Хроматография

(от греч. chroma, родительный падеж chromatos — цвет, краска и ...графия

физико-химический метод разделения и анализа смесей, основанный на распределении их компонентов между двумя фазами — неподвижной и подвижной (элюент), протекающей через неподвижную.

Историческая справка. Метод разработан в 1903 М. Цветом, который показал, что при пропускании смеси растительных пигментов через слой бесцветного сорбента индивидуальные вещества располагаются в виде отдельных окрашенных зон. Полученный таким образом послойно окрашенный столбик сорбента Цвет назвал хроматограммой, а метод — Х. Впоследствии термин «хроматограмма» стали относить к разным способам фиксации результатов многих видов Х. Однако вплоть до 40-х гг. Х. не получила должного развития. Лишь в 1941 А. Мартин и Р. Синг открыли метод распределительной Х. и показали его широкие возможности для исследования белков и углеводов. В 50-е гг. Мартин и американский учёный А. Джеймс разработали метод газо-жидкостной Х.

Основные виды Х. В зависимости от природы взаимодействия, обусловливающего распределение компонентов между элюентом и неподвижной фазой, различают следующие основные виды Х. — адсорбционную, распределительную, ионообменную, эксклюзионную (молекулярно-ситовую) и осадочную. Адсорбционная Х. основана на различии сорбируемости разделяемых веществ адсорбентом (твёрдое тело с развитой поверхностью); распределительная Х. — на разной растворимости компонентов смеси в неподвижной фазе (высококипящая жидкость, нанесённая на твёрдый макропористый носитель) и элюенте (следует иметь в виду, что при распределительном механизме разделения на перемещение зон компонентов частичное влияние оказывает и адсорбционное взаимодействие анализируемых компонентов с твёрдым сорбентом); ионообменная Х. — на различии констант ионообменного равновесия между неподвижной фазой (ионитом) и компонентами разделяемой смеси; эксклюзионная (молекулярно-ситовая) Х. — на разной проницаемости молекул компонентов в неподвижную фазу (высокопористый неионогенный гель). Эксклюзионная Х. подразделяется на гель-проникающую (ГПХ), в которой элюент — неводный растворитель, и гель-фильтрацию, где элюент — вода. Осадочная Х, основана на различной способности разделяемых компонентов выпадать в осадок на твёрдой неподвижной фазе.

В соответствии с агрегатным состоянием элюента различают газовую и жидкостную Х. В зависимости от агрегатного состояния неподвижной фазы газовая Х. бывает газо-адсорбционной (неподвижная фаза — твёрдый адсорбент) и газожидкостной (неподвижная фаза — жидкость), а жидкостная Х. — жидкостно-адсорбционной (или твёрдо-жидкостной) и жидкостно-жидкостной. Последняя, как и газо-жидкостная, является распределительной Х. К твёрдо-жидкостной Х. относятся тонкослойная и бумажная.

Различают колоночную и плоскостную Х. В колоночной сорбентом заполняют специальные трубки — колонки, а подвижная фаза движется внутри колонки благодаря перепаду давления. Разновидность колоночной Х. — капиллярная, когда тонкий слой сорбента наносится на внутренние стенки капиллярной трубки. Плоскостная Х. подразделяется на тонкослойную и бумажную. В тонкослойной Х. тонкий слой гранулированного сорбента или пористая плёнка наносится на стеклянную или металлическую пластинки; в случае бумажной Х. используют специальную хроматографическую бумагу. В плоскостной Х. перемещение подвижной фазы происходит благодаря капиллярным силам.

При хроматографировании возможно изменение по заданной программе температуры, состава элюента, скорости его протекания и др. параметров.

