КонюховХроматография
.pdf
196 |
В. Ю. КОНЮХОВ. ХРОМАТОГРАФИЯ |
находящиеся в подвижной фазе, вступают во взаимодейст* вие с осадителем и образуют малорастворимые вещества — осадки. При дальнейшем пропускании растворителя про* исходят поочередно: растворение этих осадков, перенос ве* щества по слою неподвижной фазы, снова осаждение и т. д.
Так, например, при разделении галогенид*ионов реа* гентом*осадителем служит соль серебра. В качестве носи* теля используют дисперсное вещество (в частности — Аl2О3, силикагель, целлюлозу, крахмал, уголь, иониты) или фильтровальную бумагу, а в качестве подвижной фазы — чистый растворитель или раствор, в котором раствори* мость осадков разного состава различна (например, рас* твор кислоты или щелочи).
Разделение смеси в осадочной хроматографии проис* ходит в результате многократного повторения актов обра* зования и растворения осадков; скорость перемещения осадков пропорциональна их растворимости в данном элю* енте и определяется произведением активностей образую* щихся малорастворимых соединений. Хроматограммой в осадочной хроматографии называют картину распределе* ния хроматографических зон по слою неподвижной фазы после завершения разделения.
Различают колоночную и плоскостную осадочную хро* матографию. В первом случае анализируемый раствор вво* дят в колонку, наполненную смесью носителя и осадите* ля. Выделяют капиллярную осадочную хроматографию, в которой смесью носителя и осадителя заполняют капил* ляр, запаянный с одного конца; при анализе капилляр от* крытым концом погружают в анализируемый раствор.
К плоскостной осадочной хроматографии относят бу* мажную (ОБХ) и тонкослойную (ОТСХ). В ОБХ исполь* зуют пропитанную осадителем фильтровальную бумагу. В ОТСХ суспензией носителя и осадителя покрывают стек* лянную или металлическую пластинку; полученный слой высушивают на воздухе или в сушильном шкафу. На пла* стинку или фильтровальную бумагу наносят каплю анали* зируемого раствора объемом 1"10 мкл; край пластинки (бу* маги) погружают в растворитель, который перемещается вдоль неподвижной фазы под действием капиллярных сил.
ГЛАВА 3. ЖИДКОСТНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ |
197 |
В плоскостной осадочной хроматографии возможно раз* деление сразу нескольких смесей; для увеличения эффек* тивности используют многократное элюирование в том же или перпендикулярном направлении, тем же или другим растворителем.
В так называемой диффузионной осадочной хромато/ графии неподвижной фазой служит гель желатина или агар*агара, в который заранее введен осадитель. Анали* зируемый раствор вносят в чашку Петри (плоскостной ва* риант) или в пробирку (колоночный вариант) с застывшим гелем; разделение осуществляется диффузией вдоль слоя.
После завершения хроматографического процесса раз* личными способами устанавливают положение зон на хро* матограмме, например, опрыскиванием окрашивающими реагентами или облучением УФ*светом. Идентификацию компонентов смеси проводят по окраске зон или по вели* чине Rf, которая равна отношению пути, пройденного ком* понентом, к пути, пройденному элюентом. Количество компонента в зоне определяют по высоте или объему зоны в колоночной осадочной хроматографии, по площади пят* на или интенсивности его окрашивания — в плоскостной. Для количественного анализа применяют также разновид* ность плоскостной осадочной хроматографии — так назы* ваемую пиковую осадочную хроматографию, в которой хроматографическая зона проявляется на плоскости в фор* ме пика; тогда количество вещества в зоне пропорциональ* но высоте или площади этого пика.
Осадочную хроматографию применяют для анализа не* органических (в том числе катионов переходных, редкозе* мельных и рассеянных элементов, галогенидов, роданидов) и органических веществ, образующих с осадителем или элюентом осадки различной растворимости, а также для определения растворимости веществ в различных средах.
