Современные хроматографические методы анализа

     МИНИСТЕРСТВО  НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ    
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

     МОСКОВСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ  ПРИКЛАДНОЙ БИОТЕХНОЛОГИИ 
 
 
 
 
 
 
 
 

РЕФЕРАТ

по  дисциплине  
«Методы и средства измерений, испытаний и контроля»

на  тему: «Современные хроматографические методы анализа». 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил: студент 3 курса, 6 группы,

факультета  «Пищевая биотехнология»

Курмашев Р.Ж. спец. 200503

Преподаватель: Потапов А.С. 
 
 
 
 
 
 
 

 
 

МОСКВА  2011 

 

Содержание:

1. Основные сведения о хроматографических методах анализа……………………………………………………………….….3
2. Классификация хроматографических методов………………......5
3. Механизмы хроматографического разделения…………….….…7
4. Метод твердофазной экстракции (ТФЭ)……………………………9
5. Жидкостные хроматографы…………………………………………11
6. Газовые хроматографы………………………………………………13
7. Тонкослойная хроматография………………………………………14
8. Список использованной литературы……………………………….17

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Основные  сведения о хроматографических методах анализа. 

    Хроматография – один из наиболее часто используемых аналитических методов в испытаниях продовольственного сырья и пищевых  продуктов. 

    Первоначально термин хроматография определялся как физико-химический метод разделения смеси веществ, основанный на распределении компонентов между двумя фазами – неподвижной и подвижной.

    С развитием инструментальной техники  термин хроматография приобрел более  широкий смысл. Хроматографией называют гибридный аналитический метод, который позволяет разделять многокомпонентную смесь, идентифицировать компоненты и определять ее количественный состав. 

    Принципы  хроматографического разделения смеси веществ 

    Хроматографические  методы разделения – это процессы, основанные на различии в скоростях  миграции отдельных компонентов  смеси через неподвижную фазу под влиянием подвижной фазы.

    Подвижная фаза представляет собой жидкость или газ, протекающий через неподвижную фазу.

    Неподвижной (стационарной) фазой  служит твердое вещество или пленка жидкости, нанесенная на твердое вещество.

    Компоненты  разделяемой смеси вместе с подвижной  фазой передвигаются вдоль стационарной фазы. В процессе хроматографического разделения происходят многократные акты сорбции–десорбции разделяемых компонентов.

Рис. 1 Схема элюентного разделения 2х-компонентной смеси

     хроматографического разделения

     двухкомпонентной смеси 

     хроматографического разделения

     двухкомпонентной смеси 

Сорбция – это поглощение вещества (сорбата) сорбентом.

    Сорбент – это твердое вещество, жидкость или их смесь, способные поглощать или удерживать газы, пары или растворенные вещества.  В хроматографии сорбент является неподвижной фазой.

    Сорбат - вещество, удерживаемое сорбентом. В хроматографии сорбат – это компонент разделяемой смеси.

    Неподвижная фаза находится в стеклянной или  металлической трубке, называемой колонкой. В зависимости от силы взаимодействия с сорбентом и с подвижной фазой компоненты перемещаются вдоль колонки с разной скоростью. Одни компоненты сильнее взаимодействуют с сорбентом, чем с подвижной фазой, поэтому скорость их продвижения по колонке будет небольшой. Другие компоненты, наоборот, слабо взаимодействуют с сорбентом, поэтому они будут быстрее покидать колонку вместе с подвижной фазой.

    Рассмотрим  схему хроматографического разделения двухкомпонентной смеси (Рис. 1)

    Порцию  раствора образца, представляющего  собой смесь двух компонентов А и В, вводят в верхнюю часть колонки, заполненной неподвижной фазой. Через колонку постоянно протекает поток подвижной фазы (растворитель). Компоненты пробы начнут взаимодействовать с подвижной и неподвижной фазами, т.е. будут перераспределяться в них: часть молекул веществ А и В будет растворена в подвижной фазе, другая часть будет сорбироваться на неподвижной фазе. По мере движения по колонке акты сорбции и десорбции будут многократно повторяться, при этом будет осуществляться непрерывный переход веществ из стационарной фазы в подвижную и наоборот.

    Поскольку передвижение растворенного вещества может осуществляться только вместе с подвижной фазой, средняя скорость миграции вещества будет зависеть от времени пребывания его в подвижной  фазе. Это время определяется склонностью  вещества к переходу в подвижную  или стационарную фазу. Предположим, что вещество А лучше растворяется в подвижной фазе, чем вещество В.

    Вещество В, напротив, лучше сорбируется неподвижной фазой, чем вещество А. Поэтому вещество А преимущественно будет находиться в подвижной фазе, а следовательно, будет быстрее продвигаться вниз по колонке, чем вещество В. Различие в скоростях приводит к разделению компонентов на полосы, расположенные вдоль колонки

    Процесс вымывания из колонки растворенного  вещества называется элюированием. Подвижную фазу, подаваемую на колонку и вводимую в слой неподвижной фазы, называют элюентом, а подвижную фазу, выходящую из колонки и содержащую разделенные компоненты, называют элюатом.

