescentne lises komponentami mešanice, ki jih je treba ločiti. Radioaktivne snovi se odkrijejo avtoradiografsko (z izpostavljenostjo plošči, ki je na njej).

Tudi rabljeno. in aktivne metode odkrivanja. Nastala slika porazdelitve kromatograf cone imenovane kromatogram (glej sliko).

Kromatogram, dobljen z ločevanjem mešanice treh komponent z metodo tanke plasti.

Kromatografski položaj

cone v kromatogramu so označene z vrednostjo R f - razmerjem poti l i, ki jo prečka središče cone i-te komponente od začetne črte do poti l, ki jo prehodi eluent: R f = l i /l ; R f 1. Vrednost R f je odvisna od koeficienta. porazdelitev () in na razmerje volumnov mobilne in stacionarne faze. Na ločevanje v TLC vpliva več dejavnikov - sestava in lastnosti eluenta, narava ter velikost in debelina plasti, dimenzije komore. Zato je za pridobitev ponovljivih rezultatov treba skrbno standardizirati eksperimentalne pogoje. Skladnost s to zahtevo vam omogoča nastavitev R f z relativno. standardni odklon 0,03. Pod standardnimi pogoji je R f konstanten za dano postavko in se uporablja za slednjo. Količina komponente v kromatografiji Območje se določi neposredno na plasti s površino območja (običajno se njegov premer giblje od 3 do 10 mm) ali intenzivnostjo njegove barve ().

Prednosti TLC: enostavnost, stroškovna učinkovitost, razpoložljivost opreme, hitrost (trajanje ločevanja 10-100 min), visoka produktivnost in učinkovitost ločevanja, jasnost rezultatov ločevanja, enostavnost kromatografske detekcije. cone

TLC se uporablja za ločevanje in analizo organskih in neorg. in-in: skoraj vsi neorg.

-> Dodajte materiale na spletno mesto -> Analitična kemija -> Zolotov Yu.A. -> "Osnove analizne kemije, zvezek 2" ->

Osnove analizne kemije, zvezek 2 - Zolotov Yu.A.