Современные методики и оборудование плоскостной хроматографии

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ПЕНЗЕНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ» 
(ПГТА)

 

Кафедра «Биотехнологии и техносферная безопасность»

 

Дисциплина «Аналитическая химия»

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

на тему: Современные методики и оборудование плоскостной хроматографии

 

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

 

 

ПГТА 3.280202.65.22 ПЗ

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент группы 10ЭК ШпедерМ.С__

Руководитель:__к.б.н., доц. Кузьмин А.А.______

Работа защищена с оценкой:__________________

 

 

 

 

 

 

 

Пенза 2012

 

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ 3

1.Сущность методов хроматографии 5

2. Тонкослойная хроматография 10

2.1 Общее описание 10

2.2 ТСХ-пластинки и сорбенты 11

2.3 Нанесение образца 12

2.4 Проявление хроматограммы 12

2.5 Просмотр хроматограммы 13

2.6 Использование ТСХ в качественном анализе 14

2.7 Выбор проявляющего растворителя (подвижной фазы) 14

2.8 Препаративная тонкослойная хроматография 16

3. Хроматография на бумаге. 18

3.1 ”Бумажная”  хроматография 18

3.2 Двумерная хроматография на бумаге 18

3.3 Методы проявления хроматограмм 19

3.4 Приготовление подвижной фазы 21

3.5 Нанесение вещества 21

3.6 Проявление 21

3.7 Обработка хроматограммы 21

4.Область применения  и оборудования…….……………………………….22

Библиографический список 26

 

Введение

Метод плоскостной хроматографии в настоящее время широко используется в различных областях науки и техники. Плоскостная хроматография включает в себя тонкослойную и бумажную хроматографию.

 Рассмотрим для начала методы  и особенности тонкослойной хроматографии, а затем перейдём к бумажной  хроматографии и проведём сравнительный анализ этих двух методов.

Метод тонкослойной хроматографии (ТСХ) нашёл широкое применение и получил развитие вследствие ряда его преимуществ: быстрота выполнения анализа, относительная простота метода, экономичность и универсальность. Метод используют для разделения и анализа микроколичеств веществ разнообразного происхождения, определения примесей с органических соединениях, качественной и количественной оценки примесей в продуктах пищевой и химической промышленности.

Возникнув первоначально как качественный метод, хроматография в тонких слоях начинает с успехом использоваться для полуколичественного и количественного определения и анализа органических соединений.

Тонкослойная хроматография или, как её часто называют, метод хроматографии в тонком слое адсорбента к настоящему времени получила всеобщее признание. Тонкослойную хроматографию с успехом применяют в различных областях органической, аналитической и биологической химии для анализа примесей в различных технических смесях и материалах, в фармацевтической и нефтеперерабатывающей промышленности, технологии пластических масс, сельском хозяйстве.

Метод тонкослойной хроматографии был предложен в 1938 г. Н. А. Измайловым и М. С. Шрайбер для разделения и анализа в тонком слое окиси алюминия некоторых алкалоидов из экстракта лекарственных растений. Потребовалось, однако, ещё более двадцати лет, прежде чем этот метод получил всеобщее признание. С выходом в свет работы Шталя начинается новый этап в развитии хроматографии в тонких слоях. Тонкослойная хроматография становится одним из основных методов органической химии для анализа самых разнообразных органических соединений.

Хроматография на бумаге оказалась исключительно ценным способом исследования весьма малых количеств многих органических веществ, особенно в области биологической химии. Применение этого способа для разделения аминокислот, содержащихся в продуктах гидролиза белков, для изучения состава различных природных веществ и т. п. дало такие результаты, которые невозможно было получить каким-либо иным путём. 

 

1. Сущность методов хроматографии

Хроматография - это способ разделения веществ, основанный на перемещении дискретной зоны вещества в потоке подвижной фазы вдоль слоя неподвижного сорбента и связанный с многократным повторением сорбционных и десорбционных процессов.

В простейшем виде хроматографическое разделение смеси осуществляется при прохождении потока жидкости или газа (под- вижной фазы ), содержащего анализируемые вещества, через колонку, заполненную сорбентом ( неподвижной фазой ). Если молекулы разных компонентов разделяемой смеси обладают различной адсорбируемостью или растворимостью, то время их пребывания в неподвижной 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. Причем слабо сорбируемые вещества выходят из колонки в первую очередь. Наиболее сильно сорбируемый компонент выходит из колонки последним.

Возникновение хроматографии как научного метода связано с именем русского ученого-ботаника М.С.Цвета, который впервые применил явление адсорбции для анализа зеленой части хлорофилловых пигментов листьев. В 1903 г. М.С.Цвет опубликовал статью, в которой сформулировал принцип нового метода и на-глядно показал возможность отделения зеленой части хлорофилловых пигментов от желтой и оранжевой с помощью углекислого кальция ( адсорбента ). Однако метод хроматографии не использовался вплоть до 1930 года, когда немецкие биохимики Кун, Ледерер, Винтерштейн повторили опыты Цвета и успешно разделили каротин на отдельные изомеры, предсказанные Цветом. С этого времени хроматография стала развиваться в самых разнообразных направлениях.

Первые публикации, посвященные применению метода Цвета в неорганическом анализе , относятся к 1937 году и принадлежат Швабу и его сотрудникам. В этих работах приведена методика качественного анализа смесей некоторых катионов и анионов на стеклянной колонке с оксидом алюминия. С 1938 г. широкое распространение получил метод тонкослойной хроматографии, разработанный Н.А.Измайловым и М.C.Шрайбером.

Значительные успехи в разделении и анализе неорганических веществ были достигнуты в 50-х годах, когда в практику хроматографии были введены в качестве адсорбентов ионообменные смолы, что способствовало развитию ионообменной хроматографии. В 1941 году английские ученые Мартин и Синдж предложили метод распределительной хроматографии в жидкостно-жидкостном варианте.

В 1948 г. русские ученые Е.H. Гапон и Т.Б. Гапон предложили осадочную хроматографию, основанную на различной растворимости осадков в подвижной фазе. Первая работа по газовой хро-матографии в России была выполнена Н.М. Туркельтаубом в 1949г. В 1952 году Джеймс и Мартин применили газо-жидкостную хроматографию к анализу жирных кислот. Дальнейшему развитию газовой хроматографии способствовали работы русских ученых А.A. Жуховицкого, М.C. Вигдергауза, A.B. Киселева, Д.A. Вяхирева, А.В. Березкина и других.

В настоящее время существует большое разнообразие вари-антов хроматографического метода разделения веществ.

Простота, эффективность и универсальность методов хроматографии дали возможность широко использовать ее в различных областях науки, промышленности и техники.

C помощью хроматографии возможно:

- разделение сложных смесей органических и неорганических веществ на отдельные компоненты ;  
- разделение и выделение растительных и животных пигментов, изотопов, редкоземельных элементов и других веществ; 
- очистка веществ от примесей; 
- концентрирование веществ из сильно разбавленных растворов; 
- определение молекулярной структуры некоторых соединений путем установления связи между сорбируемостью и строением данного вещества ; 
- качественный и количественный анализ исследуемых веществ.

В различных вариантах хроматографии без газа-носителя также предусмотрено непрерывное движение анализируемой смеси вдоль сорбционного слоя. В случае вакантохроматографии в колонку периодически вводят небольшие порции практически несорбирующегося газа, что вызывает движение по колонке «вакансий» — зон, в которых отсутствуют по одному из компонентов анализируемой смеси. При этом скорость «вакансии» соответствует скорости отсутствующего в этой зоне вещества.

При хромадистилляции роль неподвижной фазы играют компоненты разделяемой смеси, которую (в виде жидкости) наносят на твердый носитель. В потоке газа-носителя создаются условия для многократного испарения и конденсации, что обеспечивает разделение компонентов.

В зависимости от природы исследуемых объектов можно рассматривать молекулярную хроматографию, ионообменную (ионную) хроматографию и хроматографию надмолекулярных структур.

В зависимости от природы процесса, обусловливающего распределение сорбатов между подвижной и неподвижной фазами, различают адсорбционную, распределительную, ионообменную,, осадочную, аффинную и эксклюзионную хроматографию.

 В адсорбционной хроматографии  элементарным актом является  адсорбция и разделение основано на различии в адсорбируемости компонентов смеси на данном адсорбенте.

В распределительной хроматографии элементарным актом: является растворение; разделение основано на различии в растворимости сорбатов в подвижной и неподвижной фазах или на различии в стабильности образующихся комплексов.

В ионообменной хроматографии разделение основано на различии констант ионообменного равновесия.

В осадочной хроматографии разделение основано на различной растворимости осадков в подвижной фазе.

Аффинная хроматография основана на биоспецифическом взаимодействии компонентов с аффинным лигандом.

В эксклюзионной хроматографии разделение основано на различии в проницаемости молекул разделяемых веществ в неподвижную (в случае гель-хроматографии неподвижной фазой служит гель) и обусловлено размерами этих молекул. Компоненты элюируются в порядке уменьшения их молекулярной массы.

В зависимости от агрегатного состояния подвижной и неподвижной фаз "различают варианты газовой и жидкостной хроматографии.

Газовой хроматографией называют хроматографический процесс, в котором подвижной фазой является газ (или пар). Варианты газовой хроматографии — газо-адсорбционная и газожидкостная хроматография, а также промежуточные методы.

В газо-адсорбционной (точнее — газо-твердофазной) хроматографии неподвижной фазой служит твердый адсорбент, а подвижной— газ.

В газожидкостной хроматографии неподвижной фазой служит жидкость, нанесенная на инертный носитель, а подвижной — газ.

К промежуточным методам относится хроматография на модифицированном сорбенте (газо-жидко-твердофазная), основанная на том, что неподвижной фазой служит твердый адсорбент, модифицированный небольшим количеством жидкости. В этом случае играют роль как адсорбция на поверхности" газ — твердое тело (и в определенной степени — на поверхности жидкость — твердое тело), так и растворимость в жидкости. Существуют и другие промежуточные варианты.

Жидкостной хроматографией называют хроматографический процесс, в котором подвижной фазой является жидкость. В жидкостно-жидкостной хроматографии и подвижной, и неподвижной фазами служат жидкости. В жидкостно-адсорбционной хроматографии неподвижной фазой служит твердый адсорбент, а подвижной — жидкость. В жидкостной хроматографии также имеются промежуточные варианты. Следует указать на некоторую условность термина «неподвижная фаза», поскольку адсорбент или абсорбирующая жидкость не всегда остаются неподвижными. Они могут перемещаться в том же направлении, что и подвижная фаза (но с другой скоростью), или в противоположном. Более того, можно говорить о распределении вещества между двумя областями одной фазы, движущимися с различными скоростями (гидродинамическая хроматография, являющаяся методом разделения коллоидных частиц).

Промежуточным между газовой и жидкостной хроматографией является вариант, когда подвижной фазой служит сжатый газ. Если подвижной фазой служит сверхкритический флюид, то этот вариант называется флюидной хроматографией.

2. Тонкослойная хроматография

Тонкослойная хроматография (ТСХ) – один из наиболее широко используемых хроматографических методов – имеет огромное значение для быстрого качественного анализа смесей, контроля реакций и определения рабочих параметров, которые следует использовать в препаративной колоночной хроматографии.

2.1 Общее описание

Разделение производят на плоской пластинке, покрытой тонким слоем сорбента – силикагелем или оксидом алюминия (рис. 1,а).

Рис.1 Тонкослойная хроматография.

Разделяемую смесь, растворенную в соответствующем растворителе, наносят в виде капель на пластинку (рис 1, б) и после испарения растворителя помещают пластинку в проявительную камеру (рис 1, в), в которую налито немного растворителя. Растворитель поднимается по слою сорбента под действием капиллярных сил. При этом различные соединения, находящиеся в смеси, поднимаются с разными скоростями в зависимости от их сродства к сорбенту. По достижении растворителем верхнего слоя сорбента соединения в идеальном случае должны полностью разделиться (рис. 1, г). Процесс разделения – это одна из форм жидкостно-адсорбционнй хроматографии.

2.2 ТСХ-пластинки и сорбенты

Пластинки для ТСХ состоят из подложки обычно стекла, а иногда пластмассы или толстой алюминиевой фольги, на которую нанесен тонкий слой сорбента толщиной примерно 0,25 мм (рис. 1, а). Сорбентом обычно служит либо силикагель, либо оксид алюминия с размером частиц до 10 – 30 мкм, к которым добавлено связующее ( до 10% гипса или крахмала), обеспечивающее прочность слоя. Пластинки бывают двух основных типов: многоразового использования и одноразовые.