химический каталог




ЖИДКОСТНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ

Автор Химическая энциклопедия г.р. И.Л.Кнунянц

ЖИДКОСТНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ, вид хроматографии, в которой подвижной фазой (элюентом) служит жидкость. Неподвижной фазой может быть твердый сорбент, твердый носитель с нанесенной на его поверхность жидкостью или гель. Различают колоночную ЖИДКОСТНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ х., в которой через колонку, заполненную неподвижной фазой, пропускают порцию разделяемой смеси веществ в потоке элюента (под давлением или под действием силы тяжести), и тонкослойную ЖИДКОСТНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ х. (см. Тонкослойная хроматография), в которой элюент перемещается под действием капиллярных сил по плоскому слою сорбента, нанесенного на стеклянную пластинку или металлич. фольгу, вдоль пористой полимерной пленки, по поверхности цилиндрич. кварцевой или керамич. палочки, по полоске хроматографич. бумаги (см. Хроматография на бумаге). Разработан также метод тонкослойной ЖИДКОСТНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ х. под давлением (элюент прокачивают через слой сорбента, зажатого между пластинами). ЖИДКОСТНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ х. применяется как аналитическая и препаративная (см. Хроматография препаративная). В высокоэффективной ЖИДКОСТНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ х. (ВЭЖХ) используют колонки диаметром до 5 мм, плотно упакованные сорбентом с частицами малого размера (3-10 мкм); давление для прокачивания элюента до 3 * 107 Па (ее называют также хроматографией высокого давления). Варианты ВЭЖХ -микроколоночная хроматография на наполненных колонках малого диаметра и капиллярная хроматография на полых и наполненных сорбентом капиллярных колонках. К ЖИДКОСТНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ х. обычно относят также гидродинамич. хроматографию, где неподвижная фаза отсутствует. В этом случае используют тот факт, что скорость потока элюента максимальна в центре полого капилляра и минимальна у его стенок, а разделяемые компоненты распределяются между движущимися с разной скоростью слоями элюента в соответствии со своими размерами или под влиянием наложенного в поперечном направлении внешний силового поля (центробежного, электрического, магнитного).
Основные виды. По механизму удерживания разделяемых веществ неподвижной фазой ЖИДКОСТНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ х. делится на осадочную хроматографию, адсорбционную, распределительную, ионообменную хроматографию (в том числе ионную хроматографию), ион-парную, лигандообменную хроматографию, эксклюзионную хроматографию (ситовую) и аффинную хроматографию (биоспецифическую). Осадочная ЖИДКОСТНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ х. основана на различные растворимости осадков, образующихся при взаимодействии компонентов анализируемой смеси с реагентом-осадителем. Преимущества метода в том, что получающиеся вдоль сорбента зоны имеют резкие границы, содержат осадки только одного вещества и часто разделены зонами чистого сорбента. Метод пока не нашел широкого распространения. Адсорбционная ЖИДКОСТНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ х. в зависимости от относит. полярности сорбента и элюента подразделяется на нормально-фазную и обращенно-фазную. В первом случае адсорбция веществ происходит на полярном сорбенте [например, силикагеле, содержащем гидроксильные (силанольные) группы] из неполярного элюента благодаря донорно-акцепторному взаимодействие или образованию водородных связей. Во втором - на поверхности гидрофобизир. сорбента из полярного элюента благодаря дисперсионному (гидрофобному) взаимодействие разделяемых молекул с поверхностью (образование водородной связи возможно в подвижной фазе с молекулами элюента, который, как правило, содержит воду). В распределительной ЖИДКОСТНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ х. разделение основано на распределении веществ между двумя жидкими фазами: неподвижной, нанесенной на поверхность носителя, и подвижной элюентом. В зависимости от полярности жидких фаз возможны нормально-фазный и обращeнно-фазный варианты. В первом