Жидкостно-жидкостная распределительная хроматография
Жидкостно-жидкостная хроматография, по сути близка к газо-жидкостной хроматографии. На твердый носитель также наносится пленка жидкой фазы и через колонку, наполненную таким сорбентом, пропускают жидкий раствор. Этот вид хроматографии называют жидкостно-жидкостной распределительной хроматографией или просто распределительной хроматографией. Жидкость, нанесенную на носитель, называют неподвижной жидкой фазой, а растворитель, передвигающийся через носитель, – подвижной жидкой фазой. Жидкостно-жидкостная хроматография может проводиться в колонке (колоночный вариант) и на бумаге (бумажная хроматография, или хроматография на бумаге).
Колоночный вариант
Разделение смеси веществ в жидкостно-жидкостной хроматографии основывается на различии коэффициентов распределения вещества между несмешивающимися растворителями. Коэффициент распределения вещества равен
Кп.н. = сп/сн,
где сп и сн – концентрация вещества в подвижной и неподвижной фазах.
Для членов одного гомологического ряда установлены некоторые закономерности в величинах Кп,н. Известна, например, зависимость Кп,н в данном гомологическом ряду от числа атомов углерода.
Поиск несмешивающихся фаз, обеспечивающих разделение, обычно производится эмпирически на основе экспериментальных данных. Широкое применение в жидкостно-жидкостной хроматографии получили тройные системы, состоящие из двух несмешивающихся растворителей и третьего, растворимого в обеих фазах. Такие системы позволяют получать набор несмешивающихся фаз различной селективности. В качестве примера можно привести систему из несмешивающихся между собой гептана и воды, в которую введен этанол, растворяющийся в обоих растворителях.
Хотя в качестве подвижной и неподвижной фаз выбираются растворители, не смешивающиеся между собой, все же во многих системах наблюдается некоторая взаимная растворимость. Чтобы предотвратить процессы взаимного растворения жидкостей в ходе хроматографирования, подвижную жидкую фазу предварительно насыщают неподвижной. Для сохранения неизменного состава фаз применяют также метод химического закрепления неподвижной фазы на сорбенте. При этом используют взаимодействие растворителя с группами ОН- на поверхности носителя. Адсорбенты с закрепленной на их поверхности жидкой фазой выпускаются промышленностью.
Эффективность колонки связана с вязкостью, коэффициентом диффузии и другими физическими свойствами жидкостей. С уменьшением вязкости подвижной фазы сокращается продолжительность анализа, но с увеличением вязкости несколько возрастает эффективность. В практике обычно используют маловязкие растворители, так как возрастание эффективности колонок при увеличении вязкости не очень легко.
Носитель неподвижной фазы должен обладать достаточно развитой поверхностью, быть химически инертным, прочно удерживать на своей поверхности жидкую фазу и не растворяться в применяемых растворителях. В качестве носителей используют вещества различной химической природы: гидрофильные носители – силикагель, целлюлоза и др. и гидрофобные – фторопласт, тефлон и другие полимеры. Успешно развивается применение в жидкостно-жидкостной распределительной хроматографии высокого давления.
Вопросы
1. В чем сущность методов хроматографии ?
2. Какие требования предъявляются к адсорбентам и растворителям ? Назовите наиболее распространенные растворители и адсорбенты в жидкостной хроматографии.
3. Какие способы применяют для определения эффективности хроматографических разделений ?
4. Каковы области применения, достоинства и недостатки методов адсорбционной, газовой и тонкослойной хроматографии ?
5. Какие устройства используются в качестве дозаторов ?
6. Что представляют собой: а) дифференциальные детекторы; б) интегральные детекторы ?
7. Дать определение понятий: а) высота хроматографического пика; б) ширина хроматографического пика; в) приведенный удерживаемый объем; г) общий удерживаемый объем.
8. В чем сущность качественного хроматографического анализа по величине удерживаемого объема ?
9. В чем сущность методов количественного анализа: а) абсолютной калибровке; б) внутренней нормализации (нормировки); в) внутреннем стандарте?
10. Как выполняется качественный и количественный анализы методом распределительной жидкостной хроматографии на бумаге ?
