Плоскостная (бумажная, тонкослойная) хроматография

Размещено на http://www.allbest.ru

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ХИМИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

Курсовая работа

Плоскостная (бумажная, тонкослойная) хроматография

Стригуна Владимира Андреевича

Студент 2 курса, 3 группы

Специальность: «Охрана окружающей среды»

Научный руководитель: магистр естественных наук, доцент Санкевич Н. А.

Минск, 2019



ОГЛАВЛЕНИЕ

• ОГЛАВЛЕНИЕ
• ВВЕДЕНИЕ
• ГЛАВА 1. ПОНЯТИЕ О ХРОМАТОГРАФИИ. КРАТКАЯ ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ УЧЕНИЯ О ХРОМАТОГРАФИИ.
• ГЛАВА 2. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕДОТОВ ХРОМАТОГРАФИИ
• ГЛАВА 3. БУМАЖНАЯ И ТОНКОСЛОЙНАЯ ХРОМАТОГРАФИИ
• ГЛАВА 4. АНАЛИЗ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ. ИНДИКАТОРЫ ДЛЯ ИХ ОБНАРУЖЕНИЯ
• ГЛАВА 5. АНАЛИЗ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВПРОСТОГО И СЛОЖНОГО ХАРАКТЕРА. ИНДИКАТОРЫ ДЛЯ ИХ ОБНАРУЖЕНИЯ
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• ЛИТЕРАТУРА


ВВЕДЕНИЕ

Хроматография - это физико-химический метод разделения и анализа смесей газов, паров, жидкостей или растворенных веществ сорбционными методами в динамических условиях. Метод основан на различном распределении веществ между двумя несмешивающимися фазами - подвижной и неподвижной.

Подвижной фазой может быть жидкость или газ, неподвижной фазой - твердое вещество, которое называют носителем. При движении подвижной фазы вдоль неподвижной, компоненты смеси сорбируются на неподвижной фазе. Каждый компонент сорбируется в соответствии со сродством к материалу неподвижной фазы (вследствие адсорбции или других механизмов). Поэтому неподвижную фазу называют также сорбентом. Захваченные сорбентом молекулы могут перейти в подвижную фазу и продвигаться с ней дальше, затем снова сорбироваться.

Таким, образом, хроматографию можно определить как процесс, основанный на многократном повторении актов сорбции и десорбции вещества при перемещении его в потоке подвижной фазы вдоль неподвижного сорбента. Чем сильнее сродство компонента к неподвижной фазе, тем сильнее он сорбируется и дольше задерживается на сорбенте; тем медленнее его продвижение вместе с подвижной фазой. Поскольку компоненты смеси обладают разным сродством к сорбенту, при перемещении смеси вдоль сорбента произойдет разделение: одни компоненты задержатся в начале пути, другие продвинутся дальше. В хроматографическом процессе сочетаются термодинамический (установление равновесия между фазами) и кинетический (движение компонентов с разной скоростью) аспекты.

В данной работе будет подробно рассмотрен метод плоскостной хроматографии, т.е. распределение веществ между двумя фазами на плоскости. Существует два вида плоскостной хроматографии - бумажная и тонкослойная. О них и пойдет речь в данной курсовой работе.



ГЛАВА 1. ПОНЯТИЕ О ХРОМАТОГРАФИИ. КРАТКАЯ ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ УЧЕНИЯ О ХРОМАТОГРАФИИ

Как было сказано ранее, хроматография - это физико-химический метод разделения веществ, основанный на распределении компонентов между двумя фазами - подвижной и неподвижной. Неподвижной фазой обычно служит твердое вещество (сорбент) или пленка жидкости, нанесенная на твердое вещество. Подвижная фаза представляет собой жидкость или газ, протекающий через неподвижную фазу.

Компоненты анализируемой смеси вместе с подвижной фазой перемещаются вдоль стационарной фазы, которую обычно помещают в колонку (стеклянную или металлическую трубку). Если молекулы разных компонентов разделяемой смеси обладают различной адсорбируемостью или растворимостью, то время их пребывания в неподвижной фазе, а следовательно, и средняя скорость передвижения по колонке различны. Одни компоненты остаются в верхнем слое сорбента, другие, с меньшей адсорбируемостью, оказываются в нижней части колонки, некоторые покидают колонку вместе с подвижной фазой. Так достигается разделение компонентов. Хроматография - динамический метод, связанный с многократным повторением сорбционных и десорбционных процессов, так как разделение происходит в потоке подвижной фазы. Это обеспечивает эффективность хроматографического метода по сравнению с методами сорбции в статических условиях.

С помощью хроматографии возможны: разделение сложных смесей органических и неорганических веществ на отдельные компоненты, очистка веществ от примесей, концентрирование веществ из сильно разбавленных растворов, качественный и количественный анализ исследуемых веществ[1].

При пропускании экстракта зеленого листа через колонку, заполненную сорбентом, и промывании ее растворителем М.С. Цвет получил несколько окрашенных зон, что говорило о наличии в экстракте нескольких веществ. Полученную при разделении разноцветную картину он назвал хроматограммой, а сам метод - хроматографическим адсорбционным анализом или хроматографией (греч. chromatos - цвет, grapho - пишу).

В 1903 г. М.С. Цвет выступил в Варшавском обществе естествоиспытателей со своим знаменитым докладом «О новой категории адсорбционных явлений и о применении их к биохимическому анализу», в котором легально изложил метод адсорбционного хроматографического анализа. В более поздних работах М.С. Цвет совершенствовал свой метод, теоретически обосновал его и указал, что этим методом можно разделять не только окрашенные вещества, но и бесцветные соединения.

