К.х.н., доцент Калякина Ольга Петровна
физико-химический метод разделения веществ, основанный на распределении компонентов между двумя фазами – неподвижной и подвижной Неподвижная фаза – твердое вещество (сорбент) или пленка жидкости, подвижная – жидкость или газ
1903 г. Цвет М.С. - выделение хлорофилла
По агрегатному состоянию: газовая и жидкостная Газовая: г-ж г-т Жидкостная: ж-ж ж-т
Распределительная – различие в распределении веществ между двумя несмешивающимися растворителями Ионообменная – на разной способности веществ к ионному обмену Адсорбционная – на различии в адсорбируемости веществ Эксклюзионная – на различии в размерах молекул Осадочная – на образовании отличающихся по растворимости осадков
Плоскостная (бумажная) Колоночная
Неподвижная фаза - хроматографическая бумага. Подвижная фаза – органический растворитель, не смешивающийся с водой, движущийся по бумаге под действием капиллярных сил
характеризует разделение смеси: R f = l/Z, где l и Z – расстояния, пройденные зоной вещества и растворителем соответственно.
Катион Реагент-проявитель Цвет зоны Co 2+ Тиоцианат аммония, спиртовый раствор синий Pb 2+ KI желтый Cd 2+ Na 2 S желтый Ni 2+ диметилглиоксим красный
Разделение вследствие различной растворимости осадков Осадитель на хроматографической бумаге
Хроматографическую бумагу пропитывают осадителем, высушивают Наносят несколько капель исследуемого раствора, по мере впитывания раствора появляются осадки в виде колец, располагающихся от центра к периферии в порядке увеличения их растворимости
Ион Осадитель Окраска зоны Ag + KI Желтая Hg(II) Красная Bi 3+ Черная Cu 2+ Бурая Fe 3+ Коричневая
Метод разделения летучих термостабильных соединений Распределение веществ между двумя фазами: ПФ - газ НФ: ГАХ - твердый адсорбент – разделение компонентов происходит вследствие различной адсорбционной способности ГЖХ - вязкая жидкость, закрепленная на твердом носителе – разделение за счет различной растворимости
Составные части хроматографа Газ-носитель: химическая чистота, инертность, должен обеспечивать эффективное разделение (водород, гелий, азот, аргон) Н еподвижн ая фаз а в ГАХ : активированные угли, силикагели, оксид алюминия, полимерные соединения Недостаток – невозможность определения сильно адсорбирующихся полярных молекул
Неподвижная фаза в ГЖХ: Носители: Сферические частицы ~ 250 мкм (силикагель, пористые стеклообразные материалы, органические полимеры) « Подобное в подобном » полярны е веществ а (спирты, органические кислоты, амины) - полярные жидкие фазы, содержащие функциональные –CN, -C=O, -OH или сложноэфирные группы неполярны е веществ а (насыщенные углеводороды и их галогенопроизводные) - углеводороды и силиконовые масла
Хроматографические колонки Капиллярные (кварц): диаметр 0,15 - 1 мм, длина до 100 м п олые, жидкая неподвижная фаза наносится на внутренние стенки Набивные: диаметр 3 - 8 мм, длина 1 - 5 м заполнены зернистым твердым материалом, поверхность котор ого покрыта тонким слоем жидкости – неподвижной фазы
Катарометр – детектирование основано на изменении теплопроводности газа-носителя (как правило, Н или Не) в присутствии определяемых веществ. Преимущество - проба не разрушается недостаток – чувствительность ниже, а диапазон линейности уже, чем у большинства детекторов Пламенно-ионизационный детектор (ПИД) – увеличение электропроводности водородного пламени, помещенного в электрическое поле, в присутствии органических веществ
Детектор электронного захвата (ДЭЗ) – уменьшение электронного тока за счет захвата электронов органическими веществами с электроотрицательными группами (галогенпроизводные, нитросоединения) Термоионный детектор – высокоселективен к азот- и фосфорсодержащим соединениям, которые образуют радикалы в плазме Pt – электрода с последующим образованием ионов, которые создают электрический ток
Пламенно-фотометрический детектор (ПФД): используется для селективного детектирования фосфора и серы выходящий газ подается в водородно-воздушное пламя, в котором Р- и S – содержащие вещества образуют испускающ е е излучение Атомно-эмиссионный детектор: по испускаемому излучению в диапазоне 170 – 780 нм селективно определяют N, P, S, C, Si, Hg, Br, CI, H, F, O
эффективна при разделении веществ, относящихся к одному классу (углеводороды, органические кислоты, спирты и т.д.); вне конкуренции в нефтехимии (бензины; керосины и масла)
К олонки - нержавеющая сталь, L = 250 мм, d = до 5 мм, заполняется частицами носителя размером 5 или 10 мкм Детекторы: - измерение какого-либо общего свойства подвижной фазы (показатель преломления или электропроводность) - измерение какого-либо специфического свойства разделяемых веществ, например, светопоглощения в УФ-области, флуоресценции, силы тока и т.д.
