Хроматограмі а фія (від грец. Chroma, родовий відмінок chromatos - колір, фарба і ... графія ), Фізико-хімічний метод розділення і аналізу сумішей, заснований на розподілі їх компонентів між двома фазами - нерухомою і рухомою (елюент), що протікає через нерухому.
Історична довідка. Метод розроблений в 1903 М. кольором , Який показав, що при пропущенні суміші рослинних пігментів через шар безбарвного сорбенту індивідуальні речовини розташовуються у вигляді окремих забарвлених зон. Отриманий таким чином пошарово забарвлений стовпчик сорбенту Колір назвав хроматограммой, а метод - Х. Згодом термін «хроматограмма» стали відносити до різних способів фіксації результатів багатьох видів Х. Однак аж до 40-х рр. Х. не отримала належного розвитку. Лише в 1941 А. Мартін і Р. Сінг відкрили метод розподільної Х. і показали його широкі можливості для дослідження білків і вуглеводів. У 50-і рр. Мартін і американський учений А. Джеймс розробили метод газо-рідинної Х.
Основні види Х. Залежно від природи взаємодії, що обумовлює розподіл компонентів між елюентом і нерухомою фазою, розрізняють наступні основні види Х. - адсорбційну, розподільну, іонообмінну, ексклюзіонную (молекулярно-ситову) і осадочную. Адсорбційна Х. заснована на відмінності сорбіруємості поділюваних речовин адсорбентом (тверде тіло з розвиненою поверхнею); розподільна Х. - на різній розчинності компонентів суміші в нерухомій фазі (високою рідина, нанесена на твердий макропористий носій) і елюенті (слід мати на увазі, що при розподільному механізмі поділу на переміщення зон компонентів частковий вплив надає і адсорбційна взаємодія аналізованих компонентів з твердим сорбентом ); ионообменная Х. - на відмінності констант іонообмінної рівноваги між нерухомою фазою (іонітом) і компонентами суміші,; ексклюзіонная (молекулярно-ситова) Х. - на різній проникності молекул компонентів в нерухому фазу (високопористий неіоногенний гель). Ексклюзіонная Х. підрозділяється на гель-проникаючу (ЦПХ), в якій елюент - неводний розчинник, і гель-фільтрацію, де елюент - вода. Осадова Х, заснована на різній здатності компонентів випадати в осад на твердій нерухомій фазі.
Відповідно до агрегатного стану елюенту розрізняють газову і рідинну Х. Залежно від агрегатного стану нерухомої фази газова Х. буває газо-адсорбційної (нерухома фаза - твердий адсорбент) і газорідинної (нерухома фаза - рідина), а рідинна Х. - рідинно-адсорбційної (або твердо-рідинної) і рідинно-рідинної. Остання, як і газо-рідинна, є розподільної Х. До твердо-рідинної Х. відносяться тонкошарова і паперова.
Розрізняють колоночную і площинну Х. У колоночной сорбентом заповнюють спеціальні трубки - колонки, а рухома фаза рухається усередині колонки завдяки перепаду тиску. Різновид колоночной Х. - капілярна, коли тонкий шар сорбенту наноситься на внутрішні стінки капілярної трубки. Площинна Х. підрозділяється на тонкошарову і паперову. У тонкошарової Х. тонкий шар гранульованого сорбенту або пориста плівка наноситься на скляну або металеву пластинки; в разі паперової Х. використовують спеціальний хроматографічний папір. У площинний Х. переміщення рухомої фази відбувається завдяки капілярним силам.
При хроматографування можлива зміна за заданою програмою температури, складу елюента, швидкості його протікання і ін. Параметрів.
Залежно від способу переміщення суміші, уздовж шару сорбенту розрізняють наступні варіанти Х .: фронтальний, проявника і витіснювальний. При фронтальному варіанті в шар сорбенту безперервно вводиться суміш, що складається з газу-носія і поділюваних компонентів, наприклад 1, 2, 3, 4, яка сама є рухомою фазою. Через деякий час після початку процесу найменш сорбіруємості компонент (наприклад, 1) випереджає інші і виходить у вигляді зони чистої речовини раніше всіх, а за ним в порядку сорбіруємості послідовно розташовуються зони сумішей компонентів: 1 + 2, 1 + 2 + 3, 1 + 2 + 3 + 4 (рис., a). При проявітельного варіанті через шар сорбенту безперервно проходить потік елюента і періодично в шар сорбенту вводиться суміш речовин. Через певний час відбувається поділ вихідної суміші на чисті речовини, які містяться окремими зонами на сорбенті, між якими знаходяться зони елюенту (рис., Б). При витіснювальному варіанті в сорбент вводиться суміш, а потім потік газу-носія, що містить витіснювач (елюент), при русі якого суміш через деякий період часу розділиться на зони чистих речовин, між якими виявляться зони їх суміші (рис., В). Ряд видів Х. здійснюється за допомогою приладів, які називаються хроматографами , В більшості з яких реалізується варіант проявника Х. Хроматографи використовують для аналізу і для препаратівного (в т. Ч. Промислового) розділення сумішей речовин. При аналізі розділені в колонці хроматографа речовини разом з елюентом потрапляють через різні проміжки часу у встановлений на виході з хроматографічної колонки детектуючий пристрій, що реєструє їх концентрації в часі. Отриману в результаті цього вихідну криву називають хроматограммой. Для якісного хроматографічного аналізу визначають час від моменту введення проби до виходу кожного компонента з колонки при даній температурі і при використанні певного елюенту. Для кількісного аналізу визначають висоти або площі хроматографічних піків з урахуванням коефіцієнтів чутливості використовуваного детектирующего пристрої до аналізованих речовин.
