Достоинства, недостатки и возможности хроматографического метода

К достоинствам метода относятся универсальность, высокая эф­фективность, простота исполнения, отсутствие химических изменений в разделяемых веществах, высокая чувствительность метода.

Недостатками метода являются большая продолжительность хро­матографического опыта, особенно в тех случаях, когда разделению под­лежат вещества или элементы с очень близкими свойствами.

Главным направлением применения хроматографического мето­да было и остается разделение сложных смесей веществ, элементов на ком­поненты. Кроме того, метод нашел широкое применение для концентри­рования веществ, при определении микроэлементов в природных, водах, почвах, различных биологических материалах, в технологических раство­рах, для получения и контроля качества высокочистых веществ, необхо­димых в радиоэлектронике, атомной промышленности, для идентифика­ции веществ, изучения их состава и строения.

В настоящее время хроматографический метод позволяет решать следующие задачи:

1. Разделение сложных смесей органических и неорганических ве­ществ на отдельные компоненты.

2. Очистка веществ от примесей.

3. Концентрирование веществ из сильно разбавленных растворов.

4. Определение молекулярной структуры некоторых соединений путем установления связи между сорбируемостью и строением данного вещества.

5. Качественное и количественное определение состава смесей веществ.

6. Установление идентичности и однородности химических соединений.

Хроматографический метод настолько надежен, что вещество можно считать однородным, если его не удается разделить этим методом.

Ионообменная хроматография

Ионобменная хроматография является более частным вариантом ионной хроматографии. Этот вариант хроматографии позволяет разделять ионы и полярные молекулы, на основании зарядов разделяемых молекул.

Данный вид хроматографии позволяет разделить практически любые заряженные молекулы, в том числе: крупные — белки, малые—молекулы нуклеотидов и аминокислот. Часто ионообменная хроматография используют как первый этап очистки белков.

Ионообменная хроматография основана на обратимом обмене содержащихся в растворе ионов электролита на подвижные ионы, входя­щие в состав ионообменного вещества (ионита). При этом происходит образование хроматограмм вследствие различной способности к обмену ионов хроматографируемого раствора.

При фронтальном анализе исследуемый раствор смеси веществ непрерывно подают в верхнюю часть колонки и собирают отдельные фрак­ции фильтрата. При анализе системы, содержащей компоненты А и В, пер­вым из колонки вытекает чистый растворитель, затем, после насыщения сорбента менее сорбирующимся веществом, например В, из колонки выте­кает раствор, содержащий компонент В, а когда сорбент насыщается ком­понентом А, в приемник поступают одновременно два компонента А и В. Указанным способом можно получить в чистом виде только наименее сор­бируемое вещество.

При вытеснительном анализе в колонку вводят порцию раствора смеси, содержащей компоненты А и В, и с помощью более сорбирующего­ся вещества Д вытесняют ранее сорбированные компоненты А и В. Вве­денное вещество Д вытесняет компонент А, который вытесняет менее сорбируемый компонент В. Происходит перемещение веществ А и В вдоль слоя сорбента со скоростью, равной скорости движения вытеснителя Д. Из колонки последовательно выходят компоненты В и А в соответствии с их избирательной сорбируемостью на сорбенте. Полнота разделения ве­ществ зависит от условий проведения анализа.

При элюентном анализе в колонку вводят исследуемую смесь ком­понентов, например, А, В, С. Компоненты смеси располагают вдоль ко­лонки сверху вниз в перекрывающихся зонах в соответствии с их сорбиру­емостью, например А>В>С. Нижняя зона хроматограммы в колонке со­держит чистое вещество С. При элюировании (промывании) сорбента элюентом (растворителем) вдоль колонки происходит передвижение компо­нентов смеси вследствии взаимного вытекания в соответствии с их сорби­руемостью. В фильтрате собирают компоненты в порядке повышения их сорбируемости, вначале компонент С, затем В и А.

Приблизительную закономерность сорбируемости ионов с одина­ковой степенью окисления можно представить в виде сорбционных рядов:

Cs⁺ > Rb ⁺ >NH₄⁺ > Na⁺

Вa²⁺ > Sr²⁺ > Ca²⁺ > Mg²⁺

Zn²⁺ > Сu²⁺ > Ni²⁺ > Co²⁺

и т.д. - эти ряды изменяются в зависимости от природы ионита, хроматографируемых веществ, внешних условий и т. д.

Иониты

Ионитами называют твердые органические или неорганические вещества практически нерастворимые в воде и органических растворите­лях, содержащие активные (ионогенные) группы с подвижными ионами, способными обмениваться на ионы электролитов при контакте с их ра­створами.

Неорганическими ионитами являются оксид алюминия «для хро­матографии», пермутит и др. В качестве органических ионитов применя­ют целлюлозу, сульфоуголь, синтетические ионообменные полимеры (смо­лы). Иониты можно рассматривать как особую группу полиэлектроли­тов, один из ионов которых вследствие большой ионной (молекулярной) массы обладает малой подвижностью в отличие от остальных подвижных ионов, способных обмениваться на другие ионы.

Иониты делят на три группы: катиониты, аниониты, амфолиты (амфотерные иониты). Катионитами называют полимеры, способные об­менивать свои подвижные положительно заряженные ионы на катионы электролитов в растворе. У катионитов активными группами являются кислотные группы: -SO₃H; -РО₃Н₂; -СООН, которые структурно связаны с пространственной молекулярной сеткой ионита. Подвижными остаются только ионы водорода этих групп или замещающие их катионы.

Анионитами называют полимеры, которые обменивают свои под­вижные, отрицательно заряженные ионы, на анионы электролитов в ра­створе. У анионитов активными группами являются основные группы:

-NH₂; =NH;=N- и др.

Амфотерные иониты проявляют себя как катиониты или как ани­ониты в зависимости от условий их применения. Одной из важнейших ха­рактеристик ионитов является их обменная емкость, которую выражают в миллимолях поглощенных ионов на 1 г сухого ионита или на 1 мл на­бухшего ионита (ммоль/г или ммоль/мл). Для определения обменной ем­кости ионитов существует два основных метода статический и динамический. Статическим методом определяют полную обменную емкость, т.е. обменную емкость по отдельным активным группам ионита (СОЕ). В этом случае ионит непосредственно помещают в исследуемый раствор на 24 часа и между содержанием определяемых ионов в растворе и ионитом возника­ет равновесие.

Динамическим методом может быть определена динамическая об­менная емкость ионита или обменная емкость ионита до проскока погло­щающего иона (ДОЕ). В этом случае исследуемый раствор пропускают через слой ионита высотой 20 см, при скорости пропускания 0,5 л/ч и поперечном сечении колонки 1 см-; при этом равновесия не наступает т.к. по мере продвижения вниз раствор проходит сквозь свежие порции ионита. В большинстве случаев СОЕ составляет около 5-8 ммо ль/л или 5-8 мл 1 М раствора на 1 г ионита. ДОЕ обычно в 3 раза меньше, чем СОЕ.