Сутність хроматографического методу

З необхідністю поділу суміші речовин на складові її компонента доводиться зіштовхуватися як хімікові-синтетику, хімікові-аналітикові, так і технологові, геологові, фізикові, біологові й многим іншим фахівцям. Особливе значення поділ суміші речовин придбало в останні десятиліття у зв'язку із проблемою одержання надчистих речовин Поділ суміші не викликає особливих труднощів, якщо її компоненти перебувають у різних фазах. Воно істотно ускладнюється, якщо компоненти суміші утворять одну фазу. У цьому випадку доводиться змінювати агрегатний стан окремих компонентів (наприклад, домогтися їхнього випадання в осад), або застосовувати хімічні або фізичні методи поділу.

В основі останніх лежать кінетичні явища або фазові рівноваги Такі широко відомі методи поділу, як дистиляція, кристалізація, екстракція й адсорбція засновані на зміні фазових рівновазі. У цих процесах молекули речовин, що утворять суміш, переходять через границю роздягнула, прагнучи до такого розподілу між фазами, при якому в кожній з них установлюється постійна рівноважна концентрація Якщо властивості компонентів досліджуваної суміші близькі, те достатній ступінь поділу досягається лише багаторазовим повторенням елементарного акту поділу. Такий процес, наприклад, здійснюється в насадочних або тарілчастих ректифікаційних колонах. Слід зазначити, що в таких випадках повний поділ можливо тільки для простих (не більш ніж трикомпонентних) систем Більше повного поділу можна досягти, якщо на ефект, викликуваний багаторазовим установленням фазових рівноваг, накласти дія кінетичного фактора. У тих випадках, коли використовуються кінетичні явища (наприклад, при молекулярній дистиляції), через поверхню роздягнула фаз і лише в одному напрямку переносяться молекули тільки однієї речовини. Якщо поділ суміші робити в таких системах, у яких одна з фаз (рухлива) переміщається щодо іншої (нерухливої), то вловлювання й видалення молекул, що залишають поверхню розділу фаз, здійснюється завдяки постійному переміщенню рухливої фази.

Як і при фазовій рівновазі, молекули, що виходять із рухливої фази, вертаються в неї, потрапляючи, однак, не в колишній елемент її обсягу, а вновий. Якщо в процесі поділу фазові переходи повторювати багаторазово, те можна одержати високу ефективність поділу. Тому що фазові переходи пов'язані з поверхнею роздягнула, рухлива й нерухлива фази повинні мати велику поверхню зіткнення.

Крім того, внаслідок наявності дифузійних процесів, що знижують ефективність поділу, обидві фази повинні мати відносно невелику товщину взаємодіючого шаруючись У якімсь ступені ці вимоги виконуються в методі поділу суміші речовин, що получили назву хроматографического. Уперше хроматографическое поділ складної суміші (хлорофілу) було здійснено М. С. Кольором в 1903 р. Якщо як нерухлива фаза взяти мелкоизмельченний сорбент і наповнити їм трубку (скляний або металеву) , а рух рухливої фази (рідини або газу) здійснювати за рахунок перепаду тиску на кінцях цієї трубки, те остання буде являти собою хроматографическую колонкові, називану так за аналогією з ректифікаційним стовпчиком для дистиляційного поділу. Поділювана суміш речовин разом з потоком рухливої фази надходить у хроматографическую колонкові. При контакті з поверхнею нерухливої фази кожний з компонентів поділюваної суміші розподіляється між рухливою й нерухливою фазами відповідно до його властивостей, наприклад адсорбируемостью або розчинністю.

Внаслідок безперервного руху рухливої фази лише частина компонента, що розподіляється, устигає вступити у взаємодію з нерухливою фазою. Інша ж його частина просувається далі в напрямку потоку й вступає у взаємодію з іншою ділянкою поверхні нерухливої фази. Тому розподіл речовини між рухливою й нерухливою фазами відбувається на невеликому шарі нерухливої фази тільки при досить повільному русі рухливої фази. Поглинені нерухливою фазою компонента суміші не беруть участь у переміщенні рухливої фази доти, поки вони не десорбируются й не будуть знову перенесені в рухливу фазу.

Тому кожному з них для проходження всього шаруючи нерухливої фази в колонку буде потрібно більший час, чим для молекул рухливої фази. Якщо молекули різних компонентів поділюваної суміші мають різний ступінь спорідненості до нерухливої фази (різної адсорбируемостью або розчинністю), то час перебування їх у цій фазі, а отже, і середня швидкість пересування по стовпчику різні. При достатній довжині стовпчика це розходження може привести до повного поділу суміші на складові її компонента Застосування хроматографического методу не обмежується лише поділом і аналізом суміші речовин. Останнім часом хроматографія широко використовується і як метод, наукового дослідження, наприклад, для дослідження властивостей складних систем, зокрема розчинів Отже, хроматографією варто називати процес, заснований на переміщенні дискретної зони речовини уздовж шару сорбенту в потоці рухливої фази й пов'язаний з багаторазовим повторенням сорбционних і десорбционних актів. Хроматографический процес здійснюється при сорбционном розподілі речовини між двома фазами, одна йз яких переміщається щодо інший Склад суміші, що залишає хроматографическую колонкові, безупинно змінюється.

У той час як у таких процесах, як екстракція або ректифікація, можна відбирати протягом усього процесу безупинно ту саму фракцію, або те саме речовина, у хроматографическом процесі, за винятком спеціальних випадків, коли має місце рух шаруючи сорбенту, цього робити нельзя. Термін «хроматографія» ставиться як до самого процесу, так і до наукової дисципліни, його вивчаючої, що використовує й розробляє апаратурне оформлення Класифікація методів хроматографії Різноманіття варіантів хроматографического методу, що виникло у зв'язку із широким його розвитком, викликає необхідність їхньої класифікації. До основних ознак класифікації ставляться: 1) агрегатний стан фаз; 2) природа елементарного акту; 3) спосіб відносного переміщення фаз; 4) спосіб апаратурного оформлення процесу; 5) мета здійснення процесу 1) Класифікація по агрегатному стані фаз ставиться до хроматографії в цілому. Газовою хроматографією називається хроматографический метод, у якому як рухлива фаза застосовується газ або пара.

У свою чергу газова хроматографія може бути розділена на газо-адсорбційну (газо-тверду) і газо-рідинну. У першому випадку нерухливою фазою служить тверда речовина - адсорбент, у другому - рідину, розподілена тонким шаром по поверхні якого-небудь твердого носія (зерненого матеріалу, стінок стовпчика). 2) Класифікація на основі природи елементарного акту. Якщо нерухливою фазою є рідина, то елементарним актом, як правило, є акт розчинення. У цьому випадку аналізована речовина розчиняється в рідкій нерухливій фазі й розподіляється між нерухливої, і рухливий фазами.

Це розподільна хроматографія. Газо-рідинна хроматографія - один з варіантів розподільної хроматографії Якщо нерухливою фазою служить тверда речовина - адсорбент, те елементарним актом є процес адсорбції речовини. Отже, газо-тверда хроматографія є адсорбційною хроматографією. Треба, однак, мати на увазі, що в газо-рідинній хроматографії певну роль може грати адсорбція на межфазних границях (газ - рідина й рідина - твердий носій) і в газо-адсорбційної - процес розчинення 3) По способах переміщення фаз розрізняють три методи: проявительная, або елюентная, фронтальна й витеснительная хроматографія Рис.1 Схема утворення зон у виявите- льном методі й розподілу концент- рації в зонах

Ссылка на основную публикацию
2018