Файл: 1 Оглавление вопросы.pdf

1
Оглавление
ВОПРОСЫ ................................................................................................................ 3
Вариант 1. .......................................................................................................................... 3
1.
Определение хроматографии. Подвижной и неподвижной фаз. Способы получения хроматограмм (фронтальный, вытеснительный, элюентный). ......................... 3 2.
Газо-адсорбционная (газо-твердофазная) и газо-жидкостная. Сорбенты и носители, требования к ним. Механизм разделения. Схема газового хроматографа.
Колонки. Основные типы детекторов, их чувствительность и селективность. .................. 6
2 вариант ........................................................................................................................... 9
3.
Классификация методов по агрегатному состоянию фаз, по механизму разделения, по технике выполнения. Параметры удерживания. ......................................... 9 4.
Ионообменная хроматография. Строение и физические свойства ионообменников. Ионообменное равновесие. Селективность ионного обмена и факторы, определяющие его. Области применения ионообменной хроматографии.
Ионохроматографическое определение катионов и анионов. Ион-парная и лигандообменная хроматография. ........................................................................................ 11
3 вариант ......................................................................................................................... 13
5.
Основное уравнение хроматографии. Селективность и эффективность хроматографического разделения. Теория теоретических тарелок. .................................. 13 6.
Жидкостная хроматография.
Виды жидкостной хроматографии.
Преимущества высокоэффективной жидкостной хроматографии. Схема жидкостного хроматографа. Детекторы, их чувствительность и селективность. Адсорбционная жидкостная хроматографии. Нормально-фазовый и обращенно-фазовый варианты.
Полярные и неполярные неподвижные фазы и принципы их выбора. ............................. 17
4 вариант ......................................................................................................................... 20
7.
Кинетическая теория.
Разрешение как фактор оптимизации хроматографического процесса. Качественный и количественный хроматографический анализ.
20 8.
Бумажная хроматография. Механизмы разделения. Подвижные фазы.
Преимущества и недостатки. Тонкослойная хроматография. Механизмы разделения.
Сорбенты и подвижные фазы. Области применения. ......................................................... 24
ЗАДАЧИ .................................................................................................................. 27
1 вариант ......................................................................................................................... 27
9.
На хроматограмме получены пики при 0,84 мин (несорбируемый компонент), 10.6 мин (компонент А) и 11.08 мин (компонент Б). Ширина пиков А и Б
0.56 мин и 0.59 мин соответственно. Длина колонки 28,3 см, объем неподвижной фазы
12,3 мл, а подвижной – 17,6 мл. Рассчитайте: число теоретических тарелок, высоту эквивалентную теоретической тарелки (ВЭТТ), коэффициенты удерживания для А и Б, коэффициенты распределения А и Б, коэффициент селективности и разрешение пиков
А и Б. Нарисуйте хроматограмм ........................................................................................... 28 10.
Определение углеводородов проводили на хроматографической колонке длиной 2 м, изменяя скорость потока. Для трех скоростей потока «мертвое время» составило 18.2; 8.0 и 5.0 с соответственно. Время удерживания декана составило 2020,
888 и 588 с, а ширина пика у его основания – 223, 99 и 68 с соответственно.
Определите: скорости потока газа-носителя, число теоретических тарелок и величину
Н, константы А, В и С в уравнении Ван-Деемтера. ............................................................ 29
2 вариант ......................................................................................................................... 31
11.
На хроматограмме получены пики при 0,84 мин (А), 15 мин (компонент В) и 21 мин (компонент С). Ширина пиков В и С 0.65 мин и 0.79 мин соответственно.
Длина колонки 32 см, объем стационарной фазы 18 мл, а подвижной – 15 мл.

2
Рассчитайте: число теоретических тарелок, высоту эквивалентную теоретической тарелки (ВЭТТ), коэффициенты удерживания для В и С, коэффициенты распределения
В и С, коэффициент селективности и разрешение пиков В и С. Нарисуйте хроматограмму. ....................................................................................................................... 31 12.
Определение смеси орг. в-в проводили на хроматографической колонке длиной 1,5 м, изменяя скорость потока. Для трех скоростей потока «мертвое время» составило 10; 8 и 4 с соответственно. Время удерживания додекана составило 1500, 610 и 450 с, а ширина пика у его основания – 132, 79 и 48 с соответственно. Определите: три скорости потока газа-носителя, число теоретических тарелок и величину Н, константы А, В и С в уравнении Ван-Деемтера. ................................................................. 32
3 вариант ......................................................................................................................... 33
13.
На хроматограмме получены пики при 1,84 мин (А), 8 мин (компонент В) и 12 мин (компонент С). Ширина пиков В и С 0.87 мин и 0.56 мин соответственно.
Длина колонки 50 см, объем стационарной фазы 25 мл, а подвижной – 29 мл.
Рассчитайте: всё как обычно. ................................................................................................ 33 14.
Определение смеси орг. в-в проводили на хроматографической колонке длиной 1 м, изменяя скорость потока. Для трех скоростей потока «мертвое время» составило 9; 5 и 4 с соответственно. Время удерживания додекана составило 1200, 660 и 420 с, а ширина пика у его основания – 105, 59 и 28 с соответственно. Определите: как обычно. 36
4 вариант ......................................................................................................................... 38
15.
На хроматограмме получены пики при 0,56 мин (неудерживаемый А), 9 мин (компонент В) и 10 мин (компонент С). Ширина пиков В и С 0.37 мин и 0.45 мин соответственно. Длина колонки 75 см, объем стационарной фазы 25 мл, а подвижной –
35 мл. Рассчитайте: всё как обычно. ..................................................................................... 38 16.
Определение смеси орг. в-в проводили на хроматографической колонке длиной 1 м, изменяя скорость потока. Для трех скоростей потока «мертвое время» составило 8; 7 и 6 с соответственно. Время удерживания декана составило 1200, 900 и
600 с, а ширина пика у его основания – 150, 65 и 30 с соответственно. Определите: как обычно.
41