Г Л А В А
ПОЛЕВАЯ
ХРОМАТОГРАФИЯ
Среди новых многочисленных оригинальных вариантов разделения смесей особое значение имеет про* точное фракционирование в поле сил (ППФ). За рубежом эту группу методов обозначают FFF (Flow, Field, Fractio/ nation). Явление ППФ было открыто американским уче* ным Дж. К. Гиддингсом во второй половине XX в.
Эту интересную и очень важную группу методов одни хроматографисты выделяют в отдельный нехроматогра* фический вариант разделения; другие, напротив, рассмат* ривают ее как особый вариант хроматографии.
Основная идея ППФ, используемого для разделения макромолекул и частиц в потоке подвижной фазы, состо* ит в следующем. В ламинарный поток жидкой фазы, дви* жущийся в тонком капилляре (обычно в плоском капил* ляре прямоугольного сечения), вводится смесь макромо* лекул или частиц. Эти макромолекулы под действием потока жидкой фазы перемещаются вдоль плоского ка* пилляра, выполняющего роль колонки. Одновременно под действием поперечно (перпендикулярно) направленного по отношению к потоку жидкой фазы силового поля (на* пример, гравитационного, электрического или магнитно* го) хроматографируемые соединения мигрируют в под* вижной фазе к одной из стенок канала (колонки).
Через некоторое время в канале (или, например, в пло* ской колонне) устанавливается стационарное поперечное распределение концентрации для каждого из компонен* тов хроматографируемой смеси. Это распределение для ка*
ГЛАВА 4. ПОЛЕВАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ |
199 |
ждого компонента определяется балансом действующих сил между поперечным смещением под действием внеш* них сил (поля) и броуновским движением частиц. Про* дольное распределение концентрации хроматографируе* мых соединений зависит как от свойств используемого поля, так и от характеристик разделяемых компонентов смеси. В поперечном сечении потока подвижной фазы ско* рость потока в канале изменяется от нуля у стенки канала (колонки) до максимальной величины в центре канала. Поэтому зоны хроматографируемых компонентов, обра* зующие слои разной толщины, перемещаются вдоль ка* нала с различными скоростями, в результате чего они мо* гут быть разделены.
Преимуществом ППФ в сравнении с другими метода* ми является возможность разделения макромолекул и частиц относительно большой массы, причем в этом вари* анте хроматографии можно пренебречь явлением адсорб* ции частиц на стенках канала, которая обычно осложня* ет хроматографический процесс.
Кроме макромолекул (с молярной массой от несколь* ких тысяч до 1016) ППФ позволяет разделять частицы суб* микронных и микронных размеров и таких организован* ных структур, какими являются клетки и микроорганиз* мы. Никакие современные хроматографические методы не обладают такими возможностями. В настоящее время область применения ППФ является очень широкой, и она продолжает интенсивно расширяться.
По своей сути ППФ является однофазным вариантом хроматографии, который по механизму и по организации процесса разделения существенно отличается от традици* онной двухфазной сорбционной хроматографии.
Однофазность ППФ представляется принципиаль* ной особенностью этого особого нового вида хромато* графии, поскольку ранее все известные варианты хро* матографии были полифазными или, по крайней мере, двухфазными.
Однако с утверждением об однофазности ППФ соглас* ны далеко не все хроматографисты. Противники приме* нения этого термина считают, что разделяемые частицы
200 |
В. Ю. КОНЮХОВ. ХРОМАТОГРАФИЯ |
реагируют на приложенное поперечное поле и начинают прижиматься к соответствующей стенке канала с разной интенсивностью, что и обеспечивает их фракционирова* ние. То есть это типичный хроматографический процесс
вдвухфазной системе, где роль неподвижной фазы (стен* ки канала) заключается не в притяжении и удержива* нии разделяемых частиц, а в торможении потока подвиж* ной фазы, в создании пристеночного послойного гради* ента скорости потока. Роль поперечного поля заключается
впринуждении частиц находиться и двигаться в этом при* стеночном слое. Поле как бы придает стенке канала спо* собность удерживать разделяемые компоненты, т. е. стен* ки колонки не только играют роль, но и в действительно* сти являются неподвижной фазой.
