Одним из самых популярных методов по анализу соединений в веществе и их разделению является хроматография. Основан данный метод на распределении компонентов между двумя фазами – подвижной и стационарной (неподвижной). Первая выступает в формегаза или жидкости, вторая – в виде твердого материала или в жидкости на носителе неактивного типа.
Принцип действия хроматографа и его преимущества
Первичная субстанция поддается растворению в носителе, который может быть в газовой форме или жидким. Далее она доставляется на твердый материал (сорбент) или на жидкую пленку сорбента. Носитель с пробой перемещается по стационарной (неподвижной) фазе и взаимодействует с ней с разной скоростью. В результате разных процессов компоненты смеси будут по-разному удерживаться сорбентом и попадать в детектор хроматографа через разные промежутки времени.
Характеристика детекторов
В состав системы детектора, кроме него самого, входит усилитель сигнала. Основной целью данного компонента является регистрация компонентов, выходящих из колонки, и дальнейшая переработка их в сигнал электрического типа, поступающий на цифровуюаппаратуру. С помощью детекторной системы определяется количественный икачественный состав пробы.
Детектор должен быть:
- чувствительный – для решения поставленных задач в лаборатории;
- слабо инерционный;
- простой в использовании;
- устойчивый к воздействиям параметров внешних условий;
Выбор детектора всегда зависит от определяемых компонентов в каждой аналитической задаче.
Жидкостный прибор
Как подвижную фазу тут применяют носитель в жидком состоянии. Он предназначен для передвижения пробы, а также для корректировки баланса. При этом выбор типа жидкости влияет на итоговые показатели опытов. С помощью высокоэффективных жидкостных устройств выполняется детектирование нелетучих смесей, которые невозможно перевести в форму для использования в газовых хроматографах.
Цели, для которых может использоваться хроматограф:
- определение загрязнения почвенных покровов и вод в грунтах (так как концентрация смесей может быть совсем небольшой, такое устройство поможет точно выявить все необходимые показатели);
- для контроля за качеством в продуктах питания;
- для криминалистических анализов;
- в биохимических и медицинских исследованиях.
4 разных типа хроматографии
Существует несколько видов хроматографии, каждый из которых имеет свой вид подвижной и стационарной фазы.
Хотя основной принцип остается тем же самым, способ взаимодействия различных компонентов с подвижной фазой и стационарной фазой может варьироваться в зависимости от используемого хроматографического метода.
1. Бумажная хроматография
Бумажная хроматография является наиболее распространенным и простым аналитическим методом для разделения и обнаружения цветных компонентов, таких как пигменты. Хотя он был заменен тонкослойным хроматографическим процессом, он все еще является мощным учебным пособием.
Этот метод включает в себя размещение пятна образца смеси (например, чернил) вблизи края фильтровальной бумаги, а затем подвешивание бумаги вертикально, при этом ее край погружают в растворитель (такой как вода или спирт). Бумага повешена таким образом, что пятно чернил никогда не касается растворителя и остается немного над ним.
Через некоторое время растворитель (подвижная фаза) начинает постепенно продвигаться вверх по бумаге (неподвижная фаза) посредством капиллярного воздействия. Поскольку растворитель движется вверх, он принимает красители, присутствующие в чернилах, вместе с ним.
Когда он поднимается, мы видим разные цвета на фильтровальной бумаге. Эти цвета представляют различные красители, присутствующие в чернилах. Поскольку разные красители имеют разные уровни растворимости и движутся с разной скоростью, когда растворитель поднимается, мы видим полосы разного цвета на разной высоте.
Вот как бумажная хроматография используется для разделения разных цветов чернил. В некоторых случаях смеси не содержат цветных компонентов, поэтому химики добавляют другие вещества для идентификации.
2. Тонкослойная хроматография
Тонкослойная хроматография очень похожа на бумажную хроматографию. Основное отличие состоит в том, что вместо куска бумаги у нас есть предметное стекло, покрытое слоем силикагеля.
В этом методе предметное стекло (неподвижная фаза) удаляется из резервуара для растворителя, когда растворитель (подвижная фаза) достигает другого края стекла. Различные соединения в смеси перемещаются вверх по предметному стеклу с различной скоростью, оставляя пятна в разных местах на неподвижной фазе.
