Хроматографический метод анализа кратко

Обновлено: 08.07.2024

Основы хроматографического метода анализа были разработаны русским ученым М.С. Цветом в 1903 г. В своей опубликованной работе он описал разделение зеленого пигмента растений на составляющие его компоненты путем пропускания экстракта из листьев через стеклянную трубку, заполненную порошком мела. При этом на белом адсорбенте наблюдалось образование нескольких зон различной окраски.


Цвет Михаил Семёнович (1872 – 1919).Замечательный русский ботаник Михаил Семёнович Цвет известен своими исследованиями хлорофилла. Он является творцом нового метода анализа вещества - адсорбционного метода хроматографического анализа, открывшего широчайшие возможности для тонкого химического исследования. В силу исторической случайности адсорбционный метод хроматографического анализа, полностью разработанный М.С. Цветом и успешно им применённый практически, был в забвении почти 30 лет. Лишь начиная примерно с 1931 г., метод М.С. Цвета стал находить всё более и более растущее применение во многих областях науки.

Неподвижной, или стационарной, фазой в хроматографических методах анализа обычно служит твердое тело или жидкость (чаще всего в виде тонкой пленки, нанесенной на поверхность твердого вещества). Данная фаза выступает в роли адсорбента.

Подвижная фаза, или элюент, представляет собой жидкость или газ, пропускаемые в ходе анализа через неподвижную фазу. Она растворяет в себе компоненты исследуемой смеси и переносит их вместе с собой по мере своего продвижения.

Неподвижную фазу обычно помещают в стеклянную или металлическую трубку, называемую хроматографической колонкой. При прохождении через нее подвижной фазы вместе с растворенной смесью веществ на активных центрах адсорбента происходят многократно повторяющиеся акты сорбции и десорбции отдельных компонентов смеси.

При этом вследствие различной адсорбционной способности вещества смеси будут перемещаться вдоль неподвижной фазы с разной скоростью. В результате чего произойдет их разделение на зоны, каждая из которых содержит преимущественно одно из соединений смеси.

Быстрее всего станет двигаться то вещество смеси, которое обладает наименьшим сорбционным сродством по отношению к неподвижной фазе. Вещество, обладающее наибольшим сорбционным сродством, наоборот, будет перемещаться медленнее всего и будет отставать от других компонентов смеси (рис. 126).


Рис. 126. Хроматографическое разделение. Скорость перемещения компонентов исходной смеси увеличивается в порядке В

Классификация хроматографических
методов анализа

Хроматографические методы анализа классифицируются самым различным образом. Как было показано ранее, в зависимости от применяемой техники эксперимента различают колоночную и плоскостную хроматографии.

В зависимости от агрегатного состояния подвижной фазы различают газовую и жидкостную хроматографии.

Газовую хроматографию применяют для разделения объектов, представляющих смесь газов либо паров, не взаимодействующих друг с другом и устойчивых к разложению в условиях анализа (особенно при повышенной температуре).

В зависимости от агрегатного состояния неподвижной фазы выделяют газожидкостную и газотвердофазную хроматографию. В качестве подвижной фазы (газа-носителя) во всех случаях, как правило, используется инертный газ, не способный реагировать с компонентами смеси. Чаще всего в его роли выступают гелий, азот или аргон, значительно реже – водород и углекислый газ.

Жидкостная хроматография используется для анализа и разделения обладающих большой молекулярной массой нелетучих веществ или легкоразложимых соединений, которые нельзя перевести в парообразное состояние. С ее помощью выделяют макромолекулы биополимеров, аминокислоты, моно-, ди- и олигосахариды и др. вещества.

В зависимости от агрегатного состояния неподвижной фазы выделяют жидкостно-жидкостную, жидкостно-твердофазную и жидкостно-гелевую хроматографии. В последнем случае неподвижной фазой является гель.

По доминирующему механизму взаимодействия веществ разделяемой смеси с неподвижной фазой различают адсорбционную, распределительную, ионообменную, хемосорбционную, молекулярно-ситовую и др. хроматографии.

Адсорбционная хроматография основана на различной способности отдельных компонентов смеси вступать во взаимодействие с поверхностью адсорбента и удерживаться на его активных центрах. Компоненты, имеющие большое сродство к адсорбенту, медленнее передвигаются вдоль стационарной фазы, чем компоненты, имеющие малое сродство. Они находятся в неподвижной фазе более длительный отрезок времени.

Вещества, не адсорбирующиеся или плохо адсорбирующиеся неподвижной фазой, находятся преимущественно в подвижной фазе. Скорость их перемещения относительно поверхности адсорбента будет наибольшей.

Распределительная хроматография основана на разнице коэффициентов распределения веществ в анализируемой смеси между двумя фазами. Причем неподвижной фазой в данном случае может быть только жидкость, а подвижной – тоже жидкость или (в некоторых случаях) газ:

где K – коэффициент распределения (безразмерная величина); СПФ – концентрация компонента анализируемой смеси в подвижной фазе; СНФ – концентрация того же компонента в неподвижной фазе.

Вещество, более растворимое в неподвижной фазе, находится в ней большую часть времени. Скорость передвижения его относительно невелика. Менее растворимые вещества передвигаются быстрее, т.к. в неподвижной фазе они находятся меньшую часть времени. Чем больше разница в значениях коэффициентов распределения K для веществ, входящих в состав смеси, тем полнее будет происходить их разделение.

Ионообменная хроматография основана на обратимом обмене ионов, содержащихся в исследуемой смеси, на подвижные ионы, входящие в состав ионита. Разделение веществ связано с различием в величинах констант ионного обмена определяемых ионов.

Хемосорбционная хроматография включает в себя несколько вариантов хроматографических процессов, общим для которых является протекание какой-либо химической реакции. Разделение веществ связано с их различной способностью вступать в те или иные реакции.

Примером хемосорбционной хроматографии является биоспецифическая (аффинная) хроматография, широко применяемая в биохимических исследованиях. Она основана на специфичности взаимодействия ферментов.