3
ВОПРОСЫ
Вариант 1.
1. Определение хроматографии. Подвижной и неподвижной фаз.
Способы получения хроматограмм (фронтальный, вытеснительный,
элюентный).
Хроматография – физико-химический метод разделения веществ, основанный на распределении компонентов между двумя фазами – неподвижной (твёрдая фаза или жидкость, связанная на инертном носителе) и подвижной (газовая или жидкая фаза, элюент). Это гибридный аналитический метод, сочетающий разделение и определение.
Хроматограмма
– зависимость аналитического сигнала от продолжительности элюирования.
Существуют разные способы её получения:
1) Фронтальная хроматография осуществляется следующим образом. В колонку непрерывно подают раствор разделяемых компонентов, сорбируемость которых увеличивается в ряду А < В < С. Из колонки сначала выходит чистый растворитель, затем наименее сорбируемый компонент А, затем смесь компонентов А и В и т. д. При этом способе проведения хроматографии в чистом виде (но не количественно) можно выделить только один, наименее сорбируемый компонент.

4
2) Вытеснительная хроматография. При выполнении вытеснительной хроматографии сначала в колонку вводят раствор с разделяемыми компонентами, затем через колонку пропускаю растворитель с большой сорбируемостью (вытеснитель). В результате первым по колонке перемещается компонент с минимальной сорбируемостью, затем – с большей и т.д. Последним из колонки выходит вытеснитель. Примером вытеснительной хроматографии может быть ионообменная хроматография. В этом случае каждый компонент выделяется в чистом виде, но не количественно, так как зоны компонентов на хроматограмме не разделены участками чистого сорбента.
3) Элюентная хроматография происходит от слова «элюент» - это подвижная фаза, которая переносит анализируемую смесь через неподвижную фазу. Элюат – это

5 подвижная фаза, содержащая разделенные компоненты на выходе их колонки. Элюент
(растворитель) должен как можно меньше сорбироваться на поверхности неподвижной фазы. Пробу вводят в колонку или наносят на пластинку вместе с растворителем и дальше продолжают пропускать через колонку чистый растворитель. Компоненты анализируемой смеси перемещаются вдоль колонки (пластины) с разными скоростями в соответствии с их сорбируемостью. На выходе из колонки сначала появляется наименее сорбируемый компонент, затем следующий и т. д. В этом случае хроматограмма имеет вид (рис. 1). Этот вид хроматографии наиболее распространен.

6
2. Газо-адсорбционная
(газо-твердофазная)
и
газо-жидкостная.
Сорбенты и носители, требования к ним. Механизм разделения.
Схема газового хроматографа. Колонки. Основные типы детекторов,
их чувствительность и селективность.
Газовая хроматография – физико-химический метод разделения летучих компонентов.
В качестве подвижной фазы используют различные газы-носители: H
2
, He, Ar, CO
2
и др.
Основные требования к газам-носителям:
1) газ-носитель должен способствовать оптимальному разделению компонентов смеси;
2) инертность, т.е. отсутствие взаимодействий газа-носителя с разделяемыми веществами, неподвижной фазой, материалом, из которого изготовлена колонка и подводящие газ магистрали;
3) обеспечение максимально высокой чувствительности детектора;
4) чистый (99,9 -99,99 % основного компонента);
5) наименьшая сорбируемость по сравнению с любым из разделяемых компонентов;
6) нетоксичен, невзрывоопасен.
В качестве неподвижной фазы в газовой хроматографии используют адсорбенты (силикагель, цеолит, алюмогель) с высокой удельной поверхностью (10 – 1000 м
2
/г) или жидкие фазы.
Основные требования к адсорбентам:
1) большая удельная поверхность;
2) большой объем пор;
3) химическая природа поверхности;
4) химическая и термическая стойкость;
5) регенерируемость;
6) доступность.
Механизм разделения в газотвердофазной хроматографии обусловлено различной скоростью перемещения компонентов подвижной фазы по адсорбенту. В газожидкостной

