Hem / Relation/ Kromatografins historia. Historien om utvecklingen av vätskekromatografi

Kromatografins historia. Historien om utvecklingen av vätskekromatografi

2. Uppkomsten och utvecklingen av kromatografi

Uppkomsten av kromatografi som en vetenskaplig metod är förknippad med namnet på den enastående ryske forskaren Mikhail Semenovich Tsvet (1872 - 1919), som 1903 upptäckte kromatografi under forskning om mekanismen för omvandling av solenergi i växtpigment. Detta år bör betraktas som datumet för skapandet av den kromatografiska metoden.

FRÖKEN. Färgen passerade en lösning av analyter och mobil fas genom en kolonn av adsorbent som fanns i ett glasrör. I detta avseende kallades hans metod kolonnkromatografi. År 1938 hade N.A. Izmailov och M.S. Schreiber föreslog att modifiera Tsvets metod och separera en blandning av ämnen på en platta belagd med ett tunt skikt av adsorbent. Så uppstod tunnskiktskromatografi, vilket möjliggjorde analys med mikrokvantiteter av ett ämne.

År 1947 har T.B. Gapon, E.N. Gapon och F.M. Shemyakin var den första som utförde kromatografisk separation av en blandning av joner i en lösning, vilket förklarade det med närvaron av en utbytesreaktion mellan jonerna i sorbenten och jonerna i lösningen. Således upptäcktes en annan riktning för kromatografi - jonbyteskromatografi. För närvarande är jonbyteskromatografi ett av de viktigaste områdena inom den kromatografiska metoden.

E.N. och G.B. Gapon genomförde 1948 det som uttrycktes av M.S. Färglägg idén om möjligheten till kromatografisk separation av en blandning av ämnen baserat på skillnader i löslighet av svårlösliga fällningar. Sedimentkromatografi uppträdde.

1957 föreslog M. Goley att man skulle applicera en sorbent på innerväggarna i ett kapillärrör - kapillärkromatografi. Detta alternativ tillåter analys av mikrokvantiteter av flerkomponentblandningar.

På 60-talet blev det möjligt att syntetisera både joniska och oladdade geler med strikt definierade porstorlekar. Detta gjorde det möjligt att utveckla en version av kromatografi, vars essens är att separera en blandning av ämnen baserat på skillnaden i deras förmåga att penetrera gelen - gelkromatografi. Denna metod låter dig separera blandningar av ämnen med olika molekylvikter.

För närvarande har kromatografi fått en betydande utveckling. Idag hjälper en mängd kromatografimetoder, särskilt i kombination med andra fysikalisk- och fysikaliskkemiska metoder, forskare och ingenjörer att lösa en mängd olika, ofta mycket komplexa, problem inom vetenskaplig forskning och teknologi.

Dmitry Ivanovich Mendeleev: bidrag till utvecklingen av kemi

Dmitry Mendeleev föddes den 27 januari (8 februari) 1834 i Tobolsk i familjen till direktören för gymnasiet och förvaltaren av allmänna skolor i Tobolsk-provinsen Ivan Pavlovich Mendeleev och Maria Dmitrievna Mendeleeva, född Kornilieva...

Fettlösliga vitaminer

Hypovitaminos är en sjukdom förknippad med brist på vitaminer i kroppen. Frånvaron av vissa vitaminer är vitaminbrist. Med ett överdrivet intag av vitaminer från kosten uppstår hypervitaminos, sjukdomar associerade med överskott av vitaminer...

Ryska kemiföreningens historia

Alexander Abramovich Voskresensky (1809-1880) - Rysk organisk kemist, grundare (tillsammans med Nikolai Nikolaevich Zinin) av en stor skola av ryska kemister, motsvarande medlem av St. Petersburgs vetenskapsakademi (1864)...

Historisk översikt över huvudstadierna i kemins utveckling

Kolloidsystem i kroppen och deras funktioner

Utveckling av idéer om kolloidala system och deras egenskaper. Kolloidala processer som färgning och limning har använts sedan det gamla Egypten. Ordet "kolloid" (från det grekiska ordet som betyder "lim") myntades av T. Graham 1862...

Polyhalogenderivat av alkaner

Fluorkemins historia börjar inte i det gamla Egypten eller Fenicien, eller ens i det medeltida Arabien. Framväxten av fluorkemin började med upptäckten av vätefluorid (Scheele, 1771) och sedan elementärt fluor (Moissan, 1886)...

Traditionellt formar ett experiment i en laboratorieverkstad empiriskt tänkande. Elever undersöker ett fenomen, identifierar strukturella element i det, klassificerar dem, beskriver samband, men allt detta är uppdelat i medvetandet...

Bildandet av kemi

1). Föralkemisk period: fram till 300-talet. AD Kemi, vetenskapen om ämnens sammansättning och deras omvandlingar, börjar med människans upptäckt av eldens förmåga att förändra naturliga material. Tydligen visste folk hur man smälter koppar och brons, bränner lerprodukter...

En särskild klassificering av kromatografiska metoder kan baseras på olika karakteristiska egenskaper hos processen...

Fysikalisk-kemiska grunder för den kromatografiska processen

Uppgiften för teorin om kromatografi är att fastställa lagarna för rörelse och suddighet av kromatografiska zoner. De viktigaste faktorerna bakom klassificeringen av kromatografiteorier...

Kemi av olja och gas

M.V:s briljanta gissning...

Kromatografi som en metod för separation och analys

kromatografiblandning sorption desorption Kromatografi är en fysikalisk och kemisk process baserad på upprepad upprepning av sorption och desorption av ett ämne när det rör sig i ett flöde av en mobil fas längs en stationär sorbent...

Evolution av kemi - omedelbara utsikter

Vad är kemiska föreningar gjorda av? Hur är de minsta partiklarna av materia uppbyggda? Hur ligger de i rymden? Vad förenar dessa partiklar? Varför reagerar vissa ämnen med varandra...

Mycket lite är känt om utförandet av analyser i det gamla Ryssland. Naturligtvis var det alltid nödvändigt att kontrollera sammansättningen av olika material, och i Rus gjordes detta av örtläkare, färgare och smeder; det fanns till och med speciella malmprospekteringsspecialister...

Stadier av utveckling av analytisk kemi i Ryssland

Upptäckaren av kromatografi var den ryska vetenskapsmannen, botanikern och fysikaliska kemisten Mikhail Semyonovich Tsvet.

Upptäckten av kromatografi går tillbaka till den tid då Tsvet avslutade sin magisteravhandling i S:t Petersburg (1900 - 1902) och den första arbetsperioden i Warszawa (1902 - 1903). Medan han studerade växtpigment, passerade Tsvet en lösning av en blandning av mycket lite olika pigment genom ett rör fyllt med en adsorbent - pulveriserat kalciumkarbonat, och tvättade sedan adsorbenten med ett rent lösningsmedel. Blandningens individuella komponenter separerade och bildade färgade ränder. Enligt modern terminologi upptäckte Tsvet en utvecklande version av kromatografi (utveckling av vätskeadsorptionskromatografi). Tsvet beskrev de viktigaste resultaten av forskning om utvecklingen av den version av kromatografi som han skapade i boken "Kromophyller i växt- och djurvärlden" (1910), som är hans doktorsavhandling. kromatografi gassediment jonbyte

Tsvet använde i stor utsträckning den kromatografiska metoden inte bara för att separera en blandning och fastställa dess multikomponentnatur, utan också för kvantitativ analys bröt han en glaskolonn och skar adsorbentkolonnen i skikt. Tsvet utvecklade utrustning för vätskekromatografi, var först med att utföra kromatografiska processer vid reducerat tryck (pumpning) och vid visst övertryck, och utvecklade rekommendationer för beredning av effektiva kolonner. Dessutom introducerade han många grundläggande begrepp och termer för den nya metoden, såsom "kromatografi", "utveckling", "förskjutning", "kromatogram", etc.

Kromatografi användes först mycket sällan, dess latenta period varade cirka 20 år, under vilken endast ett mycket litet antal rapporter dök upp om olika tillämpningar av metoden. Och först 1931 lyckades R. Kuhn (Tyskland), A. Winterstein (Tyskland) och E. Lederer (Frankrike), som arbetade i det kemiska laboratoriet (under ledning av R. Kuhn) vid kejsar Wilhelm-institutet för medicinsk forskning i Heidelberg, att isolera a- och b-karoten från råkaroten och därigenom visa värdet av Colour discovery.

Ett viktigt steg i utvecklingen av kromatografi var upptäckten av de sovjetiska forskarna N.A. Izmailov och M.S. Schreiber av tunnskiktskromatografimetoden (1938), som möjliggör analys med mikrokvantiteter av ett ämne.

Nästa viktiga steg var upptäckten av A. Martin och R. Synge (England) av en variant av vätskefördelningskromatografi med exemplet med separation av acetylderivat av aminosyror på en kolonn fylld med silikagel mättad med vatten, med användning av kloroform som lösningsmedel (1940). Samtidigt noterades att inte bara vätska utan även gas kan användas som en mobil fas. Några år senare föreslog dessa forskare att man skulle separera aminosyraderivat på vattenfuktat papper med butanol som mobil fas. De implementerade också det första tvådimensionella separationssystemet. Martin och Singh fick Nobelpriset i kemi för deras upptäckt av partitionskromatografi. (1952). Därefter utförde Martin och A. James en version av gasdistributionskromatografi, och separerade blandningar på en blandad sorbent av silikon DS-550 och stearinsyra (1952 - 1953). Sedan dess har gaskromatografimetoden fått den mest intensiva utvecklingen.

En av varianterna av gaskromatografi är krotermografi, där för att förbättra separationen av en blandning av gaser, samtidigt med rörelsen av den mobila fasen - gas, sorbenten och blandningen som separeras påverkas av ett rörligt temperaturfält som har en viss gradient längs längden (A.A. Zhukhovitsky et al., 1951).

Ett betydande bidrag till utvecklingen av den kromatografiska metoden gjordes av G. Schwab (Tyskland), som var grundaren av jonbyteskromatografi (1937 - 1940). Det utvecklades vidare i verk av sovjetiska forskare E.N. Gapon och T.B. Gapon, som utförde den kromatografiska separationen av en blandning av joner i lösning (tillsammans med F.M. Shemyakin, 1947), och även implementerade idén som uttrycktes av Tsvet om möjligheten till kromatografisk separation av en blandning av ämnen baserat på skillnaden i löslighet hos svårlösliga sediment (sedimentär kromatografi, 1948).

Det moderna stadiet i utvecklingen av jonbyteskromatografi började 1975 efter arbetet av G. Small, T. Stevens och W. Bauman (USA), där de föreslog en ny analysmetod som kallas jonkromatografi (en variant av högpresterande jonbyteskromatografi med konduktometrisk detektion).

Av exceptionell betydelse var skapandet av en anställd vid Perkin-Elmer-företaget, M. Golay (USA), av en kapillärversion av kromatografi (1956), där en sorbent appliceras på innerväggarna av ett kapillärrör, vilket gör det är möjligt att analysera mikrokvantiteter av flerkomponentblandningar.

I slutet av 60-talet. Intresset för vätskekromatografi har ökat kraftigt. Högpresterande vätskekromatografi (HPLC) dök upp. Detta underlättades av skapandet av mycket känsliga detektorer, nya selektiva polymerabsorbenter och ny utrustning som tillåter drift vid höga tryck. För närvarande intar HPLC en ledande position bland andra kromatografimetoder och implementeras i olika versioner.

Kromatografi är en metod för separation och bestämning av ämnen baserad på fördelningen av komponenter mellan två faser - mobil och stationär. Den stationära fasen är en fast porös substans (ofta kallad en sorbent) eller en flytande film avsatt på en fast substans. Den mobila fasen är en vätska eller gas som strömmar genom en stationär fas, ibland under tryck. Komponenterna i blandningen som analyseras (sorbater), tillsammans med den mobila fasen, rör sig längs den stationära fasen. Den placeras vanligtvis i ett glas- eller metallrör som kallas en kolonn. Beroende på styrkan av interaktion med sorbentytan (på grund av adsorption eller någon annan mekanism), kommer komponenterna att röra sig längs kolonnen med olika hastigheter. Vissa komponenter kommer att stanna kvar i det övre skiktet av sorbenten, andra, som interagerar med sorbenten i mindre utsträckning, kommer att hamna i den nedre delen av kolonnen, och vissa kommer helt att lämna kolonnen tillsammans med den mobila fasen (sådana komponenter är kallas unretained, och deras retentionstid bestämmer kolumnens "dödtid").

Detta möjliggör snabb separation av komplexa blandningar av komponenter.

Upptäcktshistorik:

Födelse av kromatografi

På kvällen denna dag, vid ett möte med den biologiska avdelningen i Warszawa Society of Naturalists, gjorde assistent vid avdelningen för anatomi och fysiologi av växter Mikhail Semenovich Tsvet en rapport "Om en ny kategori av adsorptionsfenomen och deras tillämpning på biokemiska analys."

Tyvärr uppskattade M.S. Tsvet, som är en botaniker av utbildning, inte tillräckligt den kemiska analytiska aspekten av sin upptäckt och publicerade lite av sitt arbete i kemiska tidskrifter. Därefter var det kemister som uppskattade den verkliga omfattningen av den föreslagna M.S. Den färgkromatografiska metoden har blivit den vanligaste metoden för analytisk kemi.

Följande fördelar med kromatografiska metoder bör betonas:

1. Separation är dynamisk till sin natur, och sorptions-desorptionshandlingarna av de separerade komponenterna upprepas många gånger. Detta beror på den betydligt högre effektiviteten av kromatografi

separation jämfört med statiska sorptionsmetoder och

extraktion.

2. Under separation används olika typer av interaktion mellan sorbater och den stationära fasen: från rent fysikalisk till kemisorption.

Detta gör det möjligt att selektivt separera ett brett utbud av

3. Olika ytterligare fält (gravitations-, elektriska, magnetiska, etc.) kan appliceras på de ämnen som separeras, vilket, genom att ändra separationsförhållandena, utökar kromatografins möjligheter.

4. Kromatografi är en hybridmetod som kombinerar samtidig separation och bestämning av flera komponenter.

5. Kromatografi låter dig lösa både analytiska problem (separation, identifiering, bestämning) och preparativa (rening, isolering, koncentration). Lösningen på dessa problem kan kombineras genom att utföra dem online.

Många metoder klassificeras enligt fasernas aggregationstillstånd, separationsmekanismen och separationstekniken.

Kromatografiska metoder skiljer sig också åt i hur de utförs.

processen för separation i frontal, förskjutning och eluent.

Jonkromatografi

Jonkromatografi är en högpresterande vätskekromatografi för separation av katjoner och anjoner på jonbytare

låg kapacitet. Utbredd användning av jonkromatografi

på grund av ett antal av dess fördelar:

– förmågan att bestämma ett stort antal oorganiska och

organiska joner, och även samtidigt bestämma katjoner och

– hög detektionskänslighet (upp till 1 ng/ml utan

förkoncentration;

– hög selektivitet och uttrycksförmåga;

– liten volym av det analyserade provet (högst 2 ml prov).

– brett spektrum av detekterbara koncentrationer (från 1 ng/ml till

– Möjligheten att använda olika detektorer och deras kombinationer, vilket möjliggör selektivitet och kort bestämningstid.

– möjlighet till fullständig automatisering av bestämning;

– i många fall en fullständig brist på preliminär provberedning.

Men som alla analytiska metoder är jonkromatografi inte utan sina nackdelar, som inkluderar:

– komplexiteten i syntesen av jonbytare, vilket i hög grad komplicerar

utveckling av metoden;

– lägre separationseffektivitet jämfört med HPLC;

– behovet av hög korrosionsbeständighet

kromatografiska systemet, särskilt vid bestämning

katjoner.

2.1 Utvecklingshistorik:

Studiet av jonbytesprocesser började redan i början av 1800-talet. från observationer av jordens inverkan på den kemiska sammansättningen av saltlösningar i kontakt med den. I slutet av 40-talet noterade G. Thompson att jorden absorberar ammoniak från applicerade organiska gödselmedel. motsvarande experiment utfördes av deras York-specialist D. Spence. De första resultaten av D. Spences experiment publicerades av G. Thompson 1850. Artikeln noterar att "den första upptäckten av mycket viktiga jordegenskaper kan nästan misslyckas som användbar för jordbruket" och hans sista verk publicerades 1852 och 1855.

2.3 Principer för jonseparation i sorptionsprocesser

Jonbyteskromatografi avser vätske-fastfaskromatografi där den mobila fasen är en vätska (eluent) och den stationära fasen är en fast fas (jonbytare). Jonbyteskromatografimetoden är baserad på den dynamiska processen att ersätta joner associerade med den stationära fasen med eluentjoner som kommer in i kolonnen. Separation sker på grund av jonernas olika affiniteter i blandningen för jonbytaren, vilket leder till olika hastigheter för deras rörelse genom kolonnen.

Jonkromatografi är en variant av jonbyteskolonnkromatografi.

Enligt IUPAC-rekommendationer (1993) definieras termerna jonbyte (IEC) och jonkromatografi (IC) enligt följande. "Jonbyteskromatografi är baserad på skillnaden i jonbytesinteraktioner för enskilda analyter. Om jonerna är separerade och kan detekteras med en konduktometrisk detektor eller indirekt UV-detektion, så kallas det jonkromatografi."

Modern (2005) formulering: "Jonkromatografi inkluderar all högpresterande vätskekromatografi (HPLC) separationer av joner i kolonner, kombinerat med direkt detektering i en flödesdetektor och kvantitativ bearbetning av de resulterande analytiska signalerna." Denna definition kännetecknar jonkromatografi oavsett separationsmekanism och detektionsmetod och separerar den därigenom från klassiskt jonbyte.

Följande separationsprinciper används vid jonkromatografi:

Jonbytare.

Bildning av jonpar.

Uteslutning av joner.

Jonbytare

Jonbyte är en reversibel heterogen reaktion av ekvivalent utbyte av joner lokaliserade i jonbytarfasen (motjoner) med eluentjoner. Motjoner hålls av jonbytarens funktionella grupper på grund av elektrostatiska krafter. Typiskt vid katjonkromatografi är dessa grupper sulfonsyragrupper; vid anjonkromatografi – kvartära ammoniumbaser. I fig. Figur 1 visar ett diagram över processen för utbyte av katjoner och anjoner. Analytens joner betecknas som A, och jonerna i eluenten som konkurrerar med dem om utbytescentra betecknas som E.

Ris. 1. Jonbyte av katjoner (A+) och anjoner (A-) för eluentjoner (E+ eller E-) med deltagande av en katjonbytare innehållande funktionella sulfogrupper - SO3-, och en anjonbytare (kvartära ammoniumbasgrupper -N +R3).

Bildning av jonpar

För att implementera denna separationsmekanism används jonparreagens, som tillsätts till elueringslösningen. Sådana reagens är anjoniska eller katjoniska ytaktiva ämnen, såsom alkylsulfonsyror eller tetraalkylammoniumsalter.

Tillsammans med de motsatt laddade detekterbara jonerna bildar jonerna i detta jonparreagens ett oladdat jonpar, som kan hållas på den stationära fasen på grund av intermolekylära interaktioner. Separation utförs på grund av skillnaden i bildningskonstanter för jonpar och graden av deras adsorption på sorbentmatrisen. I fig. Figur 2 visar en statisk jonbytesmodell i jonparkromatografi efter adsorption av reagenset på den stationära fasen. Denna separationsprincip gäller både anjoner och katjoner.

Ris. 2. Jonbytesmodell i jonparkromatografi.

Jonisk uteslutning

Jonuteslutningskromatografi (IEC). Används främst för att separera svaga syror eller baser. IEC är av största vikt för bestämning av karboxyl- och aminosyror, fenoler och kolhydrater.

I fig. Figur 3 visar principen för separation med IEC med syrorna R–COOH som exempel.

Ris. 3. Schema för separation av karboxylsyror R–COOH med jonexklusionskromatografi.

Vid jonuteslutningskromatografi används ofta en helt sulfonerad katjonbytare innehållande vätejoner (motjoner) som en stationär fas. I en vattenlösning av eluenten hydratiseras jonbytarens sulfonsyragrupper. Hydratiseringsskalet begränsas av ett tänkt negativt laddat membran (Donnan-membran). Membranet är endast permeabelt för odissocierade molekyler (till exempel vatten).

Organiska karboxylsyror kan separeras om starka mineralsyror används som elueringsmedel. På grund av de låga värdena för surhetskonstanter finns karboxylsyror i sådana lösningar i odissocierad form. Dessa former kan passera genom Donnan-membranet och adsorberas på den stationära fasen.

Baserat på fraktioneringsprincipen:

Affinitetskromatografi

Gelfiltrering

Adsorption

Sedimentär

Adsorption-komplexbildning

Fördelning (normalt fas, omvänd fas).

Enligt evolutionens metod:

Storleksuteslutningskromatografi

Kromatografisk utveckling

Frontal analys

Jonbyteskromatografi.

Efter placering av den stationära fasen:

Kolumnformig krom

Tjockskiktskromatografi

Tunnskiktskromatografi

Pappers (film) kromatografi.

Enligt den aggregerade sammansättningen av faserna:

Superkritisk vätskekromatografi

Vätskekromatografi (vätske-gel, vätske-vätske, vätske-fast fas)

Gaskromatografi (gas-fast fas, gas-vätska).

Genom beteendesyfte:

Analytisk

Preparativ

Industriell.

Genom tryck i det kromatografiska systemet:

Högt tryck

Lågtryck.

2. Historik om utvecklingen av vätskekromatografi.

Kromatografi upptäcktes av M. S. Tsvet 1903 i form av en kolonnvätskeadsorptionsmetod. Denna metod använde adsorbenter med en kornstorlek på mer än 50-100 mikron, eluenten passerade genom kolonnen på grund av gravitationen, det fanns inga. flödesdetektorer Separation skedde långsamt, inom flera timmar, och i detta läge kunde vätskekromatografi inte användas för analytiska ändamål. 1965-1970 var insatserna från specialister i olika länder inriktade på att skapa snabb vätskekromatografi. Det var tydligt att för att öka separationshastigheten var det nödvändigt att förkorta vägarna för extern och intern diffusion. Detta kunde uppnås genom att minska diametern på adsorbentkornen. Fyllning av kolonnerna med små korn (5-10 μm) skapade ett högt inloppstryck, vilket krävde användning av högtryckspumpar. Så här föddes högtrycksvätskekromatografi. Med övergången till finfraktionerade adsorbenter ökade kolonnernas effektivitet kraftigt (per längdenhet, hundratals gånger högre än effektiviteten för kolonner i gaskromatografi), därför kallades modern snabb analytisk vätskekromatografi högpresterande vätskekromatografi (HPLC) Utveckling av styva finkorniga adsorbenter (5 eller 10 μm), skapandet av högtryckspumpar (över 200 atm) och genomströmningsdetektorer - allt detta säkerställde hög prestanda för HPLC sämre än gaskromatografi, och i tillämpningsområden överträffade den den betydligt. Denna tidsperiod började kallas den andra födelsen av vätskekromatografi, väckelsen, perioden för dess renässans. En av de första kommersiella vätskekromatograferna var Du Pont modell 820 (1968). Detta föregicks av utvecklingen av en serie detektorer för vätskekromatografi: en konduktometrisk detektor (1951), en adsorptionsvärmedetektor (1959), en refraktometrisk detektor. detektor (1962), och en UV-detektor (1966), vätskekromatograf/masspektrometersystem (1973), den första versionen av en diod-arraydetektor (1976) 1969 föreslog I Halasz och I Sebastian sorbenter med kemiskt ympad alkyl). kedjor (”borstsorbenter”) med Si-O-C-bindningar. Denna koppling visade sig vara instabil. År 1970 utvecklade J. Kirkland sorbenter med mer stabila Si-O-Si-bindningar. För rättvisans skull bör det noteras att en sådan ändring föreslagits långt tidigare (1959) av K.D. Shcherbakova och A.V. Kiselev.

I vårt land utvecklades vätskekromatografer 1969-1972, dessa är modellerna Tsvet-1-69, Tsvet-304, XG-1301.

Det moderna skedet av HPLC: För närvarande är HPLC den ledande

positioner bland andra kromatografimetoder både när det gäller volymen producerad utrustning (mer än 40 000 kromatografier per år värda mer än 2 miljarder dollar) och i antalet publikationer (5-6 tusen publikationer per år).

HPLC:s roll är också stor inom så viktiga områden inom vetenskap och produktion som biologi, bioteknik, livsmedelsindustri, medicin, läkemedel, rättsmedicinska undersökningar, miljöföroreningskontroll, etc. HPLC har spelat en stor roll för att dechiffrera det mänskliga genomet, på senare tid. år år framgångsrikt löser problem

stugor av proteomik.

1. Introduktion.

2. Uppkomsten och utvecklingen av kromatografi.

3. Klassificering av kromatografiska metoder.

4. Kromatografi på en fast stationär fas:

a) gaskromatografi (gasadsorption);

b) vätskekromatografi (vätskeadsorption).

5. Kromatografi på en flytande stationär fas:

a) gas-vätskekromatografi;

b) gelkromatografi.

6. Sammanfattning.

Liksom strålarna i spektrumet är de olika komponenterna i pigmentblandningen naturligt fördelade i en kolonn av kalciumkarbonat, vilket möjliggör deras kvalitativa och kvantitativa bestämning. Jag kallar preparatet som erhålls på detta sätt ett kromatogram, och den föreslagna metoden - kromatografisk.

M. S. Tsvet, 1906

Introduktion

Inte bara kemisten utan även många andra specialister måste ta itu med behovet av att separera och analysera en blandning av ämnen.

I den kraftfulla arsenalen av kemiska och fysikaliskkemiska metoder för separation, analys, studier av strukturen och egenskaperna hos enskilda kemiska föreningar och deras komplexa blandningar, upptar kromatografi en av de ledande platserna.

Kromatografi är en fysikalisk-kemisk metod för att separera och analysera blandningar av gaser, ångor, vätskor eller lösta ämnen och bestämma de fysikalisk-kemiska egenskaperna hos enskilda ämnen, baserat på fördelningen av de separerade komponenterna i blandningar mellan två faser: mobil och stationär. Ämnen som utgör den stationära fasen kallas sorbenter. Den stationära fasen kan vara fast eller flytande. Den mobila fasen är en ström av vätska eller gas som filtreras genom ett sorbentskikt. Den mobila fasen fungerar som lösningsmedel och bärare av den analyserade blandningen av ämnen, omvandlad till gasformigt eller flytande tillstånd.

Det finns två typer av sorption: adsorption - absorption av ämnen av en fast yta och absorption - upplösning av gaser och vätskor i flytande lösningsmedel.

2. Uppkomsten och utvecklingen av kromatografi

3. Klassificering av kromatografiska metoder

Mångfalden av modifikationer och varianter av kromatografimetoden kräver deras systematisering eller klassificering.

Klassificeringen kan baseras på olika egenskaper, nämligen:

1. tillstånd för aggregation av faser;

2. separationsmekanism;

3. Metod för att genomföra processen.

4. syftet med processen.

Klassificering enligt tillståndet för aggregering av faser:

gas (mobil fas - gas), gas-vätske (mobil fas - gas, stationär fas - vätska), vätskekromatografi (mobil fas - vätska).

Klassificering genom separationsmekanism.

Adsorptionskromatografi är baserad på selektiv adsorption (absorption) av enskilda komponenter i den analyserade blandningen med lämpliga adsorbenter. Adsorptionskromatografi delas upp i vätska (vätskeadsorptionskromatografi) och gas (gasadsorptionskromatografi).

Jonbyteskromatografi är baserad på användningen av jonbytesprocesser som sker mellan mobila joner i adsorbenten och elektrolytjoner när en lösning av analyten passerar genom en kolonn fylld med en jonbytarsubstans (jonbytare). Jonbytare är olösliga oorganiska och organiska högmolekylära föreningar. Aluminiumoxid, permutit, sulfonerat kol och olika syntetiska organiska jonbytarämnen - jonbytarhartser - används som jonbytare.

Sedimentkromatografi är baserad på den olika lösligheten av utfällning som bildas av komponenterna i den analyserade blandningen med speciella reagenser. Till exempel, när en lösning av en blandning av Hg (II) och Pb-salter passeras genom en kolonn med en bärare förimpregnerad med en KI-lösning, bildas 2 färgade skikt: det övre, färgat orange-rött (HgI 2 ) och den nedre, färgad gul (PbI 2).

Klassificering enligt metoden för att utföra processen.

Kolonnkromatografi är en typ av kromatografi där en kolonn används som bärare för ett stationärt lösningsmedel.

Papperskromatografi är en typ av kromatografi där man istället för en kolonn använder remsor eller ark av filterpapper som inte innehåller mineralföroreningar som bärare för ett stationärt lösningsmedel. I detta fall appliceras en droppe av testlösningen, till exempel en blandning av lösningar av Fe(III)- och Co(II)-salter, på kanten av en pappersremsa. Papperet suspenderas i en sluten kammare (fig. 1), dess kant med en droppe av testlösningen applicerad på det sänks ner i ett kärl med ett rörligt lösningsmedel, till exempel n-butylalkohol. Det mobila lösningsmedlet, som rör sig längs papperet, väter det. I detta fall rör sig varje ämne som ingår i den analyserade blandningen med sin inneboende hastighet i samma riktning som lösningsmedlet. Efter avslutad separation av joner torkas papperet och sprayas sedan med ett reagens, i detta fall en K 4-lösning, som bildar färgade föreningar med ämnena som separeras (blått med järnjoner, grönt med koboltjoner). De resulterande zonerna i form av färgade fläckar gör det möjligt att bestämma närvaron av enskilda komponenter.

Papperskromatografi i kombination med användning av organiska reagens möjliggör kvalitativ analys av komplexa blandningar av katjoner och anjoner. På ett kromatogram som använder ett reagens kan ett antal ämnen detekteras, eftersom varje ämne kännetecknas inte bara av motsvarande färg, utan också av en viss lokaliseringsplats på kromatogrammet.

Tunnskiktskromatografi är en typ av kromatografi som i sin separationsmekanism liknar papperskromatografi. Skillnaden mellan dem är att i stället för pappersark utförs separationen på plattor belagda med ett tunt skikt av sorbent gjord av pulveriserad aluminiumoxid, cellulosa, zeoliter, kiselgel, kiselgur, etc. och hålla ett stationärt lösningsmedel. Den största fördelen med tunnskiktskromatografi är enkelheten hos utrustningen, enkelheten och den höga hastigheten i experimentet, den tillräckliga klarheten i separationen av en blandning av ämnen och möjligheten att analysera ultramikrokvantiteter av ett ämne.

Klassificering enligt syftet med den kromatografiska processen.

Kromatografi är av största vikt som metod för kvalitativ och kvantitativ analys av blandningar av ämnen (analytisk kromatografi).

Preparativ kromatografi är en typ av kromatografi där separationen av en blandning av ämnen utförs i preparativt syfte, d.v.s. att erhålla mer eller mindre betydande mängder ämnen i ren form, fri från föroreningar. Uppgiften med preparativ kromatografi kan också vara koncentrationen och efterföljande isolering från en blandning av ämnen som ingår i form av mikroföroreningar till huvudämnet.

Icke-analytisk kromatografi är en typ av kromatografi som används som en vetenskaplig forskningsmetod. Det används för att studera egenskaperna hos system, såsom lösningar, kinetiken för kemiska processer och egenskaperna hos katalysatorer och adsorbenter.

Så, kromatografi är en universell metod för att analysera blandningar av ämnen, erhålla ämnen i deras rena form, såväl som en metod för att studera egenskaperna hos system.

4. Kromatografi på en fast stationär fas

a) Gaskromatografi (gasadsorption).

Gaskromatografi är en kromatografisk metod där den mobila fasen är gas. Gaskromatografi används mest för separation, analys och studie av ämnen och deras blandningar som övergår i ångtillstånd utan sönderdelning.

En av varianterna av gaskromatografi är gasadsorptionskromatografi - detta är en metod där den stationära fasen är en fast adsorbent.

I gaskromatografi används en inert gas som en mobil fas (bärargas): helium, kväve, argon och mycket mindre ofta väte och koldioxid. Ibland fungerar ångor från mycket flyktiga vätskor som bärgas.

Den gaskromatografiska processen utförs vanligtvis i speciella instrument som kallas gaskromatografer (fig. 3). Var och en av dem har ett system för att tillföra ett bärgasflöde, ett system för att förbereda och införa blandningen som studeras, en kromatografikolonn med ett system för att reglera dess temperatur, ett analyssystem (detektor) och ett system för att registrera resultaten av separation och analys (inspelare).

Temperaturen är viktig vid gasadsorptionskromatografi. Dess roll ligger främst i att förändra sorptionsjämvikten i gas-fasta systemet. Graden av separation av komponenterna i blandningen, kolonnens effektivitet och den totala analyshastigheten beror på det korrekta valet av kolonntemperaturen. Det finns ett visst kolonntemperaturintervall inom vilket kromatografisk analys är optimal. Typiskt ligger detta temperaturintervall i området nära kokpunkten för den kemiska förening som bestäms. När kokpunkterna för blandningskomponenterna skiljer sig mycket från varandra, används programmering av kolonntemperaturen.

Separation i en kromatografisk kolonn är den viktigaste, men preliminära operationen av hela processen för gaskromatografisk analys. Som regel kommer binära blandningar (bärargas - komponent) som lämnar kolonnen in i detekteringsanordningen. Här omvandlas förändringar i komponenternas koncentrationer över tid till en elektrisk signal, registrerad med hjälp av ett speciellt system i form av en kurva som kallas kromatogram. Resultaten av hela experimentet beror till stor del på det korrekta valet av detektortyp och dess design. Det finns flera klassificeringar av detektorer. Det finns differentiella och integrerade detektorer. Differentialdetektorer registrerar det momentana värdet för en av egenskaperna (koncentration eller flöde) över tiden. Integraldetektorer sammanfattar mängden av ett ämne under en viss tidsperiod. Detektorer av olika funktionsprinciper, känslighet och syften används också: termisk konduktometrisk, jonisering, spektroskopisk, masspektrometrisk, coulometrisk och många andra.

Tillämpningar av gasadsorptionskromatografi

Gasadsorptionskromatografi används i den kemiska och petrokemiska industrin för att analysera produkter av kemisk och petrokemisk syntes, sammansättningen av oljefraktioner, bestämma renheten av reagenser och innehållet i nyckelprodukter i olika stadier av tekniska processer, etc.

Analys av permanenta gaser och lätta kolväten, inklusive isomerer, med hjälp av gaskromatografi tar 5–6 minuter. Tidigare, med traditionella gasanalysatorer, varade denna analys 5–6 timmar. Allt detta ledde till att gaskromatografi började användas i stor utsträckning, inte bara i forskningsinstitut och kontroll- och mätlaboratorier, utan också blev en del av industriella företags komplexa automationssystem.

Idag används även gaskromatografi vid sökandet efter olje- och gasfält, vilket gör det möjligt att bestämma innehållet av organiska ämnen i prover tagna från jordar, vilket indikerar närheten till olje- och gasfält.

Gaskromatografi används framgångsrikt inom rättsmedicin, där den används för att fastställa identiteten på prover av blodfläckar, bensin, oljor, förfalskningar av dyra livsmedel, etc. Mycket ofta används gaskromatografi för att bestämma alkoholhalten i blodet hos bilförare. Några droppar blod från ett finger räcker för att ta reda på hur mycket, när och vilken typ av alkoholdryck han drack.

Gaskromatografi gör att vi kan få värdefull och unik information om sammansättningen av lukten av livsmedel, såsom ost, kaffe, kaviar, konjak, etc. Ibland gläder inte informationen som erhålls genom gaskromatografisk analys oss. Till exempel finns ofta alltför stora mängder bekämpningsmedel i livsmedel, eller fruktjuice innehåller trikloretylen, som i motsats till förbud användes för att öka graden av karotenextraktion från frukt, etc. Men det är denna information som skyddar människors hälsa.

Men det finns ofta fall då människor helt enkelt försummar den information som tas emot. Det gäller i första hand rökning. Detaljerad gaskromatografisk analys har länge fastställt att röken från cigaretter och cigaretter innehåller upp till 250 olika kolväten och deras derivat, varav cirka 50 är cancerframkallande. Det är därför lungcancer är 10 gånger vanligare hos rökare, men miljontals människor fortsätter fortfarande att förgifta sig själva, sina kollegor och släktingar.

Gaskromatografi används ofta inom medicin för att bestämma innehållet av många läkemedel, bestämma nivån av fettsyror, kolesterol, steroider, etc. i patientens kropp. Sådana tester ger extremt viktig information om tillståndet för en persons hälsa, sjukdomsförloppet och effektiviteten av att använda vissa mediciner.

Vetenskaplig forskning inom metallurgi, mikrobiologi, biokemi, i utvecklingen av växtskyddsmedel och nya läkemedel, i skapandet av nya polymerer, byggmaterial och inom många andra mycket olika områden av praktisk mänsklig verksamhet är omöjlig att föreställa sig utan en så kraftfull analytisk metod som gaskromatografi.

Gaskromatografi används framgångsrikt för att bestämma innehållet av polycykliska aromatiska föreningar som är farliga för människors hälsa i vatten och luft, nivån av bensin i luften på bensinstationer, sammansättningen av bilavgaser i luften, etc.

Denna metod används i stor utsträckning som en av de viktigaste metoderna för att övervaka miljörenhet.

Gaskromatografi intar en viktig plats i våra liv, och förser oss med en kolossal mängd information. Den nationella ekonomin och forskningsorganisationer använder mer än 20 tusen av en mängd olika gaskromatografer, som är oumbärliga assistenter för att lösa många komplexa problem som forskare och ingenjörer möter varje dag.

b) Vätskekromatografi (vätskeadsorption).

Vätskekromatografi är en grupp av varianter av kromatografi där den mobila fasen är en vätska.

En av varianterna av vätskekromatografi är vätskeadsorptionskromatografi - detta är en metod där den stationära fasen är en fast adsorbent.

Även om vätskekromatografi upptäcktes tidigare än gaskromatografi, gick den in i en period av exceptionellt intensiv utveckling först under andra hälften av 1900-talet. För närvarande, när det gäller graden av utveckling av teorin om den kromatografiska processen och instrumentell designteknik, när det gäller effektivitet och hastighet för separation, är den knappast sämre än den gaskromatografiska separationsmetoden. Men var och en av dessa två huvudtyper av kromatografi har sitt eget föredragna användningsområde. Om gaskromatografi främst lämpar sig för analys, separation och studie av kemiska ämnen med en molekylvikt på 500 - 600, kan vätskekromatografi användas för ämnen med en molekylvikt från flera hundra till flera miljoner, inklusive extremt komplexa makromolekyler av polymerer proteiner och nukleinsyror. Samtidigt saknar det i sig sunt förnuft att kontrastera olika kromatografiska metoder, eftersom kromatografiska metoder framgångsrikt kompletterar varandra, och själva problemet med en viss studie måste angripas på olika sätt, nämligen vilken kromatografisk metod som gör det möjligt att lösa det med högre hastighet, information innehåll och till lägre kostnader.

Liksom vid gaskromatografi använder modern vätskekromatografi detektorer som gör det möjligt att kontinuerligt registrera koncentrationen av analyten i vätskeströmmen som strömmar från kolonnen.

Det finns ingen enskild universell detektor för vätskekromatografi. Därför bör den mest lämpliga detektorn väljas i varje specifikt fall. De mest använda är ultravioletta, refraktometriska, mikroadsorptions- ocher.

Spektrometriska detektorer. Detektorer av denna typ är mycket känsliga selektiva anordningar som gör det möjligt att bestämma mycket små koncentrationer av ämnen i ett vätskefasflöde. Deras avläsningar beror lite på temperaturfluktuationer och andra slumpmässiga förändringar i miljön. En av de viktiga egenskaperna hos spektrometriska detektorer är genomskinligheten hos de flesta lösningsmedel som används vid vätskeadsorptionskromatografi i arbetsvåglängdsområdet.

Absorption används oftast i UV-regionen, mer sällan i IR-regionen. I UV-området används enheter som fungerar inom ett brett spektrum - från 200 nm till den synliga delen av spektrumet, eller vid vissa våglängder, oftast vid 280 och 254 nm. Lågtrycks (254 nm), medeltrycks (280 nm) kvicksilverlampor och lämpliga filter används som strålningskällor.

Mikroadsorptionsdetektorer. Funktionen av mikroadsorptionsdetektorer är baserad på frigöring av värme under adsorptionen av ett ämne på adsorbenten som detektorcellen är fylld med. Det är dock inte värme som mäts utan temperaturen på adsorbenten som den värms upp till till följd av adsorption.

En mikroadsorptionsdetektor är ett ganska mycket känsligt instrument. Dess känslighet beror främst på adsorptionsvärmen.

Mikroadsorptionsdetektorer är universella, lämpliga för att detektera både organiska och oorganiska ämnen. Det är emellertid svårt att erhålla tillräckligt tydliga kromatogram från dem, särskilt när komponenterna i blandningen är ofullständigt separerade.

5. Vätskekromatografi i stationär fas

a) Gas-vätskekromatografi

Gas-vätskekromatografi är en gaskromatografisk metod där den stationära fasen är en lågflyktig vätska avsatt på en fast bärare.

Denna typ av kromatografi används för att separera gaser och ångor från vätskor.

Huvudskillnaden mellan gas-vätske- och gasadsorptionskromatografi är att i det första fallet är metoden baserad på användningen av en process för upplösning och efterföljande avdunstning av gas eller ånga från en vätskefilm som hålls av en fast inert bärare; i det andra fallet är separationsprocessen baserad på adsorption och efterföljande desorption av gas eller ånga på ytan av ett fast ämne - adsorbenten.

Kromatografiprocessen kan schematiskt representeras enligt följande. En blandning av gaser eller ångor av flyktiga vätskor införs av en ström av bärargas i en kolonn fylld med en stationär inert bärare på vilken en icke-flyktig vätska (stationär fas) är fördelad. De gaser och ångor som studeras absorberas av denna vätska. Därefter förskjuts komponenterna i blandningen som ska separeras selektivt i en viss ordning från kolonnen.

Vid gas-vätskekromatografi används ett antal detektorer som specifikt svarar på eventuella organiska ämnen eller på organiska ämnen med en specifik funktionell grupp. Dessa inkluderar joniseringsdetektorer, elektroninfångningsdetektorer, termioniska, spektrofotometriska och några andra detektorer.