Стационарная фаза содержит в своем составе либо фермент, либо его субстрат. В первом случае она избирательно удерживает соответствующий субстрат (группу субстратов), во втором случае – фермент (группу ферментов). Отличительной чертой аффинной хроматографии является высокая избирательность процесса, повторяющего или имитирующего реакции, происходящие в реальных живых системах.

Молекулярно-ситовая хроматография (устаревшее название – гель-фильтрация) позволяет анализировать смеси, содержащие высокомолекулярные соединения (биополимеры), разделять их на фракции, различающиеся размерами и массой молекул.

В качестве неподвижной фазы используют гелеобразные пористые тела (так называемые молекулярные сита), образованные гибкими линейными макромолекулами полимеров, сшитыми поперечными связями.

Сетчатое трехмерное строение геля способствует его набуханию в воде. Набухший гель имеет развитую пористую структуру. Причем содержащиеся в нем поры отличаются друг от друга по диаметру.

Пористые частицы или гранулы геля проницаемы для молекул только определенного размера. Крупные молекулы, не попадая в поры геля, перемещаются вдоль его гранул быстрее, чем мелкие, и первыми выходят из хроматографической колонки. Самые маленькие молекулы, способные проникать в поры всех размеров, выходят из колонки последними.

Методика разделения и идентификации
компонентов смеси

Хроматографическая методика состоит из следующих основных этапов:

1) подготовка анализируемой пробы, выбор соответствующей неподвижной и подвижной фазы, подготовка сорбента (колонки или тонкого слоя);

2) нанесение пробы на тонкий слой сорбента или ввод ее в разделительную колонку;

3) собственно хроматографирование, т.е. передвижение вместе с подвижной фазой относительно неподвижной фазы;

4) обнаружение зон разделенных веществ, т.е. их детектирование и идентификация;

5) количественное определение веществ в разделенных зонах.

Общая схема колоночного хроматографа приведена на рис. 127.

Важнейшей частью такого прибора, кроме разделительной колонки, является детектор. Это прибор непрерывного действия, создающий аналитический сигнал (например, электрический ток) на соединения, присутствующие в подвижной фазе, выходящей из колонки (элюате). Подвижная фаза, вводимая в колонку, называется элюентом.

Рис. 127. Принципиальная схема колоночного хроматографа:
1 – устройство для ввода пробы в хроматографическую колонку (дозатор); 2 – хроматографическая колонка; 3– детектор (анализирующая система); 4 – регистратор

Аналитический сигнал, создаваемый детектором, преобразуется с помощью самописца в так называемую внешнюю хроматограмму, графически показывающую зависимость интенсивности сигнала от времени. Если скорости перемещения компонентов достаточно различаются, то на выходе из колонки сначала появляется наименее сорбируемый компонент, затем следующий и т.д. В результате хроматограмма состоит из нескольких пиков, имеющих форму гауссовой кривой (рис. 128).

Хроматография

Хроматографией называется физико-химический метод разделения и анализа смесей, основанный на равновесном распределении их компонентов между двумя несмешивающимися фазами – неподвижной и подвижной.

Основы хроматографического метода анализа были разработаны русским ученым М.С. Цветом в 1903 г. В своей опубликованной работе он описал разделение зеленого пигмента растений на составляющие его компоненты путем пропускания экстракта из листьев через стеклянную трубку, заполненную порошком мела. При этом на белом адсорбенте наблюдалось образование нескольких зон различной окраски.


Цвет Михаил Семёнович (1872 – 1919).Замечательный русский ботаник Михаил Семёнович Цвет известен своими исследованиями хлорофилла. Он является творцом нового метода анализа вещества - адсорбционного метода хроматографического анализа, открывшего широчайшие возможности для тонкого химического исследования. В силу исторической случайности адсорбционный метод хроматографического анализа, полностью разработанный М.С. Цветом и успешно им применённый практически, был в забвении почти 30 лет. Лишь начиная примерно с 1931 г., метод М.С. Цвета стал находить всё более и более растущее применение во многих областях науки.

Неподвижной, или стационарной, фазой в хроматографических методах анализа обычно служит твердое тело или жидкость (чаще всего в виде тонкой пленки, нанесенной на поверхность твердого вещества). Данная фаза выступает в роли адсорбента.

Подвижная фаза, или элюент, представляет собой жидкость или газ, пропускаемые в ходе анализа через неподвижную фазу. Она растворяет в себе компоненты исследуемой смеси и переносит их вместе с собой по мере своего продвижения.

Неподвижную фазу обычно помещают в стеклянную или металлическую трубку, называемую хроматографической колонкой. При прохождении через нее подвижной фазы вместе с растворенной смесью веществ на активных центрах адсорбента происходят многократно повторяющиеся акты сорбции и десорбции отдельных компонентов смеси.

При этом вследствие различной адсорбционной способности вещества смеси будут перемещаться вдоль неподвижной фазы с разной скоростью. В результате чего произойдет их разделение на зоны, каждая из которых содержит преимущественно одно из соединений смеси.

Быстрее всего станет двигаться то вещество смеси, которое обладает наименьшим сорбционным сродством по отношению к неподвижной фазе. Вещество, обладающее наибольшим сорбционным сродством, наоборот, будет перемещаться медленнее всего и будет отставать от других компонентов смеси (рис. 126).

Рис. 126. Хроматографическое разделение. Скорость перемещения компонентов исходной смеси увеличивается в порядке В

Хроматография — способ разделения смесей, который изобрел русский ученый Михаил Семенович Цвет в 1900 году. Заключается в различии свойств компонентов смесей, разнице их реакций при нахождении в одинаковых условиях.

История хроматографии

Михаил Семенович Цвет

С 1910 по 1930 гг. этот метод почти не исследовался.

Следующее упоминание в истории принадлежит европейским ученым Р. Куну, А. Виртенштейну, Э. Ледеру. В 1931 году, используя этот метод, они выделили из сырого каротина составляющие a- и b-каротин.

Важным этапом развития стало открытие в 1941 году английскими естествоиспытателями А. Мартином и Р. Сингом жидкостного варианта, где подвижное вещество — бумага, смоченная водой с бутанолом.

