Хроматография, как метод разделения и анализа

Размещено на http://www.allbest.ru/

4

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «Челябинский государственный университет»

Химический факультет

Кафедра физической и аналитической химии

Курсовая работа

Хроматография как метод разделения и анализа

Челябинск

2010

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОСНОВЫ ХРОМАТОГРАФИИ

2. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ХРОМАТОГРАФИИ

3. ВИДЫ ХРОМАТОГРАФИИ

3.1. Газовая хроматография

3.1.1 Качественный анализ

3.1.2 Количественный анализ

3.1.3 Применение метода

3.2. Тонкослойная хроматография

3.2.1. Качественный анализ

3.2.2. Количественный анализ

4. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ХРОМАТОГРАФИИ

ВЫВОД

Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

Хроматографический метод разделения и анализа сложных смесей был открыт русским ботаником М. С. Цветом в 1903 г. В первых же работах с помощью этого метода М. С. Цвет установил, что считавшийся однородным зеленый пигмент растений хлорофилл на самом деле состоит из нескольких веществ. При пропускании экстракта зеленого листа через колонку, заполненную порошком мела, и промывании петролейным эфиром он получил несколько окрашенных зон, что с несомненностью говорило о наличии в экстракте нескольких веществ. Этот метод он назвал хроматографией (от греч. хроматос -- цвет), хотя сам же указал на возможность разделения и бесцветных веществ. [1].

Однако метод, предложенный М. С. Цветом, не был по достоинству оценен его современниками. Лишь в 1931 г., пользуясь методом М. С. Цвета, Р. Куну, А. Винтерштейну и Е. Ледереру удалось выделить в кристаллическом виде б- и в-каротин из сырого каротина и тем самым продемонстрировать препаративную ценность метода. К этому времени возникла острая потребность в хорошем методе разделения сложных смесей, особенно веществ, разлагающихся при нагревании. Хроматографический метод был признан и начал развиваться.

Хроматографический метод анализа находит самое широкое применение. Он прочно вошел не только в практику научных исследований по химии, атомной технике, биологии и медицине, но и в заводской контроль нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической и газовой промышленности. Хроматографический метод начинают применять для автоматизации технологических процессов, все шире хроматография становится методом изучения различных физико-химических констант вещества. Разрабатываются и выпускаются промышленностью различные типы хроматографических приборов. [4]

1. ОСНОВЫ ХРОМАТОГРАФИИ

хроматография смесь сорбция десорбция

Хроматография - физико-химический процесс, основанный на многократном повторении актов сорбции и десорбции вещества при перемещении его в потоке подвижной фазы вдоль неподвижного сорбента.

Сорбция - процесс поглощения твёрдым телом или жидкостью (сорбентом) газообразного или растворённого вещества (сорбата), обратный процесс - десорбция . Сорбцию подразделяют на адсорбцию - поглощение твердого или жидкого вещества (адсорбата) поверхностью твердого или жидкого адсорбента и абсорбцию поглощение вещества (адсорбата) поверхностью абсорбента.

Хемосорбция - поглощение вещества сорбентом с образованием химических соединений. [1]

Вещество подвижной фазы непрерывно вступает а контакт с новыми участками сорбента и частично сорбируется, а сорбированное вещество контактирует со свежими порциями подвижной фазы и частично десорбируется.

При постоянной температуре адсорбция увеличивается с ростом концентрации раствора или давления газа. Зависимость количества поглощённого вещества от концентрации раствора или давления газа при постоянной температуре называю изотермой адсорбции.

Рис. 1.1 Изотерма адсорбции

Математически эта зависимость выражается уравнением Лэнгмюра

(1.1)

где n - количество адсорбированного вещества при равновесии, - максимальное количество вещества, которое может быть адсорбировано на данном адсорбенте, b - постоянная, c - концентрация.

