Хроматографичесике методы анализа

Хроматографический метод анализа был разработан и предложен русским ученым М.С. Цветом в 1903 году. Этот метод основан на использовании сорбционных процессов в динамических условиях. В простейшем виде эти условия создаются при прохождении потока смеси газов, паров, жидкостей или растворов через слой сорбен­та, загруженного в колонку.

Хроматографический метод в аналитической химии является крупным самостоятельным разделом физико - химических методов анализа. В силу своей высокой эффективности и универсальности он нашел широкое применение в различных облас­тях науки и техники.

Хроматографический метод позволяет:

а) разделять сложные смеси органических и неорганических соединений;

б) очищать вещества от примесей;

в) концентрировать вещество из очень разбавленных растворов;

г) проводить качественный и количественный анализы исследуемого вещества.

Этот метод сочетает в себе высокую точность и воспроизводимость результа­тов анализа, высокую чувствительность, доступность аппаратуры.

Классификация хроматографических методов анализа

Различают следующие способы выполнения хроматографического анализа: фронтальный, вытеснительный, элюентный.

При фронтальном способе анализа исследуемый раствор смеси веществ непре­рывно подают в верхнюю часть колонки и собирают отдельные фракции фильтрата. В начальный момент времени из колонки будет вытекать чистый растворитель, а вещества будут сорбировать на сорбенте. После насыщения сорбента менее сорбирующим­ся веществом, из колонки будет вытекать фильтрат, содержащий это вещество, затем в фильтрат будет поступать смесь веществ. Способом фронтального хромографиче­ского анализа может быть получено в чистом виде только наименее сорбируемое ве­щество. Полного разделения исследуемой смеси на индивидуальные компоненты этим способом не достигается.

При вытеснительном способе анализа в колонку вводят порцию раствора смеси, содержащей индивидуальные вещества (например А и В) и с помощью более сорби­рующегося вещества (D) вытесняют ранее сорбированные компоненты А и В в соот­ветствии с их избирательной сорбируемостью (в порядке возрастания последней)

При элюентном анализе в колонку вводят порцию исследуемой смеси, состоящей, например, из индивидуальных веществ А, В, и С. Компоненты смеси располагаются вдоль сорбента сверху вниз в перекрывающихся зонах в соответствии с их сорбируемостью (А>В>С). Нижняя зона хромотограммы будет содержать чистое вещество С. При промывании сорбента растворителем вдоль колонки происходит передвижение компонентов смеси вследствие взаимного вытеснения. В фильтрате собира­ют компоненты в порядке повышения их сорбируемости, т. е. вначале компонент С, затем В и наконец, А.

Хроматографические методы анализа в настоящее время различают по следующим признакам:

■ по агрегатному состоянию системы, в которой проводится разделение смеси на ин­дивидуальные компоненты - газовая, жидкостная и газо - жидкостная хромато­грамма;

■ по механизму адсорбционная (жидкостная, газовая), распределительная, ионообменная, осадочная, окислительно - восстановительная, адсорбционно - ком­плексообразовательная хроматография;

■ по форме поведения процесса - колоночная, капиллярная, плоскостная (на бумаге и тонкослойная).

Данная тема так велика, что мы не можем рассмотреть ее в полном объеме. Ру­ководством при освоении хроматографических методов анализа может служить книга Г. Мак - Нейра, Э. Бонелли «Введение в газовую хроматографию», «Мир», Москва, 1970, с.277.

Адсорбционная хроматография

К адсорбционной хроматографии относятся газовая и адсорбционно - жидкост­ная. Основные теоретические положения этих видов хроматографии имеют много общего.

М.С. Цветов был открыт и сформирован закон адсорбционного замещения:

«Вещества, растворенные в определенной жидкости, образуют определенный адсорб­ционный ряд А>В>С, выражающий относительное абсорбционное сродство его членов к адсорбенту, каждым из членов адсорбционного ряда, последующий вытесняет его из соединения и, в свою очередь, вытесняется предыдущим».

На поверхности сорбента находится силовое поле, которое способно притягивать молекулы посторонних веществ, при этом образуется мономолекулярный слой адсорбированных молекул. Между поверхностью сорбента и средой устанавливается подвижное адсорбционное равновесие, которое определяется равенством скоростей адсорбции и десорбции молекул.

Каждой концентрации адсорбируемого вещества соответствует определение адсорбционное равновесие при соответствующей температуре. Зависимость количества адсорбированного вещества от его концентрации в растворе при постоянной тем­пературе выражается изотермой адсорбции.

Различают три типа изотерм адсорбции: выпуклая (1), выгнутая (2) и линейная (3).

Рисунок

Вид изотермы адсорбции дает представление о характере распределения вещества и основание для выбора условий хроматографического разделения сложных смесей. Процесс последовательного извлечения (вымывания) вещества из колонки может быть изображен графически.

Полученная при этом кривая, носит название выходной кривой.

При проведении фронтального анализа растворов на выходной кривой возникает соответствующее количество ступеней.

рисунок

На выходной кривой в вытеснительном методе анализа образуются пики, по величине которых можно определить содержание отдельных веществ.

рисунок

В случае неполного разделения пики кривой частично налагаются один на другой. Величины площадей пиков отвечают относительным содержанием компонентов в смеси.