Хроматографія

Хроматографія або. Хроматографія (Грецькою, німецькою Кольорове написання) У хімії називається процес, який дозволяє розділяти суміш речовин, по-різному розподіляючи її окремі компоненти між нерухомою та рухливою фазою. Вперше цей принцип був описаний російським ботаніком Михайлом С. Цветтом у 1901 р., У 1903 р. Вперше описаний публічно, а в 1906 р. Він вперше використав термін «хроматографія». Він досліджував кольорові рослинні екстракти, наприклад з листяного матеріалу, і зумів виділити з них різні барвники за допомогою хроматографії. Цей метод застосовується на практиці, з одного боку, у виробництві для виділення або очищення речовин (= препаративна хроматографія), з іншого боку, для хімічного аналізу для розділення сумішей речовин на інгредієнти, які є максимально однорідними з метою ідентифікації або кількісного визначення. Хроматографія стала незамінною в сучасній органічній хімії, біохімії, біотехнології, мікробіології, хімії харчових продуктів, хімії навколишнього середовища, а також неорганічній хімії.

кольорові олівці

Надалі рекомендовані знання спеціалістів

Вища продуктивність зважування за 6 простих кроків

Який правильний спосіб перевірити повторюваність залишків?

Як швидко перевірити піпетки?

Зміст

Опис процесу хроматографії

Найпростіший спосіб пояснити хроматографію - це порівняння:

Бурхлива річка може нести багато сміття. Швидкість переміщення плаваючого сміття залежить від

  • тип плаваючого сміття (піщинки транспортуються швидше гальки),
  • характер русла річки (шорсткі поверхні збільшують тертя плаваючого сміття і, таким чином, зменшують швидкість видалення) і
  • на швидкість потоку.

У хроматографії суміші речовин (= плаваючі уламки) використовують у т. Зв Мобільна фаза (= Вода) на одному Стаціонарна фаза (= Русло річки) транспортується далі. Завдяки взаємодії (див. Класифікацію за принципами поділу) між зразком, нерухомою фазою та рухливою фазою, окремі компоненти транспортуються з різною швидкістю, і тому їх можна відокремити: Суміш піску, дуже дрібних та дещо більших камінчиків утворюється в одному місці занесена річкою; наприклад, через сто метрів спочатку приходить весь пісок (розподіляється на кілька метрів), а через певний час очікування всі дрібніші камінчики, а набагато пізніше і більші, кожен відриває певну відстань.

Це легше зрозуміти на прикладі: Якщо 45% молекул А перебувають у рухомій фазі (в середньому), динамічна рівновага означає, що окремі молекули А також знаходяться в рухомій фазі 45% часу Проводити фазу (в середньому). Тому їх швидкість становитиме 45% від швидкості мобільної фази (в середньому). Для отримання хороших результатів у хроматографії дуже важливо, щоб обмін речовин між двома фазами відбувався дуже швидко, тобто окремі молекули зразків повинні дуже часто перемикатися між цими двома фазами (дифузійні процеси, рух тепла). Передумовою цього є те, що шляхи, які молекули повинні пройти від нерухомої фази до рухомої, є дуже короткими. Якщо нерухома фаза містить порошок, розмір зерен цього порошку повинен бути дуже малим (наприклад, лише кілька мікрометрів). З певних причин зерна порошку також повинні мати максимально рівномірну форму та мати якомога однакові розміри (вузький розподіл зерна за розміром).

процес

Для хроматографії необхідні встановлення потоку рухомої фази, впорскування зразка, який слід відокремити, фактичне розділення та виявлення. Потік рухомої фази досягається або за допомогою тиску (гідравлічний насос, тиск газу), капілярної сили або шляхом подачі електричної напруги.

ін'єкція (= Введення суміші речовин в хроматографічну систему) відбувається або до встановлення потоку рухомої фази (наприклад, тонкошарова хроматографія), або поки мобільна фаза вже тече. З великою кількістю зразків для автоматизованих типів хроматографії використовуються так звані автозабірники (разом із власними системами збору даних), які вводять зразки повністю автоматично.

Тоді фактичне Поділ суміші речовин на ізолюючу відстань. Без Виявлення Хроматографія неможлива (= давати зрозуміти, коли речовина проходить певну частину хроматографічної системи або коли речовина зупиняється після закінчення процесу). Для кожного типу хроматографії використовуються різні системи виявлення, або за допомогою фізичних властивостей (поглинання світла, флуоресценції, розсіювання світла, теплопровідності ...) речовин, або отримання сигналу за допомогою хімічних реакцій. Наприклад, за допомогою хімічних реакцій забарвлення досягається при площинній хроматографії (наприклад, амінокислоти з використанням нінгідрину) або реакції проводяться до поділу (дериватизація перед колонкою) або після поділу (дериватизація після колонки) в колонковій хроматографії.

У препаративній хроматографії a Фракційні колектори необхідний для збору відокремленої речовини.

Завдяки конструкції процеси хроматографічного очищення завжди є періодичними. Це означає, що можна застосовувати та відокремлювати лише певну кількість речовини, перш ніж переходити до наступної кількості. Це особливо проблематично при обробці великих кількостей, тому для розробки хроматографії були розроблені деякі процеси: кільцева хроматографія, хроматографія TMB (True Moving Bed) та хроматографія SMB (Simulated Moving Bed).

Визначення деяких термінів

Стаціонарна фаза

Фаза, яка взаємодіє з окремими речовинами суміші речовин і не рухається. Перебування аналіту під час їх утримання чергується між рухомою та нерухомою фазою (випадкова прогулянка) і спричинює характерний для речовини час утримання.

Мобільна фаза

Фаза, в якій суміш речовин вводиться на початку системи поділу і яка переміщується (фаза на твердій або рідкій речовині). Рухливі фази відрізняються своєю здатністю до елюції ("Міцність" див. Нижче "Діапазон елютропів"), це вимагає різного часу утримання та часто різної селективності.

Утримання

Затримка окремих речовин суміші речовин через взаємодію зі стаціонарною фазою.

Час утримання

Час, коли молекули чистої речовини повинні мігрувати через колонку (від введення до виявлення).

Час потоку (мертвий час)

Час потоку (раніше також "мертвий час") вказує час, коли рухлива фаза або речовина, яка не утримується, повинні мігрувати через колону. Речовина, що не утримується (Інертна речовина) знаходиться лише в незначно низькій концентрації в нерухомій фазі і, отже, проходить через колону в той же час, що і рухома фаза.

Елюювання

Елюція (від лат. витікати "Змити") - це видалення або витіснення адсорбованих речовин із твердих або змочених рідиною адсорбентів та іонообмінників шляхом безперервного додавання розчинника (Елюент = мобільна фаза). Розчин, що витікає з сепараційної колони, стає Елюати зателефонував.

Цей процес має особливе значення при екстракції твердої фази.

Елюент

Рухлива фаза, яка пройшла відстань ізоляції.

Елюотропний ряд

Розташування розчинників, які зазвичай використовуються як рухомі фази, відповідно до їх потужності елюції з еталонною речовиною (зазвичай силікагелем або оксидом алюмінію). Композицію можна вибрати у порядку зростання або зменшення.

Хроматографія

Колонка: У хроматографії колона являє собою порожнисту трубку діаметром від декількох мікрометрів до декількох метрів. Ця трубка або повністю заповнена нерухомою фазою (упакована колона), або тонко покрита зсередини (капілярна колонка).

Механізм зворотної фази

Існує два способи розділення суміші речовин в адсорбційній хроматографії:

  1. Нормальна фаза: полярна нерухома фаза (така як силікагель, оксид алюмінію), неполярна до середньополярна рухома фаза (така як речовини HC, діоксан, етилацетат.) або
  2. Змінена фаза (Зворотна фаза): неполярна нерухома фаза (як модифікований силікагель) і полярна рухома фаза (як буферна вода).

У першому випадку ліпофільні речовини легко елююються, полярні речовини важко елююються, у зворотному випадку полярні речовини легко елююються ("similia similibus solvuntur").

У ВЕРХ часто використовується градієнтне елюювання (обернена фаза), при якому склад розчинника повільно змінюється (наприклад, від 80% до 20% вмісту води). Алкани виходять із колони дуже пізно, а амінокислоти - дуже рано, і ці фракції можна вирізати.

Методи хроматографічного розділення можна класифікувати за різними аспектами:

Класифікація за принципом поділу

Основним принципом усіх хроматографічних процесів є часто повторюване встановлення рівноваги між нерухомою фазою та рухомою фазою. Рівновага може розвинутися внаслідок різних фізико-хімічних впливів.

Класифікація за фазами, що використовуються

Завдяки рухливим фазам хроматографію можна розділити на три області, які можна розділити на різні групи відповідно до носіїв нерухомих фаз або агрегатного стану нерухомих фаз.

Параметри хроматографії

  • Довжина стовпця Л.
  • Час потокут0
  • Час утриманнятР.
  • u називається лінійною Швидкість потоку рухлива фаза через колону, вона визначається як:
  • Коефіцієнт утриманняk визначається
  • Коефіцієнт поділу α вказує на якість поділу двох речовин. Він базується на часі утримання тР. компонентів у колонці. Час утримання - це час, необхідний компоненту, який розглядається, для проходження стовпця і відображається на піку максимуму:
  • Р., хроматографічна роздільна здатність (дозвіл) двох піків обчислюється з:
або

  • , Кількість етапів поділу або Кількість лотків описує кількість рівноважних налаштувань речовини, яку слід розділити між нерухомою та рухомою фазою в колонці. Чим більше N, тим більше рівноваги можна зробити з певною довжиною, що призводить до кращих характеристик розділення колони. N розраховується за формулою:
або

B.: Вихідна ширина

Ф.В.HМ.: "Повна ширина на половину максимуму" Fwhm

: Пікова ємність; Вказує, скільки піків протягом інтервалу між т0 і значення k певного піку теоретично можна відокремити один від одного з роздільною здатністю R = 1.

  • H позначає Висота кроку поділу (або теоретична висота підлоги) теоретичного лотка (HETP) і є співвідношенням між довжиною стовпця та кількістю лотків:
Практичні значення знаходяться в діапазоні від 0,1 до 0,5 мм.

Висота перегородки H

Висота кроку поділу хроматографічної колони є мірою ефективності розділення колони. Етап поділу можна уявити як ділянку сепараційної колони, на якій колись встановлюється хроматографічна рівновага. Чим більше таких рівноважних установок "має простір на колоні", тим менша висота етапу поділу і вища ефективність розділення колони. Для досягнення низької висоти поділу висота є під аналітичним умови необхідні наступні вимоги:

  1. Очікується швидка рівновага адсорбції або розподілу. Тому діаметр частинок повинен бути якомога меншим.
  2. Постійна температура по всій колонці. Для цього можна використовувати колонковий термостат.
  3. Постійна швидкість потоку: для цього використовується поршневий насос потужністю до 400 бар.
  4. Діапазон лінійної адсорбції: стаціонарна фаза не повинна перевантажуватися під час хроматографії.
  5. Бажано незначної дифузії, але, на жаль, неможливо досягти експериментально. Тому використовуються якомога регулярніші упаковки з частинками особливо малого діаметру.

Так зване рівняння Вана Деметра для ВЕРХ можна використовувати для визначення висоти етапу поділу як функції швидкості потоку елюентів:

  • H висота кроку поділу,
  • uх - лінійна швидкість потоку.
  • А. -термін враховує вихрову дифузію, яка виникає внаслідок різних шляхів потоку через упаковку. Застосовується наступне: де
    • стор коефіцієнт упаковки,
    • d позначає діаметр частинок.
  • B. -термін враховує поздовжню дифузію. Поздовжня дифузія - це дифузія молекул аналіту в обох напрямках стадії поділу. Застосовується наступне: де:
    • Д. - константа дифузії в рухомій фазі та
    • Л. є фактором лабіринту. Фактор лабіринту враховує структуру пор нерухомої фази.
  • C. -термін враховує розширення піку внаслідок повільного встановлення рівноваги між рухомою та нерухомою фазою. Ось також константа дифузії Д. спостерігати уздовж пір нерухомої фази. Це стосується

Пікова симетрія

Теоретично кожна речовина повинна залишати хроматографічну колонку як гостру елюючу лінію. Однак з різних причин хроматографічні піки завжди мають певну ширину. В ідеалі вони мають форму гауссової кривої дзвона. Однак на практиці часто трапляється так, що піки відхиляються від цієї ідеальної форми і виглядають більш-менш асиметричними. Асиметрія, при якій передній підйом піку є крутішим, ніж пікове падіння, відома як "хвостовий", тоді як ефект, що підйом менш крутий, ніж падіння, називається "переднім". Коефіцієнт хвоста, який є мірою симетрії піку, визначається шляхом опускання перпендикуляра з максимуму піку до базової лінії і на певній висоті, як правило, 10% висоти піку, відстані до фронту піку (a) та кінця піку (b ) визначається. Потім формується фактор двох значень, за допомогою якого використовуються різні формули розрахунку (наприклад, згідно з IUPAC або USP):


Ідеальний "пік Гауса" досягає значення 1, значення вище 1 означають "хвостик", значення нижче 1 означають "фронт".

Практичний експеримент

Хроматографію можна проводити вдома за допомогою комерційних засобів. Тобі потрібно:

  • фільтр-мішок, по можливості білий або чорний
  • деякі кольорові олівці водорозчинної різновиди і, безумовно, маркери, які не розчиняються у воді.

Фарбу наносять на нижній край кавового фільтра, а папір кладуть у миску з водою, щоб папір вбирався з водою.

Оскільки кольорові олівці розчиняються у воді, вода тепер транспортує колір вгору.

Наприклад, червоний олівець в основному не є червоним, а складається із суміші різних кольорів, які разом здаються червоними. В експерименті різні кольорові пігменти взаємодіють з папером у різному ступені і, таким чином, транспортуються водою більш-менш швидко.

В результаті, незабаром можна побачити кілька різнокольорових плям, кольорові олівці розділяються хроматографією.

Для того, щоб перевірити залежність поділу від розчинника, можна повторити цей експеримент за допомогою тієї ж ручки з горілкою, очищувальним бензином або денатурованим спиртом та спостерігати різні результати. (Однак це слід робити лише в добре провітрюваних приміщеннях, оскільки випари від очищення бензину токсичні.)