Ластаушы заттарды талдаудың хромотографиялық әдістері

1.Х имиялық элементтер — ядродағы зарядтары бірдей болып келетін атомдар тобы. Табиғатта кездесетін барлық жай және күрделі заттар химиялық элементтерден түзіледі. Химиялық элементтер аты латынша атауының бір немесе екі алғашқы әріптерімен белгіленеді, мысалы, азот N (лат. Nіtrogenіum), алюминий Al (лат. Alumіnіum), т.б. молекуласы бір ғана элемент атомдарынан құралған зат — жай зат, молекуласы әр түрлі химиялық элементтер атомдарынан түзілген зат — күрделі зат деп аталады. Кейбір элементтер бос күйінде молекула немесе кристалды тор құрылысы айрықша әр түрлі жай зат түрінде кездеседі (О — оттек, О — озон, т.б.). Химиялық реакция нәтижесінде әрекеттесетін заттардың молекула құрамында химиялық элементтер қайта топтасады, яғни жаңа зат пайда болады. Химиялық элементтер атомдарының басқа атомға айналуы, атомдардың ыдырауы не күрделі атомдардың құрылуы ядролық реакциялар нәтижесінде ғана жүреді. Химиялық элементтердің және олардың қосылыстарының қасиетін анорганикалық химия зерттейді.

Табиғатта кездесетін заттар жеке элементтерден құралады деген түсінік өте ерте заманда-ақ пайда болған. Грек философтары су, ауа, от және жер (топырақ) негізгі элементтер деп санаған. Аристотельдің элемент жайындағы ілімі Еуропада кең таралды. Ол 2000 жылға жуық уақыт үстемдік етіп, алхимиктердің жай металды алтынға айналдыруға болады деген ұғымдарына негіз болды. Алхимиктер дәуірі ғылымның дамуына кедергі болғанымен, оның нәтижесінде химиялық тәжірибе жүргізудің алуан жаңа әдістері табылды. Сол кезде белгілі болған алтын, күміс, мыс, қорғасын, қалайы, темір, сынап, күкірт, көміртек, сүрмеден басқа мырыш, фосфор, күшән ашылып, көптеген күрделі заттар (металл тотықтары) алынды.

Сынап — металдың, күкірт — жанудың, тұз — ерігіштіктің бастамасы деген пікірлер айтылды. 17 ғасырда химиялық өзгерістер жайында мәліметтер көбеюіне байланысты тәжірибе қорытындыларын талдау арқылы ағылшын ғалымы Р.Бойль элемент жай зат және басқа барлық заттарды түзетін құранды заттар айырылғанда шығатын зат деп жаңа түсінік берді. 18 ғасырда Бойльдің анықтамасын дәлелдейтін тәжірибелік мәліметтер көбейді, бұрын күмәнді болған заттар элементтер қатарына жатқызылды. Жаңадан сутек, оттек, азот, хлор, газ күйіндегі элементтер, сондай-ақ, платина, кобальт, никель, т.б. ашылды. 19 ғасырда химияның теориялық негіздері атом-молекулалық теория, химиялық элементтердің периодты жүйесі ашылды (1869). Ол химиялық элементтерді зерттеуде жаңа бағыт ашты.

Периодты жүйе барлық белгілі химиялық элементтерді бір жүйеге келтіріп, сол кезде белгісіз элементтердің табиғатта барын болжады. 19 — 20 ғасырлар аралығында электрон, радиоактивтік, рентген сәулесі, изотоптар, квант теориясы, т.б. жаңалықтардың ашылуы химиялық элементтер қасиеттерінің әр түрлі болуының негізгі себебін анықтады, олардың элементарлық бөлшектерден құралғаны химиялық элементтердің периодты жүйедегі орны және оның электрондық қабық құрылысын зерттеумен қатар жаңа элементтерді іздестіру нәтижесінде гафний мен рений ашылды, синтездеу арқылы технеций, прометий, астат және рет нөмірлері 93 — 105 болатын трансуранды элементтер алынды. 20 ғасырда химиялық элементтерді ашу әдістері (рентген, оптик., т.б.) оттек, азот, күкірт, инертті газдар, алтын, т.б. активтігі нашар металдар бос күйінде, активті химиялық элементтер табиғатта қосылыс түрінде кездесіп, көптеген кен орындарын құратындығы анықталды.

Кейбір химиялық элементтер өте аз мөлшерде минералдар құрамында қоспа түрінде (рений, рубидий, цезий, т.б.) кездеседі. Көміртек, сутек, оттек, азот, калий, фосфор, кальций, темір, иод, т.б. элементтер жануарлар мен өсімдіктер организмінде болады. Химия, металлургия, тамақ, т.б. өнеркәсіп дамуына байланысты химиялық элементтерді пайдалану аясы да артып келеді.

