Шпаргалка по аналитической химии

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.

Гель хроматография - эксклюзионная хроматография, в которой неподвижной фазой служит гель.

Принят единый термин, который происходит от английского «Size Exclusion» – исключение по размеру – и в наиболее полной степени отражает механизм процесса.

Растворители, применяемые в эксклюзионной хроматографии, должны удовлетворять следующим основным требованиям:

1) полностью растворять образец  при температуре разделения;

2) смачивать поверхность сорбента  и не ухудшать эффективность  колонки;

3) предотвращать адсорбцию (и другие взаимодействия) разделяемых веществ с поверхностью сорбента;

4) обеспечивать максимально высокую  чувствительность детектирования;

5) иметь низкую вязкость и  токсичность.

 

54. Высокоэффективная жидкостная хроматография. Хроматограмма. Параметры удерживания.

Высокоэффективная жидкостная хроматография, или жидкостная хроматография высокого давления — один из эффективных методов разделения сложных смесей веществ, широко применяемый как в аналитической химии, так и в химической технологии. Основой хроматографического разделения является участие компонентов разделяемой смеси в сложной системе Ван-дер-Ваальсовых взаимодействий (преимущественно межмолекулярных) на границе раздела фаз. В качестве ПФ применяется поток жидкости, не смешивающейся с жидкой НФ хроматографической колонки. Таким образом, в ВЭЖХ обе контактирующие фазы - НФ и ПФ-жидкости. Разделение компонентов основано на различии их коэффициентов распределения между НФ и ПФ.

Варианты ВЭЖХ - микроколоночная хроматография на наполненных колонках малого диаметра и капиллярная хроматография на полых и наполненных сорбентом капиллярных колонках.

Температура хроматографической колонки может быть комнатной, что позволяет хроматографировать белки, аминокислоты и другие термически нестойкие соединения. Молярная масса разделяемых веществ может достигать -2000.

Обычно для разделения полярных веществ используют полярные же НФ и относительно малополярные ПФ. Неполярные вещества разделяют на неполярных же НФ - применением полярных ПФ.

ВЭЖХ очень широко применяется для идентификации, разделения и определения самых различных веществ: оптически активных соединений, белков, нуклеиновых и аминокислот, полисахаридов, красителей, взрывчатых веществ, биологических сред, лекарственных препаратов и т.д. Метод используют для проведения профильного хроматографического анализа медицинско-биологических объектов в случаях патологических отклонений от нормы - так называемый «метод распознавания образов».

При технологическом и фармакопейном контроле качества лекарственных субстанций и лекарственных форм ВЭЖХ стала одним из основных методов определения как самих фармакологически активных веществ, так и вспомогательных компонентов и посторонних примесей.

Хроматограмма- это зарегистрированная во времени последовательность показаний регистратора. Каждому разделенному компоненту смеси соответствует свой пик на хроматограмме.

Общий вид хромотограммы:

 Базовая линия соответствует  тому промежутку времени, в течение  которого детектор регистрирует  сигнал только от подвижной  фазы.

Пик- кривая, в идеале приближающаяся к кривой гауссова распределения, описывает постепенное нарастание концентрации на выходе из колонки и последующем ее уменьшении.

Ширина пика сегмент основания пика, который отсекается двумя касательными в точках перегиба пика.

Параметры удерживания.

Время удерживания - качественная характеристика каждого компонента; измеряется от момента ввода пробы до момента выхода максимума (вершины) пика. Оно зависит от природы хроматографируемого вещества и газа-носителя, скорости прохождения ПФ через хроматографическую колонку, от природы и массы НФ, температуры, длины колонки. Чем выше коэффициент распределения хроматографируемого вещества, тем больше и его время удерживания.

Время выхода то несорбируемого компонента (например, растворителя) определяется соотношением τ=L/v, где L - длина хроматографической колонки, V - линейная скорость движения потока газа-носителя.

Исправленное время удерживания τ1/ τ2/ соответственно компонентов 1 и 2, равное

- это время, в течение которого  данный компонент находится в  НФ. Исправленное время удерживания  пропорционально коэффициенту распределения  данного компонента разделяемой  смеси.

Относительное время удерживания τr' и относительное исправленное время удерживания τr определяется формулами

где τ - время удерживания данного вещества, τs - время удерживания стандартного вещества (стандарта). τ0 - время выхода несорбируемого компонента при хроматографировании веществ в одних и тех же условиях. Относительное время удерживания меньше зависит от внешних условий, чем время удерживания.

Расстояние удерживания l, пропорциональное времени удерживания, т.е. расстояние (например, в мм) на хроматограмме от точки, соответствующей моменту ввода пробы, до абсциссы, отвечающей положению максимума (вершины) пика.

Объем удерживания (удерживаемый объем), равный объему ПФ, который выносит из колонки все данное вещество. V = τv (время удерживания*скорость движения ПФ)/

Коэффициент удерживания (замедления)  R = w/v (скорость перемещения данного компонента вдоль хроматографической колонки/ скорость движения ПФ).

Коэффициент емкости: k = (τ- τ0)/ τ0/  Чем больше k, тем большее время находится в НФ данный компонент.

 

55.Ионообменная хроматография.

Метод ионообменной хроматографии основан на использовании явления ионного обмена между неподвижной твердой фазой - ионообменником (сорбентом) и подвижной жидкой фазой - раствором, содержащим ионы, обмениваемые с ионами сорбента.

В ионообменной хроматографии ионный обмен проводят в хроматографических колонках, представляющих собой стеклянные трубки с краном в нижней части (иногда - это обычные стеклянные бюретки). Колонки заполняют заранее приготовленным ионитом в той или иной форме и заливают дистиллированной водой (или раствором) так, чтобы верхний уровень жидкости всегда находился на 1-1,5 см выше уровня ионита. В нижнюю часть колонки перед ее заполнением ионитом помещают стеклянную вату.

Для подготовки исходного катионита в Н-форме определенное количество катионита (5-10 г с размером частиц 0,2-0,5 мм) вносят в сосуд (стакан), промывают несколько раз дистиллированной водой, затем - раствором разбавленной хлороводородной кислоты НСl и оставляют смесь катионита и раствора НСl на несколько часов (около 12), периодически встряхивая ее. При этом все катионы ионогенных групп катионита замещаются на ионы водорода Н+. После этого катионит промывают дистиллированной водой до отрицательной реакции на хлорид-ионы (при прибавлении к промывной жидкости одной-двух капель раствора AgN03 не должно наблюдаться помутнение раствора). При выдерживании с раствором НСl катионит несколько набухает. Таким образом получают готовый к употреблению катионит в Н-форме, которым и заполняют колонку, следя за тем, чтобы смола находилась под слоем жидкости.

Для подготовки исходного анионита в основной форме его помещают в сосуд, промывают несколько раз дистиллированной водой, заливают 5%-ным водным раствором карбоната натрия Na2C03 или 2%-ным водным раствором NaOH и оставляют примерно на 2 часа (в условиях, исключающих поглощение углекислого газа из воздуха), периодически встряхивая смесь. Если взятый первоначально анионит находился в солевой Cl-форме, то после его выдерживания с раствором карбоната натрия или щелочи проверяют раствор на присутствие хлорид-ионов. При необходимости операцию выдерживания с раствором соды или щелочи проводят повторно до отрицательной реакции на хлорид-ионы. После этого раствор сливают, анионит промывают (при встряхивании) несколько раз дистиллированной водой. Таким способом получают готовый для работы (несколько набухший) анионит, которым и заполняют колонку (анионит должен находиться под слоем жидкости).

В слое ионита не должны находиться пузырьки воздуха.

Наполненную ионитом колонку промывают дистиллированной водой до нейтральной реакции вытекающей жидкости - элюата.

В колоночной ионообменной хроматографии применяют методы элюентной (проявительной) и вытеснительной хроматографии. Разделение ионов осуществляется вследствие их неодинакового сродства к сорбенту, различий констант ионного обмена, коэффициентов распределения и связанной с этим разности скоростей перемещения зон, содержащих соответствующие ионы, при их элюировании подвижной фазой.

Глубина и скорость ионообменного разделения ионов зависят от природы самих ионов, сорбента, подвижной фазы, температуры, размеров колонки, физического состояния ионита (размер зерен, предварительная подготовка, степень набухаемости), скорости перемещения подвижной фазы и т.д.

Ионообменная хроматография используется для разделения электролитов, их очистки от примесей, извлечения и концентрирования, количественного определения, получения кислот, оснований, солей, для выделения редкоземельных металлов, для очистки сахара, при анализе многих лекарственных препаратов - таких, как атропина сульфат, мезатон, папаверина гидрохлорид, сальсолина гидрохлорид, скополамина гидробромид,-тифен, фенадон, хинина гидрохлорид, эфедрина гидрохлорид и др.

 

 

№ 56 Адсорбционная хроматография. Тонкослойная хроматография.

Адсорбционная хроматография – метод разделения, анализа и физико-химического исследования веществ, основанный на различии сорбируемости разделяемых веществ адсорбентом – твердым телом с развитой поверхностью. В качестве адсорбента может быть использован оксид алюминия или силикагель, имеющие на поверхности активные полярные центры, элюент – неполярная жидкость. Механизм сорбции состоит в специфическом взаимодействии между полярной поверхностью сорбента и полярными участками молекул анализируемого компонента.

К адсорбционной хроматографии относятся адсорбционно-жидкостная и газовая.

На поверхности сорбента находится силовое поле, которое способно притягивать молекулы посторонних веществ, причем образуется мономолекулярный слой адсорбированных молекул. Между поверхностью адсорбента и средой устанавливается подвижное адсорбционное равновесие, определяемое равенством скоростей адсорбции и десорбции молекул.

Образующееся в колонке адсорбента зональное распределение веществ выражает относительное их положение в адсорбционном ряду.

Изотерма адсорбции. Каждой концентрации адсорбируемого вещества отвечает определенное адсорбционное равновесие при соответствующей температуре. Зависимость количества адсорбированного вещества от его концентрации в растворе при постоянной температуре выражается изотермой адсорбции. На практике встречаются 3 типа изотерм адсорбции: выпуклая, вогнутая и линейная (рис. 1).

Распределение вещества в колонке в зависимости от вида изотермы адсорбции при промывании колонки чистым растворителем: а, б, в - изотермы адсорбции; 1, 2, 3 - кривые распределения вещества в колонке; М - количество введенного в колонку хроматографируемого вещества; - длина колонки; С - концентрация вещества в растворе, г; S - количество адсорбированного вещества, г.

Таким образом, вид изотермы адсорбции дает представление о характере распределения вещества в колонке и основание для выбора условий хроматографического разделения сложных смесей.

Изотермы адсорбции Ленгмюра по своему виду аналогичны адсорбционным изотермам газов и жидкостей на твердых поверхностях.

Однако надо учитывать, что при поглощении молекул из жидких сред процесс адсорбции усложняется влиянием свойств растворителя, который, удерживаясь на поверхности адсорбента, уменьшает адсорбируемость растворенного вещества и искажает тип изотерм. Поэтому в таких случаях для проведения хроматографического процесса следует подбирать растворитель с наименьшей сорбционной способностью по отношению к применяемому адсорбенту.

Процесс последовательного извлечения веществ из колонки может быть изображен графически. Полученная при этом кривая носит название выходной кривой.

При проведении фронтального анализа растворов, содержащих большое количество растворенных компонентов, на выходной кривой возникает соответствующее количество ступеней (рис. 3). Первая ступень соответствует наименее адсорбирующемуся веществу, вторая - смеси двух компонентов, третья - трех компонентов, и последняя ступень соответствует всем компонентам, входящим в состав исходного раствора.

Рис 2. Изотерма адсорбции.

Рис. 3. Выходная кривая фронтального анализа: С - концентрация; V - объем раствора, вытекающего из колонки.

Рис. 4. Выходная кривая вытеснительного анализа: С-концентрация; t - время, мин (объем, ).

На выходной кривой в вытеснительном методе анализа образуются пики, по величине которых можно определить содержание отдельных веществ (рис. 4). В случае неполного разделения пики кривой частично налагаются один на другой. Величины площадей пиков отвечают относительным содержаниям компонентов в смеси.

В качестве адсорбентов в адсорбционно-жидкостной хроматографии применяют органические и неорганические вещества: сахарозу, инулин, молочный сахар, целлюлозу, крахмал, активированную окись алюминия, карбонат кальция, силикагель, окиси металлов, активированный уголь, некоторые природные минералы и другие.