Презентация на тему: Хроматографический анализ

ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ План лекции История и основные принципы хроматографии Хроматография как метод анализа Виды хроматографии Лекция 39

A Б В Г элюент Михаил Семенович Цвет (1872 -1919) Разделение хлорофилла (1903) Здесь была открыта хроматография Аппаратура Цвета

История хроматографического анализа 1903 – первый доклад М.С.Цвета о разделении хлорофилла; 1931 – признание приоритета Цвета как создателя хроматографии в целом и адсорбционно-хроматографического анализа в частности; 1937 - ионообменная хроматография ( Г.Шваб, США); 1938 - тонкослойная хроматография (Н.А.Измайлов, М.С.Шрайбер, СССР); 1941 - жидкостная распределительная хроматография как метод анализа смесей аминокислот (А.Мартин, Р.Синдж, Англия); 1944 - бумажная хроматография (А.Мартин, Р.Синдж, Англия); 1945 - первые публикации по газоадсорбционной хроматографии; 1952 - А.Джеймс и А.Мартин создали газожидкостную хроматографию и предложили первую теорию разделения («теорию тарелок»); 1953 - построен и применен в анализе первый газовый хроматограф.

1956 - теория размывания хроматографических пиков ( Я. Ван Деемтер, А.Клинкенберг, Голландия); 1956 - капиллярная газовая хроматография (М.Голэй, Франция); 1960-е годы - массовый выпуск газовых хроматографов, препаративная хроматография, хромато-масс-спектрометрия; 1966-1971 - первые жидкостные хроматографы высокого давления (Ш.Хорват, США, Г.Киркланд, Англия). Развитие метода ВЭЖХ; 1975 - ионная хроматография (Х.Смолл, Т.Стивенс и В.Бауман, США); 1980–е годы - флюидная (сверхкритическая) хроматография; 1990-е годы – базы данных и системы компьютерной идентификации для хроматографического анализа. История хроматографического анализа (продолжение)

Процесс разделения Элюент Элюат Сорбент Сорбат

Хроматографическое разделение основано на различии скоростей перемещения разных компонентов пробы через слой сорбента. Скорости движения компонентов в хроматографии теоретически не должны зависеть ни от концентрации сорбата, ни от состава пробы (природы и концентрации других компонентов). На практике эти положения иногда не выполняются, особенно при высокой концентрации компонентов и при вводе в колонку большой массы пробы. Это ведет к ошибочным результатам анализа.

Хроматограмма бензина (метод ГЖХ, режим программирования температуры) 5. этилбензол 9. нафталин 4. толуол 8. 1,2,4-триметилбензол 3. изооктан 7. о-ксилол 2. бензол 6. м- и п-ксилолы 1. 3-метилпентан

Хроматограмма апельсинового сока (метод ВЭЖХ, режим градиентного элюирования) > 50 веществ / < 30 минут

Хроматография – это метод разделения и анализа смесей, основанный на многократном перераспределении компонентов смеси между двумя фазами при прохождении подвижной фазы (ПФ) через неподвижную (НФ). Понятие «хроматография» гораздо шире, чем «хроматографический анализ». Хроматография является не только методом анализа, но и лежит в основе многих природных явлений и промышленных технологий, она позволяет вести глубокую очистку веществ (препаративные методы) и исследовать их свойства (например, измерять характеристики поверхности).

Основные области применения хроматографического анализа нефтехимия и химическая промышленность; контроль состояния окружающей среды; анализ пищевых продуктов и лекарственных препаратов; клинический анализ; научные исследования.

Основные преимущества хроматографии как аналитического метода Высочайшая селективность Воспроизводимость результатов Многокомпонентность анализа Низкие пределы обнаружения (0.1 мкг/л) Широкий диапазон линейности (1-1000 мкг/л) Малый расход пробы ( < 1 мл) Экспрессность анализа Простота эксплуатации и возможность полной автоматизации

Особенности хроматографического анализа Гибридный метод (разделение, идентификация и количественное определение компонентов проводятся одновременно, на одном приборе). 2. Универсальность 3. Информативность. 4. Переменная чувствительность 5. Проблематичность концентрирования и непрерывного контроля состава объекта. 6. Незавершенность разработки теоретических основ метода, ведущая к эмпирическому подбору условий разделения смеси.

Сегодня газовые хроматографы - самые распространенные аналитические приборы. Число продаж ≈ 30 000 приборов / год Объем мирового рынка > $ 1 000 000 000 / год Наиболее известные фирмы: Perkin-Elmer, Hewlett Packard, Agilent, Shimadzu, Carlo Erba, Fisons, “Цвет”, “Кристалл” и др.

