Шпаргалка по аналитической химии

ТОНКОСЛОЙНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ(ТСХ) – вариант хроматографии, основанный на различии в скорости перемещения компонентов смеси в плоском тонком слое (толщина 0,1-0,5 мм) сорбента при их движении в потоке подвижной фазы (элюента). Последняя представляет собой, как правило, жидкость, однако осуществлен и газовый вариант ТСХ. В качестве сорбентов используют мелкозернистые силикагель, Аl2О3, целлюлозу, крахмал, полиамид, иониты и др. Суспензиями этих сорбентов покрывают пластинки из стекла, фольги или пластика; для закрепления слоя применяют крахмал, гипс или др.связующие. Пром-стью выпускаются готовые пластинки с уже закрепленным слоем сорбента. Элюентами служат обычно смеси орг. р-рителей, водных р-ров к-т, солей, комплексообразующих и др. в-в. В зависимости от выбора хроматографич. системы (состава подвижной и неподвижной фаз) в разделении в-в осн. роль могут играть процессы адсорбции, экстракции, ионного обмена, комплексообразования. На практике часто реализуются одновременно неск. механизмов разделения.

В элюционном варианте на слой сорбента наносят капли (объемом 1-5 мкл) анализируемого р-ра и погружают край пластинки в элюент, к-рый находится на дне герметично закрываемой стеклянной камеры. Элюент продвигается по слою сорбента под действием капиллярных и гравитационных сил; анализируемая смесь перемещается в том же направлении. В результате многократного повторения актов сорбциии десорбции в соответствии с коэф. распределения в выбранной системе компоненты разделяются и располагаются на пластинке отдельными зонами.

После завершения процесса пластинку вынимают из камеры, высушивают и обнаруживают разделенные зоны по собств. окраске или после опрыскивания их р-рами реагентов, образующих окрашенные или флуоресцирующие пятна с компонентами разделяемой смеси. Радиоактивные в-ва обнаруживают авторадиографически (экспонированием на рентгеновскую пленку, наложенную на хроматографии, пластинку). Применяют также биол. И ферментативные методы детектирования. Полученная картина распределения хроматографич. зон наз. хроматограммой (см. рис.).

На разделение в ТСХ влияет ряд факторов - состав и св-ва элюента, природа, дисперсность и пористость сорбента, т-ра, влажность, размеры и толщина слоя сорбента, размеры камеры. Поэтому для получения воспроизводимых результатов необходимо тщательно стандартизовать условия опыта. Соблюдение этого требования позволяет устанавливать Rfс относит. стандартным отклонением 0,03. В стандартных условиях Rf постоянна для данного в-ва и используется для идентификации последнего.

Кол-во компонента в хроматографич. зоне определяют непосредственно на слое сорбента по площади зоны (обычно ее диаметр варьирует от 3 до 10 мм) или интенсивности ее окраски (флуоресценции). Используют также автоматич. сканирующие приборы, измеряющие поглощение, пропускание или отражение света, либо радиоактивность хроматографич. зон. Разделенные зоны можно соскоблить с пластинки вместе со слоем сорбента, экстрагировать компонент в р-ритель и анализировать р-р подходящим методом (спектрофотометрия, люминесцентный, атомно-абсорбционный, атомно-флуоресцентный, радиометрич. анализ, масс-спектрометрия и т.д.). Погрешность количественного определения обычно составляет 5-10%; пределы обнаружения в-в в зонах -10-3-10-2мкг (по окрашенным производным) и 10-10-10-9мкг (с применением люминесцентного анализа).

Достоинства ТСХ: простота, экономичность, доступность оборудования, экспрессность (продолжительность разделения 10-100 мин), высокие производительность и эффективность разделения, наглядность результатов разделения, простота обнаружения хроматографич. зон.

ТСХ применяют для разделения и анализа как орг., так и неорг. в-в: практически всех неорг. катионов и мн. анионов, в т. ч. близких по св-вам ионов благородных металлов, РЗЭ, а также полимеров, лек. ср-в, пестицидов, аминокислот, липидов, алкалоидов и т. д. С помощью ТСХ удобно анализировать микрообъекты (малые кол-ва в-в), оценивать чистоту препаратов, контролировать технол. процессы и состав сточных вод, изучать поведение разл. ионных форм элементов, предварительно подбирать условия для колоночной хроматографии.

 

№ 57 Распределительная хроматография. Бумажная хроматография.

Распределительная хроматография – метод разделения, анализа и физико-химического исследования веществ, основанный на разной растворимости компонентов смеси в неподвижной фазе – высококипящей жидкости, нанесённой на твёрдый макропористый носитель, и элюенте. Метод был открыт в 1941 году А. Мартином и Р. Сингом, которые взяли за основу различие не в адсорбционном сродстве компонентов разделяемой смеси, а их коэффициенты распределения между двумя несмешивающимися жидкостями, и показали его широкие возможности для исследования белков и углеводов. При распределительном механизме разделения на перемещение зон компонентов частичное влияние оказывает и адсорбционное взаимодействие анализируемых компонентов с твёрдым сорбентом.

Кроме обычных носителей, используемых для заполнения колонок, в распределительной хроматографии применяют специфический носитель, позволяющий обходиться вообще без колонки. Таким носителем является специальная хроматографическая бумага, а методика, основанная на ее применении, получила название распределительной хроматографии на бумаге или распределительной бумажной хроматографии. Во многом она сходна с хроматографией в тонком слое (ТСХ). Бумажную хроматографию, как и хроматографию вообще, можно разделить на:

· Распределительную  

· Адсорбционную

· Ионообменную

· Препаративную

· Аналитическую.

В распределительной бумажной хроматографии можно выделить:

· нормальную

· обращённо-фазную хроматографию.

По технике выполнения различают следующие виды бумажной хроматографии:

 · Одномерную

· Двумерную (хроматографирование производят дважды во взаимно противоположных направлениях: после обработки пробы одним растворителем хроматограмму поворачивают на 90° и хроматографируют вторично уже другим растворителем)

· Круговую

· Электрофоретическую

Важной характеристикой в бумажной распределительной хроматографии, так же как и в ТСХ, является Rf=x/Xf, где х - смещение зоны компонента; хf - смещение фронта растворителя. Методика определения Rf в бумажной хроматографии не отличается от соответствующей методики в ТСХ.  В начальный момент времени хроматографируемая проба наносится на начальную (стартовую) линию бумажной полоски и подвергается действию подвижной фазы (растворителя). Если компоненты окрашены, через некоторое время на хроматограмме можно будет видеть отдельные цветные пятна. При идеальных условиях коэффициент Rf определяется только природой вещества, параметрами бумаги и свойствами растворителей, но не зависит от концентрации вещества и присутствия других компонентов. В действительности коэффициент Rf в некоторой степени оказался зависящим от этих факторов и техники эксперимента.

Хроматографическая бумага должна быть химически чистой, нейтральной, инертной по отношению к компонентам раствора и подвижному растворителю и быть однородной по плотности. Имеют значение также такие свойства, как структура молекул целлюлозы в бумаге, набухаемость, ориентация волокна и другие, влияющие на скорость движения растворителя и на иные характеристики процесса.

В атмосфере водяных паров бумага поглощает значительное количество влаги (до 20 .25 % своей массы), поэтому, когда неподвижной жидкой фазой является вода, никакого дополнительного увлажнения бумаги не делают. При выборе в качестве неподвижной фазы некоторых органических веществ, гидрофильную бумагу превращают в гидрофобную, пропитывая ее растворами различных гидрофобных веществ (парафина, растительного масла и др.)

В выбранных растворителях компоненты пробы должны иметь разную растворимость, иначе разделения вообще не произойдет. В растворителе, являющемся подвижной фазой, растворимость каждого компонента должна быть меньшей, чем в растворителе неподвижной фазы, но все же составлять вполне заметное значение. Это ограничение связано с тем, что если растворимость вещества будет очень велика, вещество будет двигаться вместе с фронтом растворителя, а если растворимость будет очень мала, вещество останется на начальной линии.

Для разделения водорастворимых веществ в качестве подвижной фазы обычно берут органический растворитель, а в качестве неподвижной - воду. Если вещество растворимо в органических растворителях, вода используется уже в качестве подвижной фазы, а органический растворитель является неподвижной фазой. Это так называемый метод обращенных фаз.

К растворителям обычно предъявляются следующие требования:

· растворители подвижной и неподвижной фаз не должны смешиваться

· состав растворителя в процессе хроматографирования не должен изменяться

· растворители должны легко удаляться с бумаги

· быть недефицитными и безвредными для человека.

Индивидуальные растворители в распределительной хроматографии используют относительно редко. Чаще для этой цели употребляют смеси веществ, например бутилового или амилового спирта с метиловым или этиловым, насыщенные водные растворы фенола, крезола и др., смеси бутилового спирта с уксусной кислотой, аммиаком и т. д. Применение различных смесей растворителей позволяет плавно изменять Rf и тем самым создавать наиболее благоприятные условия разделения.

