Гель проникающая хроматография реферат

Обновлено: 05.07.2024

Физические основы этого метода очень просты и наглядны. Исследуемый раствор полимера протекает через колонку, наполненную пористым сорбентом. Разделение смесей компонентов основано на распределении вещества между подвижной (текущий растворитель) и неподвижной (растворитель в порах сорбента) фазами, т. е. на разной способности макромолекул полимера проникать в поры гранул геля, откуда и произошло название метода [48, 54 ].

Поверхность гранул сорбента покрыта множеством каналов, углублений и других неровностей, условно называемых порами, общий объем которых составляет V„. Объем, недоступный для растворителя, называют мертвым объемом. Пусть мимо такой поверхности протекает раствор, размеры которого соизмеримы с размерами пор или меньше их. Часть таких молекул проникает в поры, если их концентрация в движущейся фазе больше, чем в порах. Когда зона растворенного вещества покидает данный участок сорбента, концентрация молекул внутри пор геля становится больше, чем снаружи, и молекулы вновь диффундируют в поток подвижной фазы. Если же размер молекул больше размеров пор, то такая молекула проходит мимо гранулы геля, не задерживаясь, т. е. исключается (exclusion) из порового пространства. Таким образом, макромолекулы большего размера протекают через колонку быстрее. Это означает, что различные молекулы полидисперсного образца будут выходить из колонки в разное время при различном удерживаемом объеме VR

VR = V0 + kvV„>

Где Vo - объем подвижной фазы (текущий растворитель); Kv - коэффициент распределения пор по объему: для больших, полностью исключаемых из пор макромолекул kv = 0; для молекул растворителя kv= 1),

Значения Vr зависят главным образом от температуры, природы растворителя и концентрации раствора.

Поведение макромолекулы в растворе легко поддается детальному описанию, если определить ее энергию Гиббса AG. Если макромолекула попадает в пору, ее энтропия уменьшается. При наличии взаимодействия сегментов макромолекулы со стенками поры происходит изменение энтальпии: при притяжении энтальпия уменьшается, и наоборот. Поэтому при отсутствии адсорбции AG > 0, при сильной адсорбции макромолекул на стенках поры AG 0 происходит разделение макромолекул по размерам, возможен анализ по молекулярным массам линейных полимеров. Если полимер разветвленный, процесс разделения усложняется и зависит от типа и числа ответвлений, а в случае сополимеров - также и от состава, и блоч - ности цепи.

Наибольшее применение в качестве сорбента получили гели гидрофобных материалов, например полистирола, сшитого дивинил - бензолом: В таких гелях практически полностью отсутствуют эффекты адсорбции анализируемых проб. В последнее время широко распространены макропористые стекла, которые обладают по сравнению с полимерным сорбентом рядом преимуществ (жесткость частиц, варьирование размеров пор, химическая стабильность) и недостатков (повышенная сорбция на них полимеров).

Наиболее употребительными растворителями являются тетра - гидрофуран (ТГФ), хлороформ, толуол, циклогексан и их смеси. Предпочтение отдается ТГФ, который, в отличие от толуола, не образует мицелл или агрегатов с макромолекулами полимера и прозрачен в УФ - области спектра. Кроме того, эффективность метода 11IX при использовании ТГФ максимальна при довольно низких температурах (35-45 °С). Однако при длительном хранении ТГФ окисляетея с образованием взрывоопасных пероксидных соединений, поэтому необходимо проводить его предварительную очистку. Используя ТГФ в качестве растворителя, можно анализировать каучуки всех марок, а также термоэластопласты. При проведении анализа бутадиен - нитрильного каучука целесообразно использовать смесь растворителей, один из которых имеет сродство к неполярному звену каучука, а другой - к полярному [55, 56]. Если используется рефрактометрический детектор, необходимым требованием к растворителю является разность показателей преломления растворителя и полимера.

Впервые прибор для гель-хроматографического анализа полиМеров выпущен фирмой "Waters" в 1964 году, спустя пять лет после Открытия метода. Сегодня жидкостные хроматографы для анализа Молекулярно-массового распределения (ММР) полимеров выпускаются во всех промышленно развитых странах, в России известны хроматографы серии ХЖ. К числу последних модификаций зарубежных приборов относится гель-хроматограф фирмы "Waters Chem. Div." с вискозиметром для определения молекулярной массы, ММР, а также степени ориентации макромолекул. Карусельная конструкция прибора позволяет одновременно испытывать 16 образцов.

