2.Основні етапи розвитку хроматографії (на самостійне опрацювання)

Запропонував хроматографію російський ботанік M.C. Цвєт. Історія виникнення хроматографії як науки відноситься до 1903 року, коли в працях Варшавського університету з'явилася програмна стаття російського вченого Михайла Семеновича Цвєта "Про нові категорії адсорбційних явищ і їх застосування до біохімічному аналізу". Як виявилося згодом, саме в цій роботі вперше були викладені основи хроматографічного методу.

Михайло Семенович Цвєт був ботаніком-біохіміком з широкими суто хімічними інтересами. Народився М. С. Цвєт 14 травня 1872 в невеликому італійському місті Асті. Мати його – італійка Марія Де Дороцца – прийомна дочка в сім'ї відомих російських письменників Жемчужникова (учасників групи російських письменників, що публікувалися під псевдонімом Козьма Прутков). Батько – Семен Миколайович Цвєт, уродженець м. Чернігова – видатний державний службовець. Освіту М. С. Цвєт отримав у Швейцарії. Він закінчив Женевський університет, в ньому почав свої наукові дослідження і в 24-річному віці, в 1896 році, отримав ступінь доктора ботаніки. У 1900 році М. С. Цвєт переїжджає в Росію, де починає працювати в Петербурзі в Ботанічній лабораторії Академії Наук. Тут йому доводиться знову захищати спочатку магістерську дисертацію (в Казанському університеті у 1902 році), потім, після переїзду в листопаді 1902 року до Варшави, захищати докторську дисертацію у Варшавському університеті в 1910 році. У Варшаві М. С. Цвєт працював до 1916 року: з 1902 до 1908 року у Варшавському університеті, а з 1908 року - у Варшавському політехнічному інституті. У період 1916-1918 рр. М. С. Цвєт працює спочатку в Москві, потім у Нижньому Новгороді і, нарешті, в Тарту. Помер М. С. Цвєт у Воронежі 26 червня 1919, був похований на кладовищі Олексіївського монастиря, повністю зруйнованого в роки II світової війни.

Повернімося, однак, до наукової діяльності М. С. Цвєта. Одним з основних наукових питань, яким він займався, було питання з'ясування складу хлорофілу. М. С. Цвєт розумів, що хлорофіл, забарвлює листя рослин в зелений колір, – складна речовина, багатокомпонентна суміш, що складається з цілого ряду пігментів, і поставив перед собою завдання – виділити пігменти у вигляді індивідуальних речовин. Ha колонці, заповненій CaCO₃, він розділяв пігменти рослин. Рухомою фазою служив діетиловий ефір. Саме цим методом він виявив, що в екстракті зеленого листя міститься 2 хлорофіли, 4 ксантофіли і каротин.

Досліди М. С. Цвєта полягали в наступному. Із зелених сухого листя за допомогою петролейного ефіру, чи толуолу, він екстрагував хлорофіл, і потім частина цього екстракту (пофарбованого в інтенсивно зелений колір) він вводив в верхню частину скляної трубки, щільно набитою зернами твердого адсорбенту. В якості адсорбентів М. С. Цвєт використовував мінеральні солі (всього він обстежив адсорбційні властивості 126 солей). Введена проба вбиралася зернами адсорбенту і утворювала частини трубки забарвлену в зелений колір зону. Потім М. С. Цвєт промивав колонку чистим розчинником – чистим петролейним ефіром. При цьому через деякий час спостерігалося вельми цікаве явище: по висоті трубки з'являлися окремо розташовані забарвлені зони, відстань між якими збільшувалася у міру збільшення нових об’ємів чистого розчинника. Нижче всього знаходилася зона, пофарбована в інтенсивно жовтий колір, дещо вища зона, також забарвлена ​​в жовтий колір, набагато вище – смуга, пофарбована в зелений колір і ще вище– смуга, пофарбована в жовто-зелений колір.

М. С. Цвєт припустив, що ці зони відповідають індивідуальним пігментам, розрізав скляну трубку так, щоб відокремити зону одну від іншої, виштовхував адсорбент, екстрагував пігменти і досліджував їх властивості. Він встановив, що нижче всього йде зона – каротин, речовина, яка забарвлює морквяний сік в жовтий колір, вище розташовується пігмент ксантофілл, ще вище знаходяться пігмент хлорофіл-А і пігмент хлорофіл-В.

Таким чином, М. С. Цвєту вдалося відкрити явище розділення складної за складом суміші на індивідуальні компоненти. Однак заслуга М. С. Цвєта полягає не тільки, та й не стільки в цьому відкритті, як у тому, що він правильно зрозумів фізичну суть виникаючих при цьому явищ.