7 хроматографии разделение компонентов между носителем и неподвижной фазой основан на различном растворении их в жидкой фазе.
Схема газового хроматографа
Колонки
1) Набивные: диаметр 3 - 8 мм, длина 1 - 5 м (max – 20 м) заполнены зернистым твердым материалом (сорбент), поверхность которого (в необходимом случае) покрыта тонким слоем жидкости – неподвижной фазы (N < 10 000). Высокая селективность, но часто недостаточная эффективность (1*10 5
ТТ/м).
2) Капиллярные: диаметр 0,15 - 1 мм, длина до 100 м; внутри полые; N 100 000.
Неподвижная фаза нанесена на стенки. Всокая эффективность (1*10 6
ТТ/м), но часто недостаточная селективность. Изготавливают из плавленого кварца высокой чистоты:
- тонкопленочные – закрепление жидкой фазы непосредственно на стенках колонки;
- тонкослойные - закрепление жидкой фазы в порах твердого материала, нанесенного на стенки колонки и выполняющего функции носителя.
Основные типы детекторов, их чувствительность и селективность

8 1) Детектор теплопроводности (катарометр) – детектирование основано на изменении теплопроводности газа – носителя (как правило, Н или Не) в присутствии определяемых веществ.
Теплопроводность измеряют при помощи термометра сопротивления – нагреваемой электрическим током металлической спирали, сопротивление которой зависит от состава окружающей среды.
+ При использовании катарометров проба не разрушается.
─ Чувствительность ниже, а диапазон линейности уже, чем у большинства детекторов.
2) Пламенно-ионизационный детектор (ПИД) – в основе работы лежит увеличение электропроводности водородного пламени, помещенного в электрическое поле, в присутствии органических веществ.
Органика сгорает в водородном пламени с образованием ионов и свободных электронов, что приводит к увеличению ионного тока, регистрируемого при помощи электрода - коллектора.

9
3) Детектор электронного захвата (ДЭЗ) – выходящий газ облучают потоком β- частиц, при этом через ячейку протекает ток постоянной силы.
Органические вещества с электроотрицательными группами (галогенпроизводные, хиноны, нитросоединения) способны захватывать электроны с образованием стабильных анионов, вследствие чего электронный ток уменьшается.
─ К большинству органических соединений (амины, спирты, углеводороды) ДЭЗ нечувствителен.
4) Термоионный детектор – высокоселективен к азот- и фосфорсодержащим соединениям, которые образуют радикалы в плазме Pt – электрода (c Rb – содержащим стеклом) с последующим образованием ионов (при взаимодействии с атомами Rb), которые создают электрический ток:
•C≡N + •Rb ↔ [C≡N]
-
+ Rb
+
─ Только Р- и N- вещества.
5) Пламенно-фотометрический детектор (ПФД): используется для селективного детектирования фосфора и серы.
Выходящий газ подается в водородно-воздушное пламя, в котором Р- и S- содержащие вещества образуют испускающие излучение радикалы при 526 и 394 нм соответственно.
+ Самый простой из спектроскопических детекторов.
─ Только Р- и S – вещества.
6) Атомно-эмиссионный детектор: выходящий газ подается в гелевую микроволновую плазму. По испускаемому излучению в диапазоне 170 – 780 нм селективно определяют N, P, S, C, Si, Hg, Br, CI, H (в том числе отдельно D), F, O.
+ Возможность элементного анализа в ходе хроматографического процесса.
─ Невысокая точность от 2 до 20 %.
2 вариант
3. Классификация методов по агрегатному состоянию фаз, по
механизму разделения, по технике выполнения. Параметры
удерживания.
По агрегатному состоянию:
газовая хроматография
(газо-твердофазная хроматография, газо-жидкостная хроматография); жидкостная хроматография
(жидкостно-жидкостная хроматография, жидкостно-твердофазная хроматография, жидкостно-гелевая хроматография); сверхкритическая флюидная хроматография

10
По
механизму
разделения:
По
технике
выполнения
(по
расположению
неподвижной
фазы):
Параметры удерживания:
1.
Время удерживания t
R
= t
M
+ t
S
Время удерживания (элюирование) – время от момента ввода пробы до регистрации максимума пика.
2.
Исправленное время удерживания t'
R
= t
R
– t
M
где t
S
– время пребывания вещества в неподвижной фазе, t
M
– время пребывания вещества в подвижной фазе (время удерживания элюента)
3.
Удерживаемый объем VR – объем подвижной фазы, который нужно пропустить через колонку с определенной скоростью, чтобы элюировать вещества
V
R
= t
R
* F
F - (объемная скорость потока подвижной фазы мл/с)
4.
Исправленный удерживаемый объем V
R
' = t
R
'* F
5.
Коэффициент (индекс) удерживания R (показывает долю времени нахождения вещества в подвижной фазе)
R = t
M
/t
R
= V
M
/V
R