В 1975 году ученые из США ввели в терминологию новый вариант хроматографии — ионную.

Суть метода хроматографии

Метод хроматографии основан на постоянно повторяющихся с конкретной периодичностью процессах сорбции-десорбции, которые происходят между подвижным веществом с растворенной в нем пробой (элюентом) и неподвижным (сорбентом). Компоненты исследуемой смеси имеют различную степень сорбции (впитывания), за счет чего поглощаются сорбентом с различной скоростью и степенью. Суть метода заключается в многократном повторении этих процессов. Получившиеся пробы после изучения в хроматограмме позволяют уточнить состав реактива.

Теоретические основы хроматографии

В теории этот метод представляет собой последовательный процесс уравновешивания составляющих смеси, когда происходит деление на 2 части — подвижную и недвижную.

Понятия и определения метода зафиксированы ГОСТ 17567-81.

Выделяют адсорбцию, когда поглощение происходит на поверхности границ и абсорбцию, когда вещества расходятся между 2-х фаз.

Виды хроматографии

Виды хроматографии классифицируют по особенностям процесса разделения (по данным Википедии):

  • агрегатное состояние неподвижной (сорбент) и подвижной (элюент) фазы: газовая, жидкостная, флюидная, полифазная;
  • природа взаимодействия сорбента (удерживающее вещество) и сорбата, сорбтива (удерживаемое вещество): адсорбционная, ионообменная, распределительная, осадочная;
  • способ введения элюента: фронтальная, вытеснительная, проявительная;
  • техника проведения (капиллярная, колоночная, на бумаге);
  • цели хроматографирования (аналитическая, препаративная, промышленная).

Хроматография

Классификация эта весьма условна. Все виды тесно связаны между собой. Так, в аналитической по цели использует проявительную по способу введения элюента. Кроме того, в каждом показателе могут выделяться дополнительные критерии. В технике проведения дополнительное влияние дают технические условия (высокое или низкое давление).

Капиллярная хроматография

Лекции по капиллярной начинаются с ответа на вопрос о том, для чего она нужна. Быстрое развитие метода привело к вопросу разделения смесей, состоящих из веществ, близких по физическим и химическим свойствам. Новую капиллярную колонку для решения этих задач изобрел М. Голей в 1957 году. Ее диаметр изменяется в пределах 0.05-0.15 мм, стандартный диаметр — 0.11 mm, а длина — 40-200 мкм. Самая длинная колонка достигала 477 м.

Данный вид позволяет решать различные экологические задачи — исследование воздуха на наличие летучих органических соединений (кратко — ЛОС), определение содержания пестицидов в почве. Разработаны методики:

  • измерения концентраций ЛОС в воздухе — методика 1633-2013;
  • определения содержания нефтяных продуктов в воде — ГОСТ 31953-2012;
  • определения состава газа — ГОСТ 3-2008 с правками 2019 года.

Первоначально этот метод использовался для исследования качества нефтепродуктов, определения процентного содержания нефти в бензине.

Препаративная хроматография

Препаративная ставит цель выделять чистое вещество из смеси, причем в значительных количествах. Особенность — выполнение непрерывного разделения смеси. Для получения большего количества вещества увеличивают объем колонки в хроматографической установке.

Аналитическая хроматография

Используя аналитическую, проводят качественный и количественный анализ соединений — оксидов, кислот, окисей, полимеров.

В конце колонки расположен аппарат, измеряющий концентрацию вещества в элюенте — детектор. Время, прошедшее с момента поступления вещества в колонку до наступления максимальной концентрации вещества, называется время удерживания в хроматографии. Эта величина постоянна для каждого вещества, если в колонке поддерживается постоянная внешняя и внутренняя температура, и на основе этих данных делают качественный анализ.

Бумажная хроматография

Количественный анализ осуществляется через измерение площади и расположения пиков на хроматограмме.

Хроматография практическая

Современный метод хроматографии предназначен для решения практических задач. Сегодня использование этого метода актуально в биологии, криминалистике, химии, медицине, быту. Самые простые примеры доступны для проведения даже дошкольнику. Для опыта с чернилами разного цвета и простой водой в качестве растворителя не требуется современного оборудования, сложных расчетов и технологичной лаборатории. Школьники и студенты вузов проводят опыт по размыванию чернил на уроках химии.

Флюидная хроматография

К высокоэффективным видам относится флюидная. Процесс в данном случае проходит в сверхкритических условиях, где в качестве подвижной фазы берут газ, больше похожий на гель. Достоинство этого вида — определение верного состава любых микросоединений, которые не дают сигнал спектроскопам или другим детекторам.

С помощью флюидной хроматографии успешно анализируется состав лекарственных средств, продуктов, полимеров, сырой нефти, ПАВов.

Хроматография аминокислот

Данный метод играет большое значение при идентификации аминокислот и белков. Проводится техникой на листе бумаги по распределительному принципу. Определение вида аминокислоты проходит в несколько этапов:

Основные достоинства этого метода: точность получаемых данных и легкость расчетов.

Разновидности хроматографии по механизму разделения веществ

  • Адсорбционная. Определение вещества происходит по степени его адсорбции, т. е. возможности его поглощения поверхностью вещества.
  • Распределительная основана на различных степенях растворимости определяемого вещества в подвижной и неподвижной фазах.
  • Ионообменная основана на способностях к обмену ионами в атомах вещества с неподвижной фазой. Происходит замещение ионов в неподвижной фазе ионами вещества, при этом возникновение разницы в скорости приближения ионов к неподвижной фазе приводит к разделению элюента вследствие изменения концентрации вещества в фазах.

Хроматограф аффинный

Процессы ионообменной хроматографии применяются для изучения биологических жидкостей (кровь, моча, плазма) и диагностики заболеваний.

  • Осадочная изучает степень растворимости осадка, получившегося после проведения химической реакции с компонентом твердой фазы, а также скорости его осаждения.
  • Аффинная основана на способности соединений притягиваться с высокой избирательностью к сорбенту. Элюирование (вымывание) вещества из общей массы — это аффинный метод хроматографии.

На характере взаимодействия между сорбентом и сорбатом основывается классификация по механизму разделения веществ.

Разновидности хроматографии по агрегатному состоянию фаз

По агрегатному состоянию фазы хроматографические методики бывают четырех видов.

Газовая: жидкостно-газовая и газо-твердофазная. Подвижной фазой выступает инертный газ (гелий, азот, водород, диоксид углерода) или воздух, который должен быть чистым, инертным по отношению к сорбенту и исследуемому веществу, хорошо растворять смесь. Неподвижной фазой служит либо жидкость, либо вещество.

Одним из направлений газовой является парофазный анализ, отличие которого заключается в том, что изучается не жидкий или твердый объект, а газовая фаза (пар).

Флюидная. Подвижная находится в сверхкритических условиях — высокое давление, критическая температура.

Полифазная. Неподвижная фаза — смесь твердых и жидких компонентов.

Данные методы используются для исследования смесей органических соединений.

Качественный анализ в хроматографии

Качественный анализ пробы проводится на хроматографе, который измеряет и записывает характеристики, составляет схему. Полученную по результатам исследования хроматограмму изучают, высчитывают, используя формулы, закон Генри, уравнение Ван-Деемтера, сравнивают с эталонными градуировками и делают расшифровку.

Жидкостная хроматография

Исходные графические данные, на основе которых проводят качественный анализ, называют элюционными характеристиками (параметрами). К ним относятся:

  • время удерживания (activity, активности);
  • ширина и высота элюционной кривой;
  • ширина зоны на слое;
  • удерживаемый объем;
  • индекс удерживания;
  • эффективность (число тарелок);
  • селективность.

Методики постоянно улучшаются и дорабатываются — составляются специальные таблицы по результатам испытаний, что позволяет получать более точные данные для качественного проведения исследований.

Где применяется хроматография

Первоначально этот метод был применен в биологии первооткрывателем М. С. Цветом. В настоящее время он используется практически во всех сферах — промышленности, медицине, экологии, криминалистике, фармацевтике.

Хроматография в биологии

Хроматография в биологии в настоящее время применяется на постоянной основе. Основным методом хроматографии в биологии является газовый. Это проведение тестов на уровень содержания пестицидов в почве, вредных веществ в воде и воздухе. Метод ЖХ/МС/МС, объединяющий жидкостное хроматографирование и тандемную масс-спектрометрию, вместе с центрифугированием используется при расщеплении липидов, белков, углеводов до простых компонентов для дальнейшего их исследования, которым занимается наука протеомика.

Хроматография в химии

Хроматография — это в химии один из основных методов исследования, позволяющий получить точные и проверенные данные. Представители IUPAC (Международного союза теоретической и прикладной химии) участвовали в разработке стандартов обозначения хроматографических процессов.

Различные виды метода применяются для исследования свойств анаэробных и аэробных веществ, извлечения из смеси веществ необходимого препарата. Каждое предприятие химической промышленности использует хроматографические методы на этапе контроля качества сырья и других технологических процессов.

Хроматография в медицине

В клинической медицине эти методы применяются в тесной взаимосвязи с биологией. Изучение беременности, хромосом, медицинское лечение различных микробных инфекций, патологий, отравлений происходит без использования антибиотиков и сывороток, основываясь на принципах жидкостно-адсорбционной хроматографии, где неподвижная фаза — адсорбент, жидкая — кровь, плазма, лимфа, а разделяемая смесь — внутренние жидкости с метаболитами токсинов.

Хроматография в криминалистике

Криминалистические хроматографические методы предполагают решение государственных задач через проведение исследований в следующих областях:

  • поиск и идентификация отпечатков пальцев тела;
  • медико-биологический анализ ДНК для идентификации личности человека;
  • аппаратурное определение состава ядов, наркотиков, взрывчатых веществ;
  • анализ состава чернил, бумаги, алкоголя.

В криминалистике широкое применение получили две разновидности жидкостного метода: хроматографирование в тонких слоях сорбента и 2-й — хроматография на бумаге.

Хроматография в цитологии

Хроматография нефти

На НПЗ хроматографический метод применяется для определения физических свойств нефти (теплопроводности, плотности), уровня содержания серосодержащих примесей. Так как от этого напрямую зависит качество продуктов — бензина, моторного топлива, трансформаторного масла.

Хроматография в фармации

В фармацевтической отрасли хроматографические методы применяются в нескольких науках: фармакопея (лат. pharmacopoeia), фармация и фармакогнозия. В фармакопейном анализе широкое применение получил ионообменный вид и метод спектрометрии, с помощью которых удается выделить из смеси микроскопически малые части за небольшой промежуток. В косметологии в состав средств для ухода за волосами входит метилпропансульфокислота, получаемая препаративным методом.

Где используется хроматография в быту

В домашних условиях возможно бесплатно провести самые простые эксперименты, демонстрирующие сущность разных видов хроматографии.

Опыт с бумагой (можно взять обыкновенную промокашку) и спиртовым экстрактом календулы прекрасно демонстрирует принцип действия бумажной.

Если капнуть на бумагу сначала эфирный раствор календулы, а затем этиленгликоль, в итоге через небольшой промежуток времени на бумаге образуется несколько разноцветных колец. Прослеживается прямопорциональная зависимость количества веществ в смеси и количества колец.

Селективность в хроматографии

Селективность — это свойство одного объекта подбирать свойства другого объекта, работающего в тандемной связке, под свои потребности для решения задачи.

В хроматографии используют термин селективность колонки, и чем она выше, тем лучших результатов можно достичь. Возможность выбирать сорбент, состав растворителя, химическую структуру и свойства компонентов смеси, температуру колонки — это факторы, изменение которых выводит селективность на высокий уровень.

Индекс удерживания в хроматографии

Индекс удерживания вещества — это величина, измеряющая время нахождения молекулы изучаемого вещества в подвижной фазе.

