В формулах использованы русские и английские буквы
9. Хроматографический анализ
Хроматография
– это
физико-химический метод разделения и
анализа состава веществ, основанный на
распределении компонентов между двумя
фазами – неподвижной и подвижной
(сорбентом и носителем).
Впервые хроматография, как метод анализа
состава, была описана в 1903 г. русским
ученым М. С. Цветом, который опубликовал
работу «О новой категории адсорбционных
явлений и о применении их к биохимическому
анализу». В настоящее время хроматография
– это один из наиболее востребованных
и бурно развивающихся инструментальных
способов разделения и анализа веществ,
имеющий множество модификаций. Этим
методом можно определять и разделять
газообразные, жидкие и твердые вещества
с молекулярной массой от единиц до
.
Объектами хроматографирования являются
изотопы водорода, ионы металлов,
синтетические полимеры и белки и т.д.
Достоинствами хроматографии является
ее универсальность, экспрессность,
высокая чувствительность, что определяет
ее применение в мониторинге окружающей
среды, медицине и биохимии, криминалистике
и производстве, нефтехимии.
Сущность хроматографии заключается в том, что компоненты анализируемой смеси вместе с подвижной фазой передвигаются вдоль стационарной (неподвижной) фазы, помещенной в стеклянную или металлическую колонку, либо нанесенной на поверхность специальной подложки. В зависимости от силы взаимодействия с поверхностью сорбента, компоненты смеси будут перемещаться вдоль неподвижной фазы с различной скоростью. Это приводит к их разделению внутри слоя сорбента и последовательному вымыванию из него.
Для описания процессов, протекающих в системе сорбент – сорбат используют следующие термины.
Абсорбат – вещества, поглощающиеся в объеме абсорбента.
Абсорбент – сорбент, в котором протекает абсорбция по всему объему, обычно это вязкие нелетучие жидкости, например силиконовые масла.
Адсорбат – вещество или группа веществ, которые поглощаются поверхностью сорбента.
Адсорбент – твердое вещество, поверхность которого имеет поры или активные центры, благодаря чему способно поглощать другие вещества.
Десорбция – процесс, обратный сорбции. Он может протекать как на поверхности, так и в объеме сорбента.
Ионнообменник или ионит – это твердая фаза, которая способна вступать в реакцию обмена ионами с анализируемым раствором.
Колонка – это стеклянная или металлическая трубка, заполненная сорбентом, сквозь которую пропускают анализируемый раствор или газ. Основной материал колонок – плавленый кварц с очень низким содержанием оксидов металлов.
Неподвижная или стационарная фаза, называемая сорбентом, представляет собой твердое, специально обработанное вещество, или пленку жидкости, нанесенную на твердую основу, на которых происходит разделение смеси веществ.
Подвижная фаза (или носитель) представляет собой жидкость или газ, протекающий через неподвижную фазу. В качестве носителя нередко используют очищенные и осушенные инертные газы: азот, аргон, гелий, а также водные и неводные растворители.
Сорбция (от лат. sorbeo – поглощаю) – процесс поглощения сорбентом (твердым или жидким) газообразного или растворенного вещества (сорбата), который может протекать как на поверхности сорбента, так и в его объеме (рисунок 9.1). Сорбцию подразделяют на поверхностную или адсорбцию и объемную или абсорбцию.
Эксклюзионный предел – это такой размер молекул, выше которого не наблюдается их удерживания на данном геле. Эксклюзионный предел указывается как относительная молекулярная масса
.
а) б)
Рисунок 9.1. Схема процессов адсорбции (а) и абсорбции (б)
на поверхности сорбента.
В зависимости от энергии адсорбции и силы связи с поверхностью различают физическую и химическую адсорбцию. В основе процесса физической адсорбции лежат межмолекулярные или ван-дер-ваальсовы силы. Такая адсорбция всегда обратима, так как энергия связи адсорбата с поверхностью адсорбента невелика и составляет порядка 1 – 10 ккал/моль.
При химической адсорбции (хемосорбции) поглощение вещества сорбентом происходит с образованием химической связи, энергия разрыва которой может существенно изменяться от 10 до 100 ккал/моль. Хемосорбция частично или полностью необратима. Следует отметить, что провести резкую границу между обоими видами адсорбции невозможно.