Основы хроматографии

Хроматография – это метод разделения и анализа смесей веществ, основанный на различном распределении их между двумя несмешивающимися фазами – подвижной и неподвижной.

А_п ↔ А_н.

При контакте с поверхностью неподвижной фазы (НФ) компоненты смеси распределяются между подвижной (ПФ) и неподвижной фазами в соответствии с их свойствами (адсорбируемостью, растворимостью или др.). Устанавливается динамическое равновесие, вследствие чего молекулы распределяемой смеси часть времени находятся в НФ, а часть – в ПФ. Вдоль хроматографической системы движутся только те молекулы, которые находятся в ПФ. Разные вещества обладают различным сродством к подвижной и неподвижной фазам. Вещество, сильнее взаимодействующее с НФ, будет медленнее двигаться через хроматографическую систему по сравнению с веществом, слабее взаимодействующим с этой фазой.

Для разделения разных молекул НФ должна обладать хотя бы одним из 4-х основных свойств:

- физически сорбировать вещества, находящиеся в ПФ;

- химически сорбировать вещества, находящиеся в ПФ;

- растворять разделяемые вещества;

- иметь пористую структуру и поэтому удерживать одни вещества и не задерживать другие, в зависимости от их размеров и формы.

Сорбция – это поглощение вещества (сорбата) твердыми или жидкими поглотителями (сорбентами). Различают адсорбцию – концентрирование вещества на поверхности раздела фаз (адсорбента) и абсорбцию – поглощение вещества или газовой смеси объемом твердого тела или жидкости.

Если неподвижной фазой является жидкость и анализируемое вещество способно в ней растворяться, то оно распределяется между подвижной и неподвижной фазами. Такая хроматографическая система является распределительной.

Если неподвижной фазой является твердое вещество, способное адсорбировать определяемое вещество, то хроматографию называют адсорбционной.

В зависимости от агрегатного состояния фаз, типа взаимодействия распределяемых соединений с НФ и оформления различают виды хроматографии, приведенные в таблице:

В зависимости от способа размещения неподвижной фазы различают колоночную и тонкослойную хроматографию.

Общие принципы хроматографических методов:

– хроматография – это процесс динамический, в котором всегда обязательно имеется одна подвижная фаза относительно другой неподвижной фазы;

разделение смеси веществ достигается в результате многократного повторения по высоте колонки одного и того же элементарного акта:

для адсорбционной хроматографии – повторение акта адсорбции-десорбции;

для ионообменной хроматографии – повторение реакции ионного обмена.

Таким образом, хроматография – это физико-химический метод анализа и исследования веществ и их смесей, основанный на разделении компонентов за счет различия в параметрах их между фазами при перемещении через слой неподвижной фазы потоком подвижной фазы. Хроматография – это процесс разделения молекул за счет дифференциальной миграции, т.е. разделения за счет различных скоростей перемещения различных молекул.

Области применения различных вариантов хроматографии

Молекулярная масса

Рис. Принципиальная схема газового хроматографа

/ - источник газа-носителя; 2 - вентиль тонкой регулировки скорости потока газа-носителя; 3 - устройство для ввода пробы; 4 - хроматографическая колонка; 5 - детектор; б – термостат колонки и термостат детектора; 7- регистратор; 8 - измеритель скорости потока газа-носителя

Жидкостная хроматография применяется для качественного и количественного анализа: полициклических ароматических углеводородов, полимеров аминокислот, поверхностно-активных веществ (ПАВ), антиоксидантов, пестицидов, лекарственных препаратов, жиров, углеводов и др.

В качестве неподвижной фазы используется вода, в качестве подвижной – органические растворители.

Ионная хроматография отличается высокой селективностью анализа, экспрессностью, имеет низкий предел обнаружения, дает возможность одновременного определения неорганических и органических ионов, обладает широким пределом определяемых концентраций. Например, этот метод применяют для определения неорганических катионов: Н⁺, Аg⁺, Сu²⁺, Ва²⁺, Na⁺, Са²⁺, Рb²⁺ и анионов: NО₃^-, SО₄^2-, Сl^-, NО₂^-, F^-.

Чувствительность некоторых инструментальных методов анализа и применяемые приборы приведены в таблице

Метод	Предел обнаружения, г	Приборы
Фотометрия	1·10-6	Фотометры, спектрофотометры
Флуориметрия	1·10-10	Флуориметры
Полярография	1·10-8	Полярографы
Атомно-эмиссионный спектральный анализ	1·10-10	Пламенные фотометры
Атомно-абсорбционный спектральный анализ	1·10-10	Атомно-абсорбционные спектрофотометры
Хроматография (газовая)	1·10-11	Хроматографы

В процессе выполнения анализов возможно возникновение ошибок, которые могут быть обусловлены следующими факторами: точность пробоотбора, условия консервации пробы, условия транспортировки, хранение образцов, точность приборов, работа персонала, внешние факторы (энергопитание, водоснабжение и т.д.).