ГЛОССАРИЙ
Абсолютное время удержива ния — см. время удерживания, обозначение: t.
Абсолютный удерживаемый объем — см. исправленный объем удерживания, обозначение: VR.
Адсорбент — вещество, кон* центрирующее газы и растворен* ные вещества на границе раздела фаз. Обычно это твердое вещество, имеющее развитую поверхность. В газо*адсорбционной хроматогра* фии обычно используют адсорбен* ты: графитированную сажу, сили* кагель, цеолиты (молекулярные сита), оксид алюминия, пористые полимеры, активированные угли и т. д.
Адсорбционный коэффици ент — константа адсорбционного равновесия, равная отношению константы скорости адсорбции к константе скорости десорбции. Вхо* дит в виде коэффициента пропор* циональности между адсорбцией a и парциальным давлением ком* понента Р в уравнение изотермы Генри, а также это одна из кон* стант уравнения изотермы Лэн* гмюра. Обозначение: b или К.
Адсорбционная хроматогра фия — вариант хроматографии, в котором неподвижной фазой слу* жит адсорбент. Чаще называют газо*адсорбционной хроматогра* фией.
Адсорбция — процесс самопро* извольного концентрирования га* зов или растворенных веществ на границе раздела фаз. В зависимо* сти от агрегатного состояния контактирующих фаз различают адсорбцию: газ — твердое тело, жидкость — твердое тело или газ — жидкость. В газо*адсорбционной хроматографии этот процесс обу* словливает удерживание веществ и тем самым их разделение при прохождении колонки (колоноч* ная хроматография) или слоя ад* сорбента (планарная хроматогра* фия).
Апиезоны — насыщенные уг* леводороды с высокой молярной массой, получают в виде остатков от молекулярной дистилляции тя* желых нефтяных фракций. В рас* пределительной (газо*жидкостной) хроматографии используются в качестве неполярной неподвиж* ной жидкой фазы, нанесенной на инертный носитель. Самым попу* лярным является апиезон L; ис* пользуются также апиезоны М и N. Верхний температурный пре* дел 250 С.
Аргоновый ионизационный де тектор. Впервые применен Лавло* ком в 1958 г. Принцип действия основан на взаимодействии моле* кул анализируемых органических веществ с возбужденными, мета*
202
стабильными атомами аргона, приводящем к ионизации этих мо* лекул. Метастабильные атомы ар* гона образуются при их столкно* вении с ускоренными вторичными электронами, образуемыми в ре* зультате облучения газа, содержа* щегося в ячейке детектора, *луча* ми, испускаемыми радиоактивной фольгой (90Sr, 63Ni, 3H), помещен* ной на стенке детектора.
Детектор не регистрирует Не,
Ne, Kr, Н2, N2, О2, СО, СО2, СН4, галогены и фтороуглероды, кото*
рые имеют потенциал ионизации, больший, чем потенциал возбуж* дения атомов аргона. Сигнал де* тектора дезактивируется парами воды. Детектор имеет большую чувствительность и меньшую по* стоянную времени, чем пламен* но*ионизационный детектор. Од* нако он является более чувстви* тельным к загрязнениям и имеет меньший линейный динамический диапазон.
Асимметричность пика —
обычно это отношение передней и задней полуширин пика. Иногда отношение передней и задней час* тей ширины пика на некоторой доле высоты. Обозначение: As.
Аффинная хроматография —
вариант хроматографии, в кото* ром разделение веществ происхо* дит за счет их биоспецифического взаимодействия с аффинным ли* гандом, ковалентно связанным с нерастворимым носителем — не* подвижной фазой. Лигандами мо* гут быть, например, ингибиторы, кофакторы, субстраты, а носите* лями — силикаты, полиалкила* миды, декстрины, целлюлоза, хи* тин, крахмал и т. п.