Уравнение Лэнгмюра вполне удовлетворительно описывает зависимость величины адсорбции от концентрации для очень большого Числа экспериментальных данных. [4]

По Лэнгмюру на поверхности твёрдого тела имеется некоторое число мест с минимальной энергией, расположенных через определённые интервалы по всей поверхности. Их число равно . На этих местах могут адсорбироваться молекулы из растворов или газов. В области малых концентрации изотерма линейна, т. к. при bc<<1 получаем:

n=n?bc=Гc (1.2) [1]

Это уравнения линейной адсорбции. Оно называется уравнением Генри для изотермы адсорбции, а его константа Г - константой Генри. [3]

Сложность процесса адсорбции из растворов часто приводит к разного рода искажениям обычного типа изотерм адсорбции. Так, например, если поверхность адсорбента покрыта прочно удерживаемым слоем адсорбированного вещества, молекулы которого поляризованы, то такая поверхность в свою очередь может притягивать свободные молекулы из раствора, поляризуя их. Так может возникнуть второй и последующие адсорбционные слои. В этом случае изотермы адсорбции принимают S-образную форму, причем величина адсорбции при возрастании концентрации бесконечно возрастает. [4]

Не смотря на некоторые существенные ограничения, применимость формул (1.1) и (1.2) в теории хроматографических процессов довольна широка. [1]

Однако хроматографические методы являются не только качественным, но и количественным. Методы количественного анализа основаны на избирательном поглощении (адсорбции) отдельных компонентов анализируемой смеси различными адсорбентами. Они широко применяются для разделения близких по составу и свойствам неорганических и органических веществ. Хроматографию используют для разделения редкоземельных, а также радиоактивных элементов. [2]

2. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ХРОМАТОГРАФИИ

Различные методы хроматографии можно классифицировать по агрегатному состоянию фаз, способу их относительного перемещения, аппаратурному оформлению процесса и т. д.

Классификация по решаемым задачам:

· Аналитическая хроматография (качественный и количественный анализ). Используется в научно-исследовательских целях.

· Препаративная хроматография

· Промышленная хроматография

Классификация по направлению относительного перемещения фаз:

· Прямоточная (обычная) хроматография

· Противоточная хроматография

· Двухмерная хроматография

Классификация по агрегатному состоянию:

Табл. 1. Название табл.

Неподвижная фаза	Подвижная фаза
	газообразная	Жидкая
Твёрдая	Газовая адсорбционная хроматография	Жидкостная адсорбционная, ионообменная, ионная, тонкослойная, осадительная хроматография
Жидкая	Газожидкостная распределительная, каппилярная хроматография	Жидкостная распределительная, высокоэффективная жидкостная, гельхроматография

Классификация по способу относительного перемещения фаз:

Фронтальный метод. Суть: через колонку с адсорбентом непрерывно пропускают анализируемую смесь, например, компонентов А и В в растворителе Solv (на рисунке Solv=S). В растворе , вытекающем из колонки, определяют концентрацию каждого компонента и строят график в координатах концентрация вещества - объём раствора, прошедшего через колонку. Эта зависимость носит название хроматограммы или выходной кривой.

Вследствие сорбции веществ А и В сначала из колонки будет вытекать растворитель и менее сорбирующийся компонент А, а затем и компонент В и, таким образом, в итоге состав раствора меняться не будет. [1]

Используется сравнительно редко, так как в чистом виде можно получить только один компонент, да и то - незначительную долю его от общего содержания в исходной разделяемой смеси. В аналитических целях применение фронтального процесса оказывается оправданным при отделении малосорбируемых микрокомпонентов от макрокомпонентов, мешающего его определению. [5]

Рис. 2.1. Выходная кривая фронтального анализа

Проявительный (элюэнтный) метод. В колонку вводят анализируемую смесь, содержащую компоненты А и В в виде порции раствора или газа и колонку непрерывно промывают газом-носителем или растворителем Solv. При этом компоненты анализируемой смеси разделятся на зоны: хорошо сорбирующееся вещество В занимает верхнюю часть колонки, а менее сорбирующийся компонент А будет занимать нижнюю часть.