В бумажной хроматографии вещества различаются по их относительному положению на бумаге после того, как растворитель пройдёт определённое расстояние. Небольшое количество раствора смеси (10-20мкл), которую нужно разделить, наносят в отмеченную точку на бумаге и высушивают. Полученное пятно называют стартовым. Затем бумагу помещают в герметичную камеру и один её конец погружают в растворитель, который является подвижной фазой. Под действием капиллярных сил растворитель движется по бумаге, растворяя и увлекая за собой компоненты образца. До начала движения образец должен полностью раствориться, поэтому скорость растворения компонентов в подвижной фазе является одним из факторов, определяющих эффективность разделения. После того, как растворитель пройдёт определённое расстояние, лист вынимают и сушат. Пятна на хроматограммах могут быть обнаружены по цвету, флуоресценции, с помощью химических реакций, для чего бумагу опрыскивают или погружают в различные реагенты, или же по радиоактивности. Идентификацию проводят обычно путём сравнения с образцами с известными величинами Rf или после элюирования, которое сводится к вырезанию зоны, содержащей пятно, и последующему промыванию её соответствующим растворителем.

 

58. Газовая хроматография. Хроматограмма. Параметры разделения.

Газовая хроматография - процесс разделения компонентов смеси, основанный на различии в равновесном распределении компонентов между двумя фазами - газом-носителем (подвижная фаза) и либо твердой фазой, либо жидкостью, нанесенной в виде тонкой пленки на поверхность твердого носителя или стенки хроматографической колонки (жидкая неподвижная, жидкая стационарная фаза). В первом случае метод называется газоадсорбционной хроматографией, во втором - газожидкостной (распределительной) хроматографией.

Хроматограмма представляет собой зафиксированную на ленте самописца последовательность сигналов детектора, вырабатываемых при выходе из колонки отдельных компонентов смеси. В случае разделения смеси, на внешней хроматограмме видны отдельные пики. Положение пика на хроматограмме используют для целей идентификации вещества, высоту или площадь пика - для целей количественного определения.

Важнейшие характеристики хроматограммы - время удерживания tr и связанный с ней удерживаемый объем - отражают природу веществ, их способность к сорбции на материале неподвижной фазы и, следовательно, при постоянстве условий хроматографирования являются средством идентификации вещества.

Общий вид хромотограммы:        

       

 Базовая линия соответствует тому промежутку времени, в течение которого детектор регистрирует сигнал только от подвижной фазы.        

Пик - кривая, в идеале приближающаяся к кривой гауссова распределения, описывает постепенное нарастание концентрации на выходе из колонки и последующем ее уменьшении.

Ширина пика сегмент основания пика, который отсекается двумя касательными в точках перегиба пика.

 

Параметры разделения. К параметрам разделения двух веществ относятся степень и коэффициент разделения.

Степень разделения Rs  (разрешение пиков) количественно характеризует разделение двух пиков на хроматограмме и рассчитывается по формуле:  Rs=2∆t/ a(1)+a(2)=∆t/a(1)1/2+a(2)1/2, где ∆t=t2-t1- разность времен удерживания разделяемых компонентов 1 и 2; а(1) и а(2) - ширина пиков; а(1)1/2 и а(2)1/2 - полуширина пиков.

Если Rs < 1, то разделение двух веществ неполное. При Rs >1 наблюдается полное разделение двух компонентов смеси.

Разделение пиков ∆t прямо пропорционально длине L хроматографичеcкой колонки, тогда как сумма полуширин пиков прямо пропорциональна корню квадратному из длины L колонки:

(a(1)1/2+ a(2)1/2)~

поэтому с ростом длины колонки L степень разделения R увеличивается; однако одновременно возрастает и продолжительность анализа

Степень разделения в ГЖХ зависит от таких хроматографических параметров, как коэффициент разделения а и число теоретических тарелок n.

Коэффициент разделения а рассчитывается по формуле:

a= t2-t0/t1-to=K2/K1, где t1 и t2 - соответственно время удерживания компонентов 1 и 2; т0 - время выхода несорбируемого компонента; K1 и K2 - коэффициенты распределения компонентов 1и 2 соответственно.

Коэффициент разделения характеризует селективность НФ по отношению к двум данным компонентам и относительное расположение разделяемых пиков на хроматограмме. Коэффициент разделения а и степень разделения Rs связаны соотношением Rs=a-1/a*n1/2/4, где n - так называемое число теоретических тарелок.

Если а = 1, то Rs = 0, т.е. два хроматографируемые вещества не разделяются.

Чем больше величина а, тем лучше разделение пиков на хроматограмме, тем НФ более селективна по отношению к двум данным разделяемым веществам.

 

 

59. Осадочная хроматография.