В контрольно-аналитической лаборатории. Газовый хроматограф HP 5890 (фирма Хьюлетт-Паккард)

Классификация хроматографических методов Виды Признак аналитическая, препаративная По целям и задачам элюентная, вытеснительная, фронтальная По способу перемещения сорбата колоночная, планарная (ТСХ, БХ) По способу проведения распределительная, адсорбционная, ионообменная и др. По механизму межфазного распределения Газовая хроматография, жидкостная, флюидная и др. По агрегатному состоянию фаз Так, метод Цвета – жидкостная адсорбционная колоночная элюентная препаративная хроматография.

ВИДЫ ХРОМАТОГРАФИИ 1) Классификация по фазовым состояниям Флюидно-жидкостная Жидкая Флюидно-адсорбционная Флюидная хроматография Твердая Флюид Жидкость-жидкостная Жидкая Жидкостно-адсорбционная Жидкостная хроматография Твердая Жидкость Газожидкостная (ГЖХ) Жидкая Газоадсорбционная (ГАХ) Газовая хроматография Твердая Газ Варианты Общее название НФ ПФ

Время, часы Сигнал детектора Флюидная хроматография: разделение олигомеров полистирола Подвижная фаза: субкритический пентан

+++++ Распределительная Растворение в НЖФ (экстракция) ++ Молекулярно-ситовая (эксклюзионная) Проникновение в поры (разделение по размеру молекул) + Осадочная Осаждение и растворение осадка ++ Ионообменная, ионная Ионный обмен + Хемосорбционная Образование химических связей (водородных и др.) +++ Адсорбционная Физическая адсорбция Значение Вариант Механизм ВИДЫ ХРОМАТОГРАФИИ 2) Классификация по механизму межфазного распределения сорбата

Ионная хроматография Весьма эффективный метод определения любых ионов. Лучший метод определения неорганических анионов. Чувствительность - 1-10 нг/мл (без дополнительного концентрирования. Анионообменник Силасорб-S с нанесенным 6,10-ионеном. Колонка: 50x3 мм. Элюент: 0.3 мМ гидрофталат калия. Расход 1.0 мл/мин. УФ-детектор (λ=254 нм).

Схема ионного хроматографа Емкость с элюентом Насос Кран ввода пробы Предколонка Разделяющая (аналитическая) колонка Система подавления Фонового сигнала Детектор

Механизм эксклюзионной хроматографии A B B C C C D D D D B A C Разделение смеси полипептидов разного размера на колонке с молекулярными ситами

ВИДЫ ХРОМАТОГРАФИИ Классификация по способу проведения хроматографического процесса Бумажная (БХ) и тонкослойная (ТСХ) Планарная В плоском слое сорбента Капиллярная (в т.ч. на поликапиллярных колонках) В пленке на внутренней стенке капилляра Хроматография на насадочных колонках Колоночная В цилиндрическом слое сорбента Вариант Общее название Схема Характер процесса

Элюентный вариант 4) Классификация по способу перемещения сорбата А В C Сигнал детектора Время, мин Элюент A B C ВИДЫ ХРОМАТОГРАФИИ

Вытеснительный вариант A B Вещество D (реагент) C D Сигнал детектора Время, мин А В С D

Фронтальный вариант Сигнал детектора Время, мин А В С А А+В А+В+С Раствор пробы

5) Классификация по целям и задачам Аналитическая Препаративная Разделение, обнаружение и определение веществ ) Выделение веществ (больших количеств) Малый объем пробы, Элюентный вариант Большой объем пробы, Вытеснительный или фронтальный варианты ВИДЫ ХРОМАТОГРАФИИ

Аналитические и препаративные колонки 5-25 см

Дополнительная литература Аналитическая химия. Проблемы и подходы. В 2 т. Под ред. Р.Кельнера и др. – М.: Мир, 2004. («европейский учебник»). Айвазов Б.В. Введение в хроматографию – М.: Высшая школа, 1983. Сакодынский К.И. и др. Аналитическая хроматография. М.: Мир, 1993. Гольдберг К.А., Вигдергауз М.С. Введение в газовую хроматографию. М.: Химия, 1990. Хайвер К. Высокоэффективная жидкостная хроматография. М.: 1993. Столяров В.В., Савинов И.М., Виттенберг А.Г. Руководство к практическим работам по газовой хроматографии. М.: Химия, 2003. Айвазов Б.В. Практическое руководство по газовой хроматографии. М.: Высшая школа, 1977.