11
4. Ионообменная хроматография. Строение и физические свойства
ионообменников. Ионообменное равновесие. Селективность ионного
обмена и факторы, определяющие его. Области применения
ионообменной хроматографии. Ионохроматографическое определение
катионов и анионов. Ион-парная и лигандообменная хроматография.
В ионообменной хроматографии разделение компонентов смеси достигается за счет обратимого взаимодействия ионизирующихся веществ с ионными группами сорбента. Сохранение электронейтральности сорбента обеспечивается наличием способных к ионному обмену противоионов, расположенных в непосредственной близости к поверхности. Ион введенного образца, взаимодействуя с фиксированным зарядом сорбента, обменивается с противоионом. вещества, имеющие разное сродство к фиксированным зарядам, разделяются на анионитах или на катеонитах. Эти иониты способны образовывать внутренние соли, которые диссоциируют в контакте с электролитами и связывают оба их компонента.
В качестве ПФ в ионообменной хроматографии используют ионные растворы
(водные растворы солей, кислот и оснований), т.е. системы растворителей, имеющих высокое значение диэлектрической проницаемости и способность ионизировать соединения. Обычно работают с буферными растворами, поддерживающими определенные значения рН.
Ионообменная хроматография целесообразна при разделении высокополярных веществ, которые без перевода в производные не могут быть проанализированы методом
ГЖХ. К таким соединениям относятся аминокислоты, пептиды, гетероциклические основания, углеводы.
Строение и физические свойства ионообменников.
Ионообменники
-твердые нерастворимые вещества, способные обменивать свои ионы на ионы из окружающего их раствора. Обычно это синтетические органические смолы
, имеющие кислотные или щелочные группы. Иониты разделяются на катиониты, поглощающие катионы
, аниониты, поглощающие анионы и амфотерные иониты, обладающие обоими этими свойствами
Органические иониты — это в основном синтетические ионообменные смолы
Органическая матрица изготавливается путём поликонденсации мономерных органических молекул, таких как стирол
, дивинилбензол
, акриламид и т. д. В эту матрицу химическим путём вводятся ионогенные группы (фиксированные ионы) кислотного или основного типа. Традиционно вводимыми группами кислотного типа являются -СООН; -
SО
3
Н; -РО
4
Н
2
и т. п., а основного типа: ≡N; =NH; -NH
2
; -NR
3+
и т. п.
Неорганические иониты — это в основном иониты природного происхождения, к которым относятся алюмосиликаты, гидроксиды и соли поливалентных металлов
Наиболее распространенными и применяемыми для очистки воды неорганическими природными ионитами являются цеолиты
Ионообменное равновесие.
Механизм анионного обмена можно представить в виде уравнения:
X
-
+ R
+
Y
-
↔ Y
-
+ R
+
X
-
Аналогично уравнение для катионного обмена:
Х
+
+ R
-
Y
+
↔ Y
+
+ R
-
X
+

12
В первом случае ион образца X
- конкурирует с ионом подвижной фазы Y
- за ионные центры R
+
ионообменника, а во втором в конкуренцию с ионами подвижной фазы Y
+
за ионные центры R
- вступают катионы образца Х
+
Селективность ионного обмена и факторы, определяющие его.
Под селективностью понимают способность ионита избирательно сорбировать ионы из растворов сложного состава. Селективность определяется типом ионогенных групп, числом поперечных связей матрицы ионита, размером пор и концентрацией противоионов в растворе.
Как правило, селективность ионитов возрастает с увеличением заряда противоиона, а среди ионов с одним и тем же зарядом - с увеличением атомного веса. Т.е., чем тяжелее противоион и чем выше его заряд, тем большую селективность проявляет к нему ионит.
Типичный ряд селективности катионита:
H+ < Na+ < K+ < Cd
2+
< Cs+ Ag+ < Mn
2+
2+ < Zn
2+
< Cu
2+
< Ni
2+
< Co
2+
< Ca
2+
< Sr
2+
<
Al
3+
< Fe
3+
Типичный ряд селективности анионита:
OH
-
F
-
< HCO
3
-
< Cl
-
< NO
3
-
< PO
4 3-
< CrO
4 2-
< SO
4 2-
Области применения ионообменной хроматографии.
Ионообменную хроматографию можно применять для разделения любых соединений, которые могут быть каким-либо образом ионизированы.
Ионообменная хроматография целесообразна при разделении высокополярных веществ, которые без перевода в производные не могут быть проанализированы методом
ГЖХ. К таким соединениям относятся аминокислоты, пептиды, гетероциклические основания, углеводы.
!
Новейшие методы ионообменной хроматографии широко используются в фармакологии (при создании и определении лекарственных веществ), в клинической биохимии (при определении биологически активных веществ в физиологических жидкостях), в биотехнологических процессах и производствах и других областях: они позволяют определять вещества в нано-, пико- и фемтаграммных количествах.
Ионохроматографическое определение катионов и анионов
Хз что здесь писать……..
Классическая Двухколоночная схема ионной хроматографии включает в себя следующую последовательность операций: разделение анионов на анионообменнике малой емкости, химическое снижение электропроводности элюента в колонке с катионообменником в Н+ -форме с образованием соответствующих кислот, кондуктометрическое детектирование.
Ион-парная и лигандообменная хроматография
Ион-парная хроматография
– метод, контролирующий удерживание и селективность добавлением ион-парного агента в подвижную фазу, и может быть использована для образцов, содержащих как ионные, так и неионныне компоненты. Чаще всего используют обращено-фазовые сорбенты. В качестве элюентов в этом режиме наиболее распространены системы метанол/вода и ацетонитрил/вода. Основное ограничение при выборе элюента: растворять ион-парный агент.

13
Обеспечивает возможность разделения ионных соединений на неполярном
(например, С18) сорбенте. Введение ион-парной добавки приводит к увеличению факторов емкости. Фактор емкости пропорционален концентрации противоиона
Ион-парная хроматография может быть реализована в режимах нормально- и обращено- фазовой хроматографии.
Лигандообменная хроматография также основана на динамическом модифицировании. В этом методе и неподвижная, и подвижная фаза могут содержать комплексообразующий ион металла, в результате чего разделение смеси веществ происходит за счет различия в константах комплексообразования веществ и разницы в коэффициентах распределения комплексов между подвижной и неподвижной фазами. Под лигандом понимают нейтральную молекулу или анион, связанный с ионом металла координационной связью.
Разделение достигается только за счет разной сорбируемости комплексов на гидрофобной поверхности неспецифической неподвижной фазы.
Метод показал себя наиболее эффективным при разделении рацемических смесей аминокислот.
В качестве ПФ используют водные растворы аммиака в смеси с ацетонитрилом.
3 вариант
5. Основное
уравнение
хроматографии.
Селективность
и
эффективность
хроматографического
разделения.
Теория
теоретических тарелок.
Хроматография –
Удерживаемый объем (V
R
), исправленный удерживаемый объем (V'
R
) связаны с коэффициентом распределения (D) соотношениями (это основные уравнения хроматографии):
, где V
s
– объем неподвижной фазы; V
m
(или V
0
) - объем подвижной фазы
Коэффициент селективности (α) характеризует взаимное расположение двух хроматографических пиков; является мерой относительного удерживания или относительной подвижности разделяемых веществ: где k - коэффициент емкости колонки k* (либо пишут k’) =
D•V
S
/ V
m показывает во сколько раз вещество дольше находится в неподвижной фазе, чем в подвижной; t
R
’ – исправленное время удерживания (элюирования)
Для разделения пиков необходимо подобрать условия, чтобы D
1
≠ D
2
; c этой целью варьируют k*; оптимальные значения k* = 1,5 – 4.
V'
R
=
V
R
-
V
m
=
D
V
s
V
R
=
V
m
+
D
V
s

14
Эффективность хроматографического процесса – показатель качества разделения веществ – отражает размытость хроматографических зон. В Кинетической теории хроматографии эффективность определяется числом теоретических тарелок и высотой теоретической тарелки.
Эффективность колонки тем выше, чем меньше высота ВЭТТ (высота Н, эквивалентная теоретической тарелке), и чем больше теоретических тарелок (N).

15
Селективность является мерой взаимного распределения двух или более определяемых веществ (аналитов) в ходе хроматографического процесса.
Хроматографическое разделение основывается на селективности сорбента и термодинамических свойствах аналитов по отношению к хроматографической системе.
Таким образом, селективность является мерой относительного удерживания или относительной подвижности двух веществ.
Различие во временах удерживания можно представить как расстояние между центрами хроматографических полос, что соответствует величине ΔV. Рассмотрим уравнение
Таким образом, селективность зависит от различия коэффициентов распределения определяемых веществ. Если D
1
= D
2
, то хроматографическое разделение невозможно.

16
Теория теор. тарелок
Классическая теория хроматографии рассматривает процесс хроматографического разделения в колонке как результат совокупности дискретных актов.
Теоретическая тарелка – это гипотетическая зона, высота которой соответствует достижению равновесного состояния между двумя фазами. Чем больше теоретических тарелок в колонке, т.е. чем больше число раз устанавливается равновесие, тем эффективнее колонка.
Количественной мерой эффективности является число теоретических тарелок N и высота Н, эквивалентная теоретической тарелке (ВЭТТ). (Формулы писала выше)

17
В случае высокоэффективной колонки размывание хроматографического пика небольшое, пики узкие. В идеальном случае Н приближается к диаметру (d) зерна сорбента.
Чтобы сравнить эффективность двух колонок, лучше использовать приведенную высоту тарелки: h = H/d. При уменьшении величины Н максимумы хроматографических пиков становятся более острыми.
Таким образом, теория теоретических тарелок дает возможность сравнить эффективность различных колонок, оценить качество сорбента и заполнения колонок.
Кроме того, позволяет выяснить природу факторов, вызывающих размывание.
Однако эта теория не позволяет выяснить зависимость N и Н от скорости потока элюента (жидкости или газа, используемых в качестве подвижной фазы), природы и зернения сорбента.
Ну и по Саге:
+ позволяет сравнивать колонки между собой
- не учитывает кинетику газоносителя!!!
6. Жидкостная хроматография. Виды жидкостной хроматографии.
Преимущества высокоэффективной жидкостной хроматографии.
Схема жидкостного хроматографа. Детекторы, их чувствительность и
селективность.
Адсорбционная
жидкостная
хроматографии.
Нормально-фазовый и обращенно-фазовый варианты. Полярные и
неполярные неподвижные фазы и принципы их выбора.
Жидкостная хроматография — это вид хроматографии, в котором подвижной фазой (элюентом) является жидкость. Неподвижной фазой может быть твердый сорбент, твердый носитель с нанесенной на его поверхность жидкостью или гель.
Классификация
Высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ), называемая также жидкостной хроматографией высокого давления

