Міністерство освіти і науки України

Львівський інститут економіки і туризму

Фізичні методи дослідження сировини та матеріалів

(Додаток до робочої навчальної програми)

Частина 6

Хроматографічний аналіз

Львів - 2011

Рекомендовано до друку

кафедрою природничо-математичних

дисциплін, протокол № 6 від 24. 03. 2011

Укладач: доц. Караван Юрій Володимирович

Фізичні методи дослідження сировини та матеріалів

(Додаток до робочої програми)

Частина 6. Хроматографічний аналіз

6.1. Класифікація методів хроматографічного аналізу

Хроматографія – метод розділення та аналізу суміші речовин. Вперше хроматографування здійснювалось за допомогою паперу, на якому краплина суміші, розділившись на складові частини (компоненти), утворила пляму (хроматограму) з різнозабарвленими зонами на різній відстані від її центра, звідки й пішла назва методу.

Хроматографічні методи ґрунтуються на сорбційних процесах. Сорбція – це поглинання речовини (сорбата) твердим або рідинним поглиначем (сорбентом). Розрізняють поглинання поверхневим шаром твердого тіла або рідини (адсорбцію) і поглинання всім об’ємом сорбента (абсорбцію). Різна здатність до поглинання певним сорбентом різних компонентів сорбата спричинює різну швидкість розповсюдження компонентів у поглинальній речовині і, як наслідок, розділення суміші.

Конструкційно розділення здійснюється в обмеженому об’ємі (дуже часто це циліндр або так звана колонка), заповненому пористою гранульованою твердою речовиною (нерухома фаза), через яку рухається (рухома фаза) носій (рідина або газ) з досліджуваною сумішшю. Нерухомою фазою може бути також плівка рідини на твердому тілі. На вхід (згори) вертикально розташованої колонки подається рухома фаза з сумішшю, а на виході (внизу) спостерігаємо послідовну появу різних компонентів суміші. Оскільки процес переміщення рухомої фази під дією сил тяжіння повільний, то для його прискорення створюють додаткові тиски (іноді до сотень атмосфер). На виході хроматографічної колонки компоненти детектують (визначають за допомогою детекторів різної природи, наприклад, спектральних приладів).

Існують хроматографічні методи, які класифікують за агрегатним станом рухомої фази: газова, рідинна і рідинно-газова хроматографія. Інший принцип класифікації – геометрія шару нерухомої фази: колонна, капілярна і плоскошарова хроматографія.

Класифікаційною ознакою може бути механізм розділення, тоді маємо адсорбційну, йонообмінну, розподільчу та осаджувальну хроматографії.

За способом введення проби хроматографію класифікують на фронтальну, витискувальну та проявну (елюентну).

Адсорбційна хроматографія ґрунтується на різній здатності компонентів суміші до адсорбції на тому чи іншому сорбенті і зумовлена особливостями будови та складу сорбатів.

Йонообмінна хроматографія ґрунтується на явищі обміну йонами, які є в хроматографічному розчині, та йонами, адсорбованими твердим сорбентом. Розділення пояснюють різною здатністю йонів розчину до обміну.

Розподільча хроматографія використовує відмінність коефіцієнтів розподілу хроматографічних речовин між рухомою і нерухомою фазами. Різниця коефіцієнтів викликає неоднакову швидкість руху компонентів суміші, внаслідок чого утворюються зони окремих компонентів.

Осаджувальна хроматографія ґрунтується на різному ступені розчинності компонентів суміші у певному розчинникові, що викликає просторове розміщення осадів, які утворюються в аналітичному розчині (вгорі колонки – осади меншої розчинності, внизу – найбільшої).

При неперервному введенні суміші у колонку у чистому вигляді виділяється тільки одна речовина, яка найслабше сорбується; решта вийде з колонки у вигляді суміші. Такий метод називають фронтальним.

У витискувальному методі після попереднього розділення з використанням одного розчинника додають інший, який взаємодіє з нерухомою фазою активніше, ніж компоненти суміші, і витискує їх. Вони виходять із колонки у порядку зростання своєї взаємодії з нерухомою фазою.

За елюентного режиму пробу вводять у потік рухомої фази (елюенту). Компоненти проби розділяються залежно від їхньої здатності сорбуватись. Зони розділені елюентом.

Апаратурно різні методи хроматографічного аналізу реалізують на основі хроматографічних вимірних комплексів, насамперед газових і рідинних хроматографів, оснащених засобами автоматизації та мікропроцесорної техніки, що дає змогу за лічені хвилини здійснювати десятки аналізів за заданою програмою. Хроматографія, крім кількісного та якісного аналізу об’єктів і розділення сумішей, дає змогу здійснювати контроль та автоматичне регулювання технологічних процесів і є одним із найпоширеніших методів аналізу та контролю стану довкілля.

Хроматографію використовують: для аналізу проб ґрунту (визначення нафтопродуктів, ароматичних вуглеводнів, пестицидів, хлорорганічних сполук), для аналізу проб води (визначення Na, K, ,Mg, Ca, Ni, Co, Cu, Cd, Hg, ,,F ^, Br ^, Cl ^, ,,,, органічних кислот, альдегідів, кетонів, спиртів, фенолів, амінів, ароматичних вуглеводнів, флерів, нафтопродуктів, хлорорганічних сполук, СПАР, пестицидів); для аналізу проб повітря (визначенняCО, CО₂, SО₂, Cl₂, CCl₄, альдегідів, кетонів, спиртів, ефірів, галогеноорганічних сполук, карбонових кислот, ароматичних сполук, аміно- та нітросполук, сірковмісних органічних сполук, пестицидів, Ве, Al, Cr, Cu, Co, Ni).