Классификация хроматографических методов. Принцип хроматографического разделения.

Этот метод был изобретен российским ученым Михаилом Цветом еще в начале 20 века. В 1903 году появились первые публикации, в которых он предложил этот метод. Он изложил основы метода, а в более поздних работах обосновал этот метод. В настоящее время этот метод относится самым популярным благодаря тем возможностях, которые он в себе содержит.

Хроматография – это динамический сорбционный метод разделения и определения (анализа) веществ, основанный на многократном распределении вещества между подвижной и неподвижной фазами.

 Неподвижная (стационарная) фаза в качестве которой можно использовать сорбент (твёрдое вещество), либо плёнку жидкости, которую наносят на инертный носитель.

Роль подвижной фазы играет либо газ, либо жидкость. Она называется сорбатом. Подвижная фаза непрерывно перемещается относительно неподвижной фазы.

Хроматографическое разделение основано на том, что в зависимости от силы взаимодействия поверхности сорбента разделяемые компоненты/ которое перемещаются потоком неподвижной фазы будут перемещать с разными скоростями. Это происходит благодаря тому, то отдельные компоненты пробы избирательно поглощаются, то есть сорбируются сорбентом, т.е. неподвижной фазой. Этот процесс происходит в динамическом режиме. Т.о. в основе метода лежит явление динамической сорбции. Наряду с этим одновременно протекает и другой (обратный) процесс – десорбция.

Многократность этих актов сорбции-десорбции и обуславливает высокую эффективность разделения в хроматографии. Поэтому с помощью этого метода можно разделять даже очень сложные системы.

Подвижная фаза, которая вводится в слой неподвижной фазы, называется элюентом. А подвижная фаза, вышедшая из слоя сорбента и содержащая разделённые компоненты, называется элюатом.

Графическое изображение распределения веществ называется хроматограммой.

Классификация хроматографических методов

Существуют разные классификационные признаки:

1)По агрегатному состоянию подвижных и неподвижных фаз:

Подвижных фаз:

1.Газовая ХГ

2.Жидкостная ХГ

Неподвижных фаз:

- газожидкостная ХГ

- газотвердофазная ХГ

- жидкостно-жидкостная ХГ

- жидкостно-твердофазная ХГ

- жидкостно-гелевая ХГ

2)По механизму разделения (по доминирующему признаку) выделяют такие виды ХГ, в основе которых лежат либо физические, либо химические методы.

I - Если в основе процессов разделения лежат чисто физические процессы, то эту группу методов объединяют названием молекулярная хроматография. В эту группу можно включить методы в зависимости от того, на чём основано разделение.

1.Если разделение основано на различие адсорбируемости веществ твёрдым сорбентом. Метод называется адсорбционная хроматография.

2.Если в основе разделения лежит различие в растворимости разделяемых веществ в неподвижной жидкой фазе и элюенте, т.е. подвижной фазе, то метод называется распределительная (абсорбционная) хроматография.

3.Если разделение основано на различной способности молекул разного размера проникать через поры не ионногенного гелия, который служит неподвижной фазой, то такой метод называется эксклюзионная хроматография, она же молекулярно-ситовая, она же гель-хроматография.

II – Если в основе процессов разделения лежат химические процессы (реакции), предполагают существование следующих методов (эта группа называется хемосорбционная ХГ). Сюда входят:

-ионнообменная ХГ – разделение основано на разной способности разделяемых ионов к реакции ионного обмена ионитом, который выполняет роль неподвижной фазы.

Это может быть: анионит или катионит, в зависимости от того, какие вещества (компоненты) разделяются (катионы или анионы).

-осадочная ХГ – разделение основано на образовании различающихся по растворимости осадка разделяемых веществ сорбентом

-адсорбционная – комплексообразовательная ХГ – здесь разделение происходит благодаря образованию комплексных соединений разной устойчивости в фазе и на поверхности сорбента.

-аффинная ХГ – основана на специфических взаимодействиях экологически активных веществ с лигандами, которые связаны с какими-то носителями.

3)По геометрии сорбционного слоя (по форме и виду) или по технике выполнения выделяют следующие группы:

-одномерная ХГ

-двумерная ХГ

-трёхмерная ХГ

Одномерная ХГ – это ХГ на нитях.

Двумерная ХГ – она представлена 2мя видами:

1.тонкослойная ХГ или ХГ в тонком слое, где разделение проводится в тонком слое сорбента (в качестве сорбента можно использовать оксид алюминия Al2O3, крахмал и т.д.), нанесенного на твердую пластину из металлической фольги или стекла.

2.бумажная ХГ – когда разделение проводится на специальной бумаге. Здесь роль неподвижной фазы играет жидкость, содержащаяся в волокнах целлюлозы. Роль подвижной фазы играет сама же жидкость.

Трехмерная ХГ – представлена колоночной ХГ, когда разделение проводится в специальных колонах. В эту группу можно включить: капиллярную ХГ – она предполагает использование капиллярных колонок, т.е. это капилляр, в котором жидкая фаза располагается на внутренних стенках.

4)По цели хроматографирования:

- аналитическая ХГ (для качественного или количественного анализа)

- препаративная ХГ (анализ не осуществляется, все заканчивается на стадии разделения, а значит такую ХГ используют в целях получения веществ в химически чистом виде, для концентрирования, для выделения или отделения примесей.

- промышленная (производительная) ХГ – ее используют для контроля технологических процессов, для управления производственным процессом.

5)По способу получения хроматограммы:

- элюентная ХГ (проявительная ХГ)

- вытеснительная ХГ

- фронтальная ХГ

Хроматографическое разделение.

Условия:

Кривизну можно менять, меняя температуру. Работа с небольшими концентрациями, должны отсутствовать всякие посторонние взаимодействия.

Размывание пика на хроматограмме:

Размывание приводит к неприятным последствиям, которые связаны с затруднениями в расшифровке хроматограмм.

Для описания процесса размывания используют теории:

-теория «теоретических тарелок»

-молекулярно-кинетическая теория (МКТ).

Теория теоретических тарелок. Под теоретической тарелкой понимают слой сорбента, в котором устанавливается равновесие между подвижной и неподвижной фазами, в соответствии с методом распределения. Для характеристики эффективности хроматографического разделения используют такие величины:

1)число теоретических тарелок (N)

2)высота эквивалентной теоретической тарелки (ВЭТТ). Обозначается Н. Эти характеристики можно оценить, рассчитав число теоретических тарелок по формуле:

N=5.55(l_R/μ_0.5)

В этой формуле можно вместо l_R использовать t_R. Они должны быть выражены в одних и тех же единицах, что расстояние, что ширина хроматографического пика

H=L/N - расчёт высоты эквивалентной теоретической тарелки

L – длина колонки (ее выражают в тех же единицах)

Чем меньше высота тарелки, тем эффективнее сорбент, тем меньше размывание пика, тем более острые и узкие пики. Оптимальным является сорбент, который имеет min значение Н. Считается, что если величина Н>=1 см, а число тарелок N>100/1м колонки, то разделение на колонке эффективно. А условия хроматографирования можно считать удовлетворительными, т.е. оптимальными. Т.о. число тарелок и высота эквивалентная теоретической тарелке позволяет выбрать оптимальные условия хроматографического разделения. А именно: длину колонки, температуру, скорость газоносителя и т.д. Мы можем сравнивать эффективность разных колонок между собой по этим параметрам. Можем оценивать качество сорбента и качество заполнения колонки, но эта теория теоретических тарелок (Т.Т.) не позволяет выявить разницу между числом Т.Т. и высотой с одной стороны и скоростью подвижной фазы с другой стороны.