Аэрогели — твердые гели, по* лучаемые при удалении раствори* теля без значительной усадки мат* рицы геля. Гели, которые дают усадку или разрушаются при уда* лении диспергирующего агента, называются «ксерогелями».
В. Ю. КОНЮХОВ. ХРОМАТОГРАФИЯ
Примером могут служить сили* кагели и стеклянные гели, полу* чаемые щелочным травлением бо* росиликатных стекол с последую* щей их термической обработкой. Имеют однородные поры опреде* ленного размера. Используются в газо*адсорбционной хроматогра* фии в качестве адсорбентов.
Вихревая диффузия — физико* химический процесс, приводящий к размыванию зоны вещества, дви* жущегося через слой неподвижной фазы. Обусловлен неравномерно* стью линейных скоростей потока вокруг частиц носителя в насадоч* ной колонке: молекулы перемеща* ются вдоль колонки, следуя по пу* тям различной длины, с различны* ми скоростями. Эффект зависит от размера частиц и распределения частиц по размерам, а также от ка* чества набивки колонки.
Внешний стандарт — чистое ве* щество или калибровочная смесь, вводимые время от времени в ко* лонку для калибровки детектора.
Внутренний стандарт — веще* ство, добавляемое в известном ко* личестве в анализируемую смесь для калибровки детектора и про* ведения количественного анали* за. Должно элюироваться со вре* менем удерживания, близким к таковым для анализируемых ве* ществ, но пик его на хроматограм* ме не должен перекрываться с дру* гими пиками.
Время (объем) задержки га за — время удерживания (удер* живаемый объем) неадсорбирую* щегося вещества. Чаще называют мертвым временем (объемом). Обо* значение: V0 или t0.
Время удерживания — время, прошедшее от момента ввода про* бы до элюирования (выхода) мак* симума пика на хроматограмме. В литературе встречается назва* ние абсолютное или полное время удерживания. Иногда под этим термином понимают абсолютное
ГЛОССАРИЙ
время удерживания за вычетом мертвого времени.
Высота, эквивалентная теоре тической тарелке — мера эффек* тивности колонки (неподвижной фазы). Участок колонки (слоя сор* бента), в пределах которого уста* навливается равновесие между контактирующими фазами (под* вижной и неподвижной). Обозна* чение: ВЭТТ или Н.
Высота пика — расстояние ме* жду максимумом пика и его осно* ванием, измеренное вдоль его оси.
Высота тарелки — участок ко* лонки (слоя сорбента), соответст* вующий одной теоретической та* релке. Чаще называют высотой, эквивалентной теоретической та* релке. Обозначение: Н.
Вытеснительная хроматогра фия — вариант хроматографии, в котором анализируемые вещества вытесняются из колонки сильно сорбируемым элюентом. Метод не нашел широкого применения в хроматографии.
ВЭТТ — см. высота, эквивалент* ная теоретической тарелке.
Газ носитель — подвижная фа* за в газовой хроматографии, в ка* честве которого обычно применя* ют гелий, азот, аргон и т. п.
Газо адсорбционная хромато графия на адсорбционных сло ях — вариант хроматографии, в котором в качестве неподвижной фазы используется адсорбент, мо* дифицированный нанесением мо* нослойного количества жидкости. Другое название — газо*адсорбци* онная хроматография на модифи* цированных адсорбентах.
Газовый объем колонки — часть объема колонки, занятая газовой фазой, его также называют мерт* вым объемом или объемом задерж* ки газа. Этот объем включает в себя пространство между частица* ми и объем пор внутри частиц.
Газо жидкостная хроматогра фия — вариант хроматографии,
203
в котором в качестве подвижной фазы используется газ, а в качест* ве неподвижной фазы — нелетучая жидкость, нанесенная на инерт* ный носитель или стенки капил* лярной колонки.
ГАХ, ГЖХ, ГХ — газо*адсорб* ционная хроматография, газо* жидкостная хроматография, га* зовая хроматография.