Несмотря на необычайно широкие возможности, метод М.С. Цвета почти не применялся до 1931 г., ког да Р. Кун, Е. Ледерер и А. Вингерштейн повторили его опыты по разделению растительных пигментов. Во всех опытах использовалась главным образом жидкостная адсорбционная хроматография. Именно с этого времени появляются многочисленные работы, посвященные теории метода, технике и аппаратурному оформлению хроматографических методов, поискам и изучению новых сорбентов и растворителей, применению метода в различных областях. Первая книга о хроматографии была издана в 1938 г. в Вене. После М.С. Цвега первыми достижениями отечественных специалистов в этой области стали работы М.М. Дубинина по разделению т азов (1936 г.), в которых была реализована газовая хроматография в ее фронтальном варианте и работа Н.А. Измайлова и М.С. Шрайбер но тонкослойной хроматографии (1938 г.).

В 1940 г. шведский ученый А. Тизелиус разработал фронтальный и вытеснительный методы хроматографического анализа. В 1941 г. А.Дж.П. Мартин и Р.Л. Синдж разработали и впервые применили жидкостную распределительную хроматографию. Это открытие было настолько важным и оказало такое влияние на развитие физико-химического анализа, что его авторы были удостоены Нобелевской премии. Эти ученые разработали общую теорию хроматографии и предположили, что сочетание газовой подвижной фазы с жидкостной стационарной фазой имеет важное преимущество. В 1953 г. А.Т. Джеймс и А.Дж.П. Мартин разработали метод газо-жидкостной хроматографии. На примере разделения летучих жирных кислот они показали, что вследствие низкой вязкости газа и во много раз более быстрой диффузии в газовой фазе разделение с применением газа-носителя происходит значительно быстрее.

Первая работа по хроматографическому анализу газов в нашей стране была опубликована в 1949 г. Н.М. Туркельтаубом, который выполнил ее под руководством А.А. Жуховицкого и К.А. Гольберга. В 1947 г. Т.В. Гапон, Е.Н. Гапон и Ф.М. Шемякин впервые осуществили хроматографическое разделение смеси ионов в растворе, объяснив его наличием обменной реакции между ионами сорбента и ионами, содержащимися в растворе. Так было открыто еще одно направление хроматографии - ионообменная хроматография.

В 1950-1960-е гг. было предложено еще несколько вариантов хроматографического анализа: аффинная (биоспецифическая), 1951 г., Д. Кэмпбелл; капиллярная (вариант ГЖХ), 1956-- 1957 гг., М. Голей; лигандообменная, 1961 г., Ф. Хельферих; гельироникающая, 1959 г., Дж. Порат и Р. Флори; сверхкригическая флюидная, 1967 г., Дж. Райндерс, Дж. Блемер, М. ван Кревелен.

Быстрый прогресс газовой хроматографии в 1950 г. дал толчок к развитию жидкостной хроматографии. В начале 1980 г. она превратилась в широко используемый метод анализа и разделения всевозможных сложных смесей, в гом числе многих из тех, которые раньше не анализировали методом газовой хроматографии.

Создание высокочувствительных детекторов, новых селективных полимерных сорбентов, новой аппаратуры, позволяющей работать при высоких давлениях, привело к значительному увеличению скорости хроматографического процесса, повышению эффективности разделения смеси веществ, возможности определять малые концентрации и появлению высокоэффективной жидкостной хроматографии. Развитие жидкостной хроматографии высокого давления способствовало развитию нового направления в ионообменной хроматографии - ионной хроматографии. Этот метод предложили в 1975 г. Г. Смолл, Т. Стивенс и В. Бауман.

В настоящее время хроматография продолжает интенсивно развиваться, это связано как с разработкой эффективных вариантов разделения, развитием теоретических основ известных или новых вариантов метода, гак и с расширением области их практического применения[2].

ГЛАВА 2. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕДОТОВ ХРОМАТОГРАФИИ

Классификация хроматографии очень многоплановая. Многочисленные хроматографические методы классифицируют, в основном, по трем признакам: по агрегатному состоянию подвижной и неподвижной фаз, по механизму взаимодействия сорбента с сорбатом и по технике выполнения процесса хроматографирования[3].

Выделяют следующие методы хроматографии:

По агрегатному состоянию подвижной и неподвижной фаз:

1.газовая (подв.)

a. газо-жидкостная(подв. + жидк.) - происходит растворение веществ в жидкой фазе.

b. газо-твердофазная или газо-адсорбционная (подв. + тв.) - газы удерживаются поверхностью

2.жидкостная(подв.)

a. жидкостно-жидкостная или распределительная(подв. + жидк.) - жидкости не смешиваются

b. жидкостно-твердофазная или жидкостно-адсорбционная (подв. + тв.) - вещества удерживаются поверхностью

По механизму разделения веществ:

1. Адсорбционная

*различные способности в сорбции

2. Распределительная

*разделение веществ происходит на различии растворимостей веществ

3. Ионнообменная

*разделение веществ происходит в результате различий в способности к ионному обмену

4. Активная

*на поверхности сорбента присутствуют селективные сорбенты

5. Гельпроникающая или Эксклюзионная

*основана на различной сорбции веществ разного размера внутрь порсорбента

По технике выполнения:

1. Колоночная

*в колонке находится неподвижная фаза

2. Плоскостная или Планарная

*тонкий слой сорбента закрепляется на плоскости инертного вещества. после чего край вещества погружают в емкость с жидкой фазой. за счет капиллярных свойства жидкость поднимается по сорбенту.. различные вещества имеют разную скорость(могут окрашивать в разные цвета).

*используется для качественного анализа.

По относительной полярности подвижных и неподвижных фаз:

Полярность - заряд в молекулах фаз.

? полярность может быть привита неполярной молекуле путем нанесения на её поверхность другого вещества (пример: бензин на селикагель))

1. Нормально-фазная

*неподвижная фаза более полярна

2. Обращённо-фазная

*подвижная фаза более полярна чем неподвижная

По способу проведения процесса разделения:

1. Фронтальная

*через колонку непрерывно пропускается анализируемая смесь

2. Проявительная

*через колонку непрерывно пропускается анализируемая смесь, далее добавляется компонент -проявитель

3. Вытеснительная

*Вводится анализируемая смесь компонентов, Затем колонка промывается более сорбирующим компонентом.

Таким образом происходит последовательное вытеснение компонентов смеси[4].

ГЛАВА 3. БУМАЖНАЯ И ТОНКОСЛОЙНАЯ ХРОМАТОГРАФИИ

Рассмотрим подробно виды плоскостной хроматографии: бумажную и тонкослойную.

БУМАЖНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ - вид хроматографии, основанный на различии в скорости перемещения компонентов анализируемой смеси по бумаге в потоке растворителя (элюента). Хроматограммой в этом случае называют картину расположения хроматографических зон на бумаге после завершения разделения. В бумажной хроматографии используется главным образом специальная хроматографическая бумага, которая должна быть максимально однородной и содержать только целлюлозные волокна. Она может служить неподвижной фазой или инертным носителем неподвижной фазы.

В распределительной бумажной хроматографии неподвижная фаза - адсорбированная бумагой вода или неполярные органические растворители, которыми пропитывают бумагу (вариант с обращенными фазами), а элюент - соответствующие смеси органических растворителей с водой, часто содержащие также кислоты, комплексообразующие и другие вещества, или водные растворы неорганических кислот и солей. Скорость перемещения компонентов зависит от коэффициента их распределения между фазами и от соотношения объемов этих фаз.

В адсорбционной бумажной хроматографии разделение компонентов смеси происходит благодаря различию в их сорбируемости адсорбентом - бумагой. В качестве элюента используются главным образом смеси органических растворителей с водой.

В ионообменной бумажной хроматографии используют бумагу, пропитанную ионообменными смолами. Скорость миграции компонентов в этом случае зависит главным образом от констант ионного обмена и рН элюента.

Осадочная бумажная хроматография осуществляется на бумаге, импрегнированной раствором реагента-осадителя, образующего с разделяемыми веществами малорастворимые соединения. Скорость движения компонентов определяется произведениями растворимости этих соединений.

В лигандообменной бумажной хроматографии бумагу предварительно обрабатывают растворами ионов металлов, например Сu2+ при разделении аминов и аминокислот. При этом компоненты перемещаются в зависимости от констант устойчивости их комплексных соединений с ионами металлов.

На практике часто реализуются одновременно несколько механизмов разделения. Бумажная хроматография осуществляется в стеклянных хроматографических камерах или других закрытых сосудах. Для улучшения воспроизводимости их часто кондиционируют, покрывая внутренние стенки фильтровальной бумагой, смоченной соответствующим растворителем. В камеру помещают лоток с элюентом, в который опускают край хроматографической бумаги после нанесения на нее пробы разделяемых веществ (обычно объемом 1-10 мкл). Элюент движется под действием капиллярных и гравитационных сил. По расположению бумаги и направлению тока элюента различают восходящую, нисходящую и горизонтальную бумажную хроматографию. Хроматографирование можно проводить также в центробежном поле или в условиях градиента температуры, что увеличивает эффективность и скорость разделения. В так называемой двумерной бумажной хроматографии пробу наносят в один из углов квадратного листа и после завершения хроматографирования в одном элюенте бумагу высушивают и, повернув на 90°, погружают в другой элюент. На двумерной хроматограмме получают до n2 хроматографических зон, где n -число зон, образующихся при обычной (одномерной) бумажной хроматографии.

После подъема растворителя на определенную высоту бумагу вынимают из камеры, высушивают и выявляют хроматографические зоны. Если зоны не окрашены, хроматограмму опрыскивают растворами специфических реагентов, образующих с компонентами разделяемой смеси окрашенные или флуоресцирующие соединения. Используют также ферментативные и биологические методы детектирования, например, для выявления ферментов хроматограмму обрабатывают раствором соответствующих субстратов. Радиоактивные вещества обнаруживают, экспонируя хроматограмму на рентгеновскую пленку.

Положения хроматографических зон в бумажной хроматографии характеризуют величиной Rf, представляющей собой отношение пути, пройденного центром хроматографической зоны, к пути, пройденному фронтом растворителя:

Rf= 1/[1 + (KdVs/Vm)],

где Vs и Vm - объемы соответственно неподвижной и подвижной фаз, Кd - коэффициент распределения вещества между этими фазами. Погрешность определения Rf около 5%. В стандартизованных условиях эта величина постоянна для каждого вещества и используется для его идентификации.

Количественный анализ проводят непосредственно на хроматограммах или после отделения веществ хроматографических зон от целлюлозной основы. В первом случае компоненты определяют с помощью сканирующей денситометрии, флуориметрии, фотометрии или по размеру хроматографических зон, а также активационными методами (при использовании последних двух методов зоны предварительно вырезают). Пределы обнаружения веществ в зонах по окрашенным производным составляют 0,1-10 мкг, флуориметрически - 10-3-10-2 мкг, активационным методом - 10-4-10-10 мкг. Отделение компонентов от целлюлозной основы осуществляют экстрагированием, сжиганием бумаги или кипячением ее в смеси кислот. Затем компоненты определяют любым подходящим методом, обычно спектрофотометрическим, титриметрическим или кинетическим. Погрешность количественного анализа не превышает 10%.

С помощью бумажной хроматографии можно разделить и анализировать практически все классы химических соединений, в том числе аминокислоты, сахара, стероиды. Кроме того, бумажная хроматография в сочетании с двумерным электрофорезом используется как микропрепаративный метод разделения природных веществ, в частности пептидов.

Достоинства бумажной хроматографии: возможность разделения малых количеств (0,001-1 мкг) веществ, высокая чувствительность, простота аппаратуры.

Недостаток метода: сильное размывание хроматографических зон, связанное с неоднородностью бумаги. Вследствие этого для разделения сложных смесей веществ необходимо использовать листы длиной около 1 м, что приводит к увеличению длительности эксперимента (для двумерной бумажной хроматографии до 15-20 ч) и большому расходу растворителя[5], а, следовательно, и к увеличению материальных(финансовых) расходов.

ТОНКОСЛОЙНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ (ТСХ) - вид хроматографии, основанный на различии в скорости перемещения компонентов смеси в плоском тонком слое (толщина 0,1-0,5 мм) сорбента при их движении в потоке подвижной фазы (элюента). Последняя представляет собой, как правило, жидкость, однако осуществлен и газовый вариант ТСХ. В качестве сорбентов используют мелкозернистые силикагель, Аl2О3, целлюлозу, крахмал, полиамид, иониты и др. Суспензиями этих сорбентов покрывают пластинки из стекла, фольги или пластика; для закрепления слоя применяют крахмал, гипс или другие связующие. Промышленностью выпускаются готовые пластинки с уже закрепленным слоем сорбента. Элюентами служат обычно смеси органических растворителей, водных растворов кислот, солей, комплексообразующих и других веществ.

В зависимости от положения пластинки и направления потока элюента различают восходящую, нисходящую и горизонтальную ТСХ. По технике работы выделяют фронтальный анализ (когда подвижной фазой служит анализируемая смесь) и обычно используемый элюционный вариант. Применяют также "круговую" (когда анализируемый раствор и растворитель последовательно подаются в центр пластинки) и "антикруговую" ТСХ (когда анализируемый раствор наносится по окружности и элюент перемещается от периферии к центру пластинки), ТСХ под давлением (когда растворитель под давлением пропускают через слой сорбента, покрытый плотно прижатой полиэтиленовой пленкой), а также ТСХ в условиях градиента температуры, состава сорбента и т. п. В так называемой двухмерной ТСХ хроматографический процесс осуществляют последовательно в двух взаимно перпендикулярных направлениях с различными элюентами, что увеличивает эффективность разделения. С этой же целью применяют многократное элюирование в одном направлении.

В элюционном варианте на слой сорбента наносят капли (объемом 1-5 мкл) анализируемого раствора и погружают край пластинки в элюент, который находится на дне герметично закрываемой стеклянной камеры. Элюент продвигается по слою сорбента под действием капиллярных и гравитационных сил; анализируемая смесь перемещается в том же направлении. В результате многократного повторения актов сорбции и десорбции в соответствии с коэффициентами распределения в выбранной системе компоненты разделяются и располагаются на пластинке отдельными зонами.

После завершения процесса пластинку вынимают из камеры, высушивают и обнаруживают разделенные зоны по собственной окраске или после опрыскивания их растворами реагентов, образующих окрашенные или флуоресцирующие пятна с компонентами разделяемой смеси. Радиоактивные вещества обнаруживают авторадиографически (экспонированием на рентгеновскую пленку, наложенную на хроматографии, пластинку). Применяют также биологические и ферментативные методы детектирования. Полученная картина распределения хроматографических зон называется хроматограммой.

Положение хроматографических зон на хроматограмме характеризует величина Rf-отношение пути li, пройденного центром зоны i-го компонента от линии старта, к пути l, пройденному элюентом: Rf = li/l. Величина Rf зависит от коэффициента распределения (адсорбции) и от соотношения объемов подвижной и неподвижной фаз.

На разделение в ТСХ влияет ряд факторов - состав и свойства элюента, природа, дисперсность и пористость сорбента, температура, влажность, размеры и толщина слоя сорбента, размеры камеры. Поэтому для получения воспроизводимых результатов необходимо тщательно стандартизовать условия опыта. Соблюдение этого требования позволяет устанавливать Rf с относительным стандартным отклонением 0,03. В стандартных условиях Rf постоянна для данного вещества и используется для идентификации последнего.

Кол-во компонента в хроматографической зоне определяют непосредственно на слое сорбента по площади зоны (обычно ее диаметр варьирует от 3 до 10 мм) или интенсивности ее окраски (флуоресценции). Используют также автоматические сканирующие приборы, измеряющие поглощение, пропускание или отражение света, либо радиоактивность хроматографических зон. Разделенные зоны можно соскоблить с пластинки вместе со слоем сорбента, экстрагировать компонент в растворитель и анализировать раствор подходящим методом (спектрофотометрия, люминесцентный, атомно-абсорбционный, атомно-флуоресцентный, радиометрический анализ, масс-спектрометрия и т.д.). Погрешность количественного определения обычно составляет 5-10%; пределы обнаружения веществ в зонах -10-3-10-2 мкг (по окрашенным производным) и 10-10-10-9 мкг (с применением люминесцентного анализа).

Достоинства ТСХ: простота, экономичность, доступность оборудования, экспрессность (продолжительность разделения 10-100 мин), высокие производительность и эффективность разделения, наглядность результатов разделения, простота обнаружения хроматографических зон.

ТСХ применяют для разделения и анализа как органических, так и неорганических веществ: практически всех неорганических катионов и множества анионов, в том числе близких по свойствам ионов благородных металлов, РЗЭ, а также полимеров, лекарственных средств, пестицидов, аминокислот, липидов, алкалоидов и т. д. С помощью ТСХ удобно анализировать микрообъекты (малые количества веществ), оценивать чистоту препаратов, контролировать технологические процессы и состав сточных вод, изучать поведение различных ионных форм элементов, предварительно подбирать условия для колоночной хроматографии[6].

Недостатки ТСХ: ограниченная разрешающая способность(размер), не разработана надежная технология обращеннофазовой ТСХ, низкая чувствительность определения, зависимость от трудноконтролируемых внешних условий, влияние субъективного фактора[7].



ГЛАВА 4. АНАЛИЗ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ. ИНДИКАТОРЫ ДЛЯ ИХ ОБНАРУЖЕНИЯ

Прежде всего метод бумажной хроматографии требует правильного выбора подвижной фазы или растворителя. Система растворителей обычно двухфазна. Водная среда пропитывает бумагу и служит неподвижной фазой, менее полярная фаза подвижна и перемещается по границе раздела с неподвижной фазой. Для получения воспроизводимых результатов применяемые растворители должны быть очень чистыми и иметь постоянные характеристики. 1-2% примесей значительно изменяют элюирующие свойства растворителей и величины Rf. В подборе растворителей следует учитывать общее эмпирическое правило -- подобное растворяется в подобном. Растворитель и анализируемые соединения не должны резко отличаться по полярности и гидрофильным свойствам, иначе исследуемые вещества или останутся на линии старта, или будут двигаться вместе с фронтом растворителя. При выборе растворителей, у которых не определена экспериментально элюирующая способность, следует воспользоваться элюотропными рядами. Такой ряд растворителей начинается, например, с алифатических углеводородов, как наиболее липофильных, неполярных веществ; последними членами ряда являются обычно растворители высокой полярности -- водные или метанольные смеси. Введение заместителей или двойных связей в молекулы органических соединений усиливает их полярные свойства и гидрофильность (простые и сложные эфирные группы, оксо- и гидроксильные группы, особенно аминные и карбоксильные группы). Практически применяют два способа подбора растворителей:

1) по литературным источникам проводят поиск таких систем, в которых данное вещество уже хроматографировали;

2) для веществ, которые ранее не хроматографировали, подбирают системы растворителей, использованные для разделения подобных по степени гидрофильности соединений.

Для сильногидрофильных веществ применяют смеси растворителей с высоким содержанием воды, например насыщенный водой вторичный бутанол, верхнюю фазу смеси н-бутанола, уксусной кислоты и воды (4:1:5), систему изопропанол-аммиак (7:3 или 8:2), 15%-ю уксусную кислоту.

Вещества средней гидрофильности, которые могут экстрагироваться из воды этилацетатом и не экстрагируются бензолом, хроматографируют с помощью растворителей средней полярности, например бутил-ацетатом, хлороформом с небольшими добавками полярных веществ или воды.

Для разделения веществ малой гидрофильности, почти нерастворимых в воде, в качестве подвижной фазы используют в основном бензол, циклогексан, тетрахлорметан и т.п.

Качество разделения часто снижается из-за размывания пятен, которые приобретают вытянутую форму. Причинами этого могут быть слишком низкая растворимость разделяемых веществ в примененной системе растворителей, слишком высокая концентрация веществ в пробе, адсорбция их на бумаге или диссоциация в ходе хроматографии. Для улучшения формы пятна в таких случаях следует применить другой растворитель, подавить адсорбцию добавлением более полярного растворителя или другим способом, воздействовать на диссоциацию веществ введением более сильной кислоты или основания.

Вещество, образующее зону, можно экстрагировать и затем проводить количественный анализ каким-либо из физико-химических методов. Распространено количественное определение компонентов по измерениям площади их пятен либо взвешиванием вырезанных 16 по контурам пятна кусочков бумаги. Размер и массу кусочков хроматограммы, вырезанных по контуру пятен, сравнивают с размером и массой кусочков бумаги, на которые нанесены пятна стандарта. [8]

Метод ТСХ пригоден для идентификации практически всех не- органических ионов.

Наибольшее число работ по неорганической ТСХ посвящено разделению и идентификации катионов. Первые работы в области анализа неорганических солей методом ТСХ были связаны с систематическим ходом анализа неорганических элементов, входящих в органические соединения: предварительное разделение исследуемой смеси неорганических ионов на аналитические группы классическим методом анализа и последующее разделение с помощью ТСХ катионов групп меди, сульфида аммония, карбоната аммония, щелочной группы, смеси анионов на отдельные компоненты. В последующем появилось большое число работ, посвященных анализу собственно неорганических соединений[9].

Разделение веществ при ТСХ обычно протекает по смешанному механизму, поэтому для успешного решения аналитической задачи очень важен правильный выбор сорбента и элюируюшей системы растворителей. При этом следует исходить из химического строения разделяемых соединений. Для неполярных веществ следует применять сорбент с большой адсорбционной способностью. Разделение полярных соединений лучше производить жидкость-жидкостной хроматографией, ионогенных -- ионообменной хроматографией. В общем, выбор условий разделения в ТСХ аналогичен другим видам хроматографии.

Все применяемые сорбенты делят на полярные (оксиды и соли) и неполярные (активный древесный уголь). Адсорбция на полярных адсорбентах происходит под влиянием ион-дипольных и диполь-дипольных взаимодействий. Адсорбционная способность определяется числом и типом полярных групп в молекуле адсорбированных веществ. Атомные группировки в органических соединениях располагаются в порядке возрастания адсорбируемости на силикагеле: -СН2 - -СН3, -СН= , -S-R, -O-R, -N02 , -NH- (карбазол), -COOK, -СНО, -СОК, -ОН, -NH2, -СООН. На неполярных адсорбентах адсорбция обусловлена ван-дер-ваальсовым взаимодействием адсорбента с недиссоциированными молекулами.

Наиболее распространенным полярным адсорбентом является силикагель (Si02xH20). Он обладает большой адсорбционной емкостью, инертен, легко поддается модификации, например путем обработки раствором AgN03, имеет широкий диапазон пористости. Сорбционная емкость силикагеля зависит от содержания воды. Однако силикагель непригоден для разделения соединений с сильными основными свойствами, так как взаимодействует с ними химически.

Высокой адсорбционной способностью обладает оксид алюминия (А12ОЗ). Его выпускают в трех видах: щелочной, нейтральный и кислый. Сорбционная активность оксида алюминия, как и силикагеля, зависит от содержания воды. Для повышения активности оксид алюминия прокаливают. В качестве сорбентов для ТСХ применяют также силикат магния, полиамиды, целлюлозу, ионообменники.

При выборе растворителей или их смесей - элюентов - для ТСХ учитывают растворимость разделяемых соединений в подвижной фазе. Важное значение имеет избирательная растворимость по отношению к отдельным компонентам смеси. Методика выбора растворителей -- элюентов для ТСХ -- зависит от типа разделяемой смеси. Различают два основных случая:

1) разделение веществ с близкими значениями Rf

2) разделение веществ с сильно различающимися Rf.

В первом случае применяют проточное непрерывное элюирование, во втором -- метод антипараллельных градиентов, заключающийся в разделении веществ в камерах с ненасыщенной атмосферой, при котором уменьшается подвижность соединений в направлении элюирования.

По направлению потока сверху вниз или снизу вверх различают нисходящую и восходящую ТСХ. Чаще всего используют восходящий метод.

Обнаружение зон. Для обнаружения соединений, флуоресцирующих при облучении светом, применяют физические, но чаще всего химические методы: обрабатывают хроматограмму после разделения веществ газами: аммиаком, бромом, йодом -- или опрыскивают реагентами, которые применяют в бумажной хроматографии. Для обнаружения биологически активных соединений (витаминов, антибиотиков, антиметаболитов) применяют биологические методы -- наблюдают за подавлением роста микроорганизмов. Часто исследуют зоны разделения непосредственно на пластинках -- изучают УФ-спектры поглощения, спектры флуоресценции. При использовании методов, требующих предварительного экстрагирования пятен с хроматограмм, сочетают УФ- и ИК-спектроскопию, УФ-спектроскопию и флуорометрию и т.д.

В данной таблице вы можете видеть реактивы и методы обнаружения неорганических ионов на бумажной хроматограмме:

Катионы

Обнаруживаемая группа	Реактив	Состав реактива и проведение обработки
Катионы	Родамин (диметиламино-бензилиденроданин)	Раствор для опрыскивания: 1-5% раствор родамина в этаноле.Последующая обработка: опрыскивают 25% раствором аммиака или помещают во влажную камеру, насыщенную парами аммиака (наблюдение в монохроматическом УФ-свете).
Ионы алюминия	Морин	Раствор для опрыскивания: 1%-ный раствор морина в ледяной уксусной кислоте (яркая светло-зеленая флуоресценция под аналитической кварцевой лампой).
Ионы алюминия, хрома и лития	Ауринтрикарбоновая кислота (аммонийная соль)	Раствор для опрыскивания: 0,1%-ный раствор аммонийной соли ауринтрикарбоновой кислоты в 1%-ном водном растворе ацетата аммония. Последующая обработка: хроматограмму помещают в камеру, насыщенную парами аммиака.
Ионы бария и стронция	Родизонат натрия	Растворы для опрыскивания: 1) 1%-ный водный раствор радизоната натрия. 2) 20%-ный раствор аммиака.
Ионы бария, стронция и кальция	8-Оксихинолин (оксин)	Раствор для опрыскивания: 0,5 г 8-оксихинолина растворяют в смеси 60 мл этанола и 40 мл воды. Последующая обработка: опрыскивают 25% раствором аммиака или помещают хроматограмму в насыщенную аммиаком влажную камеру (наблюдение в монохроматическом УФ-светe).
Ионы железа (III)	Гексацианоферрат (II) калия	Раствор для опрыскивания: свежеприготовленный 2%-ный водный раствор гексанцианоферрата (II) калия.
Ионы золота	Хлорид олова - иодид калия	Раствор для опрыскивания: 5,6 хлорида олова (II) растворяют в 10 мл соляной кислоты (1,19), разбавляют водой до 100 мл и добавляют 0,2 г иодида калия. При опрыскивании пластинки проявляются черные пятна.
Ионы калия	Родамин В	Растворы для опрыскивания: 1) 0,1 н. NaOH. 2) 1% спиртовый раствор реактива на калий. 3)0,5% спиртовой раствор родамина В. Проведение реакции: опрыскивают реактивом 1, сушат, опрыскивают реактивом 2 и в заключение опрыскивают реактивом 3. (Интенсивная темно-синяя флуоресценция в монохроматическом УФ-свете. Большое количество калия обнаруживается уже в видимом свете светло-красным пятном на темно-красном фоне).
Ионы лития, кальция, магния, алюминия, тория, циркония, аммония и селена	Ализарин	Растворы для опрыскивания: 1) насыщенный спиртовой раствор ализарина. 2) 1 н. раствор NaOH. Проведение реакции: хроматограмму опрыскивают раствором 1, непродолжительное время сушат и опрыскивают раствором 2. Последующая обработка: хроматограмму помещают а камеру, насыщенную парами аммиака.
Ионы магния и алюминия	8-Оксихинолин - койевая кислота	Растворы для опрыскивания: 1) Раствор 2,5 а 8-оксихинолина и 0,5 г койевой кислоты в 500 мл 90% этанола. 2) 25% раствор аммиака (наблюдение в монохроматическом ультрафиолете).
Ионы меди, кобальта, никеля и марганца	Рубеановый водород	Растворы для опрыскивания: 1) 0,5% раствор рубеанового водорода в 96% этаноле. 2) 25% раствор аммиака. Проведение реакции: опрыскивают раствором 1, сушат, опрыскивают раствором 2 или помещают хроматограмму во влажную камеру, насыщенную аммиаком.
Ионы металлов	Койевая кислота	Раствор для опрыскивания: 0,1 г койевой кислоты растворяют в 100 мл 60% этанола. Проведение реакции: после опрыскивания наблюдают флуоресценцию в УФ-свете.
Ионы серебра, свинца, меди, олова, марганца, цинка и кальция	Дифенилкарбазид	Растворы для опрыскивания: 1) 1%-ный раствор дифенилкарбазида в 96%-ном этаноле. .2) 25%ный раствор аммиака.
Ионы серебра, цинка, кадмия и продукты присоединения ртути к ненасыщенным липидам	Дифенилкарбазон	Растворы для опрыскивания: 1)насыщенный раствор дифенилкарбазона в 96% этаноле. 2) 25%-ный раствор аммиака или 1 н. NaOH.Проведение реакции: опрыскивают раствором 1, а затем растворам 2. Примечание. Для продуктов присоединения ртути достаточно опрыскивать 0,1%-ным этанольным раствором дифенилкарбазона.
Ионы сурьмы	Тиосульфат натрия - ацетат меди	Растворы для опрыскивания: 1) Насыщенный водный раствор тиосульфата натрия. 2) 0,4 г ацетата меди растворяют в смеси 2 мл ледяной уксусной кислоты и 48 мл воды.Проведение реакции: опрыскивают раствором 1, слегка нагревают, избыточный тиосульфат натрия смывают водой, опрыскивают раствором 2.
Ионы сурьмы, меди, никеля, железа, хрома, марганца, калия, лития, бериллия	Кверцетин	Раствор для опрыскивания: 0,2%-ный раствор кверцетина в 96% этаноле. Последующая обработка: опрыскивают 20%-ным раствором аммиака или помещают в камеру, насыщенную парами аммиака (наблюдение в монохроматическом УФ-свете).
Ионы тяжелых металлов	Йодистый калий-сероводород	Раствор для опрыскивания: 2%-ный водный раствор йодистого калия. Проведение реакции: после опрыскивания пластинку сушат и помещают в сосуд с парами аммиака. Через несколько минут пластинку переносят в другой сосуд, заполненный сероводородом. (Осторожно! Сероводород ядовит и взрывается. Лучше всего заполнять сосуд газом из аппарата Киппа в тяге).
Ионы щелочных и щелочно-земельных металлов	Виолуровая кислота	Раствор для опрыскивания: 1,5%-ный водный раствор виолуровой кислоты. При растворении виолуровую кислоту нельзя нагревать свыше 60°! Проведение реакции: после опрыскивания хроматограмму нагревают 20 мин при 100 0C.

Анионы

Обнаруживаемая группа	Реактив	Состав реактива и проведение обработки
Ионы галогенов	Бромкрезоловый пурпуровый	Раствор для опрыскивания: к 0,1%-ному раствору бромкрезолового пурпурового в этаноле добавляют несколько капель разбавленного раствора аммиака до ясно выраженного изменения окраски.
Ионы галогенов	Нитрат серебра - аммиак-флуоресцеин	Растворы для опрыскивания: 1.) 1 г нитрата серебра растворяют в 100 мл 0,5 н. раствора аммиака. 2) 0,1 г флуоресцеина растворяют в 100 мл этанола. Проведение реакции: сначала опрыскивают раствором 1 и после непродолжительного подсушивания - раствором 2.
Ионы сероводородной группы	Сульфид натрия	Раствор для опрыскивания: 0,5%-ный раствор сульфида натрия, свежеприготовленный.
Ионы фтора	Цирконализариновый лак - соляная кислота	Раствор для опрыскивания: 0.05 г цирконилхлорида (ZrOCl*8H20) и 0,05 г ализаринсульфоната натрия растворяют в 100 мл 2 н. соляной кислоты.
Неорганические анионы	2,6-Дихлорфенол-индофенол-нитрат серебра	Раствор для опрыскивания (перед употреблением готовят свежий раствор): 0,2 г 2.6-дихлорфенолиндофенолнатрия растворяют в 100 мл 96%-ного спирта, добавляют 3 г нитрата серебра, хорошо встряхивают и фильтруют. [10]

ГЛАВА 5. АНАЛИЗ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ ПРОСТОГО И СЛОЖНОГО ХАРАКТЕРА. ИНДИКАТОРЫ ДЛЯ ИХ ОБНАРУЖЕНИЯ

Бумажная хроматография используется чаще всех других видов хроматографии для качественного анализа органических соединений вследствие трудоемкости разделения больших количеств вещества. В качестве неподвижной фазы применяется целлюлоза, гидратированная молекулами воды. Предполагается, что активным компонентом этой фазы является вода, закрепленная водородными связями на слабосвязанных гидроксильных группах молекул целлюлозы. Молекулы целлюлозы вступают друг с другом в очень сильное межмолекулярное взаимодействие, которое определяется структурой целлюлозного материала, ориентацией и конформацией молекул целлюлозы. Наряду с сильно связанными ОН-группами целлюлозы, занятыми в наиболее прочных водородных связях, имеются умеренно связанные и свободные гидроксильные группы.

Эти группы могут вступать в Н-ассоциацию с Н20, а также с полярными, особенно протонодонорными и протоноакцегтгорными функциональными группами сорбируемых молекул. В ходе разделения смеси веществ на влажном листе специальной бумаги отмечается стартовая линия, на которую наносятся микрокапли анализируемой смеси и веществ сравнения, т. е. тех, которые предполагаются в пробе для анализа. Затем хроматограмма проявляется, создавая подвижную фазу из плохо смешивающихся с водой растворителей, но взаимодействующих с определяемым веществом. В качестве проявителей могут быть взяты спирты -- бутанол-1 или бутанол-2, гексанол-1, циклогексанол или циклогексанон, бутилацетат и др. Лист касается поверхности растворителя срезом листа, близ которого находится стартовая линия.

Возникающий процесс диффузии проявителя, т. е. его движения по капиллярам листа бумаги, приводит к сольватации молекул анализируемого вещества проявителем и движению этих молекул перпендикулярно стартовой линии по плоскости листа бумаги. Различные молекулы органических соединений в зависимости от природы проявителя движутся от стартовой линии с различной скоростью. Через несколько часов (или суток) проявитель доходит до верха листа, а анализируемые вещества остаются на бумаге в виде пятен, прошедших определенное расстояние. Если анализируемые вещества бесцветны, то можно сделать их видимыми, проведя цветную аналитическую реакцию.

Относительная скорость миграции молекул (или ионов) характеризуется количественно коэффициентом Rf(от англ, ratio of fronts -- отношение фронтов):

Rf = lпробега молекул вещества от стартовой линии/l0пробега растворителя, зависящие от природы растворителя и типа бумаги

Если коэффициент Rf анализируемого вещества совпадает с Rf известного образца, то задача идентификации вещества решена. Зачастую можно проследить зависимость между величиной Rf и природой определяемого соединения (класс, к которому оно относится; число и объемность заместителей (активных функциональных групп), их взаимная ориентация, расположение в молекуле и т. д.).Например:

хроматография неорганический тонкослойный сорбент

Тонкослойная хроматография по своей сущности и технике выполнения аналогична бумажной хроматографии. Вместо бумаги, весьма химически активной и неустойчивой, в качестве неподвижной фазы используют оксид алюминия или силикагель, нанесенный тонким слоем на стеклянную пластинку. Этот способ позволяет разделять вещества, взаимодействующие с бумагой, и применять агрессивные по отношению к ней подвижные фазы[11].



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом методы плоскостной хроматографии - одни из самых точных методов анализа веществ. Ими можно анализировать как неорганические, так и органические вещества, но при этом становятся очевидными недостатки этих методов: для бумажной хроматографии это размытие хроматографических зон, в случае сложных смесей очень высока длительность эксперимента, а также высоки расходы на бумагу и растворитель; для ТСХ - низкая чувствительность, низкая разрешающая способность, зависимость от неконтролируемых внешних условий. Также существенным недостатком является то, что не для всех веществ есть способы их обнаружения на хроматограмме.



ЛИТЕРАТУРА

1. [электронный ресурс] Файловый архив студентов StudFile.net

2. [электронный ресурс] Портал студенческих и научных материалов ozlib.com

3. [электронный ресурс] Банк студенческих и научных работ studopedia.ru

4. [электронный ресурс] Корпоративный портал Томского политехнического университета portal.tpu.ru

5. [электронный ресурс] Химическая энциклопедия Xumuk.ru

6. [электронный ресурс] Химическая энциклопедия Xumuk.ru

7. [электронный ресурс] Файловый архив студентов StudFile.net

8. Герасимова Н.С. Хроматография: Лабораторный практикум по аналитической химии / Под ред. И.В. Федосеева. -- М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009. -- 36 с.

9. [электронный ресурс] Справочник химика 21 chem21.info

10. [электронный ресурс]Лаборатория органической химии orgchemlab.com

11. [электронный ресурс]Библиотека учебных материалов длястудентов studme.org

Размещено на Allbest.ru

...