Flamjoniseringsdetektor (FID). Driften av FID är baserad på det faktum att organiska ämnen som kommer in i lågan i en vätebrännare genomgår jonisering, som ett resultat av vilket en joniseringsström uppstår i detektorkammaren, som också är en joniseringskammare, vars styrka är proportionell till antalet laddade partiklar.

FID är endast känsligt för organiska föreningar och är inte känsligt eller mycket svagt känsligt för gaser som luft, oxider av svavel och kol, vätesulfid, ammoniak, koldisulfid, vattenånga och en rad andra oorganiska föreningar. FID:s okänslighet för luft gör att den kan användas för att fastställa luftföroreningar från olika organiska ämnen.

Vid arbete med FID används 3 gaser: bärargas (helium eller kväve), väte och luft. Alla 3 gaserna måste ha en hög renhetsgrad.

Argon detektor. I en argondetektor orsakas jonisering av att kollisionen av molekyler av ämnet bestäms med metastabila argonatomer som bildas till följd av exponering för radioaktiv B-strålning.

Termionisk detektor. Funktionsprincipen för den termioniska detektorn är att alkalimetallsalter, som avdunstar i brännarens låga, selektivt reagerar med föreningar som innehåller halogener eller fosfor. I frånvaro av sådana föreningar upprättas en jämvikt av alkalimetallatomer i detektorns joniseringskammare. Närvaron av fosforatomer på grund av deras reaktion med alkalimetallatomer stör denna jämvikt och orsakar uppkomsten av en jonström i kammaren.

Eftersom den termioniska detektorn har den högsta känsligheten för fosforhaltiga föreningar kallas den för fosfor. Denna detektor används främst för analys av organofosfatbekämpningsmedel, insekticider och ett antal biologiskt aktiva föreningar.

b) Gelkromatografi

Gelkromatografi (gelfiltrering) är en metod för att separera blandningar av ämnen med olika molekylvikter genom att filtrera den analyserade lösningen genom tvärbundna cellulära geler.

Separation av en blandning av ämnen sker om storleken på molekylerna av dessa ämnen är olika, och diametern på porerna i gelkornen är konstant och kan bara passera genom de molekyler vars storlekar är mindre än diametern på hålen i gelporer. Vid filtrering av en lösning av den analyserade blandningen hålls mindre molekyler, som tränger in i gelens porer, kvar i lösningsmedlet som finns i dessa porer och rör sig längs gelskiktet långsammare än stora molekyler som inte kan penetrera porerna. Således tillåter gelkromatografi dig att separera en blandning av ämnen beroende på storleken och molekylvikten hos partiklarna av dessa ämnen. Denna separationsmetod är ganska enkel, snabb och, viktigast av allt, den låter dig separera blandningar av ämnen under mildare förhållanden än andra kromatografiska metoder.

Om du fyller en kolonn med gelgranulat och sedan häller en lösning av olika ämnen med olika molekylvikter i den, kommer denna blandning att separeras när lösningen rör sig längs gelskiktet i kolonnen.

Den inledande perioden av experimentet: applicering av en lösning av den analyserade blandningen på gelskiktet i kolonnen. Det andra steget - gelén förhindrar inte diffusion av små molekyler in i porerna, medan stora molekyler förblir i lösningen som omger gelgranulerna. När gelskiktet tvättas med ett rent lösningsmedel börjar stora molekyler röra sig med en hastighet nära lösningsmedlets hastighet, medan små molekyler först måste diffundera från gelens inre porer in i volymen mellan kornen och därför hålls kvar. och tvättas ut med lösningsmedlet senare. En blandning av ämnen separeras efter deras molekylvikt. Ämnen tvättas ut från kolonnen i ordning efter minskande molekylvikt.

Applicering av gelkromatografi.

Huvudsyftet med gelkromatografi är att separera blandningar av högmolekylära föreningar och bestämma molekylviktsfördelningen av polymerer.

Gelkromatografi används emellertid likaväl för att separera blandningar av ämnen med medelmolekylvikt och även lågmolekylära föreningar. I detta fall är det av stor vikt att gelkromatografi tillåter separation vid rumstemperatur, vilket skiljer den gynnsamt från gas-vätskekromatografi, som kräver uppvärmning för att överföra analyterna till ångfasen.

Separation av en blandning av substanser genom gelkromatografi är också möjlig när molekylvikterna för de analyserade substanserna är mycket nära eller till och med lika. I detta fall används interaktionen av lösta ämnen med gelén. Denna interaktion kan vara så betydande att den tar bort skillnader i molekylstorlekar. Om karaktären av interaktionen med gelén är olika för olika ämnen, kan denna skillnad användas för att separera blandningen av intresse.

Ett exempel är användningen av gelkromatografi för att diagnostisera sköldkörtelsjukdomar. Diagnosen fastställs av mängden jod som bestäms under analysen.

De givna exemplen på användningen av gelkromatografi visar dess breda möjligheter för att lösa en mängd olika analytiska problem.

Slutsats

Som en vetenskaplig metod för att förstå världen omkring oss utvecklas och förbättras kromatografi ständigt. Idag används det så ofta och så brett inom vetenskaplig forskning, medicin, molekylärbiologi, biokemi, teknik och samhällsekonomi att det är mycket svårt att hitta ett kunskapsområde där kromatografi inte används.

Kromatografi som forskningsmetod med sina exceptionella förmågor är en kraftfull faktor för att förstå och omvandla den allt mer komplexa världen i syfte att skapa acceptabla förhållanden för mänskligt boende på vår planet.

BIBLIOGRAFI

1. Aivazov B.V. Introduktion till kromatografi. – M.: Högre skola, 1983 – sid. 8-18, 48-68, 88-233.

2. Kreshkov A.P. Grunderna i analytisk kemi. Teoretisk grund. Kvalitativ analys, bok ett, 4:e uppl., reviderad. M., "Kemi", 1976 – sid. 119-125.

3. Sakodinsky K.I., Orekhov B.I. Kromatografi i naturvetenskap och teknik. – M.: Kunskap, 1982 – sid. 3-20, 28-38, 58-59.

Kromatografins historia. Historien om utvecklingen av vätskekromatografi

2. Uppkomsten och utvecklingen av kromatografi

2.1 Utvecklingshistorik:

2.3 Principer för jonseparation i sorptionsprocesser

2. Historik om utvecklingen av vätskekromatografi.

Återställning av lösenord