Неподвижная фаза в хроматографии

Неподвижная фаза — это вещество, которое выступает в роли сорбента для анализируемых веществ. Неподвижной фазой выступает твердое вещество с пористой поверхностью, в некоторых случаях жидкости.

Электрофорез и хроматография

Электрофорез, используя ток, и хроматография решают одни и те же задачи — разделение смеси веществ, выделение их составляющих. Но при этом есть существенное отличие. Процесс электрофореза — электрохимический, он состоит из неподвижной и мокрой подвижной фазы, а 2-ой использует стационарную и подвижную фазы.

Применяют в медицине в биохимии жидкостей (крови, плазмы).

Что общего между экстракцией и хроматографией

Экстракция — это разделение смеси жидких или твердых веществ. Активируют селективные растворители (экстрагенты). Общее с хроматографическими методами — деление исследуемого вещества на части и его выделение из общей массы.

ТСХ хроматография и ГСО

ТСХ (расшифровка — тонкослойная хроматография) протекает при перемещении подвижной фазы на тонком слое (до 0,20 см) неподвижного сорбента, нанесенного на твердую поверхность — пластинку (стекло, металл, малеинизированный полимер, акриламидо).

Испытание лекарственных средств на абсолютную подлинность и посторонние примеси — основная задача этой методики.

Тонкослойная хроматография

В исследованиях, для обеспечения чистоты полученных результатов, в качестве сорбента и растворителя используют вещества высшего класса по государственным стандартным образцам (ГСО).

Виды детекторов в хроматографии

Пробы исследуются в хроматографе, который фиксирует и анализирует все изменения пиков, используя градуировочные детекторы. Основные из них:

  • пламенно-ионизационный;
  • фотоионизационный;
  • электронного захвата;
  • термоионизационный;
  • инфракрасный;
  • рефрактометрический;
  • электронозахватный;
  • масс-спектрометрический;
  • хемосорбционный;
  • радиоактивный.

Это насадочные приборы, применяемые в хроматографии. Каждый год, и в 2017, и 2020 годах, изобретаются новые модификации и формы детекторов.

Достоинства хроматографии

К преимуществам относят:

  • одновременное разделение вещества на фракции и его изучение;
  • эффективность разделения из-за многократного повторения цикла сорбция — десорбция;
  • определение и выделение из смеси заданного типа препарата одновременно;
  • относительная быстрота достижения цели;
  • высокая чувствительность (100х6);
  • отсутствие химических превращений анализируемого вещества.

Это отличает хроматографические методы от других.

Недостатки хроматографии

Есть отдельные недостатки у каждого вида.

  • необходимо сложное оборудование и проведение долгого обучения;
  • невысокая скорость протекания реакций;
  • большая цена.
  • плохая нелабораторная воспроизводимость результата;
  • невозможность разделения веществ с близкими свойствами.

Диапазон применения хроматографических методов очень широк: от исследования составляющей клетки до объектов Солнечной системы. Эти методы незаменимы в нефтехимической, пищевой, газовой, экологической промышленностях на этапе контроля и поддержания оптимального графика производства.


Хроматографический анализ сегодня является наиболее широко применяемым методом исследования различных объектов. Это могут быть пробы, взятые в окружающей среде, на производстве, в лаборатории и так далее. Этот метод предложил еще в 1903 году русский ученый М. С. Цвет. Его исследования стали основой для развития всех видов хроматографии, существующих на сегодняшний день и применяемых для разделения не только окрашенных, но и неокрашенных соединений во всевозможных средах. Проведение хроматографического анализа возможно различными способами, с использованием в каждом конкретном случае своих приемов и методик расчетов. В его основе лежат различия в адсорбционных или каких-либо других свойствах соединений, что способствует их распределению между твердым сорбентом и проходящей через него жидкостью (или газом).

хроматографические колонки

Основные понятия

Хроматографическим методом анализа называют такой метод разделения и определения веществ, который основан на распределении нескольких компонентов образца между двумя фазами, одна из которых подвижна, а другая - неподвижна.

Неподвижной (стационарной) фазой обычно бывает твердое пористое вещество (как правило, его называют сорбентом) или пленка жидкости, которая нанесена на твердое вещество.

Подвижная фаза представляет собой жидкое или газообразное вещество, протекающее сквозь неподвижную фазу, порой под давлением. Все компоненты анализируемой смеси (называемые сорбатами) вместе с подвижной фазой движутся вдоль стационарной фазы. Как правило, ее помещают в стеклянную (металлическую) трубку - колонку.

Скорость движения компонентов по колонке зависит от степени взаимодействия их с поверхностью сорбента. Это приводит к тому, что одни компоненты останутся в верхней части колонки, распределенные в объеме сорбента, другие в нижней, а некоторые и вовсе не задержатся в ней и уйдут с подвижной фазой.

Классификация хроматографических методов анализа

Эти методы исследования веществ настолько разнообразны, что не существует единой их классификации. Обычно их разделяют по следующим признакам:

  • агрегатное состояние сорбента и подвижной фазы;
  • механизм связывания вещества и сорбента;
  • техника проведения анализа;
  • способ движения пробы через колонку;
  • цель проведения анализа.

По агрегатному состоянию фаз

По данному признаку хроматографические методы анализа делят на:

  • газовую хроматографию, если подвижной фазой является пар или газ;
  • жидкостную хроматографию, когда подвижная фаза находится в жидком состоянии.

Первую, как правило, используют для разделения летучих термически устойчивых соединений с молекулярной массой до 300. Вторая годится для разделения органических и неорганических компонентов, имеющих молекулярную массу до 2000, даже если они термически неустойчивы.

разделение хлорофиллов а и с

По характеру взаимодействия вещества с неподвижной фазой

По механизму действия сорбента с веществом хроматографические методы анализа могут быть:

  • адсорбционными, если разделение основывается на различиях в сродстве компонентов образца к поверхности адсорбента;
  • распределительными, если разделение веществ основано на различиях их растворимости в подвижной фазе и сорбенте;
  • ионообменными, если разделение основывается на различиях в способностях компонентов к осуществлению ионного обмена;
  • проникающая, если разделение веществ происходит вследствие различий размеров и форм молекул, а также зарядов.