Блок-схема хроматографа включает: О Блок дегазатора - служит для удаления газов из растворителя и способствует поддержанию одинакового количества растворителя в течение продолжительного времени.

О Блок дозатора - позволяет вовремя вводить пробу заданного объема и работать в автоматическом режиме,

О Детектор - чаще всего рефрактометр или другие блоки, позволяющие записывать концентрацию протекающего раствора. Часто используют измерение поглощения в УФ - области спектра, проточный вискозиметр, проточный нефелометр. Сочетание двух детекторов (мультидетекторную ГПХ) применяют при анализе макромолекул сложной структуры, молекулярной и композиционной неоднородности сополимеров. Особенно перспективно использование таких детекторов, как проточный фотометр малоуглового рассеяния света или проточный вискозиметр, совместно с традиционными - дифференциальным рефрактометром и УФ-или ИК -спектрофотометрами. Обычно оба детектора смонтированы в одном хроматографе, и исследуемый раствор полимера последовательно переводится из одного детектора в другой, что позволяет сразу построить интегральную или дифференциальную кривую распределения по составу образца. О Колонки - важнейший блок прибора, определяющий эффективность разделения. Колонки в виде трубок из нержавеющей стали, стекла или другого материала, индифферентного к растворителю и полимеру, могут быть разной длины (от 20 до 100 мм) и диаметра (от 2 до 8 мм). Поскольку метод ГПХ не является абсолютным, то каждую заполненную колонку калибруют, т. е. пропускают через нее полимерные образцы с известными молекулярными массами (ММ). Колонка с известной калибровочной кривой может быть использована только в определенном интервале ММ; в случае если образец полимера содержит фракции с большей или меньшей ММ, они существенно искажают форму хроматограммы, вплоть до появления паразитных пиков распределения. В связи с этим, как правило, анализ проводят на наборе колонок, фракционирующих в данной области. О Электрическая часть - включает электронные блоки, управляющие работой насоса, дегазатора, дозатора, детектора и расходомера, потенциометра, записывающего сигнал детектора, терморегуляторы блоков прибора.

О В современных жидкостных хроматографах пересчет хромато - граммы в ММР полимера, включая калибровку прибора по молекулярной массе и коррекцию на приборное уширение, осуществляется с помощью ЭВМ. Это позволяет по принятым программам рассчитывать дифференциальную и интегральную ММР и усредненные значения молекулярной массы. Специальные микропроцессоры управляют работой блоков прибора по заданной программе.

Пример записи условий эксперимента, проводимого методом гельпроникающей хроматографии. Установка состоит из следующих основных элементов; насос модели 6000А, дозатор проб U 6К и дифференциальный рефрактометр R 401. В установку входят также 3 разделительные колонки ^каждая длиной 300 мм и с внутренним диаметром 8 мм. Колонки заполнены SDV-Gel 5, который имеет диаметр пор 103, 104 и 105 A (Polymer-Standard-Service, PSS, Mainz). Температура исследования составляет 22°С и скорость пропускания 1,0 мл/мин. В качестве растворителя используется тетрагидрофуран, объём впрыска 100 мкл при концентрации пробы 6-10 г/л. Универсальная калибровка производится по полистиролу с молекулярной массой 104- 106 г/моль.

ГПХ позволяет изучить тонкие изменения в химической структуре полимеров и определить полное ММР, а потому широко используется в химии полимеров [57]. В промышленном производстве эластомеров метод ГПХ может быть применен для оперативного контроля качества серийно выпускаемой продукции и соответствующей корректировки технологического процесса, а также при разработке и совершенствовании технологии получения эластомеров с заданными свойствами [58]. Гель-хроматографы можно включать в автоматизированные системы управления технологическими процессами с отбором проб на анализ непосредственно из реактора. Длительность анализа, включая подготовку пробы, составляет 20-30 минут.

Неподвижной фазой в гель-хроматографии является растворитель, находящийся в порах геля, а подвижной – сам растворитель, т.е и подвижную и неподвижную фазы составляет одно и тоже вещество или одна и та же смесь вещества. Гель готовят на основе, например, декстрана, полиакриламида или других природных и синтетических соединений.