Практические задания
1. При определении фурфурола в смеси методом газовой хроматографии площадь его пика Sфурфурола сравнивали с площадью пика о-ксилола
Sксилола, который вводили в качестве стандарта. Для стандартного образца, содержащего 25% фурфурола, и исследуемого образца через следующие результаты:
| Вариант | Стандартный образец | Исследуемый образец | ||
| Sфурфурола мм2 | Sксилола мм2 | Sфурфурола мм2 | Sксилола мм2 | |
| 18,5 19,5 |
Принять k равным единице для обоих компонентов. Определить массовую долю (%) фурфурола в исследуемом образце.
| Ответ: Вариант 1: а) 47,78% б) 39,61% в) 48,86% | Вариант 2: а) 35,45% б) 37,92% в) 38,73% | Вариант 3: а) 33,65% б) 30,21% в) 32,55% |
2. Рассчитать массовую долю (%) компонентов газовой смеси по следующим данным, полученным методом газовой хроматографии:
| Газ | S, мм2 | k |
| Бензол Толуол Этилбензол Кумол | 20,6 22,9 30,5 16,7 | 0,78 0,79 0,82 0,84 |
| Ответ: Бензол: а) 21,95% б) 20,42% в) 22,12% | Толуол: а) 25,08% б) 24,72% в) 24,30% | Этилбензол: а) 35,14% б) 34,17% в) 34,92% | Кумол: а) 18,74% б) 20,43% в) 19,16% |
3. Цис-1,2-дихлорэтилен в винилиденхлориде определяли методом газовой хроматографии, используя толуол в качестве внутренего стандарта, и получили следующие данные для градуировочного графика:
Sx/Sт . . . . . . . . .0,72 0,90 1,08 1,28
ω, % . . . . . . . . .0,5 1,0 1,5 2,0
Рассчитать массовую долю (%) цис-1,2-дихлорэтилена в исследуемом образце по следующим данным о пиках определяемого и стандартного вещества (принять k=1):
| Вариант | Пик цис-1,2-дихлорэтилен | Пик толуола | ||
| основание | высота | основание | высота | |
| Ответ: Вариант 1: а) 0,55% б) 0,75% в) 0,65% | Вариант 2: а) 0,55% б) 0,75% в) 0,65% | Вариант 3: а) 1,05% б) 1,25% в) 1,15% |
4. При определении адипиновой кислоты в продукте гидрокарбоксилирования бутадиена методом бумажной хроматографии полученые пятна, проявленные метиловым красным, вырезали, высушили и взвесили. Для стандартных смесей с различным содержанием адипиновой кислоты получили данные:
Масса кислоты, мкг . . . . . . . . . . . . 5 10 15 20
Масса бумаги с пятном, мг . . . . . . 61 106 146 186
Навеску анализируемого образца т мг растворили в V мл воды и порции полученного раствора по 0,05 мл хроматографировали. Масса полученных пятен составила т2 мг.
Определить массовую долю (%) адипиновой кислоты в анализируемом продукте.
| Вариант | т1, мг | V, мл | т2, мг |
| Ответ: Вариант 1: а) 1,30% б) 1,60% в) 1,80% | Вариант 2: а) 2,93% б) 3,04% в) 3,72% | Вариант 3: а) 4,92% б) 4,37% в) 5,07% |
5. Для определения диоксидифенилметана в пищевых продуктах использовали метод тонкослойной хроматографии. Для стандартных образцов получены следующие результаты:
Концентрация диоксидифенилметана,
мкг/0,02 мл . . . . . . . . . . . . . . . . . .5,0 10,0 15,0 35,0
Площадь пятна, мм2 . . . . . . . . . . . .7,94 12,59 15,85 27,10.
Для построения градуировочного графика использована зависимость lg S – lg c. Навеску овощей массой т г обработали V мл спирта, который затем упарили до 5,00 мл, затем 0,02 мл его хроматгграфировали методом ТСХ и получили пятно площадью S мм2.
Определить концентрацию диоксидифенилметана в овощах (мг/кг).
