Физико - химические методы анализа

ХРОМАТОГРАФИЯ

Хроматографией называется процесс разделения смесей веществ,

основанный на количественных различиях в поведении разделяемых

компонентов при их непрерывном перераспределении между двумя

контактирующими фазами, одна из которых неподвижна, а другая имеет

постоянное направление движения.

По механизму, лежащему в основе разделения, различают

адсорбционную, распределительную, ионообменную и некоторые другие

виды хроматографии.

Адсорбционная хроматография

В основе адсорбционной хроматографии лежит непрерывный обмен

хроматографируемым веществом между неподвижной (твердой или

жидкой) и подвижной фазами, обусловленный существованием на

поверхности раздела фаз динамического равновесия между процессами

адсорбции и десорбции хроматографируемого вещества, растворенного

в подвижной фазе.

Для эффективного разделения решающее значение имеет подбор

комбинации подвижной и неподвижной фаз. Чаще всего для целей

адсорбционной хроматографии в качестве неподвижной фазы используют

твердые сорбенты: диатомит, кремниевую кислоту, кизельгур,

силикагель, окись алюминия, активированный уголь, молекулярные

сита и различные полимеры.

При подборе жидкой подвижной фазы руководствуются элюотропным

рядом растворителей по Шталю: гексан, гептан, циклогексан,

четыреххлористый углерод, бензол, хлороформ, эфир, этилацетат,

пиридин, ацетон, этанол, метанол, вода. Растворители в элюотропном

ряду расположены в порядке возрастания полярности (диэлектрической

проницаемости).

Распределительная хроматография

В основе распределительной хроматографии лежит процесс

непрерывного перераспределения хроматографируемых веществ между

двумя фазами (подвижной и неподвижной), причем эти вещества

растворимы в каждой из фаз.

Отношение равновесных концентраций растворенного вещества в

каждой из находящихся в контакте фаз в статистических условиях при

данной температуре является постоянной величиной и называется

коэффициентом распределения.

Применительно к хроматографическим процессам коэффициент

распределения высчитывается как отношение концентрации

хроматографируемого вещества в более полярной фазе к его

концентрации в менее полярной фазе.

Если более полярной является неподвижная фаза, возрастание

коэффициента распределения приводит к уменьшению

хроматографической подвижности вещества.

Ионообменная хроматография

В основе ионообменной хроматографии лежит обратимая

хемосорбция ионов анализируемого раствора ионогенными группами

сорбента. Обратимый обмен ионами в системе сорбент - растворитель

протекает в этом случае с соблюдением стехиометрических отношений.

В зависимости от характера ионогенных групп ионообменные

сорбенты (иониты) разделяются на катионообменные (катиониты) и

анионообменные (аниониты).

Макромолекулы катионитов содержат кислотные группы различной

силы, такие как сульфогруппы, карбоксильные и оксифенильные

группы.

Макромолекулы анионитов, наоборот, имеют в своем составе

основные группы, например алифатические или ароматические

аминогруппы различной степени замещенности (вплоть до

четвертичных).

В Н-форме катиониты и в ОН-форме аниониты соответственно

содержат в способном к обмену состоянии только ионы водорода или

гидроксила. В солевых формах ионы водорода заменены катионами

металлов или органических оснований, а анионы гидроксила -

анионами кислот.

Применение ионитов для цели хроматографического анализа

возможно как в солевых, так и в Н- и ОН-формах.

В практике наиболее часто используют сильнокислые катиониты

КУ-2, СДВ-3; слабокислые катиониты КБ-4, КБ-4П-2; сильноосновные

аниониты АВ-16, АВ-17 и слабоосновные аниониты АН-2Ф, ТМ.

Способы хроматографического разделения

Хроматографическое разделение при использовании жидкой

подвижной фазы проводят на колонках, бумаге и в тонких слоях

сорбентов. Хроматографическое разделение с использованием

газообразной подвижной фазы проводят на колонках.

ХРОМАТОГРАФИЯ НА КОЛОНКАХ

Процесс хроматографирования, протекающий с использованием

сорбента (или твердого носителя), помещенного в цилиндрическую

колонку, получил название хроматографии на колонках. На колонках

может быть реализован любой из описанных выше механизмов

хроматографического разделения.

Хроматографическая колонка представляет собой стеклянную

трубку, снабженную на выходе краном.

Анализируемый препарат в виде раствора или смеси с небольшим

количеством сорбента помещают в хроматографическую колонку сверху.

После этого через колонку с определенной скоростью (около 20

капель в 1 мин) пропускают подвижную фазу, что должно приводить к

разделению хроматографируемой смеси по длине колонки на более или

менее отдаленные друг от друга зоны, содержащие индивидуальные

вещества. Эти зоны перемещаются по сорбенту со скоростью, меньшей

скорости течения подвижной фазы. Это позволяет для выделения

отдельных компонентов анализируемой смеси использовать элюентный

метод, т.е. пропускать подвижную фазу через колонку до тех пор,

пока разделенные вещества не будут элюированы из нее.

Последовательность элюирования отдельных веществ зависит от их

хроматографической подвижности в данных условиях. Элюат собирают

по фракциям. При необходимости в ходе элюирования можно менять

состав подвижной фазы, увеличивая ее полярность. Вещества,

содержащиеся в различных фракциях элюата, могут быть выделены и

определены качественно и количественно обычными препаративными и

аналитическими методами. Применение элюентного метода делает

возможным многократное использование хроматографических колонок.

Хроматографирование на колонках чаще всего используется при

проведении ионообменной хроматографии.

Для проведения ионообменной хроматографии колонку заполняют

заранее подготовленной ионообменной смолой. Если в частной статье

не указано иначе, 5-10 г ионита (с размером частиц 0,2-0,5 мм)

помещают в стакан, 2-3 раза промывают водой. Заливают разведенной

хлористоводородной кислотой и выдерживают при периодическом

перемешивании 12 ч, после чего отмывают водой до отрицательной

реакции на хлориды.

В случае работы с анионитом его для перевода в основную форму

после отмывки от хлористоводородной кислоты водой заливают 5%

раствором карбоната натрия или 2% раствором едкого натра на 2 ч

(во время выдержки необходимо периодическое перемешивание). Эту

операцию повторяют до получения отрицательной реакции сливаемого

раствора на хлориды. Обработку раствором щелочи следует

производить в условиях, исключающих поглощение углекислого газа из

воздуха.

Подготовленные иониты промывают водой и сливают в колонку,

заполненную на 3/4 водой. Избыток воды сливают из колонки через

кран. Из слоя ионита пузырьки воздуха удаляют осторожным

встряхиванием колонки или обратным током воды. Заполненную колонку

промывают до нейтральной реакции, следя за тем, чтобы сорбент

постоянно находился под слоем жидкости. Если ионит всплывает, над

его слоем необходимо поместить тампон из стеклянной ваты.

Хроматографирование проводят, пропуская анализируемый раствор

через колонку. Процесс завершается промыванием колонки.

Количество продуктов ионного обмена, содержащееся в смеси

прошедшего через колонку анализируемого раствора и промывочной

жидкости, эквивалентно количеству адсорбированных на колонке

катионов или анионов анализируемого раствора. Это позволяет

проводить количественные определения прямым титрованием продуктов

ионного обмена. В случае хроматографирования на ионите,

находящиеся в Н- или ОН-форме, продукты ионного обмена титруют

соответственно основными или кислыми титрантами.

Как правило, возможно многократное использование ионообменной

хроматографической колонки. Если в частной статье не указано

иначе, регенерацию катионитов и анионитов после проведения ряда

определений осуществляют, пропуская через колонку соответственно