6.5.2. Гель-проникна хроматографія
Існують високопористі природні і синтетичні кристалічні матеріали, у яких всі шпари мають приблизно однакові розміри. Зазвичай ці матеріали існують у вигляді гранул, які мають шпари діаметром від 0,4 до 1,5 нм, тобто розмір шпар сумірний з розмірами органічних молекул з малою молекулярною масою. При зануренні таких матеріалів у рідину відбувається розбухання шпар, утворюється суцільна пухка маса – гель. Одна частина рідини оточує гранули гелю, інша знаходиться у середині гранул.
Якщо гель використати як нерухому фазу, то досліджувана речовина, розчинена у рухомій фазі (водний або органічний елюент) розподілиться між нерухомим розчинником у шпарах гранул і розчинником, який протікає через гель. Молекули, розміри яких не дають змоги проникнути їм у гранулу, вимиваються із колонки зі швидкістю елюенту. Швидкість руху молекул, які мають змогу дифундувати у шпари гранул, тим менша, чим у більшу кількість шпар вони здатні проникати. Отже, вихід речовин із колонки відбувається у послідовності зменшення розмірів їхніх молекул, або молекулярних мас.
Варіант рідинної хроматографії, який ґрунтується на розділенні молекул за їхніми розмірами або молекулярними масами, називають гель-проникною хроматографією.
У цьому виді хроматографії, як і у будь-якому іншому, вирішальною умовою ефективного розділення сумішей речовин є належний вибір носія і його упаковка у колонці. Носій вибирають з таким розрахунком, щоб основна маса речовин, які підлягають аналізу, могла проникати у шпари гелю. Якість заповнення колонки зазвичай перевіряють за допомогою забарвленої речовини – синього декстрину, який при належній набивці колонки мусить рухатись у ній у вигляді різко окресленої і чітко горизонтальної зони.
Гель-проникну хроматографію найефективніше використовують для виокремлення та очистки біополімерів. Аналіз ґрунтується на залежності логарифма молекулярної маси речовини від об’єму елюювання. За стандартними взірцями будують градуювальний графік цієї залежності, користуючись яким визначають концентрацію частинок певного розміру у досліджуваній суміші.
6.5.3. Плоскошарова хроматографія
Хроматографічний процес можливо здійснити без колонки, на площині. Якщо нерухома фаза утримується у шпарах спеціального хроматографічного паперу, який є носієм, маємо варіант паперової хроматографії. Існує інший вид плоскошарової хроматографії, при якому тонкий шар сорбенту нанесений на пластину. Це тонкошарова хроматографія (ТШХ).
Розрізняють декілька варіантів плоскошарової хроматографії (як паперової, так і ТШХ) – висхідну, низхідну, горизонтальну, радіальну, градієнтну і двомірну. Класифікацію здійснено відповідно до форми фронту переміщення елюенту.
Наприклад, у плоскошаровій хроматографії з висхідним елююванням елюент наливають на дно хроматографічної камери, а нижній край пластини або паперу з нанесеними пробами занурюють у розчинник. Розчинник під дією капілярних сил рухається угору, захоплюючи досліджувану речовину. Різні частини речовини рухатимуться з різною швидкістю залежно від різного сорбування і відбудеться їхнє поступове розділення.
Якщо елементи проб дуже повільно рухаються, то при аналізі застосовують низхідне елюювання. Елюент у цьому випадку подають за допомогою спеціального пристрою на верхній край пластини або паперу. Рух розчинника спричинений тепер не тільки капілярними, але й гравітаційною силами.
При горизонтальному розташуванні пластини або паперу (горизонтальна плоскошарова хроматографія) елюент подають за допомогою фільтра з м’якої тканини.
Якщо проба нанесена у центр пластини або паперу і туди ж подають елюент, то фронт переміщення матиме вигляд концентричних кіл, кожне з яких відповідає окремому компоненту суміші, яку аналізують. Цей варіант називають радіальною плоскошаровою хроматографією.
Залежно від режиму подачі елюенту буває хроматографія неперервного, багаторазового, східчастого, градієнтного і двомірного елюювання, тобто елюент подають або неперервно, або за певною програмою, яка налічує:
багаторазове повторювання елюювання одним і тим же розчинником (багаторазова хроматографія);
послідовне елюювання різними розчинниками, так що новий розчинник піднімається вище на пластині від свого попередника (східчаста хроматографія);
зміна властивостей елюенту у певному напрямі (градієнтна хроматографія);
елюювання у двох взаємоперпендикулярних напрямах (двомірна хроматографія).
Існують різні методики якісного і кількісного аналізу за допомогою плоскошарової хроматографії. Наприклад, підрахунок фактора R f (рис. 10), який є відношенням довжини шляху компонента суміші xi до довжини шляху елюенту xel:
, (3)
дає змогу робити висновки щодо присутності тих чи інших органічних речовин і йонів неорганічних сполук.
Кількісне визначення можливе на основі використання залежності між масою речовини і площею плями або залежності між інтенсивністю світла, відбитого від плями, і кількістю речовини.