Обращенно-фазовая хроматография (ОФХ) - неполярный адсорбент и полярные подвижные фазы Неполярные адсорбенты ( графитовая сажа, кизельгур, диатомит, силикагель с привитыми алкилсилильными группами от С 2 до С 22 ); экранизацию ОН- группы силикагеля проводят по реакции :
- распределени е вещества между двумя несмешивающимися жидкими фазами разделение - за счет их различной растворимости в жидкой неподвижной фазе определ ение незаряженны х полярны х веществ с молярной массой <3000 Неподвижн ая фаз а - иммобилизованная жидкость (вода, спирт) на твердом носителе (силикагель, целлюлоза, оксид алюминия) По движн ая фаз а - неполярн ая жидкость ( гексан, изопропиловый эфир ) Распределительн ая ВЭЖХ
- разделение основано на размерах молекул - Молекулы с размерами, превышающими максимальный диаметр пор, элюируются первыми - Молекулы с размерами меньшими, чем минимальный диаметр пор, проникают в них и элюируются последними - Молекулы с промежуточными размерами удерживаются в порах частично
метод разделения и анализа веществ, основанный на эквивалентном обмене ионов анализируемой смеси и ионитом Происходит обмен ионами между фазами гетерогенной системы НФ – ионит, ПФ - вода
в состав матрицы входят фиксированные ионогенные группы кислотного характера: - SO 3 - ; -РО 3 2- ; -СОО - и другие; противоионы – Н + Nа + ; К + RSO 3 H + KNO 3 RSO 3 K + HNO 3
в составе матрицы находятся фиксированные аммонийные основания: - NH 3 + ; = NH 2 + ; = NH + и другие; противоионы – ОН - ; Cl - RNH 2 OH + KNO 3 RNH 2 NO 3 + KOH
содержат одновременно группы кислотного и основного характера HSO 3 - R - NH 2 OH + KNO 3 KSO 3 - R - NH 2 NO 3 + H 2 O
это высокоэффективная жидкостная хроматография для разделения катионов и анионов на ионообменниках низкой емкости. Ионы удерживаются тем сильнее, чем больше их заряд и размер гидратированного иона. Элюирующая способность ПФ возрастает с увеличением концентрации ионов, содержащихся в ней.
Детектор - кондуктометрический, с помощью которого измеряют электропроводность элюата. Для снижения фоновой электропроводности после разделяющей колонки устанавливают вторую колонку – подавительную.
1 2 3 4 5 6 7 Для элюента: R-H + + Kat + OH - R-Kat + + H 2 O Для компонента смеси (А - ): R - H + + Kat + А - R - Kat + + H + А -
Характеристика базового способа
возможность определять неорганические и органические ионы одновременно высокая чувствительность определения (предел обнаружения до 1 нг/мл без предварительного концентрирования) высокая селективность и экспрессность малый объемом анализируемой пробы (требуется не более 2 мл образца) широкий диапазон определяемых концентраций (от 1 нг/мл до 1 г/л без разбавления) возможность использования различных детекторов и их комбинаций, что позволяет обеспечить высокую селективность и малое время определения во многих случаях полное отсутствие пробоподготовки Достоинства метода ионной хроматографии
Фоновый ионный состав диализатов стенок желудков ( n = 30, Р = 0,95) Ионы С, мг/ 100 г объекта Хлорид - 38,2±0,6 Фосфат - 9,5±0,3 Сульфат - 5,2±0,3 Нитрат - 0,5±0,1 Ацетат - 3,2 ± 0,9
Спектрофотометрический детектор Хроматограммы образца смыва с хвои (твердая фаза:жидкость = 1:5, t = 20 мин)
NO 3 - Место отбора пробы ± ∆С объекты исследования хвоя ели, мг/кг хвоя сосны, мг/кг снег, мг/л завод Сибтяжмаш 40, 1 3±0, 0 3 39,21±0,04 11, 21 ± 0, 02 Академгородок 19,26±0,02 18,31±0,01 11,54 ±0, 0 2 Зеленая роща (Школа милиции ) 30,95±0,03 23,83±0,03 21, 52 ±0, 0 1 пр. Свободный (Торговый квартал) 59,7 2 ±0, 04 - 55,72 ±0, 04 Место отбора пробы ± ∆С объекты исследования хвоя ели, мг/кг хвоя сосны, мг/кг снег, мг/л завод Сибтяжмаш 3,9±0,1 4,6±0,1 2,1±0,1 Академгородок 9,2±0, 2 6,8±0,1 3,2±0, 1 Зеленая роща (Школа милиции ) 8,5±0,1 5,1±0,1 4,1±0, 1 пр. Свободный (Торговый квартал) 8,2±0,1 - 3,9±0, 1 r ( хвоя ели - снег ) = 0,8 3 r ( хвоя ели - снег ) = 0,85 SO 4 2-