Также хроматографические методы анализа классифицируют по данному методу на осадочные, окислительно-восстановительные, комплексообразовательные и другие.

По технике эксперимента

По способу оформления процесса хроматография бывает:

  • колоночная, при которой разделение ведется в колонках, наполненных сорбентом.
  • плоскостная, которая может осуществляться на бумаге или на пластинах (тонкослойная хроматография).

бумажная хроматография

Также к этому перечню можно добавить методы хроматографического анализа, проводимые с помощью капилляров. Внутренний диаметр таких трубок составляет не более 1 мм. В сравнении с другими разновидностями хроматографии, эта позволяет повысить скорость проведения анализа и делает возможными исследования с дорогостоящими газами или сорбентами. Также малые размеры колонки позволяют сочетать такое исследование с масс-спектрометрией. Однако существенным недостатком хроматографического метода анализа такого вида является сложность ввода пробы в капилляр.

По движению вещества

Этот признак принято называть также способом хроматографирования. Различают:

  • Элюентную (проявительную) хроматографию. Лучше всего подходит для решения аналитических задач. Заключается он в том, что в смесь веществ, вводимая в непрерывно движущийся поток элюента, сорбируется лучше подвижной фазы. В ходе продвижения элюента по колонке с сорбированными компонентами они начинают перемещаться вдоль сорбента с разной скоростью и выходят из колонки отдельными фракциями (зонами). Достоинствами проявительного метода является более полное разделение веществ, непрерывная регенерация сорбента и хорошая воспроизводимость параметров удерживания.
  • Вытеснительную хроматографию. Состоит она в том, что в подвижную фазу вводят разделяемую пробу, а затем начинают пропускать вещество-вытеснитель, у которое сорбционная способность больше всех остальных. В ходе его продвижения по колонке, он вытесняет из сорбента ранее сорбированные вещества в порядке увеличения их сорбционной способности.
  • Фронтальную хроматографию. В ходе исследования анализируемая смесь также пропускается через слой сорбента. А в ходе заполнения колонки компонентами они постепенно выходят в порядке повышения их способности к сорбции.

По цели работы

Классификация хроматографических методов анализа в зависимости от цели проведения процесса выглядит следующим образом:

  • аналитическая хроматография - представляет собой самостоятельный метод, включающий разделение образца на компоненты, а также их качественный и количественный анализ;
  • препаративная хроматография - используется исключительно для разделения смеси веществ.

Достоинства метода

Хроматографический анализ имеет следующие преимущества перед прочими методами разделения и исследования веществ:

  1. Благодаря тому, что этот способ разделения имеет динамический характер, характеризующийся многократным повторением сорбции-десорбции, эффективность его значительно выше, чем у статических сорбции или экстракции.
  2. Использование различных типов взаимодействия сорбатов и сорбентов (физических и хемосорбционных), позволяет расширить круг веществ для селективного разделения.
  3. Некоторыми методиками предусмотрено наложение гравитационных, магнитных и других полей на выделяемые вещества, что расширяет возможности хроматографии путем изменения условий разделения компонентов.
  4. Этот метод является гибридным, поскольку сочетает разделение и определение сразу нескольких компонентов.
  5. Хроматография делает возможным решение нескольких задач одновременно. Так аналитические задачи включают разделение, идентификацию и определение веществ, а препаративные - их очистку, выделение и концентрирование.

проведение хроматографического анализа

Возможности хроматографии

Высокоэффективная и высокоселективная препаративная хроматография незаменима для разделения сложных образцов, содержащих большое число индивидуальных соединений с близкими физико-химическими параметрами (нефть, всевозможные лекарственные препараты, вытяжки из растений, биологические жидкости и другие). Так, для очистки химических веществ или же выделения отдельных соединений в препаративной химии широко применяются газовые методы хроматографического анализа. Для выделения ионов подходит ионообменная хроматография, основанная на различиях в способности ионов из раствора к обменным процессам с ионитом.

Современные хроматографические методы позволяют определять газообразные, жидкие и твердые вещества. Подбор условий проведения анализа ориентируется на природу и состав анализируемой пробы. Газоадсорбционная и газожидкостная хроматография позволяют исследовать летучие вещества, устойчивые к нагреванию. Так, газоадсорбционная хроматография широко используется для анализа газовых смесей и низкокипящих углеводородов, не имеющих активных функциональных групп. Газожидкостная хроматография важна в нефтехимии, анализе пестицидов и удобрений, лекарственных препаратов.

Жидкостный хроматографический анализ трансформаторного масла позволяет своевременно выявить дефекты или же характер и степень повреждения трансформатора. Его состояние оценивают путем сопоставления данных, полученных в ходе анализа с допустимыми значениями, а также по скорости изменения содержания газов в масле. Так, повышенное содержание СО и СО2 обычно сигнализирует о нарушениях в целлюлозной изоляции. А вот наличие фурановых производных говорит о старении бумажной изоляции. Таким образом, хроматографический анализ газов способствует безопасной и длительной работе оборудования.

Газовая хроматография

Является одной из самых распространенных разновидностей метода, из-за того, что для него разработаны различные методики с полным теоретическим обоснованием, а также имеется надежное и относительно недорогое аппаратурное оформление. Подвижной фазой (газом-носителем) являются газы или их смеси, а также вещества, являющиеся газами при тех условиях, в которых проводится анализ. Неподвижной фазой являются твердые сорбенты (газоадсорбционный метод) или жидкость на поверхности инертного носителя (газожидкостный метод).

газовая хроматография

Для газовой хроматографии можно дополнительно назвать ряд преимуществ:

  • высокую скорость процесса;
  • возможность анализа микропроб;
  • автоматическую запись результатов при наличии соответствующего оборудования;
  • возможность вычленения компонентов не только в лаборатории, но и в промышленных масштабах.

Бумажная хроматография

В качестве неподвижной фазы применяют фильтровальную или же специальную хроматографическую бумагу. Последняя представляет собой целлюлозная фильтровальная бумага особой чистоты и с некоторыми специальными свойствами. Она впитывает растворитель с разной скоростью капиллярного подъема, зависящей от плотности бумаги.

