Корзина
55 отзывов
Выбираем экономно! Товар со скидкой имеется на складе!Купить со скидкой
+79290050484
+79300908861
ЗЕРНОТЕХ
Корзина
  • ЗЕРНОТЕХ
  • Статьи
  • Хроматография: история открытия, основные понятия, область применения

Хроматография: история открытия, основные понятия, область применения

Хроматография: история открытия, основные понятия, область применения

Хроматография — способ разделения смесей, который изобрел русский ученый Михаил Семенович Цвет в 1900 году. Заключается в различии свойств компонентов смесей, разнице их реакций при нахождении в одинаковых условиях.

История хроматографии
Первое в истории упоминание о хроматографии (chromatography — «пишу цветом») было в 1901 году, когда российский ученый-биолог М. С. Цвет выступил с докладом на 11 съезде естествоиспытателей и врачей в г. Санкт-Петербурге. В этот период он исследовал растительные пигменты, изучал процесс фотосинтеза и пытался разделить хлорофилл на составляющие его пигменты. Ученый пропустил раствор пигментов через стеклянную емкость с адсорбентом, и пролил чистым раствором. Состав окрасился в разные цвета, разделившись на полоски. Это называется молекулярная хроматография. Статью о результатах своей работы ученый опубликовал в 1903 г.

С 1910 по 1930 гг. этот метод почти не исследовался.

Следующее упоминание в истории принадлежит европейским ученым Р. Куну, А. Виртенштейну, Э. Ледеру. В 1931 году, используя этот метод, они выделили из сырого каротина составляющие a- и b-каротин.

Важным этапом развития стало открытие в 1941 году английскими естествоиспытателями А. Мартином и Р. Сингом жидкостного варианта, где подвижное вещество — бумага, смоченная водой с бутанолом.

В 1975 году ученые из США ввели в терминологию новый вариант хроматографии — ионную.

Суть метода хроматографии
Метод хроматографии основан на постоянно повторяющихся с конкретной периодичностью процессах сорбции-десорбции, которые происходят между подвижным веществом с растворенной в нем пробой (элюентом) и неподвижным (сорбентом). Компоненты исследуемой смеси имеют различную степень сорбции (впитывания), за счет чего поглощаются сорбентом с различной скоростью и степенью. Суть метода заключается в многократном повторении этих процессов. Получившиеся пробы после изучения в хроматограмме позволяют уточнить состав реактива.

Теоретические основы хроматографии

В теории этот метод представляет собой последовательный процесс уравновешивания составляющих смеси, когда происходит деление на 2 части — подвижную и недвижную.

В колонке, или «тарелке», недвижная часть (фаза) уравновешивается с подвижной. Это константа распределения К (первая ступень). Далее подвижная часть устремляется в другую «тарелку» и приходит в равновесие (вторая ступень). И эти ступени повторяются многократно в хроматографии. Сущность метода выражается в «теории тарелок». Но это упрощенно, так как движение постоянное, что не дает 100% чистоту данных в измерении константы.

Понятия и определения метода зафиксированы ГОСТ 17567-81.

Выделяют адсорбцию, когда поглощение происходит на поверхности границ и абсорбцию, когда вещества расходятся между 2-х фаз.

Виды хроматографии
Виды хроматографии классифицируют по особенностям процесса разделения (по данным Википедии):

агрегатное состояние неподвижной (сорбент) и подвижной (элюент) фазы: газовая, жидкостная, флюидная, полифазная;
природа взаимодействия сорбента (удерживающее вещество) и сорбата, сорбтива (удерживаемое вещество): адсорбционная, ионообменная, распределительная, осадочная;
способ введения элюента: фронтальная, вытеснительная, проявительная;
техника проведения (капиллярная, колоночная, на бумаге);
цели хроматографирования (аналитическая, препаративная, промышленная).

Классификация эта весьма условна. Все виды тесно связаны между собой. Так, в аналитической по цели использует проявительную по способу введения элюента. Кроме того, в каждом показателе могут выделяться дополнительные критерии. В технике проведения дополнительное влияние дают технические условия (высокое или низкое давление).

Капиллярная хроматография
Лекции по капиллярной начинаются с ответа на вопрос о том, для чего она нужна. Быстрое развитие метода привело к вопросу разделения смесей, состоящих из веществ, близких по физическим и химическим свойствам. Новую капиллярную колонку для решения этих задач изобрел М. Голей в 1957 году. Ее диаметр изменяется в пределах 0.05-0.15 мм, стандартный диаметр — 0.11 mm, а длина — 40-200 мкм. Самая длинная колонка достигала 477 м.

Данный вид позволяет решать различные экологические задачи — исследование воздуха на наличие летучих органических соединений (кратко — ЛОС), определение содержания пестицидов в почве. Разработаны методики:

измерения концентраций ЛОС в воздухе — методика 1633-2013;
определения содержания нефтяных продуктов в воде — ГОСТ 31953-2012;
определения состава газа — ГОСТ 3-2008 с правками 2019 года.
Первоначально этот метод использовался для исследования качества нефтепродуктов, определения процентного содержания нефти в бензине.