В отличии от других хроматографических методов , использующих различия в химических свойствах разделяемых веществ, проявляющихся при их распределении между стационарной и подвижной фазами, разделение основано на ситовом эффекте, характерном для гелей с определенным радиусом пор. Растворитель (подвижная фаза) заполняет как внешний объем между зернами геля, так и внутренний объем пор. Объем растворителя между зернами геля – V_м называют промежуточным, транспортным или мертвым объемом, а внутренний объем пор – V_п рассматривается как объект стационарной фазы. Когда в колонку вводят пробу, содержащую несколько типов ионов или молекул с разными размерами, то они стремятся из подвижной фазы проникнуть внутрь пор. Такое проникновение обусловлено энтропийным распределением, поскольку концентрация молекул разделяемых веществ в наружном растворе оказывается выше, чем в поровом пространстве. Но оно становится возможным только в том случае, если размеры ионов или молекул меньше диаметра пор. [3]

Рис 5 Общий вид градуировочной кривой в гель-хроматографии:

1 – область исключения, где все молекулы имеют размер больше m₂;

2 – область проникновения или разделения, где размеры молекул лежат в интервале от m₁ и m₂;

3 - область, где происходит полное проникновение молекул с размерами менее m_1. [3]

В процессе гель-хроматографирования могут быть отделены крупные молекулы, которые гелем не сорбируются, так как их размеры превышают размеры пор, от мелких, которые проникают в поры, а затем могут быть элюированы. Проводятся и более тонкие разделения, так как размеры пор можно регулировать, изменяя, например, состав растворителя и, как следствие, набухаемость геля. Гель-хроматография может быть выполнена в колоночном варианте и в тонкослойном.

Применяемые на практике гели обычно подразделяют на мягкие, полужесткие и жесткие. Мягкими гелями являются высокомолекулярные органические соединения с незначительным числом поперечных связей. Фактор емкости, равный отношению объема растворителя внутри геля к его объему вне геля, у них равен 3. При набухании они значительно увеличивают собственный объем. Это сефадексы или декстрановые гели, агарочные гели, крахмал и др. Они применяются для разделения смесей низкомолекулярных веществ, часто в тонкослойном варианте. Хроматографирование на мягких гелях называют гель - фильтрацией.

Полужесткие гели получают путем полимеризации. Большое распространение получили стирогели — продукты сополимеризации стирола и дивинилбензола с большим числом поперечных связей. Фактор емкости полужестких гелей лежит в пределах 0,8. 1,2, их объем при набухании увеличивается не очень значительно (в 1,2. 1,8 раза ). Хроматографирование на полужестких гелях называют гель-проникающей хроматографией.

К жестким гелям относят силикагели и часто пористые стекла, хотя они и не являются гелями. Жесткие гели имеют небольшой фактор емкости (0,8. 1,1) и фиксированный размер пор. Эти материалы используют в гель-хроматографии при высоком давлении.

Растворители гель-хроматографии должны растворять все компоненты смеси, смачивать поверхность геля и не адсорбироваться на ней.

Практическое применение гель-хроматографии связано, главным образом, с разделением смеси высокомолекулярных соединений, хотя нередко они используются для разделения и низкомолекулярных, так как разделение этим методом возможно при комнатной температуре. [2]

6. Высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЖКХ)

Высокоэффективная жидкостная хроматография – наиболее эффективный метод анализа органических проб сложного состава. Процесс анализа пробы делится на 2 этапа:

· разделение пробы на составляющие компоненты;

· детектирование и измерение содержания каждого компонента.

Задача разделения решается при помощи хроматографической колонки, которая представляет собой трубку, заполненную сорбентом. При проведении анализа через хроматографическую колонку подают жидкость (элюент) определенного состава с постоянной скоростью. В этот поток вводят точно отмеренную дозу пробы.

Компоненты пробы, введенной в хроматографическую колонку, из-за их разного сродства к сорбенту колонки двигаются по ней с различными скоростями и достигают детектора последовательно в разные моменты времени.

Таким образом, хроматографическая колонка отвечает за селективность и эффективность разделения компонентов. Подбирая различные типы колонок можно управлять степенью разделения анализируемых веществ. Идентификация соединений осуществляется по их времени удерживания. Количественное определение каждого из компонентов рассчитывают, исходя из величины аналитического сигнала, измеренного с помощью детектора, подключенного к выходу хроматографической колонки.