2. «Тірі нысан немесе зат» - биосфераның негізі, бірақ аз ғана бөлімін құрайды. Тірі заттардың ең жоғарғы орта өзгерткіш іс әрекетіне байланысты, негізгі ерекшеліктеріне келесілер жатады:

1)Барлық еркін кеңістікті тез меңгеру қабілеттілігі. Берілген қасиет бойынша В. И. Вернадский келесідей қортындыға келді, белгілі геологиялық кезеңдер үшін тірі заттардың саны тұрақты болды.

2) Қозғалыстың белсенділігі. Еркін қозғалу – биосферадағы кез-келген тірі затқа тән белгі.

3) Тіршілік кезіндегі тұрақтылық және өлгеннен кейін тез арада ыдырау. Тірі затты құрайтын химиялық қосылыстар ақуыздар, ферменттер және т.б. тек тірі ағзаларда ғана тұрақты болады.

4)Әртүрлі жағдайларға жоғарғы бейімделушілік қабілеттілігі (адаптация).

5)Реакция жүруінің ең жоғарғы жылдамдығы. Тірі және өлі заттың айырмашылығы химиялық реакциялардың жылдамдығынан көрінеді.

6)Тірі заттардың жаңаруының жоғарғы жылдамдығы. Орташа жанару биосфера үшін-8 жыл,Құрлық үшін-14 жыл,Мұхит үшін-33 күн.

7) Биосфераның тірі заты энергияның үлкен қорымен сипатталады.

8) Тірі зат өлі затқа қарағанда біршама жоғары морфологиялық және химиялық көп түрлілікпен сипатталады.

9) Биосферадағы тірі зат мөлшері әр түрлі жеке ағзалар түрінде болады.

Тірі зат өзіне тән қасиеттерге ие бола отырып биосферада белгілі бір биогеохимиялық функциялар атқарады.

1) Энергетикалық функциясы. Биосфералық планеталық құбылыстарын космостық сәулеленумен, негізінен күн радиациясымен байланысын жүзеге асырады.

Энергетикалық функция екі биогеохимиялық принциптен тұрады.

1-принцип: биосферада геохимиялық биогендік энергияны көп мөлшерде жұмсау.

2-принцип: өз тіршілігінде геохимиялық энергияны көбейте алатын ағзалар эволюция процесінде тіршілігін сақтап қалады.

2) Газдық: белгілі мекен ету ортаның ауа құрамын атмосферасын өзгерту мен тұрақы ұстау қабілеттілігі. Газдардың миграциясы мен өзгерісін жүзеге асыра отырып, биосфераның газдық құрамын қамтамасыз етеді.

3) Тотығу-тотықсыздану функциясы: тірі заттардың ықпалынан ортаны О2 байытуға байланысты тотығу процесі, сондай-ақ, О2 жетіспеген кезде органикалық заттардың ыдырауына байланысты жүретін тотықсыздану процесі. Тотығу дәрежесі өзгермелі атомдары бар заттардың химиялық өзгерістері. Жер бетінде тотығу мен тотықсызданудың биогенді процестері басым болады.

4) Концентрациялық – шашыранды химиялық элементтерді өз денесінде ағзаның шоғырландыру қабілеттілігі. Қоршаған ортаның биогенді элементтерін тірі ағзаларын жиналуынан көрінеді.

5) Деструктивтік – органикалық заттар қалдығы мен «косты» заттардың ағзалармен және олардың тіршілік әрекетінің өнімдерімен құлдырату немесе бұзылуы (деструкторларға саңырауқұлақтар мен бактериялар жатады). Өлімнен соң ағзалардың ыдырауымен байланысты процестер. Оның нәтижесінде органикалық заттың минерализациясы жүреді. Нәтижесінде биосфераның биогенді және биокостық заттары түзіледі.

6) Транспорттық – ағзаның белсенді қозғалыс формасы нәтижесінде заттар мен энергияның тасымалдануы. Ауырлық күшіне қарсы, горизонтальды бағытта заттардың тасымалдануы жүзеге асырылады. Тірі заттың кері төменнен жоғары, мұхиттан континенттерге тасымалдауын қамтамасыз ететін бірден бір фактор.

7) Орта өзгерткіштік – бұл функция шамалы мөлшерде интрегративтік функция болып табылады. Орта түзуші функция. Тіршілік процестерінің нәтижесінде ортаның физикохимиялық өлшемдері де өзгереді.

8) Информациялық.