В газе или растворе , вытекающем из колонки, сначала появляется компонент А, далее - чистый растворитель, а затем компонент В. Чем больше концентрация компонента, тем выше пик и больше его площадь, что составляет основу количественного хроматографического определения. [1]

Проявительный метод является наиболее распространенным методом хроматографического анализа, особенно часто он применяется в газовой и газо-жидкостной хроматографии. Существенным преимуществом этого метода является возможность осуществления полного разделения всех компонентов смеси, так как между каждым из вымываемых компонентов образуется зона чистого проявителя. Недостаток метода состоит в том, что вследствие значительного разведения проявителем концентрация компонентов после разделения становится во много раз меньше исходной. [4]

Рис. 2.2. Выходная кривая проявительного анализа

Вытеснительный метод. Анализируемую смесь компонентов А и В в растворителе Solv вводят в колонку и промывают раствором вещества D (вытеснитель), которое сорбируется лучше, чем любой из компонентов анализируемой смеси. Концентрация раствора не уменьшается в отличие от проявительного метода. Недостаток: частое наложение зоны одного вещества на зону другого, поскольку зоны компонентов не разделены растворителем. [1]

Вытеснительный метод находит очень огромное применение, как правило, при разделении макроколичеств веществ в препаративных целях, так как в этом случае максимально используется емкость колонки. [5]

Классификация по способу проведения процесса:

· Колоночная хроматография

· Капиллярная

· Плоскостная (бумажная, тонкослойная) хроматография

Классификация по способу механизма разделения:

· Адсорбционная хроматография основана на избирательной адсорбции (поглощении) отдельных компонентов анализируемой смеси соответствующими адсорбентами. Анализируемый раствор пропускают через колонку, заполненную мелкими зернами адсорбента. [6]

· Распределительная хроматография основана на использовании различия коэффициентов анализируемой смеси между двумя несмешивающимися жидкостями. Одна из жидкостей (неподвижная) находится в порах пористого вещества (носителя), а вторая (подвижная)представляет собой другой растворитель, не смешивающийся с первым. [6]

· Ионообменная хроматография основана на использовании ионообменных процессов, протекающих между подвижными ионами адсорбента и ионами электролита при пропускании раствора анализируемого вещества через колонку, заполненную ионообменным веществом (ионитом). [6]

· Осадочная хроматография основана на различной растворимости осадков, образуемых компонентами анализируемой смеси со специальными реактивами, нанесенными на высокодисперсное вещество. Анализируемые растворы пропускают через колонку, заполненную пористым веществом (носителем). Носитель пропитан реактивом-осадителем, который образует с ионами раствора осадки, имеющие различную растворимость. [6]

3. ВИДЫ ХРОМАТОГРАФИИ

3.1 Газовая хроматография

Газовая хроматография является одним из видов хроматографии, представляющей собой физико-химическое разделение компонентов подвижной фазы (газа, раствора) при ее движении вдоль другой неподвижной фазы (жидкости или твердого тела). [3] В зависимости от состояния неподвижной фазы газовая хроматография подразделяется на :

· Газоадсорбционная хроматография - неподвижная фазой является твёрдый адсорбент. Соответственно колонки заполняются твёрдым сорбентом

· Газожидкостная хроматография - неподвижной фазой является жидкость, а точнее плёнка жидкости на поверхности частиц твёрдого сорбента. [1]

Хроматографическое разделение можно осуществлять разными спссобами. Первый способ заключается в том, что в колонку вводят газовую смесь с постоянной концентрацией компонентов.

Второй способ заключается в том, что через колонку пропускают непрерывный поток практически неадсорбирующегося (или нерастворяющегося в неподвижной жидкости) газа и в этот газ-носитель у входа в колонку вводят небольшую порцию анализируемой смеси.

Большим преимуществом газовой хроматографии является быстрота разделения, которая определяется в основном лишь временем прохождения компонентов газовой смеси через колонку. [3]

Рассмотрим технологию процесса газовой хроматографии на примере современных портативных хроматографов.

