Теория ионного обена в ионообенного хроматографии

ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ План лекции История и основные принципы

хроматографии Хроматография как метод анализа Виды хроматографии

Лекция 39

Михаил Семенович Цвет (1872 -1919)

Разделение хлорофилла (1903)

Аппаратура Цвета

Здесь была открыта хроматография

История хроматографического анализа

1903 – первый доклад М.С.Цвета о разделении хлорофилла; 1931 – признание приоритета Цвета как создателя хроматографии в целом и адсорбционно-хроматографического анализа в частности; 1937 - ионообменная хроматография ( Г.Шваб, США); 1938 - тонкослойная хроматография (Н.А.Измайлов, М.С.Шрайбер, СССР); 1941 - жидкостная распределительная хроматография как метод анализа смесей аминокислот (А.Мартин, Р.Синдж, Англия); 1944 - бумажная хроматография (А.Мартин, Р.Синдж, Англия); 1945 - первые публикации по газоадсорбционной хроматографии; 1952 - А.Джеймс и А.Мартин создали газожидкостную хроматографию и предложили первую теорию разделения («теорию тарелок»); 1953 - построен и применен в анализе первый газовый хроматограф.

История хроматографического анализа (продолжение)

1956 - теория размывания хроматографических пиков ( Я. Ван Деемтер, А.Клинкенберг, Голландия); 1956 - капиллярная газовая хроматография (М.Голэй, Франция); 1960-е годы - массовый выпуск газовых хроматографов, препаративная хроматография, хромато-масс-спектрометрия; 1966-1971 - первые жидкостные хроматографы высокого давления (Ш.Хорват, США, Г.Киркланд, Англия). Развитие метода ВЭЖХ; 1975 - ионная хроматография (Х.Смолл, Т.Стивенс и В.Бауман, США); 1980–е годы - флюидная (сверхкритическая) хроматография; 1990-е годы – базы данных и системы компьютерной идентификации для хроматографического анализа.

Процесс разделения

Элюент

Элюат

Хроматографическое разделение основано на различии скоростей

перемещения разных компонентов пробы через слой сорбента. Скорости движения компонентов в хроматографии теоретически не должны зависеть ни от концентрации сорбата, ни от состава пробы (природы и концентрации других компонентов). На практике эти положения иногда не выполняются, особенно при высокой концентрации компонентов и при вводе в колонку большой массы пробы. Это ведет к ошибочным результатам анализа.

Хроматограмма бензина (метод ГЖХ, режим программирования температуры)

1. 3-метилпентан

6. М- и п-ксилолы

2. Бензол

7. О-ксилол

3. Изооктан

8. 1,2,4-триметилбензол

4. Толуол

9. Нафталин

5. Этилбензол

Хроматограмма апельсинового сока (метод ВЭЖХ, режим градиентного

элюирования)

> 50 веществ / < 30 минут

Хроматография – это метод разделения и анализа смесей, основанный на

многократном перераспределении компонентов смеси между двумя фазами при прохождении подвижной фазы (ПФ) через неподвижную (НФ). Понятие «хроматография» гораздо шире, чем «хроматографический анализ». Хроматография является не только методом анализа, но и лежит в основе многих природных явлений и промышленных технологий, она позволяет вести глубокую очистку веществ (препаративные методы) и исследовать их свойства (например, измерять характеристики поверхности).

Основные области применения хроматографического анализа

Нефтехимия и химическая промышленность; контроль состояния окружающей среды; анализ пищевых продуктов и лекарственных препаратов; клинический анализ; научные исследования.

Основные преимущества хроматографии как аналитического метода

Высочайшая селективность Воспроизводимость результатов Многокомпонентность анализа Низкие пределы обнаружения (0.1 мкг/л) Широкий диапазон линейности (1-1000 мкг/л) Малый расход пробы ( < 1 мл) Экспрессность анализа Простота эксплуатации и возможность полной автоматизации

Особенности хроматографического анализа

Гибридный метод (разделение, идентификация и количественное определение компонентов проводятся одновременно, на одном приборе). 2. Универсальность 3. Информативность. 4. Переменная чувствительность 5. Проблематичность концентрирования и непрерывного контроля состава объекта. 6. Незавершенность разработки теоретических основ метода, ведущая к эмпирическому подбору условий разделения смеси.

Сегодня газовые хроматографы - самые распространенные аналитические

приборы. Число продаж ? 30 000 приборов / год Объем мирового рынка > $ 1 000 000 000 / год Наиболее известные фирмы: Perkin-Elmer, Hewlett Packard, Agilent, Shimadzu, Carlo Erba, Fisons, “Цвет”, “Кристалл” и др.

В контрольно-аналитической лаборатории

Газовый хроматограф HP 5890 (фирма Хьюлетт-Паккард)

Классификация хроматографических методов

По агрегатному состоянию фаз

По механизму межфазного распределения

По способу проведения

По способу перемещения сорбата

По целям и задачам

Признак

Виды

Газовая хроматография, жидкостная, флюидная и др.

Распределительная, адсорбционная, ионообменная и др.

колоночная, планарная (ТСХ, БХ)

Элюентная, вытеснительная, фронтальная

Аналитическая, препаративная

Так, метод Цвета – жидкостная адсорбционная колоночная элюентная препаративная хроматография.

ВИДЫ ХРОМАТОГРАФИИ 1) Классификация по фазовым состояниям

Пф

Нф

Нф

Газ

Газ

Газ

Газ

Твердая

Газовая хроматография

Газовая хроматография

Газоадсорбционная (ГАХ)

Жидкая

Газожидкостная (ГЖХ)

Жидкость

Жидкость

Жидкость

Жидкость

Твердая

Жидкостная хроматография

Жидкостная хроматография

Жидкостно-адсорбционная

Жидкая

Жидкость-жидкостная

Флюид

Флюид

Флюид

Флюид

Твердая

Флюидная хроматография

Флюидная хроматография

Флюидно-адсорбционная

Жидкая

Флюидно-жидкостная

Общее название

Варианты

Флюидная хроматография: разделение олигомеров полистирола

Время, часы

Подвижная фаза: субкритический пентан

Сигнал детектора

ВИДЫ ХРОМАТОГРАФИИ 2) Классификация по механизму межфазного

распределения сорбата

+++

+

++

+

++

+++++

Физическая адсорбция

Адсорбционная

Образование химических связей (водородных и др.)

Хемосорбционная

Ионный обмен

Ионообменная, ионная

Осаждение и растворение осадка

Осадочная

Проникновение в поры (разделение по размеру молекул)

Растворение в НЖФ (экстракция)

Распределительная

Молекулярно-ситовая (эксклюзионная)

Механизм

Вариант

Значение

Ионная хроматография

Весьма эффективный метод определения любых ионов. Лучший метод определения неорганических анионов. Чувствительность - 1-10 нг/мл (без дополнительного концентрирования.

Анионообменник Силасорб-S с нанесенным 6,10-ионеном. Колонка: 50x3 мм. Элюент: 0.3 мМ гидрофталат калия. Расход 1.0 мл/мин. УФ-детектор (?=254 нм).

Схема ионного хроматографа

Механизм эксклюзионной хроматографии

Разделение смеси полипептидов разного размера на колонке с молекулярными ситами

ВИДЫ ХРОМАТОГРАФИИ Классификация по способу проведения

хроматографического процесса

Колоночная

Колоночная

Планарная

Характер процесса

Схема

Общее название

Вариант

В цилиндрическом слое сорбента

В пленке на внутренней стенке капилляра

В плоском слое сорбента

Хроматография на насадочных колонках

Капиллярная (в т.ч. на поликапиллярных колонках)

Бумажная (БХ) и тонкослойная (ТСХ)

4) Классификация по способу перемещения сорбата

Элюентный вариант

Виды хроматографии

А

В

C

B

A

C

Вытеснительный вариант

A

B

C

D

Фронтальный вариант

А+в+с

А+в

А

Раствор пробы

5) Классификация по целям и задачам

) Выделение веществ (больших количеств)

Виды хроматографии

Разделение, обнаружение и определение веществ

Аналитические и препаративные колонки

Дополнительная литература

Аналитическая химия. Проблемы и подходы. В 2 т. Под ред. Р.Кельнера и др. – М.: Мир, 2004. («европейский учебник»). Айвазов Б.В. Введение в хроматографию – М.: Высшая школа, 1983. Сакодынский К.И. и др. Аналитическая хроматография. М.: Мир, 1993. Гольдберг К.А., Вигдергауз М.С. Введение в газовую хроматографию. М.: Химия, 1990. Хайвер К. Высокоэффективная жидкостная хроматография. М.: 1993. Столяров В.В., Савинов И.М., Виттенберг А.Г. Руководство к практическим работам по газовой хроматографии. М.: Химия, 2003. Айвазов Б.В. Практическое руководство по газовой хроматографии. М.: Высшая школа, 1977.