ГЛАВА VIII. ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА

А. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

§ 1. Классификация хроматографических методов анализа

Хроматографический метод, предложенный русским ученым М. С. Цветом в 1903 г., основан на использовании сорбционных процессов в динамических условиях. В простейшем виде эти условия создаются при прохождении потока смеси газов, паров, жидкостей или раствора через колонку, содержащую слой зерненого сорбента.

Простота, эффективность и универсальность хроматографического метода дали возможность широко использовать его в различных областях науки, промышленности и техники.

С помощью хроматографического метода возможно:

разделение сложных смесей органических и неорганических веществ на отдельные компоненты; разделение и выделение растительных и животных пигментов, изотопов, редкоземельных элементов и других веществ;

очистка вещества от примесей;

концентрирование веществ из сильно разбавленных растворов;

определение молекулярной структуры некоторых соединений путем установления связи между сорбируемостью и строением данного вещества;

качественный и количественный анализ исследуемого вещества.

Способы выполнения хроматографического анализа. Различают следующие способы выполнения хроматографического метода анализа: фронтальный, вытеснительный, элюентный.

При фронтальном анализе исследуемый раствор смеси веществ непрерывно подают в верхние части колонки и собирают отдельные фракции фильтрата. При анализе системы, содержащей компоненты А и В, первым из колонки вытекает чистый растворитель; затем после насыщения сорбента менее сорбирующимся веществом, например В, из колонки вытекает раствор, содержащий компонент В; когда же сорбент насыщается компонентом А, в приемник поступают одновременно два компонента А и В. Указанным способом может быть получено в чистом виде только наименее сорбируемое вещество. Полного разделения исследуемой смеси на составные компоненты не достигается.

При вытеснительном анализе в колонку вводят порцию раствора смеси, содержащей компоненты А и В, или многокомпонентную смесь и с помощью более сорбирующегося вещества D вытесняют ранее сорбированные компоненты А и В. Введенное вещество D вытесняет компонент А, который вытесняет менее сорбируемый компонент В. Происходит перемещение веществ А и В вдоль слоя сорбента со скоростью, равной скорости движения вытеснителя D. Из колонки последовательно выходят компоненты В и А в соответствии с их избирательной сорбируемостью на сорбенте. Между зоной первого и последующего компонента образуется промежуточная зона, содержащая смесь этих компонентов.

Полнота разделения веществ зависит от условий проведения анализа.

При элюентном анализе в колонку вводят порцию исследуемой смеси компонентов, например А, В, С. Компоненты смеси располагаются вдоль колонки сверху вниз в перекрывающихся зонах в соответствии с их сорбируемостью, например . Нижняя зона хроматограммы в колонке содержит чистое вещество С. При промывании сорбента растворителем вдоль колонки происходит передвижение компонентов смеси вследствие взаимного вытеснения в соответствии с их сорбируемостью. В фильтрате собирают компоненты в порядке повышения их сорбируемости, т. е. вначале компонент С, затем В и А.

Главная особенность хроматографического метода состоит в том, что при движении хроматографируемой смеси через сорбент происходит многократное повторение процессов, обусловливающих разделение компонентов смеси.

Методы хроматографического анализа. Хроматографические методы различаются по следующим признакам:

по агрегатному состоянию системы, в которой проводится разделение смеси на компоненты, — газовая, жидкостная и газожидкостная хроматография;

по механизму разделения — адсорбционная (жидкостная, газовая), распределительная, ионообменная, осадочная, окислительно-восстановительная, адсорбционно-комплексообразовательная хроматография;

по форме проведения процесса — колоночная, капиллярная, плоскостная (на бумаге и тонкослойная).

В ряде случаев разделение оказывается результатом нескольких одновременно протекающих процессов с различными механизмами. Это приводит к образованию хроматограммы смешанного типа, однако один из процессов всегда является доминирующим.