Для аналізу і розділення речовин, які переходять без розкладання в пароподібний стан, найбільше застосування отримала газова Х., де як елюент (газу-носія) використовуються гелій, азот, аргон та ін. Гази. Для газо-адсорбційного варіанту Х. як сорбенту (частинки діаметром 0,1-0,5 мм) використовують силикагели , Алюмогели, молекулярні сита , Пористі полімери і ін. Сорбенти з питомою поверхнею 5-500 м2 / г. Для газо-рідинної Х. сорбент готують нанесенням рідини у вигляді плівки (висококиплячі вуглеводні, складні ефіри, силоксани і ін.) Товщиною декілька мкм на твердий носій з питомою поверхнею 0,5-5 м2 / г і більше. Робочі температурні межі для газо-адсорбційного варіанту Х. від -70 до 600 ° С, для газо-рідинного від -20 до 400 ° С. Газової Х. можна розділити кілька см3 газу або мг рідких (твердих) речовин; час аналізу від декількох сік до декількох годин.
У рідинної колонкової Х. як елюент застосовують легколетучие розчинники (наприклад, вуглеводні, ефіри, спирти), а в якості нерухомої фази - силикагели (в т. Ч. Силикагели з хімічно прищепленими до поверхні різними функціональними групами - ефірними, спиртовими та ін. ), алюмогели, пористі скла; розмір часток всіх цих сорбентів кілька мкм. Подаючи елюент під тиском до 50 Мн / м2 (500 кгс / см2), вдається скоротити час аналізу від 2-3 год до декількох хв. Для підвищення ефективності поділу складних сумішей використовують програмований в часі зміна властивостей елюента шляхом змішування розчинників різної полярності (градієнтне елюювання).
Рідинна молекулярно-ситова Х. відрізняється використанням сорбентів, що мають пори строго певного розміру (пористі скла, молекулярні сита, в тому числі декстрановій і ін. Гелі). У тонкошарової та паперової Х. досліджувану суміш в рідкому вигляді наносять на стартову лінію (початок пластинки або смужки паперу), а потім розділяють на компоненти висхідним або низхідним потоком елюента. Подальше виявлення (прояв) розділених речовин на хроматограмі (так в цих випадках називають пластину з нанесеним на неї сорбентом або хроматографічний папір, на яких відбувся поділ досліджуваної суміші на компоненти) здійснюють за допомогою ультрафіолетової (УФ) спектроскопії, інфрачервоної (ІК) спектроскопії або обробкою реактивами, що утворюють з аналізованими речовинами забарвлені сполуки.
Якісно склад сумішей за допомогою цих видів Х. характеризують певною швидкістю переміщення плям речовин щодо швидкості руху розчинника в даних умовах. Кількісний аналіз здійснюють виміром інтенсивності забарвлення речовини на хроматограмі.
Х. широко застосовується в лабораторіях і в промисловості для якісного і кількісного аналізу багатокомпонентних систем, контролю виробництва, особливо в зв'язку з автоматизацією багатьох процесів, а також для препаратівного (в т. Ч. Промислового) виділення індивідуальних речовин (наприклад, благородних металів), розділення рідких і розсіяних елементів.
Газова Х. застосовується для газів поділу , Визначення домішок шкідливих речовин в повітрі, воді, ґрунті, промислових продуктах; визначення складу продуктів основного органічного і нафтохімічного синтезу, вихлопних газів, лікарських препаратів, а також в криміналістиці і т.д. Розроблено апаратура і методики аналізу газів в космічних кораблях, аналізу атмосфери Марса, ідентифікації органічних речовин в місячних породах і т.п.
Газова Х. застосовується також для визначення фізико-хімічних характеристик індивідуальних сполук: теплоти адсорбції і розчинення, ентальпії, ентропії, констант рівноваги і комплексоутворення; для твердих речовин цей метод дозволяє виміряти питому поверхню, пористість, каталітичну активність.
Рідинна Х. використовується для аналізу, розділення і очищення синтетичних полімерів, лікарських препаратів, детергентів, білків, гормонів та ін. Біологічно важливих сполук. Використання високочутливих детекторів дозволяє працювати з дуже малими кількостями речовин (10-11-10-9 г), що дуже важливо в біологічних дослідженнях. Часто застосовується молекулярно-ситова Х. і Х. по спорідненості; остання заснована на здатності молекул біологічних речовин вибірково зв'язуватися один з одним.
Тонкошарова і паперова Х. використовуються для аналізу жирів, вуглеводів, білків і ін. Природних речовин і неорганічних сполук.
У деяких випадках для ідентифікації речовин використовується Х. в поєднанні з ін. Фізико-хімічними і фізичними методами, наприклад з мас-спектрометрією, ІЧ, УФ-спектроскопією і ін. Для розшифровки хроматограм і вибору умов досвіду застосовують ЕОМ.
Літ .: Жуховицкий А. А., Туркельтауб Н. М., Газова хроматографія, М., 1962; Кисельов А. В., Яшин Я. І., Газо-адсорбційна хроматографія, М., 1967; Сакодинскій К. І., Волков С. А., Препаративна газова хроматографія, М., 1972; Гольберт К. А., Вігдергауз М. С., Курс газової хроматографії, М., 1974; Хроматографія на папері, пров. з чеськ., М., 1962; Детерман Г., Гель-хроматографія, пер. з нім., М., 1970; Morris С. J. О., Morris P., Separation methods in biochemistry, L., 1964.
К. І. Сакодинскій.
Основні варіанти проведення хроматографічного процесу: а - фронтальний; б - проявника; в - витіснювальний; 1, 2, 3, 4 - речовини, що розділяються; C - несорбирующимся рухома фаза; D - витіснювач.
