Вопрос 1. Сущность, физико-химические основы, история развития хроматографии.

Хроматографический метод разделения и анализа сложных смесей был открыт русским ботаником М.С. Цветом в 1903 году. Он пытался разделить сложную смесь хлорофилла зеленых листьев. 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».

Однако этот метод не был оценен по достоинству современниками М.С. Цвета. Лишь в 1931 году Р. Кун и А. Винтерштейн с его помощью выделили в кристаллическом виде α‑ и β‑каротин из сырого каротина и тем самым продемонстрировали препаративную ценность метода. С тех пор хроматографический метод начал интенсивно развиваться.

В 1938 году Измайлов открыл тонкослойную хроматографию, в которой вместо колонки использовалась стеклянная пластинка.

В 1941 году А.Дж.П. Мартином и Р.Л.М. Синджем была открыта распределительная хроматография, в основе которой лежит не адсорбционное сродство компонентов разделяемой смеси, а коэффициенты распределения между двумя несмешивающимися жидкостями.

В 1947 году супруги Гапон впервые осуществили хроматографическое разделение ионов в растворе. Так возникла ионообменная хроматография.

В 1948 году А.Дж.П. Мартин усовершенствовал метод распределительной хроматографии используя бумагу. В том же году супруги Гапон предложили осадочную хроматографию.

В 1952 году А.Дж.П. Мартин и А.Т. Джеймс предложили новый метод – газо-жидкостную распределительную хроматографию, в которой неподвижная жидкая фаза омывается газом или паром.

В 1957 году французский ученый М.Дж.Е. Голей предложил вместо обычной колонки использовать капилляр длинной 40-50 метров, намотанный на стальной узкий стержень. Так появилась капиллярная хроматография.

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.

Обратите внимание на слово «фильтрующийся». Оно отличает хроматографию от других физических методов разделения, основанных на применении двухфазных систем, так как в других методах имеет место противотоки фаз (например, перегонка), тогда как в хроматографии движется только одна фаза, а другая остается неподвижной (наличие подвижной и неподвижной фаз является обязательным условием для хроматографии). По этой же причине хроматография не может быть непрерывным процессом (как, например, ректификация). Характерной особенностью хроматографического метода является также многократность повторения процесса сорбции и десорбции. Это обусловливает высокую эффективность хроматографии как метода разделения сложных смесей веществ с весьма близкими свойствами.

Хроматографическая колонка представляет собой стеклянную колонку, наполненную сорбентом. Сорбент – твердая неподвижная фаза, которая поглощает вещества из объемной фазы. Если поглощение идет поверхностью твердой фазы, то к слову «сорбент» добавляется приставка «ад», если всем объемом – «аб». Сорбат – вещество, которое поглощается сорбентом. Элюент – подвижная фаза (растворитель).

Хроматография заключается в том, что в систему из двух фаз вводят смесь компонентов. Если эти компоненты обладают различным сродством к наполнителю, то те, которые обладают большим сродством, задерживаются наверху, а другие пройдут ниже.

Сорбция – самопроизвольный и экзотермический процесс, т.е. ΔG<0 (ΔG= ΔH-TΔS, ΔH<0 и ΔS<0). Молекулы сорбата могут взаимодействовать с сорбентом по различным механизмам:

• Простое межмолекулярное взаимодействие за счет Ван дер Ваальсовского притяжения (молекулы сорбата и сорбента не несут никаких зарядов и функциональных групп).

• Электростатические силы притяжения:

а) Индукционное взаимодействия (сорбент не имеет дипольного момента, а сорбат имеет). Происходит индуцирование диполя у сорбента и в дальнейшем взаимодействие с наведенным диполем.

б) Ориентационное взаимодействие происходит в случае, когда и сорбент и сорбат имеют дипольные моменты, которые ориентируются друг относительно друга.

• Сильное специфическое взаимодействие – водородная связь. Образование таких связей нежелательно, так как происходит слишком сильное связывание сорбата с сорбентом и необходимо много элюента для промывания.