случае на поверхность или в поры пористого носителя наносится полярная жидкость, не смешивающаяся с неполярным элюентом, во втором - используется нсполярная неподвижная фаза и полярный элюент. К распределительной ЖИДКОСТНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ х. относится и экстракционная ЖИДКОСТНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ х., в которой неподвижной фазой служит органическое экстрагент, нанесенный на твердый носитель, а подвижной - водный раствор разделяемых соединений. В качестве экстрагентов используют диалкилфосфорные и алкилсульфоновые кислоты, фенолы (кислотные экстрагенты), триалкилфосфаты, фосфиноксиды и др. (нейтральные экстрагенты), амины, четвертичные аммониевые основания, а также серосодержащие фосфорорганическое соединение, хелатообразующие реагенты и др. Применяется для разделения и концентрирования неорганическое соединение, например, ионов щелочных металлов, актиноидов, РЗЭ и др. близких по свойствам элементов, в процессах переработки отработанного ядерного горючего. В ионообменной ЖИДКОСТНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ х. разделение основано на различные способности разделяемых ионов к реакции ионного обмена с фиксир. ионами сорбента, образующимися в результате диссоциации ионогенных групп последнего. В зависимости от знака заряда фиксир. ионов различают катиониты (закреплен анион) и аниониты (закреплен катион) (см. Иониты). Разделение ионов регулируют подбором оптим. значений рН элюента и его ионной силы. Вариант ионообменной ЖИДКОСТНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ х. - ионная хроматография, в которой разделенные анионы (катионы) детектируют в виде кислот (соответственно оснований) высокочувствительный кондуктометрическим детектором, а высокоэффективные колонки наполнены поверхностно-активным ионитом с небольшой емкостью. Ион-парную ЖИДКОСТНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ х. можно рассматривать как комбинацию адсорбционной и ионообменной; в качестве неподвижной фазы используют гидрофобизир. адсорбент, а подвижной - водно-органическое элюент с добавлением поверхностно-активных ионогенных соединений (ион-парных реагентов), например, додецилсульфата Na или триметилцетиламмоний бромида. Разделение основано на удерживании ион-парного реагента на гидрофобной поверхности адсорбента с образованием ионита, который и проводит разделение ионогенных соединений. Возможно также образование ионных пар разделяемых ионов с ион-парным реагентом, которые затем удерживаются на гидрофобизир. поверхности адсорбента. Лигандообменная ЖИДКОСТНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ х. основана на различные способности разделяемых соединений образовывать комплексы с катионами переходных металлов - Cu(II), Ni(II), Zn(II), Cd(II), Co(II) и др. - и фиксир. группами (лигандами) неподвижной фазы. Часть координац. сферы ионов металла занята молекулами воды или др. слабыми лигандами, которые могут вытесняться молекулами разделяемых соединений. Наиб. эффективна для разделения оптический изомеров. Аффинная ЖИДКОСТНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ х. основана на образовании прочной связи со специфический группами неподвижной фазы (лигандами, аффинантами). Взаимод. лигандов с разделяемыми веществами основано на биологическое функции последних. Так, при разделении ферментов лигандами служат их субстраты, ингибиторы или коферменты, токсинов - рецепторы, белков - антитела и т. д. Особенно эффективна в биотехнологии и биомедицине для выделения ферментов, белков, гормонов. В эксклюзионной (ситовой, гель-проникающей, гель-фильтрационной) ЖИДКОСТНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ х. разделение основано на различиях в размерах молекул; молекулы малых размеров проникают в сравнительно тонкие поры сорбента и задерживаются в них, крупные молекулы либо не проникают в поры, либо проникают лишь в широкие поры и проходят колонку с незначительной удерживанием. Пов-сть сорбента и состав элюента подбирают так, чтобы исключить или уменьшить энергию адсорбционного взаимодействия (однако иногда при разделении олигомеров удобнее использовать адсорбционного механизм). Применяют для разделения олигомеров и полимеров (в том числе биологических).