Гелиевый детектор — детек* тор, аналогичный по конструкции
ипринципу действия аргоновому детектору, но работающий с гели* ем в качестве газа*носителя. В от* личие от аргонового, позволяет де* тектировать практически все ве* щества из*за высокой энергии метастабильного гелия. Чрезвы* чайно чувствителен к примесям.
Градиент давления — гидрав* лическое сопротивление колонки, разность между входным и выход* ным давлением колонки, делен* ная на ее длину.
Градиентная подача раствори теля. В жидкостной хроматогра* фии подача растворителя в колон* ку, при которой состав раствори* теля непрерывно меняется так, чтобы по мере выхода слабо удер* живаемых компонентов, умень* шить коэффициент распределения
итем самым ускорить выход силь* но удерживаемых. Это приводит к тому, что как слабо, так и сильно удерживаемые вещества выходят из колонки за приемлемо корот* кое время, при этом зоны сильно удерживаемых соединений сужа* ются и дают более узкие и симмет* ричные пики.
ГХ — МС — хромато*масс*спек* трометр — аналитический прибор, включающий в себя газовый хро* матограф, разделяющий компо* ненты смеси, и масс*спектрометр, идентифицирующий выходящие из колонки вещества.
Дезактивация — обработка но* сителя неподвижной фазы, сте* нок колонки и газовых линий для
Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
204
удаления активных центров, имею* щих высокую адсорбционную спо* собность и ответственных за хво* стообразование пиков и даже поте* рю некоторых компонентов пробы. Дезактивацию проводят: 1) нане* сением нелетучих соединений (на* пример, детергентов или полиме* ров); 2) химической обработкой поверхности (например, промыв* кой кислотами); 3) силанизирова* нием полярных групп поверхно* сти; 4) использованием пара по* лярного вещества, смешанного с газом*носителем (например, водя* ного пара или аммиака).
Делитель потока пробы — уст* ройство, используемое в хромато* графах для ввода требуемых ма* лых проб в полую капиллярную колонку (ПКК). Для снижения ти* пичной пробы, вводимой микро* шприцем (1 мкл), на два*три по* рядка часть газового потока из испарителя сбрасывают через ре* гулируемый игольчатый вентиль.
Детектор — устройство, изме* ряющее физико*химические свой* ства элюата, выходящего из ра* бочей колонки хроматографа, и дающее сигнал детектора при по* явлении в подвижной фазе анали* зируемого вещества.
Детектор Лавлока — см. арго* новый ионизационный детектор.
Детектор концентрационный —
детектор, сигнал которого про* порционален концентрации ана* лизируемого вещества в подвиж* ной фазе.
Детектор потоковый — детек* тор, сигнал которого пропорциона* лен массовому потоку анализируе* мого вещества в подвижной фазе.
Детектор по плотности — де* тектор, измеряющий, разность плотности чистого газа*носителя и элюента, выходящего из колон* ки хроматографа.
Детектор электронного захва та — ионизационный детектор, принцип действия которого осно*
В. Ю. КОНЮХОВ. ХРОМАТОГРАФИЯ
ван на измерении изменения ио* низационного тока, происходяще* го при захвате электронов элек* трон*акцепторными веществами.
Детектор по сечению иониза ции — исторически первый тип описанного ионизационного де* тектора. Элюент из колонки хро* матографа протекает через ячей* ку, содержащую источник радио* активного излучения. К концам ячейки приложена разность по* тенциалов, собирающая образую* щиеся в ячейке ионы. Измеряемый таким образом ток является функ* цией сечения ионизации газа. При попадании в ячейку анализируе* мого вещества ионизационный ток изменяется, что и фиксируется как сигнал детектора. Из*за низкой чувствительности и предела де* тектирования детектор не полу* чил распространения.