3.Хроматография – араласпайтын екі – жылжитын (қозғалатын) және жылжымайтын (қозғалмайтын) фазалардан тұрады. Хроматография – заттарды бөлу, айқындау, анықтау әдісі. Хроматографиялық процесс заттардың табиғатына және концентрациясына байланысты.

Хроматографиялық процесс – қозғалмайтын фаза арқылы бөлінетін компоненттері бар қозғалатын фазадағы қоспаның жылжуы.

Қозғалатын фаза анализденетін заттары бар ерітінді не газ болуы мүмкін. Қозғалмайтын фаза қатты зат не қатты затта (носитель) адсорбциаланған сұйық зат болуы мүмкін. Қозғалмайтын фаза арқылы қозғалатын фаза жылжығанда оның құрамындығы заттар қозғалмайтын фазада сорбциалану қабілетіне байланысты жұтылады. Сондықтан қозғалмайтын фазаны сорбент деп атайды. Сорбциалану қабілеттеріне байланысты заттар бөлінеді.

Хроматографиялық әдіс бағаналы (колонкалы) және жазықтықты болып бөлінеді. Бағаналы әдісте бағаналар, жазықты хроматографияда арнайы қағаз не сорбенттің жұқа қабаты қолданылады.

Заттарды бағаналардағы сорбентте бөлудің бірнеше тәсілдері бар. Ерітінді не газ күйіндегі сынаманы (қоспаны) сорбенті бар бағана арқылы өткізгендесорбциалануына байланысты заттар зона түзіп орналасады, оны ішкі хроматография деп атайды. Егер заттар түсті зоналар түзсе, қоспадағы заттарды сапалық анализдеуге болады.

Егер қоспа компоненттері түссіз болса және әр зонадағы компоненттерді сандық анализдеу керек болса, фронтальды және элюентті хроматографиялар қолданылыды. Фронтальды хроматографияда алдымен сорбент арқылы бағанадан еріткішті өткізеді де толассыз заттар қоспасының ерітіндісін өткізеді. Бағанадан шыққан ерітіндіні элюат деп атайды. Алдымен таза күйінде ең нашар сорбциаланатын компонент шығады, келесі өлшемде (порция) көбірек сорбциаланатын компоненттер қоспасы шығады. Сонымен, таза күйінде тек ең нашар сорбциаланатын бір ғана затты бөліп алуға болады. Сондықтан бұл әдіс негізінен заттарды бөлуге емес, концентрлеуге қолданылады. Элюентті хроматографияда бағанадан қоспаны өткізеді де еріткішпен (элюентпен) жуады.

Заттардың сорбциалануына байланысты элюентпен бағана бойымен компоненттер жылжиды, алдымен бағанадан ең нашар сорбциаланатын зат шығады, солай кезекпен заттар шығып отырады. C = f (t) графигін, элюентті хроматограмма алады.

Қозғалатын фазаға байланысты газды және сұйықты хроматограмма болады. Қозғалмайтын фаза қатты не сұйық болады, сондықтан газ-қатты фазалы жәнегаз-сұйық фазалы, сұйық-қатты фазалы және сұйық-сұйық фазалы хроматография болады.

Хроматографиялық әдісті қолдану

Қазіргі кезде хроматографиялық әдісі аналитикалық практикада кеңінен таралған. Бұл физикалық-химиялық әдістердің қатарына жатады. Әдістің мұндай жетістігі қолдану қарапайымдылығы, іс жүзіндегі тиімділігі, талғамының жоғарылығы, сезімталдығы, дәлдігі, тез орындалуы, әмбебаптығы сияқты қасиеттері жиынтығында болса керек. Хроматография әдісімен көптекті заттардың кез келген агрегат күйдегі және кең концентрациялық диапозондағы қоспасын талдауға болады.

Хроматография әр түрлі объектілерді сандық және сапалық тұрғыдан талдауға, қосылыстың физикалық-химиялық қасиегтерін оқып-үйренуге кейбір реакциялардыңкинетикасын зертеп білуге мүмкіндік береді. Тез жүргізілген - хроматографиялық талдаумен көптеген технологиялық процестер реттеледі.