Рис. 3.1.1. Современный портативный газовый хроматограф

Портативные газовые хроматографы подходят для анализа образцов газов и нестабильных жидкостей в режимах on-line, at-line и at-site. Настольный прибор требует всего около 35 см для своего размещения и может быть установлен в любом месте лабораторных или производственных помещений (возможна установка во взрывозащищенном боксе).

Рис. 3.1.2. Замена модулей

Прибор состоит из базового блока, управляемого с внешнего компьютера. В блоке размещаются от одного до четырех хроматографических модулей. Хроматографические модули картриджного типа с электронным контролем потоков включают в себя дозирующую петлю с изменяемым объемом, капиллярную или PLOT-колонку, микрокатарометр. Модули могут оснащаться системой обратной продувки для удаления тяжелых «хвостов» пробы и ускорения анализа. Модули могут подключаться по выбору к одному из четырех портов ввода пробы, размещенных на базовом блоке. Каждый порт позволяет подключать несколько модулей. Возможно использование до 2-х различных газов-носителей. Замена модулей не требует инструментов и максимально упрощена для оператора. Для перевода прибора в транспортное положение, базовый блок размещают в транспортном блоке, оснащенном аккумулятором и одним или двумя баллонами с газом-носителем.

Поскольку скорость анализа на ПГХ превосходит обычный лабораторный газовый хроматограф в 10-50 раз, эффективность использования приборов резко повышается. Прибор готов к работе менее чем за 15 минут, а скорость анализа повторности обычно не превосходит 60 секунд. Производительность ПГХ составляет более 750 проб в день, результаты анализа могут передаваться в центральный офис напрямую через каналы обмена данных.

В максимальном варианте возможна как конфигурация для параллельного анализа одной пробы на четырех различных модулях, так и анализ четырех проб на модулях одного или разного типов. Таким образом, один газовый хроматограф может заменить четыре прибора, повысив производительность не только за счет большой скорости анализа, но и в результате расширения функциональных возможностей ПГХ.

Хроматографические модули при необходимости могут быть оснащены системой обратной продувки по схеме pressure point. [8]

Сердцем прибора являются миниатюрный кран-дозатор с программно задаваемым объемом пробы и двухканальный микрокатарометр микрокатарометр с внутренним объемом 200 нанолитров на канал и четырьмя катодами. Инжектор и линия ввода пробы могут быть термостатированы в диапазоне от 30 до 110 °С.

В качестве газа-носителя могут использоваться водород, гелий, азот или аргон. Средний расход газа-носителя составляет от 2 до 12 мл/мин (для двухканального прибора). Сочетание микрообъемов, оптимизации режима ввода пробы и хроматографического разделения позволяет достигать чувствительности на уровне 1-10 ppm в зависимости от аналита и используемого хроматографического модуля. Воспроизводимость анализа - на уровне 0.5%RSD.

Инжектор, детектор и капиллярная хроматографическая колонка образуют индивидуально термостатируемый модуль (от 30 до 180 °С), по сути и являющийся хроматографом в сборе. Модули могут легко заменяться пользователем в полевых условиях и не требуют сервисной поддержки. Стандартно поставляются модули 13 типов (как с фазами типа Cp-Sil 5 или 8, так и колонки типа PLOT, в частности - молекулярные сита, PoraPLOT Q и U). [9]

В хроматографе использованы два детектора:

· Детектор дифференциальной ионной подвижности (DMD, "дрейф-камера") который позволяет резко поднять селективность и чувствительность анализа по определенным группам веществ и предназначен для селективного анализа целевых микропримесей на уровне от 100 ppb на компонент. Детектор полностью интегрирован в базовый конструктив хроматографа 4900. В качестве газа-носителя используется любой из стандартных вариантов 4900 (гелий, водород, аргон или азот), в качестве дрейф-газа для DMD - азот или воздух "нулевой" чистоты с потоком 400 мл/мин. Все газовые потоки имеют электронную регулировку.