При анализе соединений с низкими ПДК (биогенные амины, полиароматические углеводороды, гормоны, токсины) из-за трудоемкости подготовки реальных проб особенно важной характеристикой становится чувствительность и селективность метода. Применение флуориметрического детектора позволяет не только снизить пределы обнаружения, но и селективно выделить анализируемые вещества на фоне матричных и сопутствующих компонентов пробы.

Метод ВЭЖХ применяется в санитарно-гигиенических исследованиях, экологии, медицине, фармацевтике, нефтехимии, криминалистике, для контроля качества и сертификации продукции.

В качестве блока подачи элюента используется насос "Питон" шприцевого типа, который имеет следующие особенности:

· отсутствие пульсаций давления при подаче растворителя;

· большой диапазон объемных скоростей потока;

· большой объем камеры насоса;

· расширяемость (возможность сочетать несколько блоков для создания градиентной системы).

В хроматографической системе могут использоваться различные типы детекторов, например, "Флюорат-02-2М" (спектральная селекция осуществляется фильтрами) или "Флюорат-02 Панорама" (спектральная селекция осуществляется монохроматорами). [8]

Жидкостная хроматография важнейший физико-химический метод исследования в химии, биологии, биохимии, медицине, биотехнологии. Ее используют для анализа, разделения, очистки и выделения аминокислот, пептидов, белков, ферментов, вирусов, нуклеотидов, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов, гормонов и т. д.; изучения процессов метаболизма в живых организмах лекарственных препаратов; диагностики в медицине; анализа продуктов химического и нефтехимического синтеза, полупродуктов, красителей, топлив, смазок, нефтей, сточных вод; изучения изотерм сорбции из раствора, кинетики и селективности хим. процессов.

В химии высокомолекулярных соединений и в производстве полимеров с помощью жидкостной хроматографии анализируют качество мономеров, изучают молекулярно-массовое распределение и распределение по типам функциональности олигомеров и полимеров, что необходимо для контроля продукции. Жидкостную хроматографию используют также в парфюмерии, пищевой промышленности, для анализа загрязнений окружающей среды, в криминалистике. [9]

Начало ХХ века ознаменовалось открытием хроматографического метода анализа, обогатившего и объединившего различные области науки, без которых немыслим научный прогресс XXI века. Внедрение хроматографических методов, и в первую очередь жидкостной хроматографии, в медицину позволило решить многие жизненно важные проблемы: исследование степени чистоты и стабильности лекарственных средств, препаративное выделение индивидуальных гормональных препаратов (например, инсулина, интерферона), количественное определение в биологических объектах нейромедиаторов: адреналина, норадреналина. С наличием этих веществ в живом организме связывают способность к запоминанию, обучению, приобретению каких-либо навыков. Идентификация методами ВЭЖХ стероидов, аминокислот, аминов и других соединений оказалась крайне важной при диагностике некоторых наследственных заболеваний: инфаркта миокарда, диабета, различных заболеваний нервной системы. Одной из актуальных задач клинической медицины для экспресс-диагностики является проведение так называемого профильного анализа компонентов биологического объекта, осуществляемого методами жидкостной хроматографии, что позволяет не проводить идентификацию каждого пика, а сопоставлять профили хроматограмм для заключения о норме или патологии. Обработка огромного массива информации осуществляется только с использованием ЭВМ (метод получил название "метод распознавания образов").[10]

1. Васильев В. П. Аналитическая химия, В 2 кн. Кн. 2 Физико-химические методы анализа: Учеб. для студ. вузов, обучающихся по химико-технол. спец. – 4-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2004 – 384 с.

2. Москвин Л.Н., Царицына Л.Г. Методы разделения и концентрирования в аналитической химии . – Л.: Химия, 1991. – 256 с.

Углеводы - один из основных компонентов клеток и тканей живых организмов, обеспечивают все живые клетки энергией (глюкоза и ее запасные формы - крахмал, гликоген), участвуют в защитных реакциях организма (иммунитет). Из пищевых продуктов наиболее богаты углеводами овощи, фрукты, мучные изделия (крупы, овощи, фрукты и бобовые). Пища человека состоит примерно на 70 % из углеводов. Углеводы входят в состав лекарственных препаратов (гепарин, сердечные гликозиды, некоторые антибиотики). Повышенное содержание некоторых углеводов в крови и моче служит важным диагностическим признаком отдельных заболеваний (сахарный диабет). Суточная потребность человека в углеводах составляет 400-450 г.