Мұнымен қатар, хроматографияны қоспа құрамындағы керекті қосылысты таза күйінде бөліп алу үшін колданады. Заттарды хроматографиялық бөлу әдісі сорбциялық процестерге негізделген. Сорбция - сұйық не қатты сіңіргіштердің (сорбетер мен эксфогенттермен) өзіне газды, буды. аэрозолъды, сұйықты, еріген затгы сіңіру процесі. Бұған кері процесті десорбция (кері сорбция) деп атайды. Сорбция адсорбция фаза бетіндей сіңіру және абсорбция (фаза көлемінде сіңіру) процестерін қамтиды. Сорбцияны статистикалық және динамикалық жағдайда да жүргізуге болады. Статистикалық сорбция екі фазада салыстырмалы тыныштықта тұрған кезде басталып, сорбция заңы бойынша фазалар арасында заттың таралу тепе-теңдігі орнағанда аяқталады. Динамикалық сорбция қозғалыссыз фазаға қатысты қозғалатын фазаның тиісті бағытта орын ауыстыруы нәтижесінде кері сорбция процесі кезінде басталады

Құрамдас бөліктердің тиімді бөлінуі үшін козғалмайтын фаза мына қасиеттерге ие болуы шарт: ол қозғалмайтын фазадағы затты өзіне физикалық және химиялықтұрғыдан сорбциялауы, бөлінетін затты ерітуі, керек құрылымды беткі қабатқа ие болуы, ұстап тұру дәрежесі жоғары бір құрамдас бөлікті болуы керек.

Егер қозғалмайтын фаза сұйық күйде болып, ал талданатын зат онда еруге бейім болса, онда ол қозғалатын және қозғалмайтын фазалар арасында таралады. Мұндайхроматографиялық жүйе таралымдық деп аталады. Егер қозғалыссыз фаза анықталатын құрылымды адсорбциялауға бейім қатты зат болса, онда оны адсорбциялықхроматография дейді. Фазаның агрегаттық күйіне, өзара әрекеттесу түріне және аппаратуралық жабдықталуына қарай хроматографиялық әдістерді жіктеуге болады. Түрлі құрамдас бөлікті жіктеп, оларды жеке бөліп алуға мүмкіндік беретін хроматографиялық әдістер. Ал бұл тарауда бөліп алынған құрамдас бөлікті анықтауға бағытталган хроматографиялық әдістерді жіктеу қарастырылады.

Қозғалмайтын фазаның орналасу ретіне қарай бағаналы және жұқа қабатты хроматография деп бөлінеді. Біріншісінде белгілі бір биіктігі (ұзындықтағы) және ішкі диаметрі болып келген элюент шыны бағанаға (түтікке) қозғалмайтын фаза орналастырылады. Ал жұқа қабатты хромагографияда (ЖҚХ) козғалмайтын фаза астар сияқты тегіс, қатты дене бетіне біртекті орналастырылады.

Хроматографиялық, жүйеге зерттелетін сынаманы енгізу режиміне қарай фронтальды, шаймалы және ығыстырушы хроматография деп бөлінеді. Ал одан кейін құрамы әр түрлі қоспа ерітіндісін жіберу уақыты мен көлеміне қарай жүріп жатады.

Қоспа ерітіндісі хроматографиялық бағанаға үздіксіз жеткізіліп тұрса, мұндай әдісті фронтальды дейді. Бұл жағдайда хроматографияның бастапқы кезінде ғана нашар сорбцияланатын құрылымдық бөлімді таза күйінде тек бастапқы уақыт аралығында мейлінше аз сорбцияланған құрамдас бөлікті бөліп алуға болады. Тамшылы-шаймалық әдісте үлгіні шаймалай алған ерітінді қозғалысты фаза ағымына енгізеді. Бағана бойымен жылжу кезінде қоспа құрылымы белгілі бір сақиналы аймақтарға бөлінеді, оларды не толық күйінде, не жеке күйінде бағананың шүмегін ашып-жабу арқылы бөледі. Ал ығыстырушылық әдісте үлгіні енгізіп, активтігі нашар шаймамен алдын ала бөліп алынғаннан кейін, шайма құрамына дұрыс сорбцияланатын құрылымды немесе қозғалмайтын фазамен салыстырғанда талданатын қоспа құрамындағы барлық құрылымдар үшін әсерлі затты қосады. Мұндай қасиет нәтижесінде жаңадан қосылған шайманың сыбағасын қозғалыссыз фазамен адсорбцияланатын қабілеттің өсуіне орай, талданатын қоспадан құрамдас бөлікті біртіндеп ығыстырады, әр құрамдас бөлік жеке аймақ түрінде болуы не аралас жүруі мүмкін.

Сондай-ақ сұйықтық хроматографияда шайманы изо-еселеу және градинатты рет бойынша береді. Бірінші жағдайда, шайма құрамы өзгеріссіз қалады, ал екіншіде белгілі бағдарлама бойынша өзгеріп тұрады. Ал одан кейін құрамы әр түрлі қоспа ерітіндісін жіберілетін уақыты мен көлеміне байланысты алуға болады.

Билет