Основные хроматографические величины и их определение. При разделении веществ с помощью ЖИДКОСТНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ х. могут применяться проявительный, фронтальный и вытеснительный варианты. Чаще всего используют проявительный вариант, при котором в колонку в потоке элюента вводят порцию разделяемой смеси. Выход компонентов смеси из колонки регистрируется на хроматограмме в виде пиков (рис., а). Из хроматограммы определяют времена удерживания несорбирующегося (t0) и разделенных компонентов (tR1 , tR2 и т. д.) и ширину оснований пиков (tw1, tw2 и т. д.). Зная объемную скорость элюента w, вычисляют: мертвый объем колонки Vm = t0 * w; исправленный удерживаемый объем компонента V»R = (tR — t0)w = t»Rw, где t»R - исправленное время удерживания компонента; коэффициент емкости колонки по отношению к данному компоненту k» = (tR - t0)/t0 = V»R/Vm; эффективность колонки (характеризуется числом эквивалентных теоретич. тарелок) N = 16(tR/tw)2; коэффициент селективности a = t»R2 /t»R1 = V»R2/V»R1 =2/k»1 и разрешение RS = 2(tR2 - tR1)/(tw1 + tw2). Высота или площадь пиков характеризует концентрацию компонентов, а удерживаемые объемы - качеств. состав смеси. Идентификацию компонентов обычно проводят по совпадению времен удерживания со стандартными веществами; используют также физических-химический или химический методы.

Варианты жидкостной хроматографии: а)проявительный; б)фронтальный; в) вытеснительный.

При фронтальном варианте через колонку непрерывно пропускают смесь разделяемых веществ, которая играет роль подвижной фазы. Хроматограмма в этом случае представляет собой ступени, высоты которых пропорциональны концентрациям компонентов; удерживаемые объемы определяют по времени удерживания компонентов (рис., б). При дифференцировании такой хроматограммы получают картину, как в проявит. варианте. В вытеснит. варианте компоненты смеси, введенной в колонку, вытесняются элюентом, который адсорбируется сильнее любого компонента. Порядок выхода компонентов определяется силой взаимодействие их с поверхностью сорбента (рис., в). Главный показатель, характеризующий ЖИДКОСТНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ х., - разрешение RS двух веществ, которое связано с основные хроматографич. величинами соотношением:

Коэф. емкости k» существенно влияет на величину RS: при изменении k» от 0 до 10 (оптим. пределы) RS сильно возрастает. Значение k» определяется удельная поверхностью сорбента и его количеством в колонке, а также константой адсорбционного равновесия (константой Генри). Коэф. селективности a определяется различием констант адсорбционного равновесия двух разделяемых компонентов. При увеличении a (от 1 до ~ 5) RS резко возрастает, при дальнейшем увеличении a - меняется мало Селективность колонок зависит от химический структуры поверхности (в эксклюзионной хроматографии - геометрическая структуры) сорбента, состава элюента, температуры колонки и строения разделяемых соединений. Т. к. сорбция хроматографируемых веществ в ЖИДКОСТНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ х. определяется попарным взаимодействием трех основные компонентов системы - сорбента, разделяемых веществ и элюента, то изменение состава элюента - удобный способ оптимизации процесса разделения. Эффективность колонки зависит от размера частиц и структуры пор адсорбента, от равномерности набивки колонки, вязкости элюента и скорости массообмена. Удлинение колонки не всегда приводит к улучшению разделения, т. к. возрастает сопротивление колонки, увеличивается давление элюента на входе и время проведения опыта, снижается чувствительность и точность анализа из-за уширения пика анализируемого компонента. При RS / 1 пики двух веществ на хроматограмме разделяются практически полностью, с ростом RS увеличивается время разделения; при RS < 1 - разделение неудовлетворительное. В препаративной хроматографии в связи с введением сравнительно больших кол-в разделяемых веществ колонка работает с перегрузкой. При этом снижается коэффициент емкости, возрастает высота, эквивалентная теоретич. тарелке, что приводит к уменьшению разрешения.
