Газовая и жидкостная хроматография

ГОУ ВПО «ТВЕРСКАЯ  ГОСУДАРСТВЕННАЯ ОРДЕНА ДРУЖБЫ НАРОДОВ  МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ»

КАФЕДРА ОБЩЕЙ И БИООРГАНИЧЕСКОЙ  ХИМИИ

 

 

 

 

Реферат на тему:

 Газовая и жидкостная хроматография

 

                                        

 

 

 

                                                                   Подготовили студентки 201 группы

                                                          фармацевтического факультета:

                                                         Мухина Е.Ю., Потапова Ю.О.

                                                        Преподаватель: Бордина Г.Е.

 

 

 

 

2011 г.

 

Содержание.

1. Сущность хроматографического метода…………………………………3
2. Классификация методов хроматографии………………………………...5
3. Жидкостная хроматография ……………………………………...............6
4. Газоадсорбционная хроматография………………………………………9
5. Газожидкостная хроматография ………………………………………...11
6. Аппаратурное оформление процесса……………………………………15
7. Детекторы, используемые в газо-жидкостной хроматографии………..16
8. Области применения газовой хроматографии………………………….19
9. Заключение………………………………………………………………..22
10. Список используемой литературы………………………………………23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сущность  хроматографического метода

С необходимостью разделения смеси веществ на составляющие ее компоненты приходится сталкиваться как химику-синтетику, химику-аналитику, так и технологу, геологу, физику, биологу и многим другим специалистам. Особое значение разделение смеси веществ приобрело в последние десятилетия в связи с проблемой получения сверхчистых веществ.    Разделение смеси не вызывает особых трудностей, если ее компоненты находятся в различных фазах. Оно существенно осложняется, если компоненты смеси образуют одну фазу. В этом случае приходится изменять агрегатное состояние отдельных компонентов (например, добиться их выпадения в осадок), либо применять химические или физические методы разделения. В основе последних лежат кинетические явления или фазовые равновесия.                                                                                                                       

Если в процессе разделения фазовые переходы повторять многократно, то можно получить высокую эффективность разделения. Так как фазовые переходы связаны с поверхностью раздела, подвижная и неподвижная фазы должны обладать большой поверхностью соприкосновения. Кроме того, вследствие наличия диффузионных процессов, снижающих эффективность разделения, обе фазы должны иметь относительно небольшую толщину взаимодействующего слоя.

В какой-то степени  эти требования выполняются в  методе разделения смеси веществ, получившем название хроматографического. Впервые хроматографическое разделение сложной смеси (хлорофилла) было осуществлено М. С. Цветом в 1903 г.

Если в качестве неподвижной фазы взять мелкоизмельченный  сорбент и наполнить им трубку (стеклянную или металлическую), а движение подвижной фазы (жидкости или газа) осуществлять за счет перепада давления на концах этой трубки, то последняя будет представлять собой хроматографическую колонку, называемую так по аналогии с ректификационной колонкой для дистилляционного разделения. Разделяемая смесь веществ вместе с потоком подвижной фазы поступает в хроматографическую колонку. При контакте с поверхностью неподвижной фазы каждый из компонентов разделяемой смеси распределяется между подвижной и неподвижной фазами в соответствии с его свойствами, например адсорбируемостью или растворимостью. Вследствие непрерывного движения подвижной фазы лишь часть распределяющегося компонента успевает вступить во взаимодействие с неподвижной фазой. Другая же его часть продвигается дальше в направлении потока и вступает во взаимодействие с другим участком поверхности неподвижной фазы. Поэтому распределение вещества между подвижной и неподвижной фазами происходит на небольшом слое неподвижной фазы только при достаточно медленном движении подвижной фазы. Поглощенные неподвижной фазой компоненты смеси не участвуют в перемещении подвижной фазы до тех пор, пока они не десорбируются и не будут снова перенесены в подвижную фазу. Поэтому каждому из них для прохождения всего слоя неподвижной фазы в колонке потребуется большее время, чем для молекул подвижной фазы. Если молекулы разных компонентов разделяемой смеси обладают различной степенью сродства к неподвижной фазе (различной адсорбируемостью или растворимостью), то время пребывания их в этой фазе, а следовательно, и средняя скорость передвижения по колонке различны. При достаточной длине колонки это различие может привести к полному разделению смеси на составляющие ее компоненты.