· Микрокатарометр для определения общего состава анализируемой пробы на уровне от 1-10 ppm до 100%.[10]

3.1.1. Качественный анализ:

Качественный состав вещества может быть установлен с помощью хроматографической методики по характеристикам полученной хроматограммы или по результатам анализа компонентов смеси после прохождения хроматографической колонки подходящим химическим или физико-химическим методом. Типичная хроматограмма представлена на рисунке. Каждому компоненту смеси из шести компонентов отвечает свой пик и последовательность появления пиков на хроматограмме закономерна: она соответствует последовательности кислот в гомологическом ряде. Собственно качественный анализ основан на использовании характеристик удерживания: времени удерживания или пропорционального ему объёма удерживания и индексов удерживания. Для этой цели применяются относительные удерживаемые объёмы, которые в значительно меньшей степени, чем абсолютные величины, подвержены действию случайных факторов. Идентификация исследуемых веществ проводится сравнением полученных и табличных данных. [1]

В газожидкостной хроматографии часто используют для качественного анализа индексы удерживания Ковача I:

(3.1.1.1.)

где t'_r - приведённое время удерживания; n - число атомов углерода в алкане; i - определяемое вещество.



Рис 3.1.1. Хроматограммы смеси воды и кислот (115?С)

1- вода

2- муравьиная кислота

3- уксусная кислота

4- пропионовая кислота

5- изомасляная кислота

6- н-масляная кислота

7- изовалериановая кислота

Стандартом при определении индекса удерживания являются два соседних нормальных алкана, один из которых элюируется до, а второй после исследуемого вещества. При программировании температуры индекс удерживания рассчитывается по температуре удерживания:

(3.1.1.2.)

Идентификация вещества по индексу удерживания производится путём хроматографирования соединения с последующим хроматографированием в тех же условиях двух соседних алканов, выбранных в качестве стандарта. Индексы удерживания многих веществ при определённых температурах имеются в виде табличных данных, что облегчает проведение качественного анализа.

Эффективным оказалось применение независимой аналитической идентификации продуктов хроматографического разделения и сочетание газовой хроматографии с другими методами исследования: ИК-пектроскопией, масс-спектроскопией. А также использование селективных и последовательно работающих детекторов. [1]

4.1.1. Количественный анализ

Количественный хроматографический анализ основан на измерении различных параметров пика, зависящих от концентрации хроматографируемых веществ - высоты, ширины, площади и удерживаемого объёма - или произведения удерживаемого объёма на высоту пика. При достаточной стабильности ксловий хроматогрфирования и детектирования определяющим параметром пика можно считать его высоту.

Метод простой нормировки. Принимают сумму каких-либо параметров пика за 100%. Тогда отношение высоты отдельного пика к сумме высот или отношение площади одного пика сумме площадей, умноженное на 100, будет характеризовать массовую долю вещества в смеси.

Метод абсолютной калибровки. Наиболее точный из представленных методов. Экспериментально определяют зависимость высоты или площади пика от концентрации вещества, строят градуировочые графики; далее определяют по графику концентрацию анализируемого вещества.

Метод внутреннего стандарта. В анализируемую пробу вводят смесь точно известного количества стандартного вещества. В качестве стандарта выбирают вещество, близкое по физико-химическим свойствам к компонентам смеси, но не обязательно являющееся его компонентом. После хроматографирования измеряют параметры пиков анализируемого компонента и стандартного вещества. Массовую долю компонента рассчитывают по формуле

 (3.1.2.1.)

где П_i и П_ст - параметры пиков анализируемого компонента и стандарта соответственно; r - отношение массы внутреннего стандарта к массе пробы. [1]

4.1.2. Применение метода

С помощью газовой хроматографии можно идентифицировать отдельные компоненты сложных газовых смесей и определять их количественно, выполнение анализа не требует больших затрат времени, метод является достаточно универсальным. Эффективно используется газовая хроматография в препаративных целях, в физико-химических исследованиях и других областях.

Методом газовой хроматографии анализируют нефтяные и рудные газы, воздух, продукцию основной химии и промышленности органического синтеза, нефть и её продукты её переработки, многочисленные металлоорганические соединения и т. д. Хроматография газов используется в биологии, медицине, в технологии переработки древесины, в лесохимии и пищевой промышленности. Газовая хроматография может быть применена для анализа жидкостей после перевода их в пар в условиях работы хроматографической колонки.

