3.1 Класифікація методів хроматографії

1. за агрегатним станом рухомої фази:

1. газова – газо-адсорбційна (нерухома фаза тверда):

– газо-рідинна (нерухома фаза рідка);

2. рідинна – рідинно-рідинна:

– рідинно-твердофазна.

2. Природа хроматографії чи механізм розділення:

   1. адсорбційна – заснована на різній адсобуємості речовин;

   2. розподільна – розподіл заснований на різній розчинності речовин, які розділяють, в рухомій і нерухомій фазах;

   3. іонообмінна – базується на здатності речовин до іонного обміну;

   4. проникна – базується на різниці форм і розмірів часток речовин;

   5. осадова – різна розчинність осадів речовини з сорбентом;

3. За апаратурним оформленням:

   1. колоночна – нерухома фаза заповнює колонку;

   2. площинна;

   3. капілярна;

   4. паперова – носій нерухомої фази – папір;

   5. тонкошарова – нерухома фаза розташована тонким шаром на пластині;

   6. рідинна високого тиску;

   7. високоефективна рідинна хроматографія.

Адсорбційна хроматографія – частіше за все використовують варіант з адсорбцією на межі рідкої і твердої фаз. Крізь скляну трубку, заповнену твердим сорбентом пропускають розчин суміші компонентів. При цьому частки твердого сорбенту обтікаються розчинником і на поверхні сорбенту відбувається розділення завдяки різниці коефіцієнтів адсорбції компонентів, які розділяють. Так само відбувається і в газо-твердофазній хроматографії (розчинник – газ-носій, який переносить в газовій колонці аналізуєму газову суміш).

Розподільна хроматографія – суміш компонентів розчинена в системі з двох рідких фаз, які не змішуються, або частково змішуються, розподіляється між ними залежно від розчинності компонентів в цих фазах. В розподільній хроматографії, як правило, використовують систему із двох фаз, одна з яких насичена органічним розчинником, а друга – водою. Водна фаза зазвичай закріплюється на твердих гідрофільних носіях, наприклад силікагелі. Органічна фаза рухома. Але в деяких випадках має сенс насичувати органічною фазою носій, просочений гідрофобною речовиною, а водну фазу використовувати як рухому. Такий спосіб розділення отримав назву – зворотно-фазової хроматографії.

Іонообмінна хроматографія – базується на реакціях іонного обміну в гетерогенних системах в динамічних умовах. Рухома фаза – рідка. Як сорбенти використовують іоніти – високомолекулярні сполуки, нерозчинні в воді та деяких органічних розчинниках, які мають в своєму складі функціональні групи, здатні обмінювати свої іони на іони із розчина.

Спорідненість іона до іонообмінника залежить від його природи, заряду та інших факторів. Різниця в ступенях розподілу компонентів між рухомою фазою та іонообмінником дають можливість проводити розділення.

Гель-хроматографія. Часто компоненти аналізованої суміші значно відрізняються за розмірами молекул. Якщо розчин суміші цих компонентів контактує з твердою, але пористою фазою (пори якої заповнені тим самим розчинником), то молекули окремих компонентів намагаються дифундувати з розчину в середину твердої фази. Але щоб попасти в середину твердої фази вони повинні пройти через отвори пор. Тому, якщо обрати тверду фазу з відповідним розміром пор, можна повністю виключити дифузію великих молекул і уповільнити дифузію середніх.

В такій двофазній системі швидко досягається рівновага: малі молекули проникають в середину пор і розподіляються в обох фазах, самі великі молекули залишаються в рідкій фазі. В якості пористої фази використовують гелі.

При повільній фільтрації розчину через колонку, заповнену набухлим гелем, відбувається поступове розділення суміші за розмірами молекул. Компонент з самими великими молекулами виходить із колонки першим, а молекули малих розмірів виходять з колонки останніми.

За способом відносного переміщення фаз розрізняють фронтальну, проявну, або елюентну, і витиснювальну хроматографію.

Фронтальний метод. Це найпростіший за методикою варіант хроматографії. Він полягає в тому, що через колонку з адсорбентом безупинно пропускають аналізовану суміш, наприклад, компонентів А і В у розчиннику S. У розчині, що витікає з колонки, визначають концентрацію кожного компонента і будують графік у координатах концентрація речовини – обсяг розчину, що пройшов через колонку. Цю залежність звичайно і називають хроматограмою або вихідною кривою (рис. 3.1).

Рис. 3.1 Вихідна крива фронтального Рис. 3.2 Вихідна крива проявного

аналізу аналізу

Внаслідок сорбції речовин А і В спочатку з колонки буде витікати розчинник S, потім розчинник і компонент А, який менш сорбується, а потім і компонент В і, таким чином, через якийсь час склад розчину при проходженні через колонку мінятися не буде. Фронтальний метод використовують порівняно рідко. Він застосовується, наприклад, для очищення розчину від домішок, якщо вони сорбуються істотно краще, ніж основний компонент, або для виділення із суміші речовини, яка сорбується найменше.

Проявний (елюентний) метод. При роботі за цим методом в колонку вводять порцію аналізуємої суміші, яка містить компоненти А і В у розчиннику S. При цьому компоненти суміші, яку аналізують, розділяються на зони: добре сорбуєма речовина В займає верхню частину колонки, а менш сорбуєма речовина А – нижню частину. Типова вихідна крива зображена на рис. 3.2.

В газі або розчині, який витікає з колонки, спочатку з’являється компонент А, далі – чистий розчинник, а потім компонент А. Чим більше концентрація компонента, тим вище пік і більше його площа, що складає основу кількісного хроматографічного аналізу. Проявний метод дає можливість розділяти складні суміші, він найчастіше застосовується в практиці. Недоліком метода є зменшення концентрації розчинів, які виходять, за рахунок розведення розчинником (газом-носієм).

Рис. 3.3 Вихідна крива витиснювального аналізу

Витиснювальний метод. В цьому методі суміш компонентів А і В, яку аналізують, вводять в колонку і промивають розчином речовини D (витискувач), яка сорбується краще, ніж будь-який з компонентів аналізованої суміші. Концентрація розчина при хроматографуванні не зменшується на відміну від проявного метода. Суттєвим недоліком цього метода є часткове накладання зони однієї речовини на зону іншої, оскільки зони компонентів в цьому методі не розділені зоною розчинника (рис. 3.3).