10. Тонкослойная хроматография (тсх)

В TСХ неподвижная твердая фаза тонким слоем наносится на стеклянную металлическую или пластмассовую пластину. В 2-х - 3-х см от края пластины проводят стартовую линию простым карандашом и на нее наносят анализируюмую пробу жидкости, затем край пластины опускают в растворитель, который действует как подвижная фаза в ЖАХ. Под действием капиллярных сил растворитель движется вдоль слоя сорбента и с разной скоростью переносит компоненты анализируемой смеси, что приводит к их пространственному разделению. Диффузия растворителя идет в продольном и поперечном направлениях, поэтому процесс рассматривается как двумерный. В качестве сорбентов используют Al₂O₃, SiО₂, полимерные полиамидные порошки, имеющие малые размеры.

h_х – расстояние от стартовой линии до центра хроматографического пятна.

h_p – расстояние от стартовой линии до фронта растворителя.

Сорбционные свойства системы в ТСХ характеризуется подвижностью R_x, которая рассчитывается из экспериментальных данных по уравнению (1).

Т.к. на подвижность (R_x) влияет качество сорбента, его активность, влажность, толщина, качество растворителя и другие факторы, неподдающиеся контролю, на практике пользуются относительной величиной R_{х отн}

R_{x oтн} = R_x/R_ст

Эта величина не зависит от индивидуальных характеристик хроматографической пластины.

Выбор растворителя зависит от природы сорбента и свойств анализируемого вещества, используя часто смеси растворителя.

Методом ТСХ можно анализировать как неорганические соединения (ионы), так и органические соединения. Возможность анализа не зависит от летучести веществ, анализ идет при комнатной температуре. Качественный анализ осуществляется по значениям R_х, если анализ проводят в стандартных условиях можно воспользоваться табличными данными, где даются значения R_x веществ различных на тех или других сорбентах. Могут использовать для идентификации анализируемых веществ известные вещества, нанося их вместе с анализируемым веществом на пластину – метод свидетеля.

После окончания хроматографирования зоны на храматограмме проявляют физическими или химическими методами. При химическом способе пластину опрыскивают раствором реактива, взаимодействующего с компонентами и смеси и дающего характерную окраску. Непредельные соединения определяют, выдерживая пластины в парах йода. При физическом методе проявления используется способность некоторых веществ флуоресцировать под действием УФ-облучения часто добавляют реагенты, способные к флуоресценции.

Количественный анализ с использованием ТСК осуществляют измеряя площадь пятна и используя градуировочный график, построенный в координатах S – 1gC . Или можно соскоблить пятно, проэкстрагировать анализируемое вещество из порошка- носителя и проанализировать экстракт любыми доступными Ф/Х методами анализа.

Распределительная хроматография на бумаге сходна с ТСХ. Отличие: в использовании в качестве носителя спец. хром, бумаги. Также как в ТСХ используют фильтровальную бумагу.

Очень эффективным является сочетание хроматографии и электрофореза, т.е. получение электрофоретической хроматограммы на бумаге. Воздействие электрического; поля можно использовать одновременно с хроматографированием или последовательно (сначала электрофорез, а затем хроматографирование).

11. Масс-спектроскопия - основы метода. Масс-спектры и их характеристика, использование для анализа загрязняющих веществ. Хроматомасс-спектрометрия, особенности использования для анализа загрязняющих веществ.

Масс-спектроскопия (МС) основана на получении ионов из нейтральных молекул путем воздействия на них пучком электронов, обладающих энергией достаточной для ионизации. При этом образуются «+» заряженные ионы, которые могут распадаться на отдельные фрагменты. Регистрируемая зависимость ионных токов от массы отдельных фрагментов называется масс-спектром.

Молекулы возбуждаются при взаимодействии с электронами, энергия которых больше 1000 кДж/моль. Молекула, возбужденная в результате взаимодействия с электроном, распадается с образованием положительного иона и электрона. Этот процесс называется ионизацией, образующийся положительный ион - молекулярным ионом.

М + е^- → М^*→ М⁺ + 2е^- - процесс ионизации.

Молекулярный ион (М⁺) обладает значительной внутренней энергией и быстро (10^-8 – 10^-10с) распадается на отдельные заряженные и незаряженные фрагменты. Этот процесс называется фрагментацией. Фрагментация идет до тех пор, пока не образуются ионы, внутренняя энергия которых будет недостаточна для дальнейшего распада.

М

– фрагментация

⁺ → А⁺ + В (В⁺ +А)

М⁺ → С⁺ + Д (Д⁺+С)

Образующиеся молекулярные ионы и его заряженные фрагменты детектируются по их массовым числам, представляющим собой отношение их массы к заряду: m/е, при этом получается масс-спектр. Так как образуется однозарядные ионы, то отношение m/е составляет массу иона. Масс-спектр представляет собой спектр линий положительно заряженных ионов, где по оси абсцисс откладывают значения m/е, а по оси ординат - относительные интенсивности ионного тока.

Рис 9. Масс-спектр

Анализ масс-спектра производится следующим образом: интенсивность самого большого пика принимается за 100% (основной пик), а интенсивности остальных пиков рассчитывается по отношению к основному пику и строится масс-спектр.

Подсчет начинают с отношения

m/е = 28 (N₂⁺) или

m/e = 32 (О₂⁺)

m/e = I8 (H₂О⁺)

Используя МС можно установить структуру вещества, произвести качественный и количественный анализ, используя табличные данные, которые содержат разность масс, вероятный фрагмент, соответствующий разности и вероятный класс соединений, содержащий данный фрагмент (пример).

Разность масс	Вероятный фрагмент	Вероятный класс соединений
1	Н	Адегиды, фенолы, ароматические амины распадаются с фрагментом Н
16	NH2	Амиды
17	ОН	Спирты, карбоновые кислоты
18	Н2O	Спирты, альдегиды

Например, при фрагментации молекулярного иона н-бутана образуются следующие заряженные фрагменты:

СН₃│– СН₂ │– СН₂ – СН₃⁺ m/е =58

→ СН₃⁺ m/е =15

→ СН₂ - СН₂ │– СН₃⁺ m/е = 43

→ 2СН₃- СН₂⁺ m/е = 29

→ СН₂ - СН₂⁺ m/е = 28

Рис 10. Масс-спектр н-бутана

Хроматомасс-спектрометрия (ХМС)- это сочетание газовой или жидкостной хроматографиии с масс-спектрометром, где масс-спектрометр является детектором. ХМС является более эффективным методом, чем каждый метод в отдельности. Сначала анализируемую смесь фракционируют на отдельные фракции с использованием ГХ или ЖХ, затем полученные фракции анализируют с помощью масс-спектрометра.

ХМС - универсальный метод, характеризуется высокой чувствительностью, селективностью, дает информацию о структуре веществ и их количественном содержании. ХМС используют для определения содержания в окружающей среде стойких органических загрязнителей: пестицидов, диоксинов, ПХБ и т д.

В современных масс-спектрометрах диапазон массовых чисел варьирует от 1 до 1000, а чувствительность составляет 10^-9 – 10^-12 (до 10^-14) г/л (г/кг). Минимальное количество вещества для анализа ≈ 20 мкг.