Области применения хроматографии

Кроме главного своего применения – качественного и количественного анализа сложных смесей – хроматографические методы позволяют решать ряд других не менее важных задач. К ним относятся следующие:

Идентификация веществ и установление различия между ними

1. Разделение сложной смеси на отдельные компоненты с препаративными целями

2. Испытание вещества на однородность, на чистоту

3. Очистка веществ от примесей

4. Концентрирование вещества и его выделение из разбавленных растворов или смесей

5. Контроль и автоматизация производственных процессов.

Молекулярная адсорбционная хроматография жидких веществ

В основе молекулярной адсорбционной хроматографии лежит различие в адсорбционных свойствах компонентов разделяемой смеси.

Адсорбенты

Правильный выбор адсорбента и растворителя имеет очень большое значение при решении задач хроматографического разделения сложных смесей. Поэтому экспериментатору необходимо знать основные принципы такого подбора, а также наиболее важные свойства адсорбентов и предъявляемые к ним требования.

Главным требованием к любому адсорбенту, применяемому в хроматографии, должно быть отсутствие химического взаимодействия между адсорбентом и анализируемыми веществами. Он не должен также оказывать каталитического воздействия как на растворитель, так и на вещества разделяемой смеси.

Вторым важнейшим требованием к адсорбенту является его избирательность, т.е. возможно большее различие в адсорбируемости веществ разделяемой смеси.

Выбор определенной степени дисперсности адсорбента также имеет немаловажное значение. Чем меньше частицы адсорбента, тем быстрее устанавливается адсорбционное равновесие и тем лучше работает колонка.

Наконец, чрезвычайно важным требованием к адсорбенту должно быть постоянство, стандартность свойств.

Растворители

В молекулярной адсорбционной хроматографии из растворов существенное значение имеет правильный выбор растворителя, особенно в проявительном анализе, в котором растворитель является проявляющим веществом. Выбор растворителя тесно связан как с природой выбранного адсорбента, так и со свойствами компонентов анализируемой смеси. Растворители должны, прежде всего, удовлетворять следующим основным требованиям: они должны хорошо растворять все компоненты анализируемой смеси, минимально адсорбироваться на выбранном адсорбенте, не реагировать химически ни с анализируемыми веществами, ни с адсорбентом.

Часто практикуется последовательное вымывание веществ рядом растворителей с постепенно увеличивающейся десорбционной способностью. При этом отдельные компоненты смеси десорбируются и вымываются из колонки последовательно. В связи с этим представляет интерес элюотропный ряд Траппе, в котором наиболее часто применяемые в хроматографии растворители расположены в порядке убывания их десорбирующей способности с полярных адсорбентов.

Кроме того, хроматографические методы анализа классифицируются:

I. По механизму разделения

1. Адсорбционная, которая в свою очередь делится на газоадсорбционную и адсорбционно-жидкостную.

Методы основаны на избирательной способности поглощение (адсорбции) различных компонентов некоторыми твердыми веществами. Для разделения смеси газов и жидкостей применяют следующие сорбенты: активированный уголь, силикагель, окись алюминия, молекулярные сита (цеолиты) и др.

2. Распределительная хроматография основана на разделении смеси веществ за счет различия коэффициентов распределения компонентов смеси между двумя несмешивающимися жидкостями. К различным разновидностям распределительной хроматографии относятся:

а) Тонкослойная хроматография (ХТС). Производится на пластинках, покрытых тонким слоем сорбента (носителя), удерживающего неподвижный растворитель. Нижний край пластинки с нанесенной на нее пробой опускают в подвижный растворитель. Оценивают по коэффициенту R_f:

,

где X – величина смещения зоны вещества;

X_f – величина смещения зоны растворителя.

б) Хроматография на бумаге, в которой в качестве носителя используются полоски бумаги.

3. Ионообменная хроматография основана на обратимом обмене содержащихся в растворе ионов на ионы, входящие в состав ионообменника.

Ионообменники могут быть неорганическими (окись алюминия, пермутит и др.) и органическими (целлюлоза, сульфоуголь). Особую группу составляют синтетические ионообменные смолы (ионообменные смолы).

Ионит – это “каркас”, на котором закреплены активные (ионогенные) группы. В зависимости от обмена катионов или анионов иониты делятся на катиониты и аниониты. У катионитов активными группами являются кислотные остатки –SO₃H; –COOH; –OH, которые структурно связаны со скелетом ионита. Подвижными остаются только ионы водорода этих групп либо замещающие их катионы (Na⁺, K⁺). У анионитов активными группами являются основные группы: –NH₂; =NH; N.

Катионный обмен: R–H + Na⁺  R–Na + H⁺

Анионный обмен: R–OH + Cl^–  R–Cl + OH^–

4. Осадочная хроматография основана на химических реакциях взаимодействия хроматографируемых веществ с осадителем, входящим в состав колонки. Различие в растворимости образующихся малорастворимых осадков обуславливает их разделение.