Органическая химия - Гуревич П.А.
Скачать (прямая ссылка):
Хроматография - это физико-химический метод разделения и определения смесей веществ, при котором газообразные или жидкие вещества (сорбаты) разделяются при перемещении их потоком подвижной фазы (сорбента).
Сорбент - это твердое вещество, обладающее способностью в той или иной степени поглощать из окружающей среды своей поверхностью молекулы, атомы, ионы. В качестве сорбентов применяют различные вещества: силикагель, гипс, целлюлозу, оксид магния, оксид алюминия. При выборе сорбентов следует учитывать полярность и химическую устойчивость разделяемых веществ. Полярные сорбенты (оксид алюминия, силикагель) адсорбируют вещества тем сильнее, чем больше полярных
130
групп они содержат и чем больше содержат двойных и тройных связей. Адсорбционная способность соединений, содержащих функциональные группы, увеличивается в ряду:
НС=СН; - ОСНз; -СОСШ; -С=0; -СНО; -СООН
Хроматографический процесс зависит от разности в скоростях процессов сорбции и десорбции компонентов, что при многократном повторении приводит к различным скоростям перемещения компонентов вдоль сорбента. Зарегистрированные характеристики раздельно выходящих »з сорбента компонентов позволяют проводить качественный и количественный анализы смеси.
В хроматографии различают два вида сорбции: адсорбцию - поглощение веществ твердой поверхностью и абсорбцию - растворение веществ в жидких растворителях. Сорбционно-десорбционные процессы идут непрерывно при перемещении подвижной фазы относительно сорбента. В зависимости от типа подвижной и неподвижной фаз различают следующие варианты хроматографии:
Неподвижная фаза Подвижная фаза Вариант хроматографии
Твердая Газ Газо-адсорбционная (ГАХ)
Твердая Жидкость Жидкостно-адсорбционная (ЖАХ)
Жидкость Газ Газо-жидкостная (ГЖХ)
Жидкость Жидкость Жидкостно-жидкостная (ЖЖХ)
По химическим признакам хроматографию можно успешно делить на два основных типа: газовая и жидкостная.
К газовой хроматографии относятся газо-жидкостная, газо-адсорбционная. Жидкостная хроматография делится на жидко-жидкостную (сюда входит бумажная), твердо-жидкостную (сюда относится ТСХ - тонкослойная хроматография), газообменную.
В соответствии с механизмами процессов, на которых основывается разделение смеси веществ, различают следующие виды хроматографии:
1) адсорбционную,
2) распределительную,
3) ионообменную.
Однако на практике нередко при хроматографировант происходят явления, характерные для двух или даже для трех указанных типов.
131
Адсорбционная хроматография заключается в том, что смесь веществ, подлежащих разделению, вводят в контакт с адсорбентом, причем каждое из индивидуальных соединений смеси в соответствии со своей природой (физическими и химическими свойствами) связывается с адсорбентом специфическими силами в той или иной степени.
Затем через систему пропускают растворитель (вещество или смесь веществ), способный десорбировать одно или все соединения разделяемой смеси. Процессы адсорбции и десорбции равновесны. Коэффициенты, характеризующие эти явления для разных веществ, обычно различны, что и определяет возможность разделения смесей.
Явление адсорбции, т.е. поглощение одного вещества поверхностью другого, впервые открыл русский ученый Т.Е. Ловиц в конце XVIII в. Успехи в области адсорбции тесно связаны с развитием хроматографи-ческого метода.
Силы взаимодействия, обуславливающие адсорбцию, зависят от структуры молекул и могут иметь различную природу. Это могут быть дисперсионные, индукционные и ориентационные силы. Дисперсионные силы - это в основном силы электрокинетические. Для насыщенных соединений вклад дисперсионных сил в энергию адсорбции на оксиде алюминия составляет 100%, для полярных соединений 50%. Ориентационные силы проявляются в основном при адсорбции полярных молекул на поверхностях, несущих постоянные электрические заряды. Индукционные силы наблюдаются в тех случаях, когда химическая связь имеет постоянное связанное с ней электрическое поле, например связь С-С. Под влиянием этого поля электроны соседнего атома или молекулы поляризуются таким образом, что дают индуцированный дипольный момент.
В основе распределительной хроматографии лежит различие коэффициентов распределения компонентов исследуемой смеси между двумя жидкими фазами, например вода - углеводород. Процесс протекает в условиях, в которых одна фаза является неподвижной и находится в порах твердого носителя. Неподвижная фаза стремится удержать то или иное количество вещества, а подвижная - перенести его в направлении своего движения. Поскольку коэффициент распределения каждого вещества индивидуален, то и перенос индивидуальных веществ разделяемой смеси в фиксируемое время происходит на различных расстояниях от старта.
Ионнообменная хроматография основана на обмене между ионами некоторых веществ, называемых ионитами. Иониты-высокомолекуляр-
132
ные кислоты или основания. Этот способ в последнее время приобрел большое значение.
По форме проведения процесса хроматографические методы классифицируют на колоночную, бумажную, хроматографию в тонком слое.
