Тольяттинский государственный университет
Лекции
по Хроматографии.
Составитель Щукин В.П.
Тольятти 2013
Содержание:
ВВЕДЕНИЕ
2. ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ
3. ЧТО ТАКОЕ ХРОМАТОГРАФИЯ?
4. КЛАССИФИКАЦИЯ ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИХ МЕТОДОВ
5. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ХРОМАТОГРАММ
6. ОСНОВНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОГО РАЗДЕЛЕНИЯ
7. ХРОМАТОГРАФ
8. СОРБЕНТЫ ДЛЯ ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИХ РАЗДЕЛЕНИЙ
9. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
10 Области возможных исследований
11. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
12.СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
13. Дополнительные направления использования хроматографии в промышленности и научных исследованиях.
14. Некоторое Резюме для молодежи.
.. Каким образом познание может достигнуть
предела там, где не имеет предела природа".
Давид Анахт
ВВЕДЕНИЕ
Исполнилось более 100 –лет cо времени открытия хроматографии. Это открытие относится к 20 выдающимся открытия м прошедшего столетия, которые в наибольшей степени преобразовали науку, а через нее определили уровень развития техники и промышленности, цивилизации в целом. Ни один аналитический метод не может конкурировать с хроматографией по универсальности применения и эффективности разделения самых сложных многокомпонентных смесей, так как хроматография имеет такие достоинства как универсальность, экспрессность, чувствительность[1-6]. Более десяти работ в период 1930-1980 годы , выполненных с применением хроматографических методов, были удостоены Нобелевской премии; среди авторов методических работ - Каррер в 1937 году, Кун в 1938 году, Ружичка в 1939 году, А.Тизелиус(1948), Мартин и Синг в 1952, Сэнгер в 1958 и 1980г. Авторами были получены резкльтаты, успехи которых были в значительной степени обусловлены применением хроматографического анализа.
Достоинства хроматографии заключаются в ее универсальности. На современных газохроматографических капиллярных колонках в одном эксперименте могут быть разделены более 1000 индивидуальных компонентов, например, в бензиновых фракциях нефти. Только благодаря сочетанию разнообразных методов хроматографии и капиллярного электрофореза стала возможной расшифровка нуклеотидной последовательности ДНК и завершение работ по программе "Геном человека". Используя хроматографию, можно определить содержание супертоксикантов, в частности, полихлорированных диоксинов в объектах окружающей среды при крайне низких концентрациях этих веществ. В наши времена хроматография совершенствуется, является неотъемлемой частью науки и представляет собой:
-самый распространенный и совершенный метод разделения смесей атомов, изотопов, молекул, всех типов изомерных молекул, включая и оптические изомеры, макромолекул (синтетических полимеров и биополимеров), ионов, устойчивых свободных радикалов, комплексов, ассоциатов, микрочастиц;
-уникальный метод качественного и количественного анализа сложных многокомпонентных смесей:
-самостоятельное научное направление и важный физико-химический метод исследования, измерения и превращения веществ;
-препаративный и промышленный метод выделения веществ в чистом виде и интенсивикации промышленных процессов;
-мощная отрасль научного приборостроения.
2.0. История открытия
В 1903 году в сообщении «О новой категории адсорбционных явлений и о применении их к биохимическому анализу» русский ученый - ботаник М.С.Цвет (1872-1919) сформулировал основы хроматографии. Первое хроматографическое разделение веществ при помощи адсорбентов Цвет совершил при исследовании пигментов, участвующих в фотосинтезе растений.
Разделение Цвет проводил в колонке, показанной на рис. 1. Смесь веществ А, Б и В – природных пигментов, первоначально находящихся в зоне (е), –при приливании соответствующего растворителя Д (элюент разделяется) на отдельные зоны.
|
Рис. 1. Хроматографическое разделение пигментов хлорофилла М.C.Цветом: а – адсорбент; б – колонка; в – приемник; г – делительная воронка; д – вата. Смесь веществ А, Б и В, сначала находящихся в зоне е, разделяется при элюировании растворителем Д (элюент) на отдельные зоны, движущиеся с разными скоростями к выходу из колонки |
Как всегда, все началось, казалось бы, c самого простого, что мог проделать любой школьник. В прежние годы школьники писали чернилами. И если промокашка попадала на чернильное пятно, то можно было заметить, что раствор чернил разделялся на ней на несколько «фронтов».
Хроматография основана на распределении одного из нескольких веществ между двумя фазами (например, между твердым телом и газом, между двумя жидкостями и др.), причем одна из фаз постоянно перемещается, т. е. является подвижной. Это значит, что такая фаза, например газ или жидкость, все время продвигается, нарушая равновесие. При этом чем лучше то или иное вещество сорбируется (поглощается) или растворяется в неподвижной фазе, тем скорость его движения меньше, и, наоборот, чем меньше сорбируется соединение, т. е. обладает меньшим сродством к неподвижной фазе, тем скорость перемещения больше.
Более подробно появление термина !Хроматография» описана самим М.В. Цветом.
В стеклянную трубку с сорбентом М.С. Цвет вносил некоторое количество спиртовой вытяжки красящих пигментов зеленых листьев. Верхняя часть сорбента, находящегося в стеклянной колонке, приобретала интенсивно зеленый цвет. Затем через колонку Цвет пропускал подвижную фазу. Компоненты исследуемой смеси, растворяясь в ней, экстрагируются и продвигаются по колонке, сорбируясь новыми порциями сорбента. Вещества различной химической природы перемещаются по слою сорбента с разными скоростями за счет различного распределения компонентов анализируемой смеси между подвижной и неподвижной фазами, образовав в итоге четко разделенные окрашенные зоны (рис. 1). Цвет отмечал: "Если петролейно-эфирный раствор хлорофилла профильтровать через столбик адсорбента_, то пигменты по расположению их в адсорбционном ряду отличаются отдельными окрашенными зонами_ Получаемый таким образом препарат я называю хроматограммой, а предлагаемую методику - хроматографической".
Так впервые прозвучало слово "хроматография" (от греч. хроматос - цвет, окраска и графио - пишу, описываю). Если подвижная фаза - жидкость, говорят о жидкостной хроматографии,если газ –соответственно о газовой, если их смесь в различных вариантах, то о газо-жидкостной хроматографии.
В более поздних работах он обосновал метод теоретически, описал разные его варианты, аппаратуру, практическое применение. Основным условием для хроматографического разделения он считал различие в адсорбируемости. Расцвет и бурное развитие хроматографии начинается в 1931 году, когда появились работу по теории адсорбции и ионного обмена, были синтезированы новые органические и неорганические сорбенты. Эти работы связаны с именем Р.Куна, Е.Ледерера и А.Винтерштейна. Н.А.Измайлов и М.С.Шрайбер(1938) разработали метод тонкослойной хроматографии, А.Мартин и Р.Синдж(1941) предложили метод бумажной хроматографии. С 1940 года развивается газоадсорбционная, с 1952 год – газожидкостная хроматографии, предложенные А.Мартином и А.Джеймсом; чрезвычайно полезным оказался метод капиллярной газовой хроматографии, предложенный М.Голеем (1957). Современная высокоэффективная жидкостная хроматография начала развиваться на базе новой техники и эффективных сорбентов с 60-х годов. Х.Смол, Т.С.Стивенс и В.Бауман (1957) предложили метод ионной хроматографии. Большой вклад в развитии теории и практики хроматографии в нашей стране внесли Н.А.Шилов, М.М.Дубинин, К.В. Чмутов, А.А.Жуховицкий, Н.Н.Туркельтауб, Е.Н.Гапон, В.Г.Березкин, В.А.Даванков и др[1-6].