Вариант . . . . . . . . . . . . . 1 2 3
т, г . . . . . . . . . . . . . . . . . 250 100 38
S, мм2 . . . . . . . . . . . . . . . 26,55 20,42 14,79
| Ответ: Вариант 1: а) 34,4 мг/кг б) 35,0 мг/кг в) 33,2 мг/кг | Вариант 2: а) 35,8 мг/кг б) 36,5 мг/кг в) 37,4 мг/кг | Вариант 3: а) 17,27 мг/кг б) 16,48 мг/кг в) 18,52 мг/кг |
Примеры решения задач
1. Определить массовую долю (%) компонентов газовой смеси по следующим данным:
| Компоненты смеси S, мм2 . . . . . . . k . . . . . . . . . | Пропан 0,68 | Бутан 0,68 | Пентан 0,69 | Циклогексан 0,85 |
Расчеты проводим по методу внутренней нормализации, согласно которому:
%,
где ωi– массовая доля i-го компонента в смеси, %;
Si – площадь пика i-го компонента;
ki – поправочный коэффициент, определяемый чувствительностью детектора хроматографа к i-му компоненту.
Найдем приведенную суммарную площадь пиков:
= 175·0,68+203·0,68+182·0,69+35·0,85=412,4.
Отсюда массовая доля (%) пропана равна:
ω(пропана) = 
Аналогично находим массовые доли (%) остальных компанентов смеси:
ω (бутана) = 33,46%, ω (пентана) = 30,46%, ω (циклогексана) = 7,22%.
При выполнении анализа по методу внутреннего стандарта расчет проводят по формуле:
где Sст – площадь пика вещества, введенного в качестве внутреннего стандарта;
kст – его поправочный коэффициент;
R – отношение массы внутреннего стандарта к массе анализируемой пробы.
ЛИТЕРАТУРА
а) основная литература
1. Коренман Я.И. Практикум по аналитической химии. Анализ пищевых продуктов в 4-х книгах. М.: Колос, 2005, 237с.
2. Цитович И.Е. Курс аналитической химии. - М.: Высшая школа, 2007, 495 с.
б) дополнительная литература
1. Основы аналитической химии. Практическое руководство (под ред. Ю.А. Золотова). М.: Высшая школа, 2004.
2. Коренман Я.И., Суханов П.Т. Задачник по аналитической химии. Воронеж: ВГТА, 2004, 339 с.
3. Васильев В.П. Аналитическая химия. Физико-химические методы анализа. - М.: высшая школа, 1989, Т. 2, 384 с.
4. Логинов Н.Я., Воскресенский А.Г., Солодкин И.С. Аналитическая химия. - М.: Просвещение, 1979,479 с.
5. Ляликов Ю.С. Физико-химические методы. -М.: Химия, 1973, 536 с.
6. Крешков А.П. Основы аналитической химии. - М.: Химия, 1970, 471 с.
7. Бончев П.Р. Введение в аналитическую химию. - Л.: Химия, 1978,496 с.
8. Ляликов Ю.С., Булатов М.И. и др. Сборник задач по физико-химическим методам анализа. - М.: Химия, 1972, 220 с.
9. Пилипенко А.Т. Аналитическая химия. М.: - «Химия», 1990.
10. Фритц Дж., Шенк Г. Количественный анализ. М., «Химия», 1979.
11. Скуг Д., Уэст Д. Оновы аналитической химии. М., «Химия», 1979.
12. Лайтинен Г.А., Харрис В.Е. Химический анализ. М., «Химия», 1979.
13. Шеллард Э. Количественная хроматография на бумаге и в тонком слое. М.: «Мир», 1971.
14. Гольберт К.А., Вигдергауз М.С. Введение в газовую хроматографию. М, «Химия», 1990.
15. Детерман. Гель-хроматография.М.: «Мир», 1970.
16. Логинов Н.Я., Воскресенский А.Г., Солодкин И.С. Аналитическая химия. М., «Просвещение», 1974.
17. Алексеев В.Н. Курс качественного химического полумикроанализа. М., «Химия», 1973.
18. Алексеев В.Н. Количественный анализ. М., «Химия», 1972.
19. Крешков А.П. Основы аналитической химии, Т.1-3, «Химия», 1976.
20. Мусакин А.П. и др. Задачник по количественному анализу. М., «Химия», 1973.
21. Мурашова В.И., Тананаева А.Н., Ховякова Р.Ф. Качественный химический дробный анализ. М., «Химия», 1976.
22. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии М., «Химия»,1979.