Содержание работы

Введение 4
1 Литературный обзор 6
1.1 Свойства углеводов 6
1.2 Методы анализа и разделения углеводов 9
1.2.1 Гель-хроматография 9
1.2.2 Распределительная хроматография на ионообменных смолах 21
1.2.3 Хроматография на бумаге 28
1.2.4 Газожидкостная хроматография триметилсилильных
производных сахаров 29
1.2.5 Газожидкостная хроматография метиллированых сахаров 29
2 Экспериментальная часть 32
3 Безопасность жизнедеятельности 54
Заключение 60
Cписок используемых источников 61

Файлы: 1 файл

Диплом кириллиной.doc

1 Литературный обзор 6

1.1 Свойства углеводов 6

1.2 Методы анализа и разделения углеводов 9

1.2.1 Гель-хроматография 9

1.2.2 Распределительная хроматография на ионообменных смолах 21

1.2.3 Хроматография на бумаге 28

1.2.4 Газожидкостная хроматография триметилсилильных

производных сахаров 29

1.2.5 Газожидкостная хроматография метиллированых сахаров 29

2 Экспериментальная часть 32

3 Безопасность жизнедеятельности 54

Cписок используемых источников 61

Углеводы входят в состав клеток и тканей всех растительных и животных организмов и по массе составляют основную часть органического вещества на Земле. На долю углеводов приходится около 80 % сухого вещества растений и около 20 % животных. Растения синтезируют углеводы из неорганических соединений - углекислого газа и воды. Углеводы являются очень распространенными природными соединениями, входят в состав растений и живых организмов. В растениях они образуются в результате фотосинтеза [1].

Углеводы относятся к той группе органических соединений, важнейшими представителями которой являются сахариды, крахмал, целлюлоза. Углеводы являются основным источником энергии для поддержания всех функций организма, в особенности деятельности мозга, и необходимы для метаболизма всех остальных питательных веществ. Углеводы синтезируются всеми зелеными растениями, и в организме человека либо усваиваются напрямую, либо откладываются в виде гликогена. Кроме того, углеводы могут формироваться в самом организме из некоторых аминокислот и глицероловой составляющей жиров [2].

Для анализа углеводов используются различные методы. Наиболее перспективным методом разделения углеводов является метод гель-хроматографии.

C помощью этого вида хроматографии в институте вирусологии г. Москвы был выделен вирус СПИДА [3].

Гель-хроматография даёт возможность разделять смеси в зависимости от размера и молекулярной массы молекул веществ.

Гель-хроматография сравнительно простой и быстрый метод разделения смесей вещества. Он выполняется не только в колоночном, но и тонкослойных вариантах.

Однако в равной степени гель- хроматография применяется для разделения смеси веществ средней молекулярной массы и даже низкомолекулярных соединений. В этом случае большое значение имеет то, что гель-хроматография позволяет вести разделение при комнатных температурах, что выгодно отличает её от газо-жидкостной хроматографии, требующей нагревания для перевода анализируемых веществ в паровую фазу.

Разделение смеси веществ методом гель- хроматографии возможно и тогда, когда молекулярные массы анализируемых веществ очень близки или даже равны. В этом случае используется взаимодействие растворённых веществ с гелем. Это взаимодействие может оказаться столь значительным, что сводит на нет различия в размерах молекул. Если природа взаимодействия с гелем для разных веществ неодинакова, это различие можно использовать для разделения интересующих смеси [4].

Целью дипломной работы является разработка метода разделения и анализа смеси моно-, ди-, полисахаридов.

1 Литературный обзор

1.1 Свойства углеводов

Все углеводы можно разделить на две большие группы.

I. Простые углеводы (моносахариды, или монозы). Эти углеводы не подвергаются гидролизу с образованием более простых углеводов. В зависимости от числа углеродных атомов в молекуле моносахаридов различают тетрозы (С4), пентозы (С5), гексозы (С6) и т.д. Если моносахариды содержат в своём составе альдегидную группу , то они относятся к классу альдоз (альдегидоспиртов), если кетонную-к классу кетоз (кетоноспиртов).