В зависимости от способа перемещения разделяемой смеси вдоль слоя сорбента различают следующие варианты Х.: фронтальный, проявительный и вытеснительный. При фронтальном варианте в слой сорбента непрерывно вводится разделяемая смесь, состоящая из газа-носителя и разделяемых компонентов, например 1, 2, 3, 4, которая сама является подвижной фазой. Через некоторое время после начала процесса наименее сорбируемый компонент (например, 1) опережает остальные и выходит в виде зоны чистого вещества раньше всех, а за ним в порядке сорбируемости последовательно располагаются зоны смесей компонентов: 1 + 2, 1 + 2 + 3, 1 + 2 + 3 + 4 (рис., a). При проявительном варианте через слой сорбента непрерывно проходит поток элюента и периодически в слой сорбента вводится разделяемая смесь веществ. Через определённое время происходит деление исходной смеси на чистые вещества, располагающиеся отдельными зонами на сорбенте, между которыми находятся зоны элюента (рис., б). При вытеснительном варианте в сорбент вводится разделяемая смесь, а затем поток газа-носителя, содержащего вытеснитель (элюент), при движении которого смесь через некоторый период времени разделится на зоны чистых веществ, между которыми окажутся зоны их смеси (рис., в). Ряд видов Х. осуществляется с помощью приборов, называемых хроматографами (См. Хроматографы), в большинстве из которых реализуется проявительный вариант Х. Хроматографы используют для анализа и для препаративного (в т. ч. промышленного) разделения смесей веществ. При анализе разделённые в колонке хроматографа вещества вместе с элюентом попадают через различные промежутки времени в установленное на выходе из хроматографической колонки детектирующее устройство, регистрирующее их концентрации во времени. Полученную в результате этого выходную кривую называют хроматограммой. Для качественного хроматографического анализа определяют время от момента ввода пробы до выхода каждого компонента из колонки при данной температуре и при использовании определённого элюента. Для количественного анализа определяют высоты или площади хроматографических пиков с учётом коэффициентов чувствительности используемого детектирующего устройства к анализируемым веществам.

Для анализа и разделения веществ, переходящих без разложения в парообразное состояние, наибольшее применение получила газовая Х., где в качестве элюента (газа-носителя) используются гелий, азот, аргон и др. газы. Для газо-адсорбционного варианта Х. в качестве сорбента (частицы диаметром 0,1—0,5 мм)используют силикагели (См. Силикагель), алюмогели, Молекулярные сита, пористые полимеры и др. сорбенты с удельной поверхностью 5—500 м²/г. Для газо-жидкостной Х. сорбент готовят нанесением жидкости в виде плёнки (высококипящие углеводороды, сложные эфиры, силоксаны и др.) толщиной несколько мкм на твёрдый носитель с удельной поверхностью 0,5—5 м²/г и более. Рабочие температурные пределы для газо-адсорбционного варианта Х. от —70 до 600 °С, для газо-жидкостного от —20 до 400 °С. Газовой Х. можно разделить несколько см³ газа или мг жидких (твёрдых) веществ; время анализа от несколькихсекдо нескольких часов.

В жидкостной колоночной Х. в качестве элюента применяют легколетучие растворители (например, углеводороды, эфиры, спирты), а в качестве неподвижной фазы — силикагели (в т. ч. силикагели с химически привитыми к поверхности различными функциональными группами — эфирными, спиртовыми и др.), алюмогели, пористые стекла; размер частиц всех этих сорбентов несколько мкм. Подавая элюент под давлением до 50 Мн/м²(500 кгс/см²), удаётся сократить время анализа от 2—3 ч до нескольких мин. Для повышения эффективности разделения сложных смесей используют программируемое во времени изменение свойств элюента путём смешения растворителей разной полярности (градиентное элюирование).

Жидкостная молекулярно-ситовая Х. отличается использованием сорбентов, имеющих поры строго определённого размера (пористые стекла, молекулярные сита, в том числе декстрановые и др. гели). В тонкослойной и бумажной Х. исследуемую смесь в жидком виде наносят на стартовую линию (начало пластинки или полоски бумаги), а затем разделяют на компоненты восходящим или нисходящим потоком элюента. Последующее обнаружение (проявление) разделённых веществ на хроматограмме (так в этих случаях называют пластину с нанесённым на неё сорбентом или хроматографическую бумагу, на которых произошло разделение исследуемой смеси на компоненты) осуществляют при помощи ультрафиолетовой (УФ) спектроскопии, инфракрасной (ИК) спектроскопии или обработкой реактивами, образующими с анализируемыми веществами окрашенные соединения.