Также применяется для автоматизации производственных процессов. Датчик промышленного хроматографа используется не только как регистрирующий прибор, но и как регулирующее устройство, подающее сигналы непосредственно исполнительным механизмам. Таким образом, промышленный хроматограф может регулировать температуру, давление, расход сырья и т. д.

Газовая хроматография широко используется в физико-химических исследованиях. Хроматографическая методика позволяет довольно легко определить константу сорбционного равновесия при нескольких температурах и по этим данным рассчитать термодинамические характеристики сорбции: изменение энтальпии и энтропии в этом процессе. Хроматографическим методом определяют также коэффициенты активности, диффузии и другие характеристики вещества.

Аналитическая реакционная газовая хроматография, суть которой состоит в изменении химического состава пробы до хроматографирования с целью получения веществ легче разделяющихся при хроматографировании или легче детектируемых, применяется для анализа сложных многокомпонентных смесей, определения микропримесей, анализа нелетучих соединений, для элементного анализа. [1]

3.2Тонкослойная хроматография

Метод тонкослойной хроматографии был разработан в 1938 г. Н. А. Измайловым и М. С. Шрайбером.

Неподвижная твёрдая фаза наносится тонким слоем на стеклянную, металлическую или пластмассовую пластинку. В 2-3 см от края пластинки на стартовую линию вносят пробу анализируемой жидкости и край пластинки погружают в растворитель (подвижная фаза). Под действием капиллярных сил растворитель движется вдоль слоя сорбента и с разной скоростью переносит компоненты жидкости, что приводит к пространственному разделению. Диффузия в тонком слое происходит в продольном и поперечном направлениях, поэтому процесс следует рассматривать как двумерный.[1]

Использование различных сорбентов, позволило значительно расширить и улучшить этот метод. Наиболее распространенным сорбентом является силикагель, но также используют окись алюминия, целлюлозу и многие другие.

Современная хроматографическая пластинка представляет собой основу из стекла, алюминия или полимера (например, политерефталат). В связи с тем, что стеклянная основа становится менее популярной (часто бьется, нельзя разделить пластинку на несколько частей не повредив слой сорбента, тяжелая по весу), наибольшее распространение получили пластины, в качестве основ которых используют алюминиевую фольгу или полимеры. [11]

Требования, которыми должна обладать хроматографическая пластина - она должна быть химически чистой, химически и адсорбционно нейтральной, однородной по плотности, обеспечивать определенную скорость движения растворителя. [4] Но самый важный критерий - слой сорбента должен быть равномерный по толщине в любом месте хроматографической пластинки. [11]

Рис 3.2.1. Хроматограмма, проявленная специальным реагентом

Хроматограмма является внутренней и представляет собой полоску бумаги, на которой на различных расстояниях расположены пятна неправильной формы. Отдельные пятна, образованные неокрашенными веществами, могут быть невидимы. Для проявления невидимых пятен используют специальные детекторы, которые дают окрашенную реакцию с сорбированными веществами.

Классификация ТСХ:

1. Восходящая хроматография: растворитель поднимается снизу вверх под действием капиллярных сил.

2. Нисходящая хроматография: растворитель передвигается по слою вниз под действием и капиллярных, и гравитационных сил.

3. Горизонтальная хроматография: выполняется в виде круговой и со свободным испарением растворителя

4. Круговая хроматография: в центр горизонтально установленной пластинки вносят каплю анализируемой смеси и непрерывно подают растворитель, который под действием капиллярных сил движется в радиальном направлении от центра; компоненты смеси располагаются в слое в виде концентрических колец. [1]

5.

Рис. 3.2.2. Прибор для проведения восходящей хроматографии.