М. С. Цвєт не тільки відкрив саме явище розділення, правильно зрозумів фізичний зміст процесів, що відбуваються, але навіть запропонував і термінологію, яка збереглася до теперішнього часу. В даний час заслуги М. С. Цвєта визнані у всьому світі.

Та хроматографія, яку відкрив М. С. Цвєт, класифікується за прийнятою класифікацією як адсорбційна хроматографія або молекулярна хроматографія. Однак, по суті, М. С. Цвєт є першовідкривачем всій хроматографії, оскільки те, що почало розвиватися потім, відбулося на основі саме цих робіт М. С. Цвєта.

Як розвивалися події в науковому світі після робіт М. С. Цвєта? Хроматографію спочатку використовували дуже рідко, вона з'явилася дуже рано і в той час ще не могла бути зрозуміла і прийнята по достоїнству. З історії розвитку науки добре відомо, що значення видатних відкриттів далеко не завжди усвідомлюється відразу. У багатьох випадках подальший розвиток починається лише після значного проміжку часу. Протяжність такого прихованого періоду є як би мірою того, наскільки людина, яка зробила відкриття, випередив своїх сучасників.

Прихований період розвитку хроматографії закінчився в 1931 році, після того, як Е. Ледерер, прочитавши зроблений Г. Вільштетером рукописний переклад книги М. С. Цвєта на німецьку мову, провів хроматографічне розділення каротинів. З цього часу хроматографія і стала широко використовуватися в ботанічних і біохімічних лабораторіях:

1. У 1938 році в Харківському хіміко-фармацевтичному інституті Н. А. Ізмайлов і М. С. Шрайбер розробили основи методу хроматографії в тонких шарах.

2. У 1940 році А. Мартін і Д. Сінг відкрили варіант рідинної розподільної хроматографії на прикладі розділення ацетильних похідних амінокислот на колонці, заповненій силікагелем, насиченим водою, з використанням хлороформу в якості рухомого розчинника. Тоді ж було відзначено, що в якості рухомої фази може бути використана не тільки рідину, але і газ. Було встановлено, що в основі розділення речовин методом розподільної хроматографії лежить закон розподілу, а не адсорбційні явища, як у разі хроматографії Цвєта. Дійсно, якщо маємо дві рідкі фази, які не змішуються одна з другою (наприклад, вода-толуол, вода-бензол), і в одну з фаз ввести досліджувану сполуку і ретельно перемішати фази, то через деякий час встановлюється рівновага розподілу досліджуваної сполуки між фазами, яке описується законом розподілу. Тепер, якщо одну з фаз цієї системи зробити нерухомою (наприклад, закріпити на твердому носії), заповнити цією фазою колонку і пропускати через колонку іншу, яка не змішується з першою фазою, то при введенні в колонку суміші речовин вони будуть розподілятися між фазами відповідно до величинами коефіцієнтів розподілу досліджуваних сполук в даній системі фаз. Тоді при багаторазовому повторенні по висоті колонки процесу переходу досліджуваних сполук з однієї фази в іншу, ті речовини, які краще розчиняються в рухомий фазі, будуть переміщатися по колонці з більшою швидкістю, ніж речовини, краще розчиняються в нерухомій фазі, в результаті чого і здійснюється процес поділу. За відкриття розподільчого варіанту хроматографії А.Мартін і Джеймс у 1952 році отримали Нобелівську премію.

3. У цей же період часу були синтезовані синтетичні іонообмінні смоли, з використанням яких виконані дослідження, що стали основою іонообмінної хроматографії.

4. Революційне значення для появи аналітичної хроматографії мало відкриття методу газо-рідинної хроматографії у 1952-1953 роках А. Мартіном і Д. Сінгом та істотна модернізація методу газо-адсорбційної хроматографії Янакі в 1953 р.

5. Виключне значення для розвитку хроматографії мало створення в 1956 році М. Голеєм варіанта високоефективної капілярної газової хроматографії.

6. У 1962 році М. Порат і Д. Флодін створили варіант ситової хроматографії і застосували його для розділення високомолекулярних сполук.

7. З середини 70-х років починається період інтенсивного розвитку високоефективної рідинної хроматографії, яка розширила коло аналізованих органічних сполук на полярні та інші нелеткі речовини.

8. З відкриттям у 1975 р. методу іонної хроматографії з'явилася можливість експресного і високоінформативного аналізу іонних сумішей.

9. З середини 80-х років отримали розвиток практичне використання флюїдной хроматографії і повна комп'ютеризація всього хроматографічного процесу.

Подальший розвиток аналітичної хроматографії йде в напрямках модернізації апаратури (сорбенти, режими, детектори), математичного моделювання процесів поділу, розвитку способів отримання якісної та кількісної інформації з даних хроматографічного експерименту і пошуку нових областей застосування хроматографії.