Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Лекція Рідинна хроматографія.doc
Скачиваний:
9
Добавлен:
20.04.2019
Размер:
2.77 Mб
Скачать

Лекція Рідинна хроматографія. Класифікація методів. Застосування в аналізі.

Рідинна хроматографія (РХ) – це метод розділення і аналізу складних сумішей речовин, в якому рухомою фазою служить рідина. Метод РХ використовується для ширшого кола речовин, ніж газова хроматографія, оскільки велика кількість речовин є нелеткими і нестійкими при високих температурах (особливо високомолекулярні сполуки) і розкладаються при переведенні в газовий стан. Розділення речовин за допомогою РХ найчастіше відбувається при кімнатній температурі.

Рідинну хроматографію класифікують як колонкову та площинну, враховуючи варіанти аналізу речовин за допомогою колонок, або на площині (тонкий шар сорбенту, папір). В основі хроматографічного розділення лежать різноманітні механізми, тому методи класифікують також за цими механізмами.

Колонкову хроматографію поділяють на класичну (при звичайному тиску) та високоефективну (при високому тиску) з використанням складного обладнаня.

На відміну від газу, який виконує тільки транспортну функцію і не сорбується нерухомою фазою, рідка рухома фаза – активний елюент, молекули якої можуть сорбуватись поверхнею сорбента (нерухомої фази). При проходженні через колонку молекули досліджуваних речовин, що знаходяться в елюенті, повинні витіснювати молекули елюента з поверхні сорбенту, що призводить до зменшення енергії взаємодії молекул речовини з поверхнею сорбента.

Використовуючи різноманітні елюенти, можна міняти параметри утримування і селективність хроматографічної системи. Можливе використання градієнтного елюювання. Селективність в РХ на відміну від ГХ визначається не одним, а двома факторами – природою рухомої (елюент) і нерухомої фаз.

У класичному варіанті РХ у скляну колонку довжиною 1-2 м , заповнену сорбентом (розмір частинок > 100 мкм) вводять досліджувану пробу і пропускають елюент. Швидкість проходження елюента під дією сили тяжіння мала, а тривалість аналізу є значною. Класичний варіант і тепер використовується в лабораторній практиці, оскільки він не потребує дорогого обладнання. Внаслідок використання сорбентів з розміром зерен 10-30 мкм, поверхнево- і об’ємно-пористих сорбентів з розміром частинок 5-10 мкм, нагнітаючих насосів, чутливих детекторів відбувся перехід від класичної до високоефективної рідинної хроматографії (ВЕРХ). Швидкий масоперенос при високій ефективності розділення дозволяє використовувати ВЕРХ для розділення і визначення молекул (адсорбційна і розподільна хроматографія), для розділення і визначення іонів (іонообмінна, іонна іон-парна хроматографії), для розділення макромолекул (ексклюзійна хроматографія), Методами афінної і лігандообмінної хроматографії розділяють біологічно активні молекули і оптичні ізомери.

Адсорбційна хроматографія

В адсорбційному варіанті рідинної хроматографії залежно від полярності нерухомої і рухомої фаз розрізняють нормально-фазну (НФХ) і обернено-фазну (ОФХ) хроматографії. В НФХ використовують полярний сорбент і неполярні рухомі фази, ОФХ – неполярний адсорбент і неполярні рухомі фази. У обидвох випадках вибір рухомої фази є важливішим, ніж вибір нерухомої. Нерухома фаза повинна затримувати досліджувані речовини. Рухома фаза, тобто розчинник, повинна забезпечити ефективне розділення за прийнятний час.

Нерухомі фази. Адсорбенти різних типів (полярні і неполярні) проявляють неоднакову селективність до аналізованих речовин. Як адсорбенти використовують тонкодисперсні пористі матеріали з питомомю поверхнею більше 50 м2/г.

Полярні адсорбенти (силікагель, оксид алюмінію, силікат магнію, оксиди металів) мають на своїй поверхні слабокислі ОН-групи, які здатні утримувати речовини з основними властивостями. Ці адсорбенти використовують головним чином для розділення неполярних сполук і сполук з середньою полярністю.