II. Сложные углеводы (полисахариды, или полиозы). Эти углеводы подвергаются гидролизу и образуют при этом простые углеводы. Сложные углеводы в свою очередь делят на :

1) низкомолекулярные, сахароподобные углеводы (олигосахариды), растворимые в воде и сладкие на вкус;

2) высокомолекулярные, несахароподобные углеводы (высшие полисахариды), не сладкие на вкус и не растворимые в воде.

В зависимости от состава сложные углеводы (полисахариды) можно разделить на две группы:

а) гомополисахариды, состоящие из остатков одного и того же моносахарида;

б) гетерополисахариды, состоящие из остатков различных моносахаридов [5].

Классификацию углеводов можно представить в виде схемы (рисунок 1).

Рисунок 1 – Схема классификации углеводов

К наиболее широко применяемым углеводам относятся сахароза, мальтоза, лактоза, манит, рамноза, дульцит, инозит, арабиноза, глюкоза, фруктоза, инулин .

Из группы дисахаридов наибольшее значение имеет сахароза, которая иначе называется свекловичным или тросниковым сахаром. Эмпирическая формула сахарозы С12Н22О11. Велико содержание сахарозы в сахарной свекле и в стеблях сахарного тростника. Она имеется также в соке берёзы, клёна, во многих плодах и овощах. Сахароза (обыкновенный сахар)- белое кристаллическое вещество, более сладкое, чем глюкоза, хорошо растворимое в воде.

Мальтоза (от англ. malt — солод), солодовый сахар, природный дисахарид, состоящий из двух остатков глюкозы; содержится в больших количествах в проросших зёрнах (солоде) ячменя, ржи и других зерновых; обнаружен также в томатах, в пыльце нектара и ряда растений. Мальтоза легко растворима в воде, имеет сладкий вкус; является восстанавливающим сахаром, так как имеет незамещённую полуацетальную гидроксильную группу [6].

Лактоза (от лат. lac, род падеж lactis — молоко), молочный сахар, C12H22O11, дисахарид, образованный остатками D-галактозы и D-глюкозы; существует в виде α- и b-форм. Кристаллическая лактоза получена в трёх модификациях: в виде α-формы, tпл. 223 °С, b-формы, tпл. 252 °С, и моногидрата a-формы, tпл. 202 °С. Растворима в воде, разбавленном этиловом спирте, пиридине, нерастворима в эфире и абсолютном спирте; при кислотном гидролизе расщепляется на галактозу и глюкозу. Лактоза присутствует в молоке всех млекопитающих в свободном виде (2—8,5 % ).

Маннит СН2(ОН)[СH(ОН)]4СН2(ОН) = C6H14O6. Такой же формулой обладают еще дульцит и сорбит. Обладая общей структурной формулой, вещества эти обладают и одинаковой "химической функцией" - это предельные шестиатомные спирты. Структурная формула их доказывается способностью давать при нагревании с концентрированной йодистоводородной кислотой один и тот же вторичный йодистый гексил C6H13J, нормального строения; как шестиатомные спирты, они дают шестикислотные эфиры. Осторожным окислением они переводятся в соответствующие глюкозы, а потому номенклатура их находится в прямой связи с номенклатурой последних. Возможность существования различных веществ, обладающих одинаковой структурной формулой, объясняется здесь стереоизомерией

Рамноза, 6-дезоксиманноза, моносахарид с общей формулой C6H12O5. Существует в виде оптически активных D- и L-форм и рацемата. Хорошо растворима в воде и спирте, вступает в реакции, характерные для восстанавливающих сахаров. L-изомер найден в растениях в свободном виде, а также в составе многих растительных и бактериальных полисахаридов, растительных гликозидов и др. D-изомер встречается лишь в некоторых гликозидах и полисахаридах микроорганизмов.

Дульцит или мелампирит, С 6 Н 14 О 6 - это один из стереоизомеров маннита, шестиатомного предельного спирт, кристаллическое вещество, температура плавления 188,5 °С, удельный вес 1,466, встречается в растительном выпоте — манне [7].

Инозит - твёрдое вещество (tпл. 225-227 °С) сладкого вкуса, молекулярная масса 180,2; легко растворим в воде, нерастворим в органических растворителях. Широко распространён в растениях, в основном в виде фитиновой кислоты и ее кальциево-магниевой соли (фитин). Для некоторых микроорганизмов инозит - необходимый фактор роста. Суточная потребность в нём человека - примерно 1-1,5 г.

