7. Адсорбція з багатокомпонентних розчинів

Значну різницю у здатності адсорбуватись навіть близьких за своєю хімічною природою речовин можна використати для розділення та аналізу складних сумішей. Вперше суміш пігментів листків рослин розділив російський біохімік М.С.Цвєт (1903). Він пропустив розчин хлорофілу через колонку з адсорбентом (оксидом алюмінію). Окремі компоненти суміші адсорбувались на різних рівнях колонки, утворюючи кільця, забарвлені в різні кольори. Ці кільця можна розділити і проаналізувати. Цвєту належить і назва методу – хроматографія.

Хроматографія – це розділення компонентів суміші, засноване на вибірковій адсорбції твердим адсорбентом.

Хроматографією називають метод аналізу по поділу складних газоподібних або рідких сумішей за допомогою сорбційних властивостей їхніх компонентів у динамічних умовах.

Суміш розділяється за рахунок різного розподілу її компонентів між двома рідинами, що не змішуються, або двома фазами, із яких одна нерухома (нерухома фаза), а друга омиває її (рухлива фаза). Висока ефективність поділу досягається тим, що процеси сорбції і десорбції в ході аналізу багаторазово повторюються.

Хроматографічні методи одержали широке застосування в галузях харчової промисловості, у наукових дослідженнях продовольчих товарів і сільськогосподарської сировини, в організації оптимального збереження і контролю якості харчових продуктів. Вони особливо ефективні при вивченні складних по складу продуктів рослинного і тваринного походження, якісній і кількісній оцінці харчових добавок, вимірі залишкового вмісту пестицидів, виявленні початкових стадій зниження якості, ідентифікації речовин, відповідальних за формування смаку і запаху.

Широкому застосуванню хроматографічних методів сприяли висока розподільна здатність, чутливість, простота устаткування, швидкість і можливість повної автоматизації всіх аналітичних операцій.

У лабораторній практиці харчових виробництв і в товарних дослідженнях переважно застосовується адсорбційна і розподільна хроматографія в колончатому, паперовому, тонкошаровому і газовому варіантах. Одним із найперших і найбільш простих по техніці виконання засобів є адсорбційна хроматографія на колонках (колончата хроматографія).

У верхній зоні колонки міститься речовина, яка має найбільшу адсорбційну здатність. У наступних зонах розташовані речовини відповідно до зменшення їх здатності адсорбуватись.

Інтенсивного розвитку хроматографія набула у тридцяті роки, коли чітко визначились її переваги перед іншими методами аналітичної хімії.

Ці переваги суттєві:

• Можна кількісно розділяти складні суміші речовин, не піддаючи їх хімічним змінам і термічній обробці.

• Метод можна застосувати для розділення сумішей речовин, дуже близьких за хімічним складом, будовою і властивостями.

• Можна проводити аналізи з малими кількостями речовин (до 10^-5 – 10^-6моля).

• Метод відзначається високою точністю: ступінь розділення набагато вищий, ніж методами кристалізації чи перегонки.

• Швидкість хроматографічного аналізу часто в десятки і сотні разів вища швидкості інших аналітичних методів.

• Можливість використання хроматографії як технологічних приладів дозволяє значно підвищити технологічну культуру, поліпшити якість продукції, автоматизувати багато виробництв.

З авдяки незаперечним перевагам хроматографічних методів аналізу вони отримали широке застосування не тільки в наукових дослідженнях, а й у промисловості. Особливо цінні результати дає хроматографічний метод при аналізі і розділенні складних сумішей органічних речовин (протеїнів, вуглеводнів нафти), а також при розділенні дуже близьких за своїми властивостями іонів (наприклад, рідкоземельних елементів).

Рис. 19. Схема адсорбційної колонки:

1 – розчинник; 2 – адсорбент з шарами адсорбованих речовин.

Хроматографія широко застосовується при розділенні та очистці лікарських речовин, вітамінів, амінокислот, вуглеводів, нафтових фракції, іонів, близьких за своїми властивостями (наприклад, рідкоземельних металів).

За допомогою цього методу були знайдені та розділені елементи №99 – Ейнштеній, №100 – Фермій та №101 – Менделєвій.

Хроматографічний аналіз використовується також при контролі на деяких виробництвах. Наприклад, методом хроматографії легко можна визначити штучне підфарбовування вин барвниками.

Співвідношення, в якому адсорбуються компоненти суміші, визначається їх концентраціями і здатністю кожного компонента адсорбуватися на даному адсорбенті. Чим вища концентрація компонента в розчині, тим він в більшій кількості буде адсорбуватися.

А якщо речовина і в чистому вигляді має погану адсорбційну активність відносно вибраного адсорбенту, то вона буде погано адсорбуватися і з суміші.