18
Важнейшее преимущество ВЭЖХ - возможность исследования практически любых объектов без каких-либо ограничений по их физико-химическим свойствам (по температурам кипения, молекулярной массе и т.д.).
Преимущества ВЭЖХ:
- метод применим для разделения веществ, не обладающих летучестью, и неустойчивых при высоких температурах. В ЖХ разделение обычно происходит при комнатной температуре;
- широкий диапазон молекулярных масс веществ, с которыми можно работать: от нескольких единиц до десятков миллионов;
- мягкость условий проведения анализа (почти все разделения можно проводить при температурах, близких к комнатной, при отсутствии контакта с воздухом, а зачастую - это единственный метод исследования лабильных соединений (биологически активных веществ и биополимеров);
- эффективность разделения (до 150 000 т. т. на 1 м), существенно превосходит достигнутую в газовой хроматографии;
- высокая скорость анализа, обычно разделение сложной смеси занимает несколько минут;
- высокоточный количественный метод;
- данным методом возможно при мягких условиях препаративно выделить чистые вещества из сложной смеси и в дальнейшем исследовать их другими физико-химическими методами;
- высокая чувствительность (10-12) позволяют определять микроколичества веществ в сложных смесях;
- это очень гибкий метод, так как, изменяя состав водно-органических смесей, используемых в качестве подвижной фазы, можно на одной колонке обеспечить разделение соединений различной природы;
- селективность данного метода почти всегда значительно выше, чем других вариантов хроматографии для всех соединений, кроме сильнополярных;
- при использовании гидрофобных силикагелей быстро устанавливается равновесие между подвижной и неподвижной фазой, эти сорбенты отличаются высокой эффективностью разделения;
- можно осуществлять разделение соединений, растворимых как в воде, так и в органических растворителях;
- возможность использования в подвижной фазе буферных растворов может улучшить селективность и эффективность разделения ионогенных соединений.
Схема жидкостного хроматографа
Для обеспечения анализа многокомпонентных смесей с высокой чувствительностью жидкостный хроматограф должен иметь в своем составе ряд блоков.
В состав любого хроматографа входят 5 обязательных составных частей:
1) насос для подачи подвижной фазы через колонку;
2) дозатор для введения пробы в колонку;

19 3) разделительная колонка - сердце хроматографа;
4) детектор
- устройство для получения аналитического сигнала, пропорционального концентрации компонента;
5) система обработки - преобразователь аналитического сигнала в форму удобную для восприятия человеком (или системой автоматического управления).
Детекторы
Селективность детектора — это свойство избирательно регистрировать определенный класс соединений.
Чувствительность характеризуется отношением сигнала детектора к количеству вещества.
Я ХЗ ЧТО ТУТ ЕЩЕ СКАЗАТЬ, ИНФЫ МАЛО!
Подвижная фаза — жидкость. В этом случае хроматография называется жидкостной. Если в жидкостной хроматографии неподвижной фазой является
адсорбент, то имеем случай жидкостно-адсорбционной хроматографии.
В зависимости от типа подвижной и неподвижной фазы различают нормально- фазовую и обращенно-фазовую хроматографию.
В
нормально-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии неподвижная фаза – полярная (чаще всего силикагель или силикагель с привитыми NH
2
— или CN-группами и др.), а подвижная фаза – неполярная (гексан, либо смеси гексана с более полярными органическими растворителями – хлороформом, спиртами и т.д.).
Удерживание веществ растет с увеличением их полярности. В нормально-фазовой хроматографии элюирующая способность* подвижной фазы увеличивается с ростом ее полярности.
*Элюирующая сила (способность) подвижной фазы - свойство вступать в такие межмолекулярные взаимодействия с компонентами хроматографической системы,

20 которые способствуют десорбции хроматографируемых соединений, более быстрому перемещению концентрационных зон индивидуальных компонентов исходных смесей.
В обращенно-фазовой хроматографии неподвижная фаза – неполярная
(гидрофобные силикагели с привитыми группами С
4
, С
8
, С
18
и др.); подвижная фаза – полярная (смеси воды и полярных растворителей: ацетонитрила, метанола, тетрагидрофурана и др.). Удерживание веществ растет с увеличением их гидрофобности
(неполярности). Чем больше содержание органического растворителя, тем выше элюирующая способность подвижной фазы. полярные и неполярные неп.ф.: Инфы тоже нет ☹
4 вариант
7. Кинетическая теория. Разрешение как фактор оптимизации
хроматографического процесса. Качественный и количественный
хроматографический анализ.
Кинетическая теория
Вещества вводятся в колонку в виде узкой зоны, которая по мере ее движения с подвижной фазой по колонке становится все шире, т. е. размывается в результате диффузионных процессов. Мерой этого размывания в колонке является высота, эквивалентная теоретической тарелке (ВЭТТ). Установлено, что размывание полосы в хроматографической колонке обусловлено тремя причинами: наличием вихревой диффузии, молекулярной диффузии и сопротивления массопередаче.
Кинетическая теория хроматографии объясняет размывание хроматографических пиков, главным образом, этими тремя независимыми процессами, вклад каждого из которых описывается уравнением Ван-Деемтера:
H = A + B / ν + C·ν, где А, B / ν, C·ν – члены, учитывающие соответственно: неравномерность движения потока элюента (вихревая диффузия), молекулярную диффузию и отклонение от сорбционного равновесия (сопротивление массопереносу; ν – линейная скорость потока).
Чем меньше каждое из трех слагаемых, тем меньше будет и суммарное значение
ВЭТТ и, следовательно, эффективнее колонка.
Вихревая диффузия – следствие изменения линейной скорости потока подвижной фазы по сравнению с ее средним значением. Величина А зависит от структуры сорбента
(наличие капиллярных полостей между частицами сорбента) и изменения по длине колонки:
A = 2λd,