Эти отделенные пятна затем визуализируются ультрафиолетовым светом. В некоторых случаях для визуализации пятен используются химические процессы: например, серная кислота обугливает большинство органических компонентов, оставляя темное пятно на предметном стекле.
Это простая и быстрая техника для разделения смесей органических соединений. Он часто используется для определения пигментов внутри растения, анализа состава красителей в волокнах и выявления инсектицидов или пестицидов в пищевых продуктах.
По сравнению с бумажной хроматографией методы тонкослойной хроматографии работают быстрее и приводят к лучшему разделению.
3. Газовая хроматография
Газовая хроматография используется для разделения смесей летучих органических соединений. Прибор, выполняющий этот процесс, - газовый хроматограф - состоит из порта впрыска, колонки с неподвижной фазой, детектора и системы регистрации данных.
Смесь образцов (в газообразной форме) вводится через инъекционное отверстие. Обычно количество пробы газа слишком мало, порядка микролитров. Поэтому газ-носитель используется для создания большего давления и проталкивания образца через колонку.
Поскольку мы не хотим, чтобы газ-носитель (подвижная фаза) реагировал с образцом, это должен быть инертный газ, такой как гелий, или нереакционноспособный газ, такой как азот. Колонна (металлическая или стеклянная трубка) состоит из микроскопического слоя жидкости или полимера (стационарная фаза) на инертной твердой подложке.
Различные компоненты в смеси имеют разные температуры кипения, поэтому они по-разному взаимодействуют со стенками колонны при повышении температуры. Это приводит к тому, что каждый компонент элюируется в разное время, также называемое временем удержания компонента.
Сравнивая времена удерживания, химики могут анализировать отдельные газообразные соединения в смеси.
4. Жидкостная хроматография
Жидкостная хроматография - это аналитический метод, используемый для разделения молекул или ионов, растворенных в растворителе. Его часто называют жидкостной хроматографией высокого давления, в которой используется ряд химических взаимодействий между хроматографической колонкой и анализируемым веществом.
В этом методе жидкий растворитель под давлением (подвижная фаза) используется для пропускания смеси образцов через колонку, которая содержит твердый абсорбирующий материал. Колонна обычно представляет собой трубчатую структуру, заполненную крошечными частицами с определенным химическим составом поверхности.
Поскольку каждое соединение в смеси по-разному реагирует с абсорбирующим материалом (из-за различий в размерах, адсорбции и ионного обмена), они движутся в колонне с разными скоростями.
Эти различные скорости потока помогают химикам разделять компоненты смеси по мере их вытекания из колонки.
Выбор добавок и растворителей зависит от свойств стационарной фазы и анализируемого вещества. Химики проводят серию тестов и обрабатывают нескольк общих опытов с веществом, чтобы найти оптимальный метод жидкостной хроматографии для смеси - метод, который может обеспечить идеальное разделение пиков.
| метод | Мобильная фаза | Стационарная фаза | краткое |
| Бумажная хроматография | жидкость | Твердый (целлюлоза) | Отдельные компоненты размещены непосредственно на фильтровальной бумаге |
| Тонкослойная хроматография | жидкость | Твердое вещество (оксид алюминия или диоксид кремния) | Отдельные компоненты нанесены на стекло, покрытое тонким слоем кремнезема |
| Газовая хроматография | Инертный газ | Твердая или Жидкая поддержка | Компоненты с наименьшей температурой кипения выходят из колонки первыми, а компоненты с наивысшей температурой кипения - последними. |
| Жидкостная хроматография | жидкость | Твердое вещество (оксид алюминия или диоксид кремния) | Образец пропускают через колонку путем прокачки растворителя под высоким давлением через длинную трубку. |
Применение
- Криминалистика: анализ образцов, полученных с мест преступления
- Мониторинг загрязнения: для обнаружения небольших концентраций неизвестных загрязнителей в воздухе и воде.
- Медицинская сфера: в процессе производства биологических и фармацевтических продуктов.
- Пищевая промышленность: обнаружение порчи в пищевых продуктах, определение качества питания, а также изучение вкусов и добавок.
- Юридические действия: определить наличие алкоголя в крови и кокаина в моче.
- Измерение радиоактивности: для характеристики радиоактивно меченных соединений и определения радиохимической чистоты.
Оставить комментарий: