3.2. Классификация хроматографических методов анализа

Хроматографические методы анализа можно классифицировать раз-личными способами: в зависимости от природы сорбционного процесса, по агрегатному состоянию фаз, способу их относительного перемещения, аппаратурному оформлению процесса и т.д. Наиболее распространены классификации различных видов хроматографии по механизму процесса, типу подвижной фазы, способу осуществления (табл. 3.1).

Таблица 3.1

Вариант классификации хроматографических методов анализа

Сокращения: К – колоночная; К-К – капиллярно-колоночная; Б – бумажная; Т – тонкослойная.

По признаку природы явлений, лежащих в основе разделения, хроматографию подразделяют на четыре основных вида: адсорбционная, распределительная, осадочная и эксклюзионная.

В основе адсорбционной хроматографии лежит адсорбция разделя-емых веществ на твердой поверхности выбранного адсорбента. Адсорбция может быть обусловлена или физическими ван-дер-ваальсовыми силами межмолекулярного взаимодействия в системе «адсорбат – адсорбент» (молекулярная хроматография) или силами химического сродства, дей-ствующими в процессе ионного обмена (ионообменная хроматография). В обоих случаях главным условием для осуществления разделения должно быть различие энергии адсорбции разделяемых веществ, что равносильно различию коэффициентов адсорбции.

В основе распределительной хроматографии лежит различная растворимость разделяемых веществ в жидкости. Разделение протекает на границе двух фаз, несмешивающихся между собой, – неподвижной (жид-кости) и подвижной (жидкости или газа), поэтому процесс разделения определяется различием коэффициентов распределения разделяемых веществ между обеими фазами.

В основе осадочной хроматографии лежит образование нераство-римых соединений в результате химических реакций разделяемых веществ с реактивом-осадителем.

Эксклюзионная хроматография представляет собой жидкостную хроматографию, основанную на различной способности молекул разного размера проникать в поры неионогенного геля, который служит неподвижной фазой.

Внутри каждого вида хроматографии по мере их развития возникали и продолжают возникать различные варианты или разновидности. Так, адсорбционная и распределительная хроматографии могут осуществляться на колонках, фильтровальной бумаге, тонком слое сорбента, нанесенном на стеклянную пластинку; колонки могут иметь различную форму и конструкцию. В зависимости от этих факторов различные варианты получают соответствующие названия: колоночная, бумажная, тонкослойная и т.д. (см. табл. 3.1).

По способу относительного перемещения фаз различают фронталь-ную, элюентную (проявительную) и вытеснительную хроматографию. Принцип осуществления этих процессов показан на рис. 3.1.

Фронтальная хроматография наиболее проста в исполнении. Через хроматографическую колонку с сорбентом непрерывным потоком пропус-кают раствор исследуемой смеси веществ или газовую смесь. В результате сорбент насыщается компонентами смеси. Если компоненты различаются по сорбируемости, то соответственно этому они располагаются в колонке. Наиболее слабо сорбирующийся компонент движется вдоль слоя сорбента впереди всех. За ним в непосредственном контакте следует зона, содержащая первый и второй компоненты. Третья зона содержит смесь первого, второго и третьего компонентов и т.д. В некоторый момент времени сорбент насыщается и наступает «проскок», т.е. из колонки начинает выходить первый, наиболее слабо сорбирующийся компонент. Получаемая выходная кривая (рис. 3.1) будет ступенчатой по числу разде-ляемых компонентов смеси. Фронтальный способ не нашел широкого применения, поскольку он не обеспечивает полного разделения смеси.

Элюентный (проявительный) способ выгодно отличается от фрон-тального тем, что позволяет полностью разделить многокомпонентную смесь. В этом способе исследуемую смесь вводят в колонку в виде порции раствора или газа, а не непрерывно, как при фронтальном способе. Затем колонку промывают расторителем или газом-носителем (проявляют). Выходная кривая (рис. 3.1) имеет ряд пиков, число которых соответствует числу разделенных компонентов.

Вытеснительный способ отличается от фронтального и элюентного тем, что после введения пробы исследуемой смеси колонку промывают растворителем или газом-носителем, к которым добавлено растворимое вещество (в жидкофазной хроматографии) или вещество в газообразном (парообразном) состоянии (в газовой хроматографии). Это вещество долж-но адсорбироваться сильнее любого из компонентов разделяемой смеси и называется вытеснителем, поскольку, обладая наибольшей адсорбируе-мостью, оно вытесняет менее адсорбируемые компоненты. Благодаря эффекту адсорбционного вытеснения происходит выделение компонентов из адсорбента в последовательности, соответствующей их адсорбируемос-ти. Этот способ позволяет полностью разделить смесь на компоненты и в отличие от элюентного не приводит к разбавлению получаемых растворов.

Рис. 3.1. Схемы протекания процесса при различных способах хроматографического разделения (А и В – разделяемые вещества, Е – растворитель, D – вытеснитель): а – кривые распределения концентрации С разделяемых веществ на слое сорбента в колонке в зависимости от длины слоя х; б – кривые распределения концентрации С на выходе из колонки в зависимости от объема V, пропущенного через колонку элюента (хроматограммы)

По сочетанию агрегатных состояний подвижной и неподвижной фаз различают: газоадсорбционную и жидкостно-адсорбционную хромато-графию (неподвижная фаза – твердая), газожидкостную и жидкостно-жидкостную хроматографию (подвижная фаза – жидкая).