21 где λ – коэффициент гомогенности упаковки колонки (как правило, λ = 0.1 – 0.8); d
– диаметр частиц сорбента. Величина А пропорциональна диаметру частиц сорбента и уменьшается с улучшением равномерности заполнения колонки сорбентом.
Плохая упаковка и каналообразование приводят к увеличению λ, а следовательно, к уширению полосы за счет вихревой диффузии. Для уменьшения размывания полосы необходимо равномерно заполнять колонку мелкими и по возможности однородными по дисперсности частицами.
Вихревая диффузия имеет место только в насадочных колонках. Общий поток элюента при попадании в колонку распадается на отдельные потоки между зернами.
Микропотоки двигаются с разными скоростями. Это приводит к дополнительному размыванию.
Молекулярная (продольная) диффузия B/ν обусловлена миграцией молекул, главным образом, в подвижной фазе и участков полосы с большей концентрацией в направлении, где концентрация меньше:
B=2γD
п.ф
γ — коэффициент, учитывающий ограничение диффузии сорбентом колонки (γ <
1); D
п.ф.
– коэффициент диффузии вещества в подвижной фазе.
Величина В растет при использовании очень малых скоростей потока. При обычно используемых высоких скоростях В настолько мала, что ею можно пренебречь. Поэтому эффективность колонки возрастает (Н уменьшается) при использовании подвижных фаз, в которых коэффициенты диффузии низки, и высокой линейной скорости потока.
Параметр Cν учитывает сопротивление массопереносу при непрерывном переходе вещества из подвижной фазы в неподвижную и обратно. Величина С включает две составляющие С = С
п.ф.
+С
н.ф.
Величина C·ν уменьшается при уменьшении размера частиц (пропорционально квадрату диаметра частиц), более равномерном и плотном заполнении колонки сорбентом, менее вязком растворителе, меньших скоростях потока.
Если изобразить графически зависимость ВЭТТ от скорости подачи элюента, то она будет иметь вид, изображенный на рис.
Таким образом, размывание в колонке уменьшается и эффективность повышается, когда применяется более мелкий сорбент, более равномерный по составу (узкая фракция), более плотно и равномерно упакованный в колонке, при использовании более тонких слоев неподвижной фазы, менее вязких подвижных фаз и оптимальных скоростей потока.
Разрешение как фактор оптимизации хроматографического процесса.
Разрешение (R
s
) связано с основными параметрами процесса разделения (k, α, N):

22 где k
2
– фактор удерживания для второго пика, N - число теоретических тарелок, α
- фактор разделения.
Следовательно, величина R
s определяется совокупностью 3-х факторов, которые до некоторой степени можно рассматривать как независимые. Следует отметить, что хотя из уравнения очевидно меньшее влияние на разрешение эффективности колонки, чем факторов удерживания (k) и разделения (α), тем не менее повышению эффективности колонки уделяется большое внимание. Это связано с тем, что для многокомпонентных смесей часто не удается подобрать условия, чтобы селективность была достаточной для разделения всех компонентов. В этом случае высокая эффективность колонки (N) позволяет добиться хорошего разрешения (Rs) для пар веществ с небольшим значением α.
Параметр α, зависящий от природы неподвижной и подвижной фаз, наиболее важен для оптимизации селективности, т.к. численное значение Rs весьма "чувствительно" к изменению фактора разделения α. Если α изменяется от 1.02 до 1.04, тогда Rs увеличивается в 2 раза.
Кроме параметра α для повышения селективности желательно приведение фактора удерживания (k) к определенным пределам: 1< k <5. Величина k, в отличие от α, зависит от фазового отношения. Поэтому, если α достигает максимального значения в тех же условиях, когда величина k слишком мала или слишком велика, оптимального разделения можно достичь путем изменения фазового отношения.
Если величины k и α позволяют использовать колонки со сравнительно небольшими значениями N (2500 – 10000 Т.Т./м), то это приводит к уменьшению времени анализа. В этой связи прибегать к существенному изменению величины N для улучшения разделения нецелесообразно.
Влияние селективности и эффективности колонки на разделение показано на рис.
Кривые элюирования (А) характеризуют достаточно высокую эффективность, но неудовлетворительную селективность. Выходные кривые (Б) отвечают хорошей селективности, но низкой эффективности колонки. В случае (В) наблюдается как высокая эффективность, так и хорошая селективность разделения компонентов смеси.

23
Качественный и количественный хроматографический анализ.

24
8.
Бумажная хроматография. Механизмы разделения. Подвижные
фазы. Преимущества и недостатки. Тонкослойная хроматография.
Механизмы разделения. Сорбенты и подвижные фазы. Области
применения.
Бумажная хроматография. Механизмы разделения. Подвижные фазы.
Преимущества и недостатки.