Основным оборудованием являются специальные камеры или сосуды, лотки, размещенные на стойках, пипетки, пульверизаторы, лампы для хроматограмм, измерительные приспособления, а еще планиметры и денситометры, используемые для количественных определений.

Этот метод лучше всего подходит для анализа всевозможных органических веществ, содержащих разные функциональные группы от спиртов до стероидов, от аминов до индолов, от витаминов до антибиотиков.

Ионообменная хроматография

Этот метод основан на обмене ионов между набухшим ионитом и подвижной фазой. Ионообменное разделение смеси ионов характеризуется различием их зарядов и ионной силой раствора. В объеме зерен ионита процесс разделения также зависит от скорости диффузии ионов, определяющейся плотностью ионита.

Ионит подбирают по параметру, называемому сродством, который пропорционален заряду иона и обратно пропорционально радиусу гидратированного иона. Выбор ионита ведут, пользуясь таблицами с приведенными характеристиками выпускаемых типов ионитов. Основные их характеристики — размер зерен и их форма, обменная емкость, кислотно-основные свойства, набухаемость, плотность.

ионный обмен в хроматографической колонке

Разделение неорганических веществ ведут на неорганических ионитах (цеолиты, гидроксиды алюминия) или смолах (стирол с дивинилбензолом). Так, часто применяется хроматографический метод анализа воды на наличие в ней различных ионов, например, для определения ее жесткости.

Гель-хроматография

Суть метода сводится к тому, что анализируемый раствор медленно фильтруется через колонки, наполненные гелем. Порой его называют гелъ-фильтрацией. Отдельные частицы геля состоят из пластичных линейных молекул веществ с высочайшей молекулярной массой, соединенных поперечными связями. Такая сетчатая структура способствует набуханию геля в воде и появлению в нем пор разного диаметра. Размеры пор зависят от природы полимера, температуры среды и природы растворителя.

Разделение основывается на способности более мелких молекул проникать глубже в поры и оставаться там на протяжении большего времени. Поэтому сначала из колонки выходят более крупные молекулы, а затем те, что помельче.

гель-хроматография

Этим методом проводят два вида разделения: групповое и фракционирование. Для первого характерно разделение смеси компонентов по их молекулярной массе. Для второго - по скорости и интенсивности диффузии частиц внутрь геля. Чаще всего применяется гель-хроматография в биохимии, в органических синтезах и химии полимеров для определения молекулярных масс. В качестве примера можно привести анализ хроматографическими методами белков и пептидов в плазме крови. В сравнении с масс-спектрометрическими методами отслеживание белково-пептидного гомеостаза по распределению белков и продуктов их распада гель-хроматографическим методом значительно более доступно.



02.12.2019

Хроматографические методы анализа базируются на актах сорбции-десорбции, которые происходят между сорбентом и элюентом с растворенной в нем пробе. Традиционный метод предполагает использование материала с развитой поверхностью в качестве неподвижной фазы. Поток жидкости или инертного газа выступает в качестве элюента. В ходе фильтрации элюента через слой сорбента запускаются многократная сорбция и десорбция. Этим хроматографические методы отличаются от других типов анализа. Подтверждается их эффективность.

Качественный и количественный анализ

Во время качественного способа пробу идентифицируют на хроматографе, сравнивая значения с эталонными (которые сохраняются в библиотеке данных). В частности, используется идентификация по времени выхода пика или по логарифмической шкале удерживания.

Количественный метод базируется на измерении пиков, которые формируются в зависимости от концентрации примесей. Изучение хроматограммы происходит одним из следующих методов:

  • Метод градуировки. В зависимости от концентрации различных веществ определяют параметры пика. Составляют таблицы и графики.
  • Метод внутренней нормализации. Суммы выбранных пиковых параметров берется за 100%. В последующем определяется соотношение высоты или площади каждого пика к общему значению.
  • Метод внутреннего старта. В анализируемую смесь вводят стандартное вещество с известным калибровочным графиком. Пики компонентов сравнивают с пиками стандарта.

Методики регулярно дорабатываются и совершенствуются, это позволяет получать максимально точные данные при анализе сложных составов и устранять шумы на результатах хроматографий.

Классификация хроматографических методов анализа

В зависимости от анализируемых параметров методики разделяются на такие группы:

  • Газожидкостные. Инертный газ используется в качестве подвижной фазы. Он проходит через слой неподвижной жидкой фазы, находящейся на внутренней поверхности колонки.
  • Газоадсорбционные. Газообразная проба в токе инертного газа-носителя проходит через твердое вещество, на поверхности которого происходит адсорбция.
  • Жидкостно-жидкостная. Жидкие среды используются в виде неподвижной фазы и элюента.
  • Жидкостно-адсорбционные. Реагент подается с растворителем вместе и проходит сквозь пористый материал.
  • Жидкостно-гелевые. Неподвижная фаза в методике представлена гелеобразным веществом.

Еще одна классификация касается конструкции оборудования. В большинстве методик используется колоночный хроматограф – процесс адсорбции происходит в колонках, которые заполнены неподвижной фазой. В некоторых случаях применяется плоскостная хроматография с использование специальной бумаги или среза сорбента. Также популярен капиллярный метод, разделение происходит в пленке жидкости. Хроматография в полях, которая требует анализа, а также дополнительных магнитных (центробежных) сил.

По механизмам разделения материала методы анализа отличаются особенностью взаимодействия адсорбента и элюента. По механизму разделения хроматография разделяется на:

  • Распределительную методику. Она проходит за счет разной растворимости веществ в фазах.
  • Адсорбционную. Формируется на разнице адсорбируемости компонентов пробы.
  • Ионообменную. Проводится путем достижения константами ионообменного равновесия.
  • Осадочную. Метод предполагает освобождение нерастворимых соединений.
  • Проникающую. Она строится на разнице в размерах формы и молекул.
  • Адсорбционно-комплексообразовательную. Происходит за счет образования различных координационных соединений на поверхности неподвижной фазы.

Последующая классификация разделяет хроматографические методики анализа по типу перемещения поглощаемых составляющих вдоль адсорбционного слоя. Выделяют вытеснительный, фронтальный и проявительный методы.

Методы перемещения пробы в неподвижной фазе


Фронтальный считается одним из самых простых хроматографических методов. Роль элюента в нем сведена к минимуму. Этот метод анализа применяется для изучения веществ со сложным составом, а также для их очистки от примеси, если они поглощаются лучше, чем основные элементы реагента.

В лабораториях чаще используется проявительная или элюентно хроматографическая методика. В колонку добавляется проба реагента Solv, в которой растворены компоненты А и В. Под давлением подается неподвижная фаза. Разделение состава происходит под воздействием физико-механических сил. В верхней части колонки появляется вещество с лучшей сорбируемостью, в нижней – с меньшей. На выходе сначала появится компонент А, после этого Solv, затем элемент В. Это будет отражено на хроматограмме. Количественный анализ проводится путем измерения площади пиков и их высоты – чем они больше, чем выше концентрация вещества, которое изучается, в составе.

Третий метод – вытеснительный. В нем используется вытеснитель, постоянно воздействующий на раствор Solv, который находится в хроматографической колонке. Коэффициент вытеснителя должен быть выше, чем других компонентов. Постепенно препарат вытесняет вещество с худшей сорбируемостью, что фиксируется при выходе смеси из колонки.

Метод газово-жидкостной хроматографии

Разнообразие жидкостных неподвижных фаз позволяет создать условия для идентификации практически любого вещества, которое есть в исследуемой пробе. Метод считается универсальным. Важно правильно настроить оборудование и выбрать неподвижную фазу, соответствующую таким параметрам:

  • Высокая способность к растворению элементов, которые есть в реактиве.
  • Низкой летучестью.
  • Химической инертностью.
  • Минимальной вязкостью.

Жидкостно-жидкостный хроматографический метод

Реагент с жидким растворителем продвигается сквозь сорбент, на поверхности которого происходит разделение компонентов. Неподвижной фазой заполняют колонку хроматографа.

Разделение происходит за счет распределения препаратов между растворами, которые не смешиваются. Содержание одного и того же вещества различается в неподвижной и подвижной фазах. Эмпирически для каждого компонента определяется коэффициент содержания исследуемого вещества.

Метод распределительной бумажной хроматографии


При анализе используется специальная бумага, на которой разделяют исследуемые компоненты. В промышленных масштабах такой метод используется редко, его часто применяют в аналитической химии. В ходе проведения анализа вычисляется коэффициент Rf, который соответствует соотношению смещения зоны компонента к смещению фронта раствора.

Метод газожидкостной хроматографии позволяет максимально эффективно проводить комплексный анализ веществ. Эта методика актуальна при контроле техпараметров химической и нефтехимической промышленности, при поиске нефтегазовых месторождений. В некоторых случаях хроматографические исследования проводят, чтобы идентифицировать взрывоопасные, легковоспламеняющиеся и токсичные газы в воздухе помещения.



Хлорорганические соединения (ХОС) в нефти и реагентах

Вопрос контроля содержания ХОС в…


07.03.2022


Хроматография в медицине

Хроматография активно используется в медицине.…


05.02.2022


Генераторы азота и сфера их применения

В газовой хроматографии азот –…


31.01.2022


Газовые хроматографы: устройство и принцип работы.

Любой газовый хроматограф состоит минимум…


30.01.2022


ГХ или ВЭЖХ? Что выбрать?

При появлении новой аналитической задачи…


16.11.2021


Хроматография. Простыми словами.

О хроматографии написано много. Мы…


10.11.2021


Как проводится хроматография

Хроматографический анализ представляет собой один…


18.03.2021


Абсорбционная спектрометрия уже больше века…


18.03.2021


Основные Параметры Хроматографических Пиков

Ключевую для хроматографии информацию получают…


21.01.2021


Результатом хроматографии является хроматограмма, дающая…


21.01.2021


Распространённые причины поломки хроматографов

Использование любых сложных видов оборудования…


02.10.2020


Как Хроматография Применяется в Парфюмерии?

Методику хроматографии активно используют в…


02.10.2020


Хроматография: история открытия и развития

Хроматография сегодня активно используется в…


06.09.2020


Как правильно выбрать хроматограф?

Хроматография – метод анализа жидкостных…


05.09.2020


Работа любого сложного устройства сопровождается…


28.07.2020


Сегодня хроматография остается самым используемым…


28.07.2020


Предшественником всех современных спектрометров считается…


06.07.2020


Хроматографы, применяемые в России, должны…


06.07.2020


Хроматографические методы в криминалистике

Криминалистические экспертизы играют важную роль…


06.07.2020


Хроматография в фармацевтической промышленности

В настоящее время можно выделить…


27.05.2020


Принципы работы спектрометра

Спектрометр – прибор, работающий на…


08.05.2020


Хромато-масс-спектрометры: принцип действия

Командой Хроматограф.ру в Печорской центральной…


08.05.2020


При поставке приборы снабжаются всем…


17.04.2020


Хроматография в контроле качества продовольственного сырья и пищевых продуктов

Безопасность и качество продуктов питания…


17.04.2020


Телемедицина для хроматографов

Что такое телемедицина? Это консультация…


15.04.2020


Основные производители хроматографов в мире, в России

Хроматографы используются в аналитических исследованиях,…


02.12.2019


Области применения газовых и жидкостных хроматографов

Хроматография – способ разделения многокомпонентных…


02.12.2019


Хроматографические Методы Анализа

Хроматографические методы анализа базируются на…


02.12.2019


Хроматограф — принцип действия, виды хроматографов

Одним из самых популярных методов…


23.02.2019


Обучение с выдачей удостоверения

С июня 2017 года наши…


28.11.2018

Мы используем cookie-файлы для наилучшего представления нашего сайта. Продолжая использовать этот сайт, вы соглашаетесь с использованием cookie-файлов.

Читайте также: