Газо-жидкостная хроматография
В качестве неподвижной фазы в газо-жидкостной хроматографии применяется инертный носитель с высокоразвитой поверхностью, например, пемза, на которой равномерным тонким слоем распределен высококипящий растворитель, давление паров которого при максимальной рабочей температуре хроматографа, практически, равно нулю. Это могут быть тяжелые парафины, эфиры полимерных спиртов и т.п. Весьма перспективны в этом отношении жидкие кристаллы. Этим сорбентом равномерно заполняется свернутый в спираль металлический капилляр с внутренним диаметром порядка 1 мм и длиной в метр и более. Колонки готовит завод-производитель хроматографов. В газо-жидкостном хроматографе колонка термостатируется с высокой точностью, обычно ± 0,1 ˚С.
Проба исследуемой смеси веществ (~0,001 мг) с помощью микрошприца «закалывается» в испаритель хроматографа из которого увлекается потоком инертного газа-носителя – обычно это гелий или азот – в колонку. Скорость потока газа-носителя регулируется и имеет строго определенную величину. Пары компонентов газовой смеси сорбируются растворителем неподвижной фазы, растворяются в нем, а затем десорбируются – переходят в газовую фазу. С потоком газа-носителя вещество переносится на следующий участок колонки, где повторяются процессы сорбции-десорбции. За время перемещения по хроматографической колонке (обычно, минуты – десятки минут) сорбция-десорбция повторяется тысячи раз. То есть, как метод разделения веществ газо-жидкостная хроматография в тысячи раз белее эффективна, чем фракционная перегонка. (То же можно сказать и про адсорбционную хроматографию, см. ниже). Компонент анализируемой смеси, который лучше сорбируется растворителем неподвижной фазы, медленно перемещается по колонке и выходит из нее последним. Не склонный к сорбции в растворителе неподвижной фазы компонент выходит из колонки первым. На выходе колонки в хроматографе установлен тот или иной детектор, определяющий характеристики газовой смеси например, ее теплопроводность. Теплопроводность изменяется, если в газе появляются пары исследуемого вещества, и регистрируется в виде хроматограммы, которая фиксирует зависимость теплопроводности от продолжительности процесса хроматографирования. Измерение теплопроводности позволяет регистрировать появление в га-носителе 10-5 – 10-8 моль вещества. Более чувствительным является
пламенно-ионизационный детектор, который уверенно регистрирует 10-15 моль исследуемого вещества. Анализ данных, полученных в виде бумажных хроматограмм, описан в разделе 2.2.2 (стр. ) Современные хроматографы снабжены персональными компьютерами, которые в автоматическом режиме анализируют качественный и количественный состав исследуемых смесей веществ. Жидкостная хроматография Жидкостная адсорбционная хроматография в принципе похожа на газо-жидкостную. Исследуемую смесь веществ растворяют в специально подобранном растворителе и раствор выливают в хроматографическую колонку (рис. 9), заполненную мелкодисперсным адсорбентом. После того, как верхний уровень раствора опустится до слоя адсорбента, небольшими порциями начинают приливать растворитель. Обычно в верхней части колонки адсорбируются вещества с большой молекулярной массой и высокой адсорбционной способностью. Эта зона по колонке не движется.
|
Рис. 9. Хроматографическая колонка: 1 – колонка, 2 – проявляющий растворитель, 3 – зоны компонентов смеси, 4 – адсорбент, 5 – слой ваты |
Другие компоненты сложной смеси – менее склонные к адсорбции и более растворимые – движутся с растворителем вниз по колонке и многократно, сотни и тысячи раз, то сорбируются, то растворяются. В результате хорошо растворимые, плохо адсорбирующиеся вещества движутся по колонке быстро, а хорошо адсорбирующиеся, малорастворимые на колонке задерживаются. Растворитель в данном случае называют проявителем. Часто его используют для последовательного вымывания (элюирования) компонентов смеси и называют в таком случае элюентом. Реже, когда на колонке четко проявятся отдельно расположенные зоны компонентов смеси, «колбаску» адсорбента выжимают из колонки давлением воздуха, окрашенные зоны механически разделяют, переносят на фильтр и смывают подходящим растворителем – элюентом.
Применение жидкостной адсорбционной хроматографии особенно наглядно при разделении окрашенных веществ. Однако и бесцветные разделяются не менее эффективно. В этом случае границы зон компонентов определяют, облучая колонку ультрафиолетовыми лучами. Ароматические соединения и соединения с сопряженными системами π-связей в ультрафиолетовых лучах интенсивно люминесцируют.
Методики разделения многих смесей веществ отработаны до совершенства, поэтому задача подбора адсорбента и проявителя не стоит. Однако, если анализу подлежат ранее не исследованные вещества, появляется задача рационального выбора условий хроматографического разделения. Существуют некоторые правила выбора адсорбентов и растворителей.
Некоторые адсорбенты для жидкостной препаративной хроматографии выпускаются в промышленных масштабах: оксид алюминия, силикагель (гидратированный аморфный диоксид кремния), целлюлоза и др. Оксид алюминия для хроматографии в зависимости остаточного содержания воды имеет разную адсорбционную активность. Обычно применяют Al2O3 II и III степени активности по Брокману, из них первый более, а второй менее активный. На оксиде алюминия прочно сорбируются органические соединения, содержащие полярные гидроксильные и карбоксильные группы. Для хроматографического выделения таких соединений целесообразно использовать силикагель.
В принципе, чем выше склонность вещества к адсорбции, тем выше должна быть растворяющая способность растворителя, которую обычно связывают с его полярностью. Нередко в качестве проявителей используют смешанные растворители, меняя соотношение хорошо растворяющего и не растворяющего компонентов. Понятно, что, если вещество обладает более-менее выраженными кислотными свойствами, то его хорошо растворяют электронодонорные растворители типа пиридина, диметилформамида, простых эфиров и т.п. Наоборот, если оно содержит электронодонорные группировки, эффективным растворителем будет уксусная кислота, подкисленная вода или спирт. Если вещество полярно, оно хорошо растворяется в полярных растворителях таких, как метиловый и этиловый спирты,
В заключение следует отметить, что достоинством жидкостной хроматографии по сравнению с газо-жидкостной является то, что разделение веществ происходит в мягких температурных условиях, исключающих термическое разложение веществ, что особенно важно для биологически активных соединений и веществ природного происхождения. При промышленном применении жидкостной хроматографии применяют колонны диаметром до полуметра и разделяют килограммовые количества веществ.
- О. А. Голубчиков
- Органический практикум
- Санкт-Петербург
- Нии химии сПбГу – 2012
- Оглавление
- Предисловие
- 1. Общие правила и методы работы
- 1.1. Планирование работ и ведение рабочего журнала
- 1.1.1. Форма ведения записей в лабораторном журнале
- 1.1.2. Пояснения к составлению таблиц
- 1.1.3. План экспериментальной работы. Отчет о выполнении работы
- 1.2. Правила техники безопасности в лаборатории органического синтеза
- 1.2.1. Общие правила работы
- 1.2.2. Правила обращения с ядовитыми и едкими веществами
- 1.2.3. Правила при работе с огнеопасными веществами
- 1.2.4. Правила при работах, которые могут сопровождаться взрывами или выбросами веществ
- 1.2.5. Правила обращения со стеклом
- 1.3. Основные методы выделения и очистки органических соединений
- 1.3.1 Перекристаллизация Принцип метода
- Подбор растворителя
- Практика проведения перекристаллизации
- Обесцвечивание горячих насыщенных растворов
- Фильтрование с отсасыванием
- Сушка органических веществ
- Определение температуры плавления вещества
- Контрольные вопросы
- 1.3.2. Перегонка органических жидкостей
- 1.3.2. Простая перегонка при атмосферном давлении
- Перегонка при уменьшенном давлении (под вакуумом)
- Перегонка с водяным паром
- Фракционная перегонка и перегонка с дефлегматором
- Контрольные вопросы
- 1.3.3. Хроматография
- Газо-жидкостная хроматография
- Тонкослойная и бумажная хроматография
- Нуклеофильное замещение у sp3-гибридизованного атома углерода
- Нуклеофильное замещение у sp2-гибридизованного карбонильного углерода
- Контрольные вопросы
- 2.1.2. Бромистый изопропил
- Примечания:
- Пояснения к синтезу
- Контрольные вопросы
- 2.1.3. Ацетанилид (метод а)
- 2.1.4. Ацетанилид (метод б)
- Пояснения к синтезу
- Контрольные вопросы
- 2.1.5. Ацетилсалициловая кислота (аспирин)
- Пояснения к синтезу
- Контрольные вопросы
- Пояснения к синтезу
- 2.2. Электрофильное замещение в ароматическом ряду
- 2.2.1. Основные теоретические положения
- 2.2.2. Нитротолуолы (смесь изомеров)
- Хроматографическое определение изомерного состава нитротолуолов
- Пояснения к синтезу
- Контрольные вопросы
- Пояснения к синтезу
- Контрольные вопросы
- 2.2.4. Cульфаниловая кислота
- Пояснения к синтезу
- Контрольные вопросы
- 2.3. Восстановление нитросоединений
- 2.3.1. Основные теоретические положения
- Восстановление металлами в присутствии растворов электролитов
- Восстановление в кислой среде металлами
- Пути восстановления нитросоединений в зависимости от pH среды Восстановление в кислой среде
- Восстановление в щелочной среде
- Восстановление в щелочной среде растворами сульфидов. Селективное восстановление полинитросоединений
- Определение конца реакции
- Выделение продуктов реакции
- Меры предосторожности при работе с ароматическими аминами
- 2.3.2. Анилин
- Выделение анилина из реакционной смеси
- 2.3.3. Выделение и идентификация аминов
- Пояснения к синтезу
- Экстракция органических веществ из водных растворов
- Контрольные вопросы
- 2.3.4. Мета-Нитроанилин
- Пояснения к синтезу
- Контрольные вопросы
- 2.4. Получение и превращения диазосоединений
- 2.4.1. Основные теоретические положения
- Получение ароматических диазосоединений
- Механизм диазотирования
- Факторы, влияющие на скорость диазотирования
- Контроль диазотирования
- Формы диазосоединений
- Превращения диазосоединений Азосочетание
- Реакции солей диазония с выделением азота
- 2.4.2. Йодбензол
- Пояснения к синтезу
- Пояснения к синтезу
- Пояснения к синтезу
- Контрольные вопросы
- 2.4.5. Метилоранж
- Примечания к синтезу
- Метиловый оранжевый:
- 2.4.6. Кислотный оранжевый (-нафтолоранж)
- Азосочетание
- 2.4.7. Резорциновый желтый (тропеолин)
- Азосочетание
- 2.4.8. Спектрофотометрическое определение содержания красителя в растворе
- 2.4.9. Пояснения к синтезам азокрасителей
- Контрольные вопросы
- 2.5. Окисление
- 2.5.1. Основные теоретические положения
- 2.5.2. Бензойная кислота (из толуола)
- Примечание
- 2.5.3. Бензойная кислота (из бензилового спирта)
- Пояснения к синтезам бензойной кислоты (2.5.2 и 2.5.3)
- Контрольные вопросы
- 2.5.4. Масляный альдегид (бутаналь)
- Пояснения к синтезу
- Контрольные вопросы
- 2.5.5. Бензальдегид
- Пояснения к синтезу
- Контрольные вопросы
- 3. Синтез гетероциклических соединений
- Пояснения к синтезу
- Пояснения к синтезу
- Пояснения к синтезу
- Пояснения к синтезу
- Бензимидазол
- Пояснения к синтезу
- Пояснения к синтезу
- Хинолин (синтез Скраупа)
- Пояснения к синтезу
- Фенилизоиндолизин
- Пояснения к синтезу
- Фенотиазин
- Пояснения к синтезу
- 5,10,15,20-Тетрафенилпорфирины
- 5,10,15,20-Тетрафенилпорфирин
- Пояснения к синтезу
- Хроматографическая очистка тетрафенилпорфирина
- 5,10,15, 20-Тетракис(4-нитрофенил)порфирин
- Пояснения к синтезу
- 5,10,15,20-Тетракис(4-бромфенил)порфирин
- Приложение
- Список рекомендуемой литературы