Применение  хроматографического метода не ограничивается лишь разделением и анализом смеси веществ. В последнее время хроматография широко используется и как метод, научного исследования, например, для исследования свойств сложных систем, в частности растворов.

Хроматография - процесс, основанный на перемещении дискретной зоны вещества вдоль слоя сорбента в потоке подвижной фазы и связанный с многократным повторением сорбционных и десорбционных актов. Хроматографический процесс осуществляется при сорбционном распределении вещества между двумя фазами, одна из которых перемещается относительно другой.

Состав смеси, покидающей хроматографическую колонку, непрерывно изменяется. В то время  как в таких процессах, как  экстракция или ректификация, можно  отбирать в течение всего процесса непрерывно одну и ту же фракцию, или одно и то же вещество, в хроматографическом процессе, за исключением специальных случаев, когда имеет место движение слоя сорбента, этого делать нельзя.

Термин «хроматография»  относится как к самому процессу, так и к научной дисциплине, его изучающей, использующей и разрабатывающей аппаратурное оформление.

Классификация методов хроматографии

Многообразие  вариантов хроматографического  метода, возникшее в связи с  широким его развитием, вызывает необходимость их классификации. К основным признакам классификации относятся:

1) агрегатное  состояние фаз;

2) природа элементарного  акта;

3) способ относительного  перемещения фаз;

4) способ аппаратурного  оформления процесса;

5) цель осуществления  процесса.

Классификация по агрегатному состоянию фаз  относится к хроматографии в целом.   

      

 

     

 Жидкостная хроматография

Жидкостная  хроматография – вид хроматографии, в которой подвижной фазой (элюентом) служит жидкость. Неподвижной фазой  может быть твердый сорбент, твердый  носитель с нанесенной на его поверхность жидкостью или гель. Различают колоночную жидкостную хроматографию, в которой через колонку, заполненную неподвижной фазой, пропускают порцию разделяемой смеси веществ в потоке элюента (под давлением или под действием силы тяжести), и тонкослойную жидкостную хроматографию, в которой элюент перемещается под действием капиллярных сил по плоскому слою сорбента, нанесенного на стеклянную пластинку или металлическую фольгу.

По механизму удерживания  разделяемых веществ неподвижной  фазой Жидкостная хроматография  делится на осадочную хроматографию, адсорбционную, распределительную, ионообменную хроматографию (в т. ч. ионную хроматографию), ион-парную, лигандообменную, эксклюзионную (ситовую) и аффинную хроматографию (биоспецифическую).

Осадочная жидкостная хроматография основана на различной растворимости осадков, образующихся при взаимодействии компонентов анализируемой смеси с реагентом-осадителем.

Адсорбционная жидкостная хроматография в зависимости от относительной полярности сорбента и элюента подразделяется на нормально-фазную и обращенно-фазную.

В распределительной жидкостной хроматографии разделение основано на распределении веществ между двумя жидкими фазами: неподвижной, нанесенной на поверхность носителя, и подвижной элюентом. К распределительной жидкостной хроматографии относится и экстракционная, в которой неподвижной фазой служит органический экстрагент, нанесенный на твердый носитель, а подвижной - водный раствор разделяемых соединений. 

В ионообменной жидкостной хроматографии разделение основано на различной способности разделяемых ионов к реакции ионного обмена с фиксированными ионами сорбента, образующимися в результате диссоциации ионогенных групп последнего.

Ион-парную жидкостную хроматографию можно рассматривать как комбинацию адсорбционной и ионообменной; в качестве неподвижной фазы используют гидрофобизир. адсорбент, а подвижной - водно-органический элюент с добавлением поверхностно-активных ионогенных соединений (ион-парных реагентов), напр. додецилсульфата Na или триметилцетиламмоний бромида.

Лигандообменная жидкостная хроматография основана на различной способности разделяемых соединений образовывать комплексы с катионами переходных металлов - Cu(II), Ni(II), Zn(II), Cd(II), Co(II) и др. - и фиксированными группами (лигандами) неподвижной фазы.

Аффинная жидкостная хроматография основана на образовании прочной связи со специфическими группами неподвижной фазы (лигандами, аффинантами).

В эксклюзионной жидкостной хроматографии разделение основано на различиях в размерах молекул; молекулы малых размеров проникают в сравнительно тонкие поры сорбента и задерживаются в них, крупные молекулы либо не проникают в поры, либо проникают лишь в широкие поры и проходят колонку с незначительным удерживанием.

С помощью жидкостной хроматографии  анализируют качество мономеров, изучают молекулярно-массовое распределение и распределение по типам функциональности. 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. Для изучения процессов метаболизма в живых организмах лекарственных препаратов; диагностики в медицине; анализа продуктов химии и нефтехимии синтеза, полупродуктов, красителей, топлив, смазок, нефтей, сточных вод; изучения изотерм сорбции из раствора, кинетики и селективности химичеких процессов. В химии высокомолекулярных соединений и в производстве полимероволигомеров и полимеров, что необходимо для контроля продукции. Жидкостную хроматографию используют также в парфюмерии, пищевой промышленности, для анализа загрязнений окружающей среды, в криминалистике.

                                                                                

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  Газовой хроматографией называется хроматографический метод, в котором в качестве подвижной фазы применяется газ или пар. В свою очередь газовая хроматография может быть разделена на газо-адсорбционную (газо-твердую) и газо-жидкостную. В первом случае неподвижной фазой служит твердое вещество — адсорбент, во втором — жидкость, распределенная тонким слоем по поверхности какого-либо твердого носителя (зерненого материала, стенок колонки).

Газоадсорбционная хроматография

Особенность метода газоадсорбционной хроматографии (ГАХ) в том, что в качестве неподвижной  фазы применяют адсорбенты с высокой удельной поверхностью (10—1000 м²г^-1), и распределение веществ между неподвижной и подвижной фазами определяется процессом адсорбции. Адсорбция молекул из газовой фазы, т.е. концентрированно их на поверхности раздела твердой и газообразной фаз, происходит за счет межмолекулярных взаимодействий (дисперсионных, ориентационных, индукционных), имеющих электростатическую природу. Возможно, образование водородной связи, причем вклад этого вида взаимодействия в удерживаемые объемы значительно уменьшается с ростом температуры. Комплексообразование для селективного разделения веществ в ГХ используют редко.                                                                                                         Для аналитической практики важно, чтобы при постоянной температуре количество адсорбированного вещества на поверхности С_s было пропорционально концентрации этого вещества в газовой фазе С_m:

C_s = кc_m,,                        

 т.е. чтобы распределение происходило в соответствии с линейной изотермой адсорбции (к — константа). В этом случае каждый компонент перемещается вдоль колонки с постоянной скоростью, не зависящей от его концентрации. Разделение веществ обусловлено различной скоростью их перемещения. Поэтому в ГАХ чрезвычайно важен выбор адсорбента, площадь и природа поверхности которого обусловливают селективность (разделение) при заданной температуре.                                                                                                  

С повышением температуры  уменьшаются теплота адсорбции DH/T, от которой зависит удерживание, и соответственно t_R . Это используют в практике анализа. Если разделяют соединения, сильно различающиеся по летучести при постоянной температуре, то низкокипящие вещества элюируются быстро, высококипящие имеют большее время удерживания, их пики на хроматограмме будут ниже и шире, анализ занимает много времени. Если же в процессе хроматографирования    повышать    температуру колонки с постоянной скоростью (программирование температуры), то близкие по ширине пики на хроматограмме будут располагаться равномерно.