Арабиноза C5H10O5, простой углевод из группы пентоз. Бесцветные кристаллы, сладкие на вкус, растворимые в воде. Существует в двух стереоизомерных формах: (—)-A. и(+)-А., широко распространён в растениях , особенно в плодах. (+)-A. входит в состав многих сложных сахаров полисахаридов растительного происхождения, гликозидов, камедей (гуммиарабик, вишнёвый клей), слизей и сапонинов. Для некоторых бактерий арабиноза — единственный источник углерода.

Важнейшим из моносахаридов является глюкоза С6Н12О6, которую иначе называют виноградным сахаром. Это белое кристаллическое вещество сладкое на вкус, хорошо растворимое в воде. Глюкоза содержится в растительном и животных организмах, особенно велико её содержание в виноградном соке (отсюда и название виноградный сахар), в мёде, а также в спелых фруктах и ягодах.

Фруктоза- С6Н12О6 изомер глюкозы, содержится вместе с глюкозой в сладких плодах и мёде. Она слаще глюкозы и сахарозы. Фруктоза является кетоноспиртом [8].

Инулин (C6H10O5)n — органическое вещество из группы полисахаридов, полимер D-фруктозы . Полифруктозан, который может быть получен в виде аморфного порошка и в виде кристаллов, легко растворимый в горячей воде и трудно в холодной. Молекулярная масса 5000—6000. Имеет сладкий вкус. При гидролизе под действием кислот и фермента инулазы образует D-фруктозу и небольшое количество глюкозы. Инулин, как и промежуточные продукты его ферментативного расщепления — инулиды, не обладает восстанавливающими свойствами. Молекула инулина — цепочка из 30—35 остатков фруктозы в фуранозной форме [9].

1.2 Методы анализа и разделения углеводов

Наиболее перспективным методом разделения углеводов является гель-хроматография.

Хроматографическое разделение смеси веществ в рамках её жидкостно- жидкостного варианта можно проводить не только на основе распределения компонентов анализируемой смеси между двумя несмешивающими жидкостями, но и гель-хроматографией.В отличие от распределительной в гель хроматографии подвижной и неподвижной фазами служит одна и та же жидкость – растворитель. При этом та часть жидкости, которая протекает вдоль слоя твёрдого носителя – зёрен геля, выполняет функцию подвижной фазы и переносит компоненты разделяемой смеси вдоль колонки. Другая часть той же жидкости проникает в поры зёрен геля и выполняет функцию неподвижной фазы [10].

Разделение смеси веществ происходит в том случае, если размеры молекул этих веществ различны, а диаметр пор зёрен геля постоянен и может пропускать лишь те молекулы, размеры которых меньше диаметра отверстий пор геля. При фильтровании раствора анализируемой смеси более мелкие молекулы, проникая в поры геля задерживаются в растворителе, содержащемся в этих порах, и движутся вдоль слоя геля медленнее, чем крупные молекулы, не способные проникнуть в поры. Таким образом, гель хроматография позволяет разделить смесь веществ в зависимости от размеров и молекулярной массы частиц этих веществ. Этот метод разделения достаточно прост, быстр и, что самое главное, он позволяет разделять смеси веществ в более мягких условиях, чем другие хроматографические методы.

В реальных условиях, кроме основного фактора, обуславливающего разделение, могут играть роль и другие факторы, в частности адсорбция, химическое взаимодействие и др. Однако выбор условий хроматографирования позволяет свести действие побочных факторов к минимуму.

Если гранулами геля заполнить колонку и затем налить в нее раствор различных веществ с разной молекулярной массой, то при движении раствора вдоль слоя гелия в колонке будет происходить разделение этой смеси (рисунок 2).

На рисунке 2 (а), изображён начальный период опыта: нанесение раствора анализируемой смеси на слой гелия в колонке. На рисунке 2 (б) , приведён второй этап – гель не препятствует диффузии молекул малого размера в поры, крупные же молекулы остаются в растворе, окружающем гранулы гелия. При промывании слоя гелия чистым растворителем крупные молекулы начинают двигаться со скоростью, близкой скорости перемещения растворителя, в то время как мелкие молекулы должны сначала продиффундировать из внутренних пор геля в объём между зёрнами и вследствие этого задерживаются (рисунок.2 в).

б) жидкостная (жидкостно-адсорбционная) хроматография.

5. Хроматография на жидкой неподвижной фазе:

а) газо-жидкостная хроматография;

Как лучи спектра, в столбике углекислого кальция закономерно распределяются различные компоненты смеси пигментов, давая возможность своего качественного и количественного определения. Получаемый таким образом препарат я называю хроматограммой, а предлагаемую методику – хроматографической.

М. С. Цвет, 1906 г.

С необходимостью разделения и анализа смеси веществ приходится сталкиваться не только химику, но и многим другим специалистам.

В мощном арсенале химических и физико-химических методов разделения, анализа, исследования структуры и свойств индивидуальных химических соединений и их сложных смесей одно из ведущих мест занимает хроматография.

Хроматография – это физико-химический метод разделения и анализа смесей газов, паров, жидкостей или растворенных веществ и определения физико-химических свойств индивидуальных веществ, основанный на распределении разделяемых компонентов смесей между двумя фазами: подвижной и неподвижной. Вещества, составляющие неподвижную фазу, называются сорбентами. Неподвижная фаза может быть твердой и жидкой. Подвижная фаза – это поток жидкости или газа, фильтрующийся через слой сорбента. Подвижная фаза выполняет функции растворителя и носителя анализируемой смеси веществ, переведенной в газообразное или жидкое состояние.

Различают два вида сорбции: адсорбцию – поглощение веществ твердой поверхностью и абсорбцию – растворение газов и жидкостей в жидких растворителях.

2. Возникновение и развитие хроматографии

Возникновение хроматографии как научного метода связано с именем выдающегося русского ученого Михаила Семеновича Цвета (1872 - 1919), который в 1903 г. открыл хроматографию в ходе исследований механизма преобразования солнечной энергии в растительных пигментах. Это год и следует считать датой создания хроматографического метода.

М.С. Цвет пропускал раствор анализируемых веществ и подвижной фазы через столб адсорбента, находящегося в стеклянной трубке. В связи с этим его метод получил название колоночной хроматографии. В 1938 г. Н.А. Измайлов и М.С. Шрайбер предложили видоизменить метод Цвета и проводить разделение смеси веществ на пластинке, покрытой тонким слоем адсорбента. Так возникла тонкослойная хроматография, позволяющая проводить анализ с микроколичеством вещества.

В 1947 г. Т.Б. Гапон, Е.Н. Гапон и Ф.М. Шемякин впервые осуществили хроматографическое разделение смеси ионов в растворе, объяснив его наличием обменной реакции между ионами сорбента и ионами, содержащимися в растворе. Так было открыто еще одно направление хроматографии – ионообменная хроматография. В настоящее время ионообменная хроматография является одним из важнейших направлений хроматографического метода.

Е.Н. и Г.Б. Гапон в 1948 г. осуществили высказанную еще М.С. Цветом идею о возможности хроматографического разделения смеси веществ на основе различия в растворимости труднорастворимых осадков. Появилась осадочная хроматография.

В 1957 г. М. Голей предложил наносить сорбент на внутренние стенки капиллярной трубки – капиллярная хроматография. Этот вариант позволяет анализировать микроколичества многокомпонентных смесей.

В 60-х годах появилась возможность синтезировать как ионогенные, так и незаряженные гели, обладающие строго определенными размерами пор. Это позволило разработать вариант хроматографии, сущность которого заключается в разделении смеси веществ на основе различия их способности проникать в гель – гель-хроматография. Этот метод позволяет разделять смеси веществ, обладающих различной молекулярной массой.

В настоящее время хроматография получила существенное развитие. Сегодня разнообразные методы хроматографии, особенно в сочетании с другими физическими и физико-химическими методами, помогают научным сотрудникам и инженерам решать самые различные, часто очень сложные задачи в научных исследованиях и в технике.

3. Классификация хроматографических методов

Многообразие видоизменений и вариантов метода хроматографии требует их систематизации или классификации.

В основу классификации можно положить различные признаки, а именно:

1. агрегатное состояние фаз;

2. механизм разделения;

3. способ проведения процесса;

4. цель проведения процесса.

Классификация по агрегатному состоянию фаз:

газовая (подвижная фаза - газ), газожидкостная (подвижная фаза – газ, неподвижная фаза - жидкость), жидкостная (подвижная фаза - жидкость) хроматография.

Читайте также: