9.3: Процедури хроматографічного поділу

Last updated
Save as PDF

Page ID: 105971

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Газорідинна хроматографія

Багато методів поділу засновані на хроматографії, тобто поділі компонентів суміші за відмінностями в тому, як вони розподіляються (або розділяються) між двома різними фазами. Щоб проілюструвати крайнім прикладом, припустимо, що у нас є суміш газоподібного метану та аміаку і контактуємо цю суміш з водою. Аміак, будучи дуже розчинний у воді (~\(90 \: \text{g}\) на\(100 \: \text{g}\) воду\(1 \: \text{atm}\) під тиском), здебільшого перейде у водну фазу, тоді як метан, будучи майже нерозчинним (~\(0.003 \: \text{g}\) на\(100 \: \text{g}\) воду), по суті, залишиться повністю в газовій фазі. Таке поділ метану та аміаку було б одноступінчастим розподілом між газовою та рідкою фазами і, очевидно, можна було б зробити набагато ефективнішим шляхом багаторазового контакту газового шару з прісною водою. Проведена через багато окремих операцій, ця процедура поділу є, в кращому випадку, виснажливим процесом, особливо якщо сполуки, що підлягають розділенню, схожі за своїм розподілом між фазами. Однак розбиття може бути досягнуто майже автоматично за допомогою хроматографічних колонок, які дозволяють стаціонарній фазі контактувати рухомою фазою. Для ілюстрації припустимо, що зразок газоподібної суміші аміаку та метану впорскується в довгу трубку (колону), заповнену скляними кульками, змоченими водою (стаціонарна фаза), і повільний потік інертного газу-носія, такого як азот або гелій, пропускається для проштовхування інших газів. Багатоступінчаста перегородка відбуватиметься, коли аміак розчиняється у воді, а отриманий потік газу стикається з прісною водою, коли вона рухається уздовж колони. Газ-носій, збагачений метаном, з'явиться першим, а стічний газ, що містить аміак, вийде пізніше. Це грубе опис методу газорідинної хроматографії (скорочено часто як glc, GC, або називається парофазної хроматографії, vpc). Ця методика стала настільки ефективною, що революціонізувати аналіз і поділ практично будь-якої органічної речовини, яка має навіть незначний ступінь летючості при деякій розумно досяжній температурі. Найсучасніше обладнання GLC працює повністю під комп'ютерним управлінням, із запрограмованими температурами та цифровою інтеграцією виходу детектора. Існує велика різноманітність схем вимірювання концентрації матеріалів в газі-носії, причому деякі з них мають таку надзвичайну чутливість, що необхідні (\(10^{-9} \: \text{g}\)або менше) тільки дуже дрібні зразки.

Малюнок 9-1: Принципова схема апарату газорідинної хроматографії. Детектор влаштований для вимірювання різниці в деякій властивості газу-носія окремо від газу-носія плюс зразок стоків на виході. Відмінності в теплопровідності особливо легко виміряти і дають досить високу чутливість виявлення.

У звичайній процедурі glc кілька мікролітрів аналізованої органічної рідини впорскуються в випарник і переносяться з потоком газу (зазвичай гелію) в довго нагріту колону, яка упакована пористим твердим тілом (наприклад, подрібненим вогнетривкої цеглою), просоченою нелеткою рідиною. Відбувається газорідинна перегородка, і невеликі відмінності між розбиттям компонентів можуть бути збільшені великою кількістю повторюваних перегородок, можливих в довгій колонці. Виявлення часто досягається простим вимірюванням змін теплопровідності відпрацьованих газів. Принципова схема апарату і типова схема поділу показані на малюнках 9-1 і 9-2. Метод надзвичайно корисний для виявлення дрібних кількостей домішок за умови їх відокремлення від основного піку. GLC також може бути ефективно використаний для очищення матеріалів, а також для виявлення домішок. Для цього розмір вибірки і розмір апарату можуть бути збільшені, або ж застосовуватися автоматична система, в якій поєднуються вироби з багатьох дрібносерійних тиражів.

Малюнок 9-2: Газорідинна хроматограма суміші ізомерних бутанолів при постійній температурі колони. Крихітний пік в крайньому лівому куті - це слід повітря, що впорскується зразком. Час утримання різних ізомерів знаходиться в тому ж порядку, що і точки кипіння, які знаходяться зліва направо,\(82^\text{o}\),\(99.5^\text{o}\),\(108^\text{o}\), і\(117^\text{o}\). Області під кожним піком відповідають відносній кількості наявного матеріалу. Підвищення температури колони із запрограмованою швидкістю при розробці хроматограми прискорює видалення повільнорухомих компонентів і загострює їх піки. Також шляхом відведення газового потоку у відповідні холодоуловлювачі можна збирати чисті фракції кожного компонента.

Рідинно-тверда хроматографія

Рідинно-тверда хроматографія спочатку розроблялася для поділу кольорових речовин, звідси і назва хроматографія, яка походить від грецького слова chroma, що означає колір. При типовому обстеженні кольорова речовина, підозрювана в тому, що містить кольорові домішки, розчиняють у відповідному розчиннику, і розчин пропускається вниз через колонку, упаковану твердим адсорбентом, таким як оксид алюмінію або кремнезем, як показано на малюнку 9-3. Потім «хроматограма» «розробляється» шляхом проходження через відповідний розчинник, який омиває адсорбат вниз через колону. Те, на що сподівається, але не завжди може знайти, це те, що компоненти суміші будуть адсорбуватися неоднаково твердою фазою, так з'являються чіткі смуги або зони кольору. Смуги у верхній частині колони містять найбільш сильно адсорбовані компоненти, а смуги внизу найменш сильно утримуються компоненти. Зони можуть бути розділені механічно, або може бути додано достатню кількість розчинника для промивання, або елют, зони адсорбованих матеріалів послідовно з колони для подальшого аналізу.

Рідинно-тверда хроматографія в тільки що описаному вигляді була розроблена спочатку російським біохіміком М.С. Цветтом, близько 1906 року. В останні роки було розроблено багато варіацій, які забезпечують більшу зручність, кращу роздільну потужність та ширшу застосовність. У тонкошаровій хроматографії, яка особливо корисна для швидких аналізів, твердий адсорбент, що містить відповідне сполучне речовина, рівномірно розподіляється на скляній пластині, крапля розчину, що підлягає аналізу, поміщається біля одного краю, а пластина поміщається в ємність з краєм пластини нижче плями, занурюючи в елюючий розчинник. Розчинник піднімається на пластину, а матеріали на місці рухаються вгору з різною швидкістю, як на колоні Twett. Застосовуються різні засоби виявлення - просте візуальне спостереження за кольоровими сполуками, диференціальна флуоресценція під ультрафіолетом і розпилення пластини речовинами, які дадуть кольорові матеріали з присутніми сполуками. У сприятливих випадках ця форма рідинно-твердої хроматографії може проводитися з субмікрограммовой кількістю матеріалів.

Малюнок 9-3: Проста хроматографічна колонка для рідинно-твердої хроматографії

Надзвичайно важливим удосконаленням процедури Цветта є твердорідинна хроматографія високого тиску (ВЕРХ). Збільшення вхідного тиску на систему до\(20\) -\(70 \: \text{atm}\) покращує швидкість поділу, дозволяючи використовувати набагато менші тверді частинки (з більшою площею поверхні), ніж було б практично для гравітаційних потокових колон Twett. Автоматичний моніторинг стоків колони за допомогою ультрафіолетової спектроскопії (Розділ 9-9) або за змінами показника заломлення зазвичай забезпечує ефективний засіб визначення того, як протікає поділ. За допомогою таких прийомів виходять хроматограми, аналогічні малюнку 9-2. Рідинна хроматографія високого тиску (ВЕРХ) має великі переваги для аналізу та поділу високомолекулярних термочутливих сполук, непридатних для ГКЛ.

Геніальна варіація твердо-рідинної хроматографії полягає у використанні твердої опори, до якої прикріплений матеріал, який має специфічну спорідненість до певної речовини, яку потрібно відокремити. Ця методика особливо корисна для поділу ферментів, і нерухома фаза може бути побудована з сполук, які, як відомо, реагують з ферментом або комплексуються ним. Деякі інші форми хроматографії розглядаються в розділах 25-4В і 25-7Е.

Спостереження за єдиним піком в даній хроматографічної процедурі є свідченням, хоча і не остаточним доказом чистоти. Забруднення з майже однаковими властивостями може бути дуже важко відокремити, і, якщо знання ступеня чистоти дуже важливо, можна запустити хроматограми з різними адсорбентами, щоб побачити, якщо кожен дає той же результат. Якщо вони це роблять, презумпція чистоти поліпшується, хоча бажано визначити, чи дозволяють спектроскопічні методи, описані в наступному розділі, той же висновок.

Посилання

Template:ContribRoberts