3.2.1 Качественный анализ

Проще всего идентификация вещества может быть сделана, если пятно определяемого компонента имеет характерную окраску или определяемое вещество образует на хроматограмме окрашенное пятно под действием специального реактива. Однако число таких веществ невелико, поэтому метод имеет ограниченное применение. [1] Пример подобного анализа:

Определение героина (диацетилморфина)

Пробоподготовка: Взвешивают навеску на аналитических весах, m=0,01. Переносят навеску в тигелек. Разбавляют этиловым спиртом в 40 раз, нагревают на электрической плитке, для полного растворения. Полученный раствор анализируют.

Условия анализа: На хроматографическую пластину с помощью капилляра наносят 2-3 мкл полученного в пробоподготовке раствора. Последним наносят свободный образец, т.е. заведомо известное вещество. Пластину помещают в систему с элюентом: толуол - этанол - диэтиламин (9:1:1). После того как раствор достигнет линии фронта, достают пластину из системы.

Детектирование: После хорошей просушки, пластинку обрабатывают реактивом Марки: 1мл формалина (36% раствор формальдегида в воде) и 9 мл концентрированной серной кислоты. На хроматограмме проявляются пятна фиолетового цвета, то есть составляющих героина (диацетилмофин и моноацетилморфин).

Наиболее общий подход к качественному анализу основан на значениях подвижности , которая характеризует сорбционные свойства системы в ТСХ и является чувствительной характеристикой вещества. Подвижность рассчитывается из экспериментальных данных по уравнению:

(3.2.1.1)

На практике на величину влияет множество факторов, не всегда поддающихся контролю. Поэтому используют раствор стандартного вещества, относительно которого идёт определение. Стандартное вещество (свидетель) в том же растворителе наносится на стартовую линию рядом с анализируемым веществом и, таким образом, хроматографируется в тех же условиях.

При использовании стандарта записываем:

(3.2.1.2.)

Тогда можно записать следующее уравнение для относительной подвижности

(3.2.1.3.)

- это относительная подвижность. [1]

При соблюдении стандартных условий получаются воспроизводимые результаты , которые можно использовать в аналитических целях при сравнении с табличными, если они получены в тех же условиях опыта.



Рис. 3.2.1.1. ТСН-схема:

I - линия старта

II - линия фронта

1 - длина пятна

2 - отрезок от линии старта до пятна

3 - отрезок от линии старта до центра пятна -

4 - отрезок от линии старта до линии фронта - . [1]

3.2.2 Количественный анализ

Количественный анализ в ТСХ может быть сделан непосредственно на пластинке или после удаления вещества с пластинки. При непосредственном определении на пластинке измеряют тем или иным образом площадь пятна (например, с помощью миллиметровой кальки) и по заранее построенному градуировочному графику находят количество вещества. Применяют также прямое спектрофотометрирование пластинки с помощью спектроденситометров. Для количественных расчётов также предварительно строят градуировочный график, используя оптическую плотностью в центре пятна.

Наиболее точным считается метод, в котором вещество после разделения удаляется с пластинки и анализируется спектрофотометрически или при помощи иного метода. Удаление вещества с пластинки обычно производят механическим путём, хотя иногда прменяют вымывание подходящим растворителем.

В настоящее время ТСХ является одним из важных методов аналитической химии. Это непревзойдённый метод анализа сложных смесей. Он прост по методике выполнения и аппаратуре, экспрессен, не требует для анализа большого количества вещества. В органической химии ТСХ используется как метод определения чистоты полученного вещества. Широко применяется ТСХ в криминалистике при анализе наркотических веществ. [1]

4. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ХРОМАТОГРАФИИ

Простота, эффективность и универсальность хроматографического метода обусловили широкое применение его для решения различных вопросов химии, биологии, медицины, физики, биотехнологии, химической технологии и связанных с ней других областей промышленности и техники.

Кроме главного своего применения -- качественного и количественного анализа сложных смесей -- хроматографические методы позволяют решать ряд других не менее важных задач. К ним относятся следующие:

· идентификация веществ и установление различия между ними;

· разделение сложной смеси на отдельные компоненты с препаративными целями;

· испытание вещества на однородность, на чистоту;

· очистка веществ от примесей;

· концентрирование вещества и его выделение из разбавленных растворов или смесей;

· контроль и автоматизация производственных процессов. [4]

Диапазон применения хроматографических методов огромен: от анализа атмосферы планет Солнечной системы до полного анализа содержимого одной живой клетки. Исключительную роль хроматография играет в химической, нефтехимической, газовой, пищевой, целлюлозно-бумажной и многих других отраслях промышленности, прежде всего в технологическом контроле и поддержании оптимального режима производства, в контроле исходного сырья и качества готовой продукции, анализе газовых и водных сбросов производства. На каждом из 150 крупных заводов в России в технологическом контроле постоянно функционируют от 100 до 600 газовых хроматографов. Тысячи газовых, жидкостных и ионных хроматографов эксплуатируются в лабораториях Госсанэпиднадзора, экологических центрах, токсикологических лабораториях, и так далее.

Велико значение хроматографических методов в геологоразведке, в частности, в поиске газоносных и нефтеносных регионов как на суше, так и в морях, месторождений полезных ископаемых. Все чаще используется хроматография в энергетике для анализов воды на ТЭЦ и АЭС, для определения теплотворной способности природного газа.

Хроматографические методы незаменимы в контроле качества пищевых продуктов. [7]

ВЫВОД

Мы рассмотрели физико-химический метод хроматографии, привели несколько типов классификации и более подробно остановились на примере методов газовой хроматографии и ТСХ.

Хроматография является эффективным методом разделения и анализа сложных по составу жидких и газообразных смесей. Твёрдые вещества могут быть проанализированы путём перевода в жидкое или газообразное состояние.

Качественный и количественный анализ проводится при помощи по характеристикам удерживания. Особенность качественного и количественного хроматографического анализа - для их проведения часто используют синтез методов хроматографии и других физико-химических методов (например, спектрофотометрия в ТСХ), также используют прямое определение количества определяемого вещества при помощи измерительных материалов. Особенности качественного и количественного методов определению варьируются в зависимости от самого метода хроматографирования.

Используя разные хроматографические методы можно достигать требуемой точности, экспрессности анализа. Например, метод ТСХ удобен для тех случаев, когда проба легко может быть представлена в виде жидкого раствора и когда главным фактором определения является время; во многих случаях ТСХ является достаточно точным методом определения.

Также на примере газовой хроматографии было показано, что разные методы качественного и количественного определения также дают свои преимущества по точности или экспрессности.

На примере современных газовых хроматографов было показано, что в настоящее время анализы смесей не занимают большого количества времени, производительность этих приборов высока (более 750 проб в день).

В данное время методы хроматографии являются наиболее обширными по диапазону решаемых задач и в то же время одними из наиболее развивающихся.

Список литературы:

1. Васильев В. П. Аналитическая химия, В 2 кн. Кн. 2 Физико-химические методы анализа: Учеб. для студ. вузов, обучающихся по химико-технол. спец. - 4-е изд., стереотип. - М.: Дрофа, 2004 - 384 с.

2. Крешков А. П. Основы аналитической химии. В 2 т. Т 2 Теоретические основы. Количественный анализ. - М.: Химия, 1971 - 456 с.

3. Герасимов Я. И. и др. Курс физической химии Т 1. - М.: Химия, 1970 - 592 с.

4. Айвазов Б. В. Практическое руководство по хроматографии. - М.: Высшая школа, 1968. - 280 с.

5. Москвин Л.Н., Царицына Л.Г. Методы разделения и концентрирования в аналитической химии . - Л.: Химия, 1991. - 256 с.

6. Крешков А. П. Основы аналитической химии. В 2 т. Т 1 Теоретические основы. Качественный анализ. - М.: Химия, 1970 - 472 с.

7. http://www.metodolog.ru/00151/00151.html

8. http://www.varianinc.ru/gcport.html

9. http://www.varianinc.ru/gc490techn.html

10. http://www.varianinc.ru/gc490dmd.html

11. http://merlin.com.ua/chem/tsx.html

Размещено на http://www.allbest.ru/