Недолік полярних адсорбентів – висока чутливість до вмісту води у розчинниках: наприклад, силоксанові групи –Si-O-Si- на поверхні SiO2 у присутності води переходять у силанольні =Si-OН, при цьому міняються властивості поверхні і результати стають невідтворюваними. Для ВЕРХ використовують полярні сорбенти з привитими полярними групами (аміни, діоли та ін.), що дозволяє міняти селективність, підбираючи відповідний елюент.

Неполярні адсорбенти (активоване вугілля, кизельгур, діатоміт) не проявляють селективності до неполярних молекул. Використовують також сорбенти з привитими фазами, наприклад силікагель з алкілсилильними групами від С2 до С22.

Екранувати силанольні ОН-групи силікагелю можна аліфатичними вуглеводнями з С3 і С4, але отримати відносно високі значення ємності і великі значення утримування вдається при введенні довших алкільних ланцюжків, переважно з С18 . Такі сорбенти успішно використовуються для визначення багатьох сполук.

Крім названих сорбентів, використовують поверхово-пористі носії (ППН). Це можуть бути жорсткі непористі носії (скляні кульки), покриті тонким пористим шаром активного полярного або неполярного сорбента. Таким сорбентам властивий низький опір потоку, за рахунок чого збільшується швидкість аналізу.

Рухомі фази. У рідинній хроматографії особливо важливий вибір рухомої фази, оскільки вона має значний вплив на селективність розділення, ефективність колонки і швидкість руху хроматографічної смуги. Рухома фаза повинна розчиняти досліджувану пробу, мати малу в’язкість (коефіцієнти дифузії компонентів досліджуваної проби повинні бути достатньо великими), з неї повинно бути можливим виділення розділених компонентів (процес сорбції-десорбції повинен бути зворотнім). Рухома фаза повинна бути інертною у відношенні до матеріалів, з якими вона контактує, безпечною, дешевою, підходити до даного детектора.

Розділення досягають, міняючи елююючу силу рухомої фази – розчинника. Елюююча сила розчинника показує, у скільки разів енергія сорбції даного елюента є більшою, ніж енергія сорбції елюента, вибраного в якості стандарту, наприклад н-гептану. Розчинники (елюенти) ділять на слабкі і сильні. Слабкі розчинники слабко адсорбуються нерухомою фазою, тому коефіцієнти розподілу сорбованих речовин (сорбату) високі. Сильні розчинники сильно адсорбуються, тому коефіцієнти розподілу є низькими. Розчинник тим сильніший, чим вища розчинність у ньому досліджуваної проби, чим сильніша взаємодія розчинник-сорбат.

Є дані про відносну силу розчинників для різних адсорбентів. Для силікагелю сила розчинників збільшується в ряді: пентан (0)< чотирихлористий вуглець (0,11) < бензол (0,25) < хлороформ (0,26) < дихлоретан (0,32) ацетон (0,47) < діоксан (0,49) ацетонітрил (0,50) .

Елюююча сила визначається полярністю розчинника. У нормально-фазовій хроматографії із збільшенням полярності розчинника елюююча сила розчинника росте, в обернено-фазовому варіанті – зменшується. Розташування розчинників відповідно до зростання елююючої сили називається елюотропним рядом. У рідинній адсорбційній хроматографії елюотропний ряд Снайдера має вигляд ( у дужках наведено значення елююючої сили): пентан (0)< н-гексан (0,01)< гептан (0,01) < циклогексан (0,04) < чотирихлористий вуглець (0,18) < бензол < (0,32) хлороформ (0,38) < ацетон (0,51) < етанол (0,88) < вода .

Часто використовують не індивідуальні розчинники, а їхні суміші. Незначні

добавки іншого розчинника, особливо води, суттєво збільшують елююючу силу елюента.

Для розділення речовин різної полярності і для розділення сполук різних класів речовин використовують нормально-фазову хроматографію: з неполярних рухомих фаз сполуки різних класів виходять із колонки з полярним адсорбентом з різним часом (час утримування сполук з різними функціональними групами збільшується при переході від неполярних сполук до слабополярних). Для дуже полярних молекул tR настільки великий, що при використанні неполярного елюента аналіз неможливий. Для зменшення часу утримування полярних сорбатів переходять до полярних елюентів.

В обернено-фазовому варіанті нерухома обернена фаза сильніше адсорбує неполярні компоненти із полярних елюентів, наприклад із води. Знижуючи полярність елюента додаванням менш полярного розчинника (метанол), можна зменшити утримування компонентів.