25
Это как раз таки то, что мы проводили в первом семестре. Брали бумажку, капали каплю (маленькую), концентрировали, и в растворитель, потом применяли проявляющие реагенты.
Различают следующие виды бумажной хроматографии по механизму разделения:
1. адсорбционная хроматография – разделение основано на различии в адсорбируемости разделяемых веществ твердым адсорбентом;
2. распределительная хроматография – разделение основано на различии в растворимости разделяемых веществ в неподвижной фазе (газовая хроматография) и на различии в растворимости разделяемых веществ в подвижной и неподвижной жидких фазах;
3. ионообменная хроматография – разделение основано на различии в способности разделяемых веществ к ионному обмену;
4. осадочная хроматография – разделение основано на образовании различных по растворимости осадков разделяемых веществ с сорбентом;
Подвижная фаза,
или
элюент
В выбранных растворителях компоненты пробы должны иметь разную растворимость, иначе разделения вообще не произойдет. В растворителе, являющемся подвижной фазой, растворимость каждого компонента должна быть меньшей, чем в растворителе неподвижной фазы, но все же составлять вполне заметное значение. Это ограничение связано с тем, что если растворимость вещества будет очень велика, вещество будет двигаться вместе с фронтом растворителя, а если растворимость будет мала, вещество останется на начальной линии.
Для разделения водорастворимых веществ в качестве подвижной фазы обычно выбирают органический растворитель, а в качестве неподвижной – воду. К растворителям предъявляются следующие требования: растворители подвижной и неподвижной фаз не должны смешиваться, состав растворителя в процессе хроматографирования не должен изменяться, растворители должны легко удаляться с бумаги, быть доступными и нетоксичными для человека.
Индивидуальные растворители в распределительной хроматографии используют относительно редко. Чаще для этой цели применяют смеси веществ, например бутилового или амилового спирта с метиловым или этиловым, насыщенные водные растворы фенола, крезола и др., смеси бутилового спирта с уксусной кислотой, аммиаком т.д. Применение различных смесей растворителей позволяет плавно изменять R
f и тем самым создавать наиболее благоприятные условия разделения.
Плюсы метода:
• Метод бумажной хроматографии характеризуется высокой чувствительностью (можно определить 10–20 мкг вещества с точностью 5–7
%).
Недостатки метода:
• возможность работать только с малыми количествами вещества, так как при больших его количествах пятна на хроматограмме получаются расплывчатыми и с растянутыми «хвостами»
• по сравнению с тонкослойной хроматографией разделение происходит медленнее
• слой сорбента неустойчив к агрессивным реактивам.
Тонкослойная хроматография. Механизмы разделения. Сорбенты и
подвижные фазы. Области применения.

26
Тонкослойная хроматография — хроматографический метод, основанный на использовании тонкого слоя адсорбента в качестве неподвижной фазы. Он основан на том, что разделяемые вещества по-разному распределяются между сорбирующим слоем и протекающим через него элюентом
, вследствие чего расстояние, на которое эти вещества смещаются по слою за одно и то же время, различается.
По механизму процесса разделения смеси компонентов выделяют основные виды тонкослойной хроматографии: адсорбционную и распределительную.
Подложки для сорбента (пластинки) обычно изготавливают из стекла, алюминиевой фольги или полиэфирной пленки. Одно из достоинств пленки состоит в том, что она прозрачна примерно до 320 нм и это позволяет проводить прямое фотометрирование многих веществ непосредственно в слое.
Сорбент может быть нанесен на подложку в виде пасты (закрепленный слой), тонкого порошка (незакрепленный слой) или быть приготовленным при обжиге силикагеля на стеклянной пластине.
В качестве сорбента в ТСХ применяют силикагели, оксид алюминия, крахмал, целлюлозу и некоторые другие вещества с высокой адсорбционной способностью. Для характеристики сорбционной активности оксида алюминия часто используется шкала
Брокмана, составленная по R
f
стандартного набора красителей. Эффективно применяются в ТСХ в качестве сорбентов жидкие иониты и другие вещества, обладающие ионообменными свойствами и свойствами молекулярных сит (например, сефадексы).
Выбор растворителя зависит от природы сорбента и свойств анализируемых соединений.
Часто применяют смеси растворителей из двух или трех компонентов. Например, при хроматографировании аминокислот используют смесь н – бутанола с уксусной кислотой и водой, при анализе неорганических ионов – водные буферные растворы, создающие постоянное значение рН.
Метод ТСХ прост по методике выполнения и аппаратуре, экспрессен и не требует для анализа больших количеств вещества. Метод широко используется для идентификации компонентов лекарств, биохимических препаратов, неорганических веществ. ТСХ используется при испытаниях лекарственных средств на подлинность
(идентификация анализируемых веществ), посторонние примеси (испытание на чистоту) полуколичественным и количественным методами.

27
ЗАДАЧИ
1 вариант

28
9.
На хроматограмме получены пики при 0,84 мин (несорбируемый компонент),
10.6 мин (компонент А) и 11.08 мин (компонент Б). Ширина пиков А и Б 0.56 мин
и 0.59 мин соответственно. Длина колонки 28,3 см, объем неподвижной фазы 12,3
мл, