Реферат: Хроматография: сущность, классификация, основные характеристики элюентной колоночной хроматографии

Фронтальный метод применяется редко. Его используют для очистки раствора от примесей, если они сорбируются лучше, чем основной компонент. В вытеснительном методе, после введения в колонку смеси, ее компоненты, А, В, С,D и т.д., разделяют слабоактив-ным элюентом (S), который затем заменяют на другой (вытеснитель), сорбирующийся НФ лучше, чем любой из компонентов анализируемой смеси.

Вследствие этого новый элюент вытесняет компоненты, которые выходят из колонки в порядке возрастания взаимодействия с НФ. Выходная кривая этого метода имеет вид, показанный на рис. 2.

При некоторых условиях длина ступени на этой хроматограмме пропорциональна концентрации, что используется в количественном анализе. В вытеснительном методе, в отличие элюентного, концентрация раствора при хроматографировании не уменьшается. Существенным недостатком вытеснительного метода является частое наложение зоны одного вещества на зону другого, поскольку зоны компонентов в вытеснительном методе не разделены зоной растворителя.

Рис. 3. Хроматограмма вытеснительного метода.

При проявительном (элюентном) методе в колонку в виде раствора или газа вводят небольшую порцию смеси, содержащей компоненты А и В и промывают колонку растворителем, называемым элюентом.

По мере прохождения элюента через колонку вещества перемещаются с ним с разной скоростью, зависящей от сродства к сорбенту. В результате компоненты смеси разделяются на зоны. Эти зоны поочередно выходят из колонки, разделенные зонами чистого элюента. Фиксируя аналитический сигнал, связанный с концентрацией компонентов смеси. На выходе из колонки получают элюентную хроматограмму (рис. 3), состоящую из ряда пиков, каждый из которых соответствует отдельным компонентам смеси. Чем больше концентрация компонента, тем больше его пик, что является основой количественного анализа. Проявительный метод дает возможность разделять сложные смеси.

Рис. 4. Хроматограмма элюентного метода.

В случае разделения этим методом смеси, состоящей из окрашенных компонентов, в прозрачной колонке можно видеть зоны распределившихся вдоль сорбента компонентов. Сорбент с зонами называют внутренней хроматограммой (рис. 4). Она позволяет судить о качественном составе смеси.

Рис. 5. Вид внутренней хроматограммы.

Первая внутренняя хроматограмма была получена в 1903 году ботаником М.С. Цветом. На колонке, заполненной карбонатом кальция (НФ), он разделил хлорофил на ряд различно окрашенных компонентов, используя в качестве ПФ петролейный эфир. Благодаря открытому им способу разделения сложных смесей веществ Цвет считается родоначальником физико-химического метода, которому он дал название хроматография (от греческого - "цветопись"). Из всех видов хроматографии наибольшее значение имеет элюентная колоночная хроматография. Основными ее характеристиками являются коэффициенты емкости, разделения, распределения, время удерживания, а также ширина и разрешение пиков. Коэффициент емкости К показывает, насколько сильно вещество А удерживается НФ по сравнению с ПФ: , где n - число молей вещества А в подвижной и неподвижной фазах.

Коэффициент распределения показывает соотношение концентраций вещества А в НФ и ПФ, при котором при распределении вещества А между ПФ и НФ устанавливается равновесие .

Для каждого вида хроматографии коэффициент распределения имеет свое название: в распределительной и ионообменной - коэффициент распределения, в адсорбционной - коэффициент адсорбции, в гельпроникающей - коэффициент проницаемости.

Коэффициент разделения  показывает степень разделения двух веществ (А и В).

или .

Каждый пик на элюентной колоночной хроматограмме характеризуют временем удерживания, шириной и формой (рис. 5). Время удерживания tr отчитывают от момента ввода смеси в колонку до появления на выходе из колонки максимума пика. С параметром tr связан параметр, называемый индексом удерживания R. , где tm - время прохождения (мертвое время) растворителя или не удерживаемого вещества через ту же колонку. Для каждого вещества характерно свое R, поэтому R вместе с tr служат для идентификации веществ, т.е. для качественного анализа.

Рис. 6. Способ графической обработки элюентной хроматограммы

Для идентификации веществ по хроматограмме обычно используют стандартные образцы или чистые вещества, сравнивая время удерживания неизвестного вещества tх с временем удерживания известного вещества tст.

Площадь пика S пропорциональна количеству вещества в смеси, поэтому S используют в количественном анализе. В некоторых случаях, когда хроматограмма состоит из узких пиков, допускается использовать для количественного анализа высоту пика h. Площадь пика измеряют различными способами, например графическим (как площадь треугольника) или планиметром, взвешиванием вырезанных пиков. В современных хроматографах для этой цели предусмотрен электронный интегратор. Автоматизация хроматографического анализа с помощью персональных компьютеров позволила значительно усовершенствовать идентификацию и количественную обработку хроматограмм.

Содержание i - того компонента в смеси по хроматограмме находят одним из методов:

1) методом абсолютной калибровки, т.е. по градуировочному графику зависимости типа S или h от содержания (в г) i-того компонента;

2) методом внутреннего стандарта, когда в анализируемую смесь неизвестного количественного состава вводят известное количество не содержащегося в ней вещества - внутреннего стандарта. Внутренний стандарт должен быть инертен к компонентам исследуемой смеси, а его физико-химические свойства должны быть близки им.

Содержание i-того компонента смеси (в %) находят по формуле

или ,

где r - отношение массы внутреннего стандарта к массе анализируемого вещества;

методом нормировки, заключающимся в том, что сумму площадей (высот) всех пиков на хроматограмме смеси принимают за 100%.