Качественно состав смесей с помощью этих видов Х. характеризуют определённой скоростью перемещения пятен веществ относительно скорости движения растворителя в данных условиях. Количественный анализ осуществляют измерением интенсивности окраски вещества на хроматограмме.

Х. широко применяется в лабораториях и в промышленности для качественного и количественного анализа многокомпонентных систем, контроля производства, особенно в связи с автоматизацией многих процессов, а также для препаративного (в т. ч. промышленного) выделения индивидуальных веществ (например, благородных металлов), разделения редких и рассеянных элементов.

Газовая Х. применяется для газов разделения (См. Газов разделение), определения примесей вредных веществ в воздухе, воде, почве, промышленных продуктах; определения состава продуктов основного органического и нефтехимического синтеза, выхлопных газов, лекарственных препаратов, а также в криминалистике и т.д. Разработаны аппаратура и методики анализа газов в космических кораблях, анализа атмосферы Марса, идентификации органических веществ в лунных породах и т.п.

Газовая Х. применяется также для определения физико-химических характеристик индивидуальных соединений: теплоты адсорбции и растворения, энтальпии, энтропии, констант равновесия и комплексообразования; для твёрдых веществ этот метод позволяет измерить удельную поверхность, пористость, каталитическую активность.

Жидкостная Х. используется для анализа, разделения и очистки синтетических полимеров, лекарственных препаратов, детергентов, белков, гормонов и др. биологически важных соединений. Использование высокочувствительных детекторов позволяет работать с очень малыми количествами веществ (10^-11—10^-9г), что исключительно важно в биологических исследованиях. Часто применяется молекулярно-ситовая Х. и Х. по сродству; последняя основана на способности молекул биологических веществ избирательно связываться друг с другом.

Тонкослойная и бумажная Х. используются для анализа жиров, углеводов, белков и др. природных веществ и неорганических соединений.

В некоторых случаях для идентификации веществ используется Х. в сочетании с др. физико-химическими и физическими методами, например с масс-спектрометрией, ИК-, УФ-спектроскопией и др. Для расшифровки хроматограмм и выбора условий опыта применяют ЭВМ.

Лит.: Жуховицкий А. А., Туркельтауб Н. М., Газовая хроматография, М., 1962; Киселев А. В., Яшин Я. И., Газо-адсорбционная хроматография, М., 1967; Сакодынский К. И., Волков С. А., Препаративная газовая хроматография, М., 1972; Гольберт К. А., Вигдергауз М. С., Курс газовой хроматографии, М., 1974; Хроматография на бумаге, пер. с чеш., М., 1962; Детерман Г., Гель-хроматография, пер. с нем., М., 1970; Morris С. J. О., Morris P., Separation methods in biochemistry, L., 1964.

К. И. Сакодынский.

Основные варианты проведения хроматографического процесса: а — фронтальный; б — проявительный; в — вытеснительный; 1, 2, 3, 4 — разделяемые вещества; C — несорбирующаяся подвижная фаза; D — вытеснитель.

ХРОМАТОГРАФИЯ (от греч. chroma - род. п. chromatos - цвет и ...графия), метод разделения и анализа смесей, основан на различном распределении их компонентов между двумя фазами - неподвижной и подвижной (элюентом). Хроматография может быть основана на различной способности компонентов к адсорбции (адсорбционная хроматография), абсорбции (распределительная хроматография), ионному обмену (ионообменная хроматография) или др. В зависимости от агрегатного состояния элюента различают газовую и жидкостную хроматографию. Хроматографическое разделение проводят в трубках, заполненных сорбентом (колоночная хроматография); в капиллярах длиной несколько десятков метров, на стенки которых нанесен сорбент (капиллярная хроматография); на пластинках, покрытых слоем адсорбента (тонкослойная хроматография); на бумаге (бумажная хроматография). Хроматографию широко используют в лабораториях и в промышленности для контроля производства и выделения индивидуальных веществ.

chromatographychromatography

хроматография— chromatography

хроматографияChromatographie

ХРОМАТОГРАФИЯ, обобщающее название ряда методов химического АНАЛИЗА, при котором происходит разделение, идентификация и измерение веществ. Хроматография была изобретена (в 1906 г.) русским ботаником Михаилом Цветом (1872-1920). Имеется несколько различных вариантов, но во всех из них имеется подвижная фаза (смесь жидкостей или газов, подлежащих разделению) и неподвижная - материал, который по-разному поглощает вещества, содержащиеся в смеси. см. также ГАЗОВАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ,БУМАЖНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ.

