Тонкослойная хроматография

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Химический факультет

Курсовая работа

По направлению 04.03.01 Химия

Тонкослойная хроматография

Выполнила:

Воропаева Виктория

ВОРОНЕЖ 2018



ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Физико-химические основы тонкослойной хроматографии

1.2 Тонкослойная хроматография

1.3 Сорбенты в тонкослойной хромоттографии

1.4 Растворители в тонкослойной хромотографии

1.5 Техника нанесения исследуемых растворов

1.6 Виды тонкослойной хромотографии

1.7 Значение Rf

2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Методика эксперимента

3. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

3.1 Качественная оценка хроматограмм

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ



ВВЕДЕНИЕ

Хроматография, обязательно включающая процесс разделения смесей веществ в динамическом режиме, охватывает не только достаточно обширный раздел аналитической химии, но и лежит в основе ряда технологических процессов.

Как способ анализа хроматография является частью той группы методов, которая ввиду сложности исследуемых объектов включает предварительное разделение исходной сложной смеси на относительно простые. Стадия разделения в хроматографической колонке или слое сорбента обеспечивает получение относительно простых смесей, анализируемых затем обычными химическим, физико-химическим или физическим методами анализа или специально созданными для хроматографии методами или приемами.

Актуальность темы

Тонкослойная хроматография (ТСХ) - наиболее простой, достаточно эффективный и высокоэкономичный метод жидкостной хроматографии, который применяют для анализа различных смесей в промышленности, медицине, научных исследованиях и др.

Тонкослойная хроматография имеет множество возможностей и преимуществ, и может быть не только качественным методом анализа. Этот метод хромотографического анализа небольших количеств веществ самой разнообразной природы достаточно распространенный. К достоинствам метода следует отнести простоту, наглядность и быстроту.

Цель работы - на основе знаний теоретических основ хроматографического анализа приобрести навыки качественного анализа смесей органических соединений методом тонкослойной хромотографии.

Задачи

1. Освоение техники нанесения веществ на пластинку с последующим хроматографированием и обнаружением их.

2. Расчет основных хроматографических параметров.

3. Идентификация состава смеси.



1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Физико-химические основы тонкослойной хроматографии

Основой тонкослойной хроматографии является адсорбционный метод, однако встречается метод распределительной хроматографии.

Адсорбционный метод основан на различии степени сорбции и десорбции разделяемых компонентов на неподвижной фазе. Адсорбция осуществляется за счет ван-дер-вальсовых сил, которые являются основой физической адсорбции, полимолекулярной и хемосорбцией. Для эффективных процессов сорбции-десорбции необходима большая площадь, что предъявляет определенные требования к адсорбенту. При большой поверхности разделения фаз происходит быстрое установление равновесия между фазами компонентов смеси и эффективное разделение.

В распределительной хроматографии обе фазы -- подвижная и неподвижная -- жидкости, не смешивающиеся друг с другом. Разделение веществ основано на различии их коэффициентов распределения между этими фазами.

1.2 Тонкослойная хроматография

В методе тонкослойной хромотографии процесс происходит в тонком слое сорбента, нанесенного на твердую плоскую подложку.

Современная хроматографическая пластинка представляет собой основу из стекла, алюминия или полимера. Наибольшее распространение получили пластины, в качестве основ которых используют алюминиевую фольгу или полимеры.

Для закрепления сорбента применяют гипс, крахмал, силиказоль, которые удерживают зерна сорбента на подложке. Чем меньше диаметр зерен сорбента, тем качественнее пластинка. Толщина слоя может быть различна (100 и более мкм). //Слой должен быть равномерный по толщине в любом месте хроматографической пластинки.

1.3 Сорбенты в тонкослойной хромоттографии

Рассмотрим подробнее вещества, используемые в качестве сорбентов.

Силикагель - это гидратированная окись кремния, образующаяся при действии минеральных кислот на силикат натрия и сушкой образовавшегося золя. Силикагель является полярным сорбентом, так как он легко сорбирует на поверхности воду и образует водородные связи, группы -ОН служат в качестве активных центров.

Окись алюминия. Окись алюминия является слабоосновным адсорбентом, используется в основном для разделения слабоосновных и нейтральных соединений. Недостатком пластин на окиси алюминия является обязательная активация поверхности перед использованием в сушильном шкафу при высокой температуре (100-150 0С) и низкая, по сравнению с силикагелем адсорбционная емкость слоя.

Целлюлоза - тонкослойные пластины с нанесенной целлюлозой эффективны для разделения сложных органических молекул. Адсорбент представляет собой в основном шарики целлюлозы диаметром до50 мкм, закрепленные на носителе крахмалом. Минусом является то, что подъем фронта растворителя происходит очень медленно.

Ионообменные смолы, содержащие четвертичный аммоний или активные сульфогруппы, участвующие в ионном обмене, их используют в качестве адсорбента в ионообменных хроматографических пластинках. Тонкослойная хроматография с такого типа пластинками, проводится с подвижными фазами, содержащими сильные кислоты или щелочи. Данные пластинки эффективны для разделения высокомолекулярных и амфотерных соединений.



1.4 Растворители в тонкослойной хромотографии

В тонкослойной хроматографии, в качестве подвижной фазы используют чистые вещества и смеси веществ в определенном соотношении.

Подбор подвижной фазы проводится по следующим правилам:

Выбирают такую систему, в которой разделяемые компоненты имеют небольшую растворимость, так как при высокой растворимости вещества будут перемещаться с фронтом, при низкой растворимости - оставаться на старте. При распределительной хроматографии, а также при использовании обращенных фаз, растворимость веществ должна быть выше в подвижной фазе, чем в неподвижной.

Состав системы должен быть постоянным и легко воспроизводимым.

Растворитель или компоненты системы не должны быть ядовитыми, дефицитными.

Система должна полностью разделять вещества близкого строения, причем различия в Rf должно быть не менее 0,05.

Система не должна вызывать химические изменения разделяемых компонентов.

В выбранной системе анализируемые вещества должны иметь различные значения Rf и распределяться по всей длине хроматограммы. Рекомендуемо, чтобы значения Rf лежало в пределах 0,05-0,85.

При выборе системы также необходимо учитывать природу разделяемых веществ. Чем сильнее растворитель сорбируется на сорбенте, тем дальше продвинутся вперед компоненты исследуемой смеси.

Для вытеснения (элюирования) веществ смеси, удерживаемых сорбентом, должен применяться растворитель, адсорбирующийся прочнее, чем эти вещества.



1.5 Виды тонкослойной хромотографии

Тонкослойная хроматография имеет несколько способов:

Восходящая тонкослойная хроматография

Нисходящая тонкослойная хроматография

Горизонтальная тонкослойная хроматография

Радиальная тонкослойная хроматография.

Восходящая тонкослойная хроматография

Этот вид хроматографии наиболее распространен и основан на том, что фронт хроматографической системы поднимается по пластинке под действием капиллярных сил. Для этого метода используется наиболее простое оборудование, так как в качестве хроматографической камеры можно использовать любую емкость с плоским дном и плотно закрывающейся крышкой, в которую свободно помещается хроматографическая пластинка.

Метод восходящей тонкослойной хроматографии имеет ряд своих недостатков. Например, скорость поднятия фронта по пластинке происходит неравномерно, т.е. в нижней части она самая высокая, а по мере поднятия фронта уменьшается. Это связано с тем, что в верхней части камеры насыщенность парами растворителя меньше, поэтому растворитель с хроматографической пластинки испаряется интенсивнее, следовательно уменьшается его концентрация и скорость движения замедляется. Для устранения этого недостатка по стенкам хроматографической камеры до начала хроматографирования прикрепляют полоски фильтровальной бумаги, по которым поднимающаяся хроматографическая система насыщает парами камеру по всему объему.

Недостатком также можно считать необходимость следить за фронтом растворителя, так как возможно "убегание" лини фронта растворителя до верхнего края. В таком случае определить значение Rf уже невозможно.

Нисходящая тонкослойная хроматография

Этот метод хроматографии основан на том, что фронт хроматографической системы опускается по пластинке в основном под действием сил тяжести, т.е. фронт подвижной фазы движется сверху вниз.Для этого метода в верхней части хроматографической камеры крепится кювета с хроматографической системой из которой с помощью фитиля на хроматографическую пластинку поступает растворитель, который стекает, и происходит хроматографирование исследуемого образца.

К недостаткам этого метода можно отнести усложнение оборудования. Этот метод используется в основном в бумажной хроматографии.

Горизонтальная тонкослойная хроматография

Этот метод наиболее сложен в аппаратурном оформлении, но наиболее удобен. Так, в хроматографической камере пластинка размещается горизонтально, и подача системы происходит на один край пластинки с помощью фитиля. Фронт растворителя движется в противоположную сторону. Есть еще один прием, позволяющий предельно упростить камеру. Для этого хроматографическую пластинку на алюминиевой основе слегка изгибают и помещают в камеру. В данном случае система будет поступать с двух сторон одновременно. Для этой цели подходят только пластины с алюминиевой подложкой, так как пластиковая и стеклянная основа "несгибаема", т.е. не сохраняет форму.

К достоинствам этого метода можно отнести то, что в горизонтальной кювете насыщение парами системы происходит гораздо быстрее, скорость движения фронта постоянная. А при хроматографировании с двух сторон, фронт не "убегает".

Радиальная тонкослойная хроматография

Радиальная тонкослойная хроматография заключается в том, что в центр пластинки наносится исследуемое вещество и туда же подается система, которая движется от центра к краю пластинки.

В методах ТСХ используют одномерную, двумерную, многократную (повторную), ступенчатую хроматографию.

При однократной хроматографии анализ проводят, не изменяя направления движения ПФ. Этот способ наиболее распространен.

Двумерную хроматографию обычно применяют для анализа сложных смесей (белки, аминокислоты и т.д.) Вначале проводят предварительное разделение смеси, используя первую ПФ1 . На хроматограмме получают пятна не индивидуальных веществ, а смесей нескольких неразделившихся компонентов. Затем через эти пятна проводят новую линию старта, пластинку разворачивают на 90° и снова хроматографируют, но уже со второй ПФ2, стремясь окончательно разделить пятна смесей на пятна отдельных компонентов.

Если пластинка квадратная, то пробу наносят на диагональ этого квадрата вблизи нижнего его угла. Иногда двумерную хроматографию осуществляют с одной и той же ПФ на квадратной пластинке.

1.6 Техника эксперимента в тонкослойной хроматографии

тонкослойная хроматография растворитель

а) Нанесение пробы. Анализируемую жидкую пробу наносят на линию старта с помощью капилляра, микрошприца, микропипетки, осторожно касаясь слоя сорбента (диаметр пятна на линии старта - обычно от одного до нескольких миллиметров). Если на линию старта наносят несколько проб, то расстояние между пятнами образцов на линии старта не должно быть меньше 2 см. По возможности используют концентрированные растворы. Пятна сушат на воздухе, после чего проводят хроматографирование.

б) Развитие хроматограммы (хроматографирование). Процесс проводят в закрытых хроматографических камерах, насыщенных парами растворителя, используемого в качестве ПФ, например, в стеклянном сосуде, покрытом сверху крышкой.

В варианте восходящей хроматографии используют только пластинки с закрепленным слоем сорбента. ПФ наливают на дно камеры (в качестве последней можно использовать стеклянный химический стакан подходящего размера со стеклянной крышкой), хроматографическую пластинку помещают вертикально или наклонно в камеру так, чтобы слой ПФ на дне камеры смачивал нижнюю часть пластинки (ниже линии старта на ~1,5- 2 см). ПФ перемещается за счет действия капиллярных сил снизу-вверх (против силы тяжести) сравнительно медленно.

В варианте нисходящей хроматографии также применяют только пластинки с закрепленным слоем. ПФ подается сверху и перемещается вниз вдоль слоя сорбента пластинки. Сила тяжести ускоряет движение ПФ. Такой вариант реализуют при анализе смесей, содержащих компоненты, медленно перемещающиеся с ПФ.

В варианте горизонтальной хроматографии пластинку помещают горизонтально. Можно использовать прямоугольные или круглые пластинки. При применении круглых пластинок (круговой вариант горизонтальной хроматографии) стартовую линию обозначают в виде окружности подходящего радиуса (~1,5-2 см), на которую наносят пробы. В центре круглой пластинки вырезают отверстие, в которое вставляют фитиль для подачи ПФ. Последняя перемещается вдоль слоя сорбента от центра круга к его периферии. Хроматографирование проводят в закрытой камере - эксикаторе или в чашке Петри. При круговом варианте можно одновременно анализировать до нескольких десятков проб.

в)Расшифровка хроматограмм.

Высушенная пластинка является хроматограммой исследуемых веществ. Если вещества являются окрашенными, то идентификация начинается с определения цвета разделенных веществ.

Однако часто разделяемые вещества бесцветны и простое визуальное сравнение невозможно.

Для тонкослойной хроматографии существует несколько видов качественного анализа (идентификации) разделенных веществ:

Визуальные методы и определение Rf разделенных веществ

Цветные реакции

Сравнение со свидетелями.

Физико-химические методы идентификации.

Цветные реакции

Цветные реакции в тонкослойной хроматографии используются чрезвычайно широко. Они служат не только для определения местоположения разделенных компонентов (обработка серной кислотой, парами йода), но и определения как класса веществ, так и идентификации (при наличии индивидуальных реакций).

При совпадении всех качественных реакций и совпадении полученных значений Rf вещества в трех различных системах с литературными данными, вещество идентифицировано. Хотя, для более точной идентификации вещества необходимо дополнительное подтверждение исследованием другим физико-химическим методом.

Физические методы идентификации

Визуальные методы используются в основном, для определения местоположения пятен разделенных веществ на хроматографической пластинке. Для этого пластинку рассматривают как в видимом свете, так и используя ультрафиолетовый свет (в основном свет с длиной волны 365 и 254 нм)

Это первый этап идентификации, на котором определяется качество подобранных условий и полученных результатов хроматографирования.

Так, определив качество хроматографирования (отсутствие "хвостов" разделяемых веществ или перекрытие их пятен, правильную форму и размеры, отсутствие слияния хроматографических дорожек и т.д.) и признании пригодным проведенного разделения для дальнейшего исследования, определяют Rf выявленных пятен.



1.7 Значение Rf

Для характеристики разделяемых компонентов в системе вводят коэффициент подвижности Rf (или Rf-фактор):

где V1=l1/t и VE= L/t - соответственно скорости перемещения i-го компонента и растворителя Е; l1 и L - путь, пройденный i-м компонентом и растворителем соответственно, t -- время, необходимое для перемещения растворителя от линии старта до линии фронта растворителя. Расстояния l1 отсчитывают от линии старта до центра пятна соответствующего компонента.

Обычно коэффициент подвижности лежит в переделах от 0 до 1. Оптимальное значение составляет 0,3-0,7, Условия хроматографирования подбирают так, чтобы величина Rf отличалась от нуля и единицы.

Коэффициент подвижности является важной характеристикой системы сорбент-сорбат. Для воспроизводимых и строго постоянных условий хроматографирования Rf =const.

Коэффициент подвижности Rf зависит от целого ряда факторов: природы и качества растворителя, его чистоты; природы и качества сорбента (тонкого слоя), равномерности его зернения, толщины слоя; активности сорбента (содержания в нём влаги); техники эксперимента (массы образцы, длины L пробега растворителя); навыка экспериментатора и т.д. Постоянство воспроизведения всех этих параметров на практике иногда бывает затруднительным. Для нивелирования влияния условий проведения процесса вводят относительный коэффициент подвижности Rs.



где Rf =l/L; Rf (ст)=lст /L; lcm - расстояние от линии старта до центра пятна стандарта.

Относительный коэффициент подвижности Rs является более объективной характеристикой подвижности вещества, чем коэффициент подвижности Rf.

В качестве стандарта часто выбирают такое вещество, для которого в данных условиях Rf ? 0,5. По химической природе стандарт выбирается близким к разделяемым веществам. С применением стандарта величина Rs обычно лежит в пределах Rs=0.1--10 , оптимальные пределы - около 0,5--2.

Для более надежной идентификации разделяемых компонентов используют «свидетели» - эталонные вещества, наличие которых предполагается в анализируемой пробе. Если Rf = Rf(свид) , где Rf и Rf (свид) -- соответственно коэффициенты подвижности данного компонента и свидетеля, то можно с большей вероятностью предположить, что вещество-свидетель присутствует в хроматографируемой смеси.

ВОСПРОИЗВОДИМОСТЬ ЗНАЧЕНИЙ Rf

На воспроизводимость этой величины при проведении тонкослойной хроматографии влияет целый ряд факторов. Прежде всего, система растворителей, форма и степень насыщения парами растворителя хроматографической камеры, активность хроматографических слоев, относительная влажность, длина пробега фронта растворителя, значение рН сорбента или системы растворителей. На значение Rf сказывается также чистота растворителей, составляющих систему, толщина слоя, зернение сорбента, консистенция пасты при изготовлении пластинок, количество нанесенного образца и удаленность стартовой линии от нижнего края, глубина погружения нижнего края слоя и направление проявления.



2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Методика эксперимента.

В исследованиях использовали: пластины на основе силикагеля, микрокапилляр на 1 мкл, микропипетка, химический стакан с плоским дном, крышка, хлороформ (хлористый метилен), изопропиловый спирт, диоксан, диметилацетамид, облучатель (УФ) 365 нм.

Таблица 1. Информация об объектах исследования

Молекулярная формула	Название	Структурная формула	Т пл, ?
C11H14N3O3	ethyl (2E)-2-[amino(pyrimidin-2-ylamino)methylidene]-3-oxobutanoate		162
C14H16N2O4	ethyl (2E)-2-{amino[(phenylcarbonyl)amino]methylidene}-3-oxobutanoate		83-84
C13H16N2O3	ethyl (2E)-2-[amino(phenylamino)methylidene]-3-oxobutanoate		55-56
C24H22N2O2	2-[amino(phenylamino)methylidene]-1,3-bis(4-methylphenyl)propane-1,3-dione
C20H22N2O4	(2E)-2-{amino[(1-phenylethenyl)amino]methylidene}-1-(4-methoxyphenyl)butane-1,3-dione hydrate
C18H20N2O3S	N-[(1E)-1-amino-3-oxo-3-(2H-thiopyran-2-yl)prop-1-en-1-yl]benzamide - propan-2-one (1:1)
C18H24N2O2	3-[amino(phenylamino)methylidene]pentane-2,4-dione
C16H18N2O3	N-[amino(4,4-dimethyl-2,6-dioxocyclohexylidene)methyl]benzamide
С14Н18N4O2	2-{amino[(4,6-dimethylpyrimidin-2-yl)amino]methylidene}-5,5-dimethylcyclohexane-1,3-dione
C13H16N4O2	2-{amino[(4,6-dimethylpyrimidin-2-yl)amino]methylidene}cyclohexane-1,3-dione

Выполнение работы.

Этап 1. Подготовка пластины.

На пластину шириной 2 см проводим линию «стартра» 5-7 мм от нижнего края пластины, с этого же края отрезали уголки (~2 мм) для того, чтобы фронт элюента шел по пластине ровным слоем.

Этап 2. Приготовление и нанесение растворов. Образцы развели в растворителе. Поместили исследуемые вещества в стаканчики и добавили микропипеткой растворитель. Для полного растворения веществ в растворителе смесь нагрели.

Вещества нанесли на пластину в виде растворов при помощи микрошприца. Диаметр пятен 3-5 мм.

Этап 3. Пластину поместили в сосуд, на дне которого налит элюент. В течении 5-7 мин наблюдали за поднятием фронта элюента. Для проявления пятен пластинку высушили.

Этап 5. Обнаружение пятен. Линию "финиша" провели карандашом после окончания элюирования. Пластинку поместили под ультрафиолетовый осветитель и пронаблюдали хроматографические зоны, обвели пятна карандашом.

Алгоритм действий для всех опытов с использованием исследуемых веществ аналогичен.

Опыт №1.

а) В качестве исследуемых веществ использовали 4СС-2, 4СС-6, 4СС-7. Растворитель - изопропиловый спирт. В качестве элюента использовали чистый хлороформ и системы хлороформ/вода в соотношении 20:1 соответственно.

б) В качестве исследуемых веществ использовали 4СС-2, 4СС-6, 4СС-7. Растворитель - изопропиловый спирт. В качестве элюента использовали систему хлороформ/вода в соотношении 20:1 соответственно.

Опыт №2. В качестве исследуемых веществ использовали RM 4, RM 6, RM 8. Растворители - изопропиловый спирт, диоксан. В качестве элюента использовали чистый хлороформ.

Опыт №3. В качестве исследуемых веществ использовали RM 3, 4СС-9, 4СС-10. Растворители- изопропиловый спирт, диоксан, диметилацетамид. В качестве элюента использовали чистый хлороформ.



3. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

3.1 Качественная оценка хроматограмм

Полученные значения Rf занесли в Таблицу 2 с соответствующими структурными формулами исследуемых веществ.

Таблица 2. Обраотка результатов

№ Опыта	Название вещества	Растворитель	Элюент	Rf
1 - а)	C11H14N3O3 C14H16N2O4 C13H16N2O3	CH?CH(OH)CH?	CHCl?	0,100 0,333 0,266
1 - б)	C11H14N3O3 C14H16N2O4 C13H16N2O3	CH?CH(OH)CH?	CHCl?+H2O (20:1)	0,806 0,854 0,836
2	C24H22N2O2 C20H22N2O4 C18H20N2O3S	CH?CH(OH)CH?, C?H?O?,	CHCl?	0,830 0,790 0,860
3	C16H18N2O3 С14Н18N4O2 C13H16N4O2	CH?CH(OH)CH?, C?H?O?, C?H?NO	CHCl?	0,850 0,760 0,800

CH?CH(OH)CH? изопропиловый спирт,

C?H?O? - диоксан,

C?H?NO - диметилацетамид

CHCl? - хлороформ



СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. С. А. Кибардин, К.А.Макаров «Тонкослойная хроматография в органической химии» - М. : Химия, 1978

Размещено на Allbest.ru

...