Министерство образования и науки РФ

Федеральное агентство по образованию по образованию

Иркутский государственный технический университет

Инструментальные методы исследований органических соединений

1) 2501 - Химическая технология органических веществ

2) 2504 - Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов.

3) 2603 -технология химической переработки древесины.

Иркутск 2010

Инструментальные методы исследований органических соединений.

1) 2501 - Химическая технология органических веществ

2) 2504 - Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов.

3) 2603 -технология химической переработки древесины.

Составитель: д.х.н., профессор Шаглаева Н.С. – Иркутск, 2006. –40 с.

Подписано в печать . Формат 60х84 1/16

Бумага типографская. Усл. печ.л. .

Иркутский государственный технический университет

664074, Иркутск, ул. Лермонтова, 83 предисловие

Развитие органического и элементоорганического синтеза в настоящее время невозможно без применения современных приборов по физико-химическим методам исследования структуры соединений.

Основным прибором химических лабораторий предприятий по основному органическому и нефтехимическому синтезу, переработке нефти и газа, научно-исследовательских по органическому и элементоорганическому синтезу является хроматограф (газо-жидкостная, жидкостная, тонкослойная, колоночная хроматография и другие виды хроматографии). Хроматограф – «глаза и уши» химика-синтетика. С помощью, особенно, газо-жидкостной хроматографии (ГЖХ) можно в считанные минуты определить качественный и количественный состав реакционной смеси и провести их идентификацию при при наличии «свидетелей» чистых соединений, входящих в реакционную смесь.

При описании структуры ранее неизвестных соединений определяется элементный состав вещества методом сжигания образца и (или) другими аналитическими методами и устанавливается брутто-формула, которая несет некоторую информацию о структуре.

Самым информативным методом установления структуры соединения является спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР-спектроскопия). Наибольшее распространение находит спектроскопия ЯМР -¹Н, - ¹³С. На современных ЯМР-спектрометрах с рабочей частотой 400, 800 и более МГц структуру не очень сложных органических и элементоорганических соединений можно установить однозначно.

Глава 1 Хроматографический метод разделения и анализа сложных смесей

Хроматографический метод анализа находит самое широкое применение. Он прочно вошел не только в практику научных исследований по химии, биологии и медицине, но и в заводской контроль нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической и газовой промышленности. Хроматографический метод применяют для автоматизации технологических процессов. Все шире хроматография становится методом изучения различных физико-химических констант веществ. Разрабатываются и выпускаются промышленностью различные типы хроматографических приборов.

Естественно, что в настоящее время потребность в квалифилифицированных специалистах, хорошо владеющих хроматографическими методами, резко возросла.

Поэтому нам представлялось целесообразным подготовить руководство, более или менее кратко охватывающее современные разделы хроматографического метода.

Предлагаемое руководство составлено на основе опыта, накопленного авторами кафедры химической технологии Иркутского государственного технического университета.

Хроматографический метод разделения и анализа сложных смесей был открыт русским ботаником М.С. Цветом в 1903 году. Он насыпал в стеклянную трубку тонко измельченный порошок чистого мела, смочил его бензолом, налил сверху немножко раствора хлорофилла, извлеченного из свежего листа (самый верхний слой порошка, конечно, сразу окрасился в зеленый цвет), и стал медленно, по каплям подливать в трубочку с мелом бензол. По мере того как окрашенный слой промывался бензолом, зеленое колечко вслед за растворителем начало передвигаться вниз по трубке и постепенно разделяться. Появилась узкая желтая полоска, она двигалась по трубке наиболее медленно, ее опередила желто-зеленая полоса, перед которой шла широкая зелено-синяя полоса, две желтые и в самом низу двигалась еще одна полоса, тоже желтого цвета. Своим опытом Цвет доказал, что хлорофилл имеет сложное строение и эта работа легла в основу новой науки.

Компоненты вещества, подобно световым лучам в спектре, расположились друг за другом в столбе порошка в виде окрашенных полос. Это явление было названо хроматограммой, а сам метод исследований – хроматографией, от греческих слов «хроматос» - окраска, «грамма» - считывание и «графия – запись.

Характеризуя принцип своего метода, он писал: "При фильтрации смешанного раствора через столб адсорбента пигменты ….. расслаиваются в виде отдельных, различно окрашенных зон. Подобно световым лучам в спектре, различные компоненты сложного пигмента закономерно распределяются друг за другом в столбе адсорбента и становятся доступными качественному определению. Такой расцвеченный препарат я назвал хроматограммой, а соответствующий метод анализа – хроматографическим методом".

В этой формулировке дано четкое определение принципа и назначения хроматографического метода. Однако метод, предложенный М.С. Цветом, не был по достоинству оценен его современниками.

Лишь в 1931 году, пользуясь методом М.С. Цвета, Р. Куну, А. Винтерштейну и Е. Ледереру удалось выделить в кристаллическом виде α- и β-каротин из сырого каротина и тем самым продемонстрировать препаративную ценность метода. Хроматографический метод был признан и начал развиваться.

Еще большее развитие метод получил после того, как в 1941 году в основу разделения смеси веществ было положено различие не в адсорбционном сродстве компонентов разделяемой смеси, а в их коэффициентах распределения между двумя несмешивающими жидкостями. Данный метод был назван распределительной хроматографией, в отличие от адсорбционной, предложенной М.С. Цветом.

В 1947 году Т.Б. Гапон и Ф.М. Шемякин впервые осуществили хроматографическое разделение смеси ионов в растворе. Так возникло одно из новых ответвлений этого метода - ионообменная хроматография.

Своего расцвета хроматография достигла после того, как был предложен новый метод хроматографии - газо-жидкостная распределительная хроматография.

Значительному развитию хроматографии способствовало создание теории газовой, ионообменной и осадочной хроматографии, а также разработка в последнее время новых вариантов (хроматермография, вакантная, ступенчатая, капиллярная, тонкослойная хроматография и т.п.).

Объединение столь различных методов одним термином «хроматография» вполне справедливо. Поскольку все современные хроматографические методы обладают рядом общих, причем весьма существенных черт. Любое хроматографическое разделение включает перемещение анализируемой пробы через слой неподвижного вещества (твердый адсорбент, жидкая неподвижная фаза, нанесенная на твердый порошкообразный носитель или бумагу). Перемещение компонентов смеси осуществляется газом или жидкостью - подвижной фазой. Вследствие селективного замедления, осуществляемого неподвижной фазой, компоненты анализируемой смеси перемещаются с различными эффективными скоростями. Это обстоятельство приводит к образованию отдельных зон или полос, каждая из которых содержит один компонент разделенной смеси.

Во всех случаях хроматографирования компоненты анализируемой смеси распределяются между подвижной и неподвижной фазами.

Хроматографическим методом называется физико-химический метод разделения смесей, при котором компоненты разделяемой смеси распределены между двумя фазами, одной из которых является неподвижный слой с большой поверхностью контакта, а другая фаза представляет собой поток, фильтрующийся через неподвижный слой.

Многообразие видоизменений и вариантов хроматографического метода вызывает необходимость их систематизации или классификации. В настоящее время общепринятыми являются следующие классификации:

1. по агрегатному состоянию фаз

2. по методике проведения эксперимента.

Согласно первому принципу методы хроматографии можно разделить на четыре группы (табл. 1).

По второму принципу различают три вида хроматографии:

1. проявительную или элюентную;

2. фронтальную

3. вытеснительную.

Рассмотрим применение каждого вида хроматографии на простейших примерах.