В газово-жидкостных хромат-графах можно разделять компоненты даже самых малых количеств смесей неизвестного состава. Образец смеси (1) вводится (2) в поток гелия (3) или иного инертного газа. Нагрев обеспечивает полное смешение испаряющегося газа с гелием. После удаления при месей (4) газовая смесь проходит в трубку(5), набитую зернами силикагеля (6). Жидкость с очень высокой температурой кипения (7) покрывает эти зерна (размером 4 мм). У компонентов испарившейся смеси разные показатели растворимости (В), поэтому они проходят сквозь жидкость, омываю щую зерна, и через всю трубку, с разной скоростью. В трубке поддерживается высокая температура, чтобы испарившийся газ не сконденсировался. Когда уже разделившиеся компоненты смеси выходят из трубки (9), они поступают на детектор (10). К ним добавляют водород (11) и кислород (12), а затем поток газа поджигают (13). При горении каждый компонент выделяет ионы, которые приобретают заряд, проходя между анодом (14) и катодом (15). Этот заряд измеряют, после чего его можно сопоставить с уже известными данными и так определить состав неизвестной смеси.

IХроматографи́я

физико-химический метод разделения компонентов жидких или газообразных смесей, основанный на распределении их между двумя несмешивающимися фазами, одна из которых неподвижна (стационарна), другая — подвижна и непрерывно протекает через неподвижную фазу.

Различают аналитическую Х., используемую для анализа состава сложных смесей, и препаративную Х., применяемую для выделения индивидуальных веществ. Хроматографические методы используются для разделения жидких и газообразных, органических и неорганических соединений различного состава в широком интервале концентраций. График изменения концентрации растворенного вещества на выходе из хроматографической системы называется хроматограммой. Неподвижной фазой в некоторых случаях является тонко измельченное или гранулированно-твердое вещество, помещенное в узкую стеклянную или металлическую трубку (колонку), подвижную фазу пропускают через колонку под давлением (колоночная Х.). В других случаях неподвижной фазой может быть измельченное сорбирующее твердое вещество (например, силикагель), нанесенное тонким слоем на стеклянную пластинку (тонкослойная Х.), или специальная хроматографическая бумага (хроматография на бумаге).

метод разделения и анализа смесей веществ, основанный на различном распределении их компонентов между подвижной (газ или жидкость) и неподвижной (твердый сорбент) фазами; применяется, например, в биохимических исследованиях, при производстве лекарственных средств.

метод разделения, анализа и физ.-хим. исследования в-в. Обычно основана на распределении исследуемого в-ва между двумя фазами - неподвижной и подвижной (элюент).

Неподвижная фаза гл. обр. представляет собой сорбент с развитой пов-стью, а подвижная - поток газа (пара, флюида -в-во в сверхкритич. состоянии) или жидкости. Поток подвижной фазы фильтруется через слой сорбента или перемещается вдоль слоя сорбента.

Основные виды хроматографии. В зависимости от агрегатного состояния подвижной фазы различают газовую, флюидную (или сверхкритич. X. с флюидом в качестве элюента; см. Капиллярная хроматография )и жидкостную X. В качестве неподвижной фазы используют твердые (или твердообразные) тела и жидкости. В соответствии с агрегатным состоянием подвижной и неподвижной фаз различают следующие виды X.: 1) газо-твердофазную X., или газоадсорбционную хроматографию;2) газо-жидкостную хроматографию (газо-жидко-твердофазную); 3) жндко-твердофазную X.; 4) жидко-жидкофазную X.; 5) флюидно-твердофазную X.; 6) флюидно-жидко-твердофазную X.