Препаративная хроматография
Препаративная ставит цель выделять чистое вещество из смеси, причем в значительных количествах. Особенность — выполнение непрерывного разделения смеси. Для получения большего количества вещества увеличивают объем колонки в хроматографической установке.

Аналитическая хроматография

Используя аналитическую, проводят качественный и количественный анализ соединений — оксидов, кислот, окисей, полимеров.

В книге-учебнике Бражникова В. В., Сакодынского К. И. «Аналитическая хроматография» дано описание механизма работы хроматографа при качественном и количественном анализе.

В конце колонки расположен аппарат, измеряющий концентрацию вещества в элюенте — детектор. Время, прошедшее с момента поступления вещества в колонку до наступления максимальной концентрации вещества, называется время удерживания в хроматографии. Эта величина постоянна для каждого вещества, если в колонке поддерживается постоянная внешняя и внутренняя температура, и на основе этих данных делают качественный анализ.

Количественный анализ осуществляется через измерение площади и расположения пиков на хроматограмме.

Хроматография практическая
Современный метод хроматографии предназначен для решения практических задач. Сегодня использование этого метода актуально в биологии, криминалистике, химии, медицине, быту. Самые простые примеры доступны для проведения даже дошкольнику. Для опыта с чернилами разного цвета и простой водой в качестве растворителя не требуется современного оборудования, сложных расчетов и технологичной лаборатории. Школьники и студенты вузов проводят опыт по размыванию чернил на уроках химии.

Флюидная хроматография
К высокоэффективным видам относится флюидная. Процесс в данном случае проходит в сверхкритических условиях, где в качестве подвижной фазы берут газ, больше похожий на гель. Достоинство этого вида — определение верного состава любых микросоединений, которые не дают сигнал спектроскопам или другим детекторам.

С помощью флюидной хроматографии успешно анализируется состав лекарственных средств, продуктов, полимеров, сырой нефти, ПАВов.

Хроматография аминокислот
Данный метод играет большое значение при идентификации аминокислот и белков. Проводится техникой на листе бумаги по распределительному принципу. Определение вида аминокислоты проходит в несколько этапов:

- Подготовка хроматографической бумаги — нанесение радиальной разметки и стартовой линии.
- Нанесение раствора. Кончиком пипетки на стартовую линию в несколько подходов.
- Приготовление растворителя. Входит бутанол, уксусная кислота и вода в пропорциях 12:3:5.
- Разгонка аминокислоты. Необходимо отметить границу продвижения растворителя и аминокислот.
- Проявление. Высушивание меченой хроматографической бумаги в специальном шкафу.
- Определение коэффициента подвижности аминокислоты Rf по формуле Rf = а/b, где а — расстояние, пройденное аминокислотой, b — расстояние, пройденное растворителем в этой области бумаги и определение нужной аминокислоты по существующим таблицам.
Основные достоинства этого метода: точность получаемых данных и легкость расчетов.

Разновидности хроматографии по механизму разделения веществ
Разновидности:

Адсорбционная. Определение вещества происходит по степени его адсорбции, т. е. возможности его поглощения поверхностью вещества.
В качестве адсорбента (вещества-поглотителя) часто используют алюминий и его производные: окиси фракции 0.063-0.2 мм (ТУ 6-09-3916-75, 6-68-164-2011, 6-68-164-99 и оксиды (ТУ 2163-004-81279372-11). В качестве растворителя обычно используют гексан (hexane) hp-ultra очистки (ТУ 6-09-3375-78 и 2631-001-54260861-2013), криохром. Купить особо чистые (ОСЧ) химические реактивы можно в фирме «Вектон».

Распределительная основана на различных степенях растворимости определяемого вещества в подвижной и неподвижной фазах.
Ионообменная основана на способностях к обмену ионами в атомах вещества с неподвижной фазой. Происходит замещение ионов в неподвижной фазе ионами вещества, при этом возникновение разницы в скорости приближения ионов к неподвижной фазе приводит к разделению элюента вследствие изменения концентрации вещества в фазах.

Процессы ионообменной хроматографии применяются для изучения биологических жидкостей (кровь, моча, плазма) и диагностики заболеваний.

Осадочная изучает степень растворимости осадка, получившегося после проведения химической реакции с компонентом твердой фазы, а также скорости его осаждения.
Аффинная основана на способности соединений притягиваться с высокой избирательностью к сорбенту. Элюирование (вымывание) вещества из общей массы — это аффинный метод хроматографии.
На характере взаимодействия между сорбентом и сорбатом основывается классификация по механизму разделения веществ.
Где применяется хроматография
Первоначально этот метод был применен в биологии первооткрывателем М. С. Цветом. В настоящее время он используется практически во всех сферах — промышленности, медицине, экологии, криминалистике, фармацевтике.
 

Другие статьи