Детектор по теплопроводности (катарометр) — один из самых распространенных в газовой хро* матографии детекторов. Принцип работы основан на изменении те* плопроводности газа, выходяще* го из колонки хроматографа. В ка* честве подвижной фазы обычно используется газ с высокой тепло* проводностью, обычно гелий. Когда элюируется из колонки анализиру* емое вещество, теплопроводность газа понижается. В результате температура двух нагреваемых электрическим током резисторов повышается. Это приводит к раз* балансу моста Уитстона, содер* жащего эти резисторы. Разбаланс моста и является мерой концен* трации вещества в газе*носителе.
Детектор по электропроводно сти (детектор Коулсона или детек тор по проводимости). Выходящее из колонки анализируемое веще* ство окисляется в избытке кисло* рода, элюат экстрагируется водой, электропроводность которой не* прерывно измеряют. Детектор ре* гистрирует галогены, азот и серу,
ГЛОССАРИЙ
используется для анализа пести* цидов.
Диатомитовая земля — иско* паемые останки микроскопиче* ских одноклеточных микроорга* низмов, состоят главным образом из силикагеля и содержат в не* большом количестве оксиды раз* личных металлов. Исходный ма* териал для приготовления инерт* ных носителей жидкой фазы в газо*жидкостной распределитель* ной хроматографии. Известны дру* гие его названия: целит, кизель* гур, хромосорб (коммерческое на* звание).
Дифференциальный детек тор — детектор, измеряющий изме* нение какого*либо физико*хими* ческого свойства подвижной фазы во времени. Дает сигнал, пропор* циональный концентрации или массовому потоку анализируемо* го вещества. Суммарное количест* во вещества, элюированного из ко* лонки, пропорционально интегралу сигнала во время элюирования (пло* щади пика на хроматограмме).
Диффузионная осадочная хро матография — вариант хромато* графии, в котором неподвижной фазой служит гель желатина или агар*агара с заранее введенным оса* дителем. Анализируемый раствор вносят в чашку Петри (плоскост* ной вариант) или в пробирку (ко* лоночный вариант) с застывшим гелем; разделение осуществляет* ся диффузией вдоль слоя.
Диффузия — процесс самопро* извольного выравнивания концен* трации (химического потенциала) веществ в системе. Закономерно* сти диффузии описываются зако* нами Фика. Первый закон Фика утверждает, что плотность диффу* зионного потока (количество ве* щества, переносимого диффузией, через единицу поверхности в еди* ницу времени) пропорциональна градиенту концентрации. Коэф* фициент пропорциональности есть
205
коэффициент диффузии D, изме* ряется в м2/с.
Дозатор делитель потока про бы — см. делитель потока пробы.
Дозирующая петля (пробоот борная петля) — часть крана до* затора, служащего для подачи в колонку хроматографа пробы под* вижной фазы. Обычно это трубка определенного объема. В обычном положении крана*дозатора через нее протекает поток анализируе* мой смеси, при изменении положе* ния через нее проходит поток под* вижной фазы, увлекающий пробу в колонку на анализ.
Дрейф нулевой линии — любое низкочастотное изменение сигна* ла детектора во времени. Дрейф часто возникает из*за изменения объемной скорости газа*носителя и температуры термостата коло* нок. При программировании тем* пературы может быть также свя* зан с уносом неподвижной фазы из колонки при высоких температу* рах. Может быть обусловлен мед* ленным элюированием ранее вве* денного (до данного анализа) в большом количестве вещества.
Емкость пиковая — число пи* ков со степенью разделения, рав* ной единице, которые могут по* меститься между двумя пиками или могут элюироваться в данном диапазоне коэффициента емкости (обычно между 0 и 7,4, или между двумя последовательными н*алка* нами). Обозначение: TZ.
Жидкая фаза — высококипя* щая, термостабильная жидкость, используемая для нанесения на инертный носитель или стенку ка* пиллярной колонки при изготов* лении неподвижной жидкой фазы в газо*жидкостной (распредели* тельной) хроматографии или жид* костной хроматографии.
Задерживаемый стандарт —
опорный стандарт. Чистое вещест* во, вводимое независимо от пробы, другим краном*дозатором и в дру*