Адсорбенты. Осн. адсорбент - кремнезем (силикагель), гидроксилированный или химически модифицированный; используют также Аl2О3, углеродные адсорбенты, полимеры, содержащие ионогенные, комплексообразующие группы или группы, способные к специфический взаимодействие с биологически активными веществами. Размер частиц силикагеля в аналит. колонках 3-10 мкм, в препаративных - 20-70 мкм. Малый размер частиц увеличивает скорость массообмена и повышает эффективность колонки. Совр. аналит. колонки длиной 10-25 см, заполненные силикагелем с размером частиц 5 мкм, позволяют разделить сложные смеси из 20-30 компонентов. При уменьшении размера частиц до 3-5 мкм возрастает эффективность колонки, но и растет ее сопротивление и для достижения скорости потока элюента 0,5-2,0 мл/мин требуется давление (1-3) * 107Па. Силикагель выдерживает такой перепад давления, гранулы же полимерных сорбентов более эластичны и деформируются. В последнее время разработаны механически прочные густосетчатые полимерные сорбенты макропористой структуры, приближающиеся по своей эффективности к силикагелям. Форма частиц сорбента размером 10 мкм и выше не оказывает большого влияния на эффективность колонки, однако предпочитают сферич. сорбенты, которые дают более проницаемую упаковку. Внутр. структура частицы силикагеля представляет собой систему сообщающихся каналов. Для ЖИДКОСТНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ х. используют сорбенты с диаметром пор 6-25 нм и удельная поверхностью 600-100 м2/г. Разделение в ЖИДКОСТНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ х. проводят в основные на силикагелях, модифицир. реакцией алкил- и арилхлорсиланов или алкилэтоксисиланов с силанольными группами поверхности. С помощью таких реакций прививают группы С8Н17, С18Н37 или С6Н5 (для получения сорбентов с гидрофобизир. поверхностью), g -аминопропильные, нитрильные, гидроксильные (в диольных сорбентах) группы и др. Сорбенты с гидрофобизир. поверхностью углеродной природы получают также пиролизом органическое соединение на поверхности силикагеля. В ион-парной, лигандообменной и адсорбционного хроматографиях используют метод динамич. адсорбционного модифицирования, при котором в элюент вводят незначительной добавки адсорбирующегося на поверхности адсорбента соединение, содержащего функциональных группу, которая обеспечивает желаемый механизм разделения, например, при разделении углеводов на гидроксилир. силикагеле в элюент добавляют пиперазин. Возможна также постоянная адсорбционного модификация поверхности желаемым реагентом при использовании элюента, не смывающего последний.
Элюенты должны элюировать анализируемые соединения с оптим. значениями k», обладать низкой вязкостью, обеспечивать необходимый уровень селективности, быть дешевыми, нетоксичными, инертными, совместимыми с методами детектирования (например, с УФ детектором нельзя использовать в качестве элюента бензол). В нормально-фазной хроматографии обычно используют углеводороды (гексан, гептан, изооктан, циклогексан) с добавлением небольших кол-в СНСl3, изо-С3Н7ОН, диизопропилового эфира; в обращенно-фазной смесь воды с CH3CN, СН3ОН, С2Н5ОН, диоксаном, ТГФ, ДМФА. Если компоненты разделяемой смеси имеют близкие значения k», хроматографируют одним элюентом (изократич. режим), если отдельные компоненты смеси сильно удерживаются сорбентом, используют серию элюентов возрастающей силы (ступенчатое или непрерывное градиентное элюирование).
Аппаратура. Совр. жидкостной хроматограф включает емкости для элюентов, насосы высокого давления, дозатор, хроматографич. колонку, детектор, регистрирующий прибор, систему управления и мат. обработки результатов. Элюенты подаются в насос через фильтр, задерживающий пылевые частицы (больше 0,2 мкм); иногда через элюенты пропускают небольшой ток гелия для удаления растворенного воздуха и предотвращения образования пузырьков в детекторе (особенно в случае водных и полярных элюентов). В аналит. хроматографах для подачи элюента в колонку используют поршневые насосы с системой обратной связи, позволяющие сглаживать пульсацию потока в пределах 1-2% и обеспечивать объемные скорости от 0,1 до 25 мл/мин при давлении до ~ 3 * 107 Па. В микроколоночной хроматографии объемные скорости потока элюента ниже: 10-1000 мкл/мин. В случае градиентного элюирования используют несколько насосов, которые управляются программатором и подают в камеру смешения 2-3 компонента элюента, оставляя постоянной общую скорость потока. Для введения пробы в колонку, находящуюся под большим давлением, без остановки потока используют спец. микродозирующие краны, связанные с петлей известного объема для исследуемой пробы раствора. Разработаны дозировочные системы с автоматич. отбором и вводом пробы с помощью микродозирующих кранов или шприцов. Колонки для ВЭЖХ изготовляют чаще всего из нержавеющей стальной полированной трубки длиной 10-25 см и внутр. диаметром 3-5 мм. Используют также стеклянные колонки, помещенные в металлич. кожух; в микроколоночной хроматографии - набивные металлич. колонки с внутр. диаметром 1,0-1,5 мм, набивные стеклянные микроколонки диаметром 70-150 мкм и полые капиллярные колонки диаметром 10-100 мкм; в препаративной - колонки диаметром от 2 до 10 см и более. Для равномерного и плотного заполнения колонок сорбентом используют суспензионный метод набивки. Суспензию готовят из сорбента и подходящей органическое жидкости, которая подается под давлением до 5 * 107 Па в колонку. Для определения выходящих из колонки разделенных компонентов используют детекторы (см. Детекторы хроматографические). Для увеличения чувствительности детектора иногда применяют послеколоночную дериватизацию компонентов смеси. Для этого с потоком элюента вводят такие реагенты, которые, взаимодействуя с разделенными веществами, образуют производные с более выраженными свойствами, например, сильнее поглощают в УФ или видимой области спектра или обладают большей флуоресцирующей способностью и т. д. Иногда дериватизацию проводят до хроматографич. анализа и разделяют производные, а не исходные вещества. Регистрацию хроматограмм и обработку данных проводят с помощью самописца или мини-ЭВМ, которая также рассчитывает количественное характеристики и, в некоторых случаях, качеств. состав смесей. Микропроцессор обеспечивает автоматич. ввод пробы, изменение по заданной программе состава элюента при градиентном элюировании, поддержание температуры колонки.
Применение. ЖИДКОСТНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ х. важнейший физических-химический метод исследования в химии, биологии, биохимии, медицине, биотехнологии. Ее используют для анализа, разделения, очистки и выделения аминокислот, пептидов, белков, ферментов, вирусов, нуклеотидов, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов, гормонов и т. д.; изучения процессов метаболизма в живых организмах лек. препаратов; диагностики в медицине; анализа продуктов химический и нефтехимический синтеза, полупродуктов, красителей, топлив, смазок, нефтей, сточных вод; изучения изотерм сорбции из раствора, кинетики и селективности химический процессов. В химии высокомол. соединение и в производстве полимеров с помощью ЖИДКОСТНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ х. анализируют качество мономеров, изучают молекулярно-массовое распределение и распределение по типам функциональности олигомеров и полимеров, что необходимо для контроля продукции. ЖИДКОСТНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ х. используют также в парфюмерии, пищевая промышлености, для анализа загрязнений окружающей среды, в криминалистике. Хроматография как метод разделения веществ предложена М. С. Цветом в 1903 на примере ЖИДКОСТНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ х.

Химическая энциклопедия. Том 2 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
обучение монтажник 3 разряда
Короба для Автошкол
дизайн тц реклама
москва вятская ул дом 35 стр 9 арендовать контейнер под товар

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(26.05.2017)