    Если  в конце колонки поместить  специальное устройство (детектор), реагирующее на изменение концентрации растворенного вещества в элюате, и откладывать величину его сигнала как функцию времени, получится серия симметричных пиков, как показано в нижней части рис 1. Такой график распределения веществ в элюате называется хроматограммой. 
 
 
 
 
 
 
 
 

Классификация хроматографических методов 

    По  агрегатному состоянию фаз хроматографию разделяют на:

- газовую 

- жидкостную.

Газовая хроматография включает газожидкостную и газотвердофазную в зависимости от агрегатного состояния неподвижной фазы.

Жидкостная  хроматография включает жидкостно-жидкостную, жидкостно-твердофазную, жидкостно-гелевую. Первое слово в названии метода характеризует агрегатное состояние подвижной фазы, второе – неподвижной.  

    По  технике выполнения в зависимости от аппаратурного оформления жидкостную хроматографию принято разделять на:

     - колоночную хроматографию, когда  разделение проводится в специальных  колонках. Колоночная хроматография  может быть реализована двумя  способами: в открытых колонках  при атмосферном давлении и  в закрытых колонках при повышенном  давлении. В последнем случае  такой вариант хроматографии  называют высокоэффективной жидкостной  хроматографией (ВЭЖХ).

    - плоскостную хроматографию, когда разделение проводится на специальной бумаге  (эта разновидность называется бумажной хроматографией) или в тонком слое сорбента - (тонкослойная хроматография). 

     По  механизму взаимодействия разделяемых компонентов с подвижной и неподвижной фазами сорбента и сорбата можно выделить несколько видов хроматографии: 

     - распределительная – основана на различии в растворимости разделяемых веществ в неподвижной фазе (газовая хроматографиия) или на различии в растворимости веществ в подвижной и неподвижной жидких фазах (жидкостная хроматография); 

     - адсорбционная – основана на различии в адсорбируемости веществ твердым сорбентом; 

     - ионообменная – основана на разной способности веществ к ионному обмену; 

     - эксклюзионная – основана на различии в размерах и формах молекул разделяемых веществ;

     - аффинная – основана на специфических взаимодействиях, характерных для некоторых биологических и биохимических процессов, таких как взаимодействие антитела с антигеном, фермента с субстратом и т.п.

     Классификация по механизму разделения весьма условна, т.к. часто процесс разделения протекает  сразу по нескольким механизмам. 
 
 

     

       

      

 

     Механизмы хроматографического разделения. 

    Хроматографическое разделение основывается на различии таких свойств веществ, как летучесть, полярность, размер молекул, заряд и т.д. От них зависит распределение веществ между подвижной и неподвижной фазами, которые присутствуют в каждой хроматографической методике. Рассмотрим основные механизмы распределения веществ между подвижной и неподвижной фазами на примере колоночной хроматографии.

    Адсорбционный механизм. Неподвижная фаза представляет собой твердое вещество, на активных центрах которого адсорбируются молекулы определяемых веществ. Адсорбция – это удерживание вещества поверхностью сорбента. Разделение может быть основано на различиях их полярностей: чем полярнее вещество, тем сильнее оно адсорбируется на неподвижной фазе и дольше задерживается на ней. (рис. 2)

 
 
 

Рис. 2. Схема адсорбционного механизма хроматографического разделения 
 

 

Рспределительный механизм. Неподвижная фаза представляет собой текучее вещество, нанесенное на твердый носитель или химически связанное с ним. Компоненты смеси, пропускаемой через колонку, разделяются вследствие разной растворимости в неподвижной фазе. Как в газовой, так и в жидкостной распределительной хроматографии используют неподвижные фазы с разной полярностью и другими химическими свойствами, от которых зависит растворимость определяемых веществ.

Рис. 3. Распределительный  механизм хроматографического разделения 

Вещество  из подвижной фазы сорбируется вначале  на поверхности жидкости, затем растворяется в ней, сорбируется  на поверхности носителя, затем десорбируется с поверхности носителя, диффундирует сквозь слой неподвижной жидкости к ее поверхности, и, наконец, десорбируется с поверхности жидкости, растворяясь в подвижной фазе (рис. 3)

    Механизм  эксклюзионной хроматографии. Неподвижная фаза представляет собой твердое пористое вещество. Крупные молекулы разделяемой смеси не проникают в поры и, не задерживаясь в неподвижной фазе, увлекаются растворителем. Молекулы среднего размера застревают в некоторых порах и на какое-то время остаются в неподвижной фазе, а мелкие молекулы проникают во все поры и перемещаются очень медленно. Так происходит разделение молекул по размерам, а, следовательно, по молекулярной массе.

    Ионообменный  механизм. Неподвижной фазой является ионит – твердое, практически нерастворимое в воде и органических растворителях вещество, содержащее ионогенные функциональные группы, способные обменивать свои ионы на ионы, присутствующие в подвижной фазе. Для разделения анионов (органических кислот, аминокислот или хлорид-, нитрат-, сульфат-ионов) используются аниониты, содержащие аминогруппу или четвертичный аммоний. В состав катионитов, применяемых для разделения катионов (аминокислот или ионов металлов), входят карбоновые или сульфокислоты (рис. 4).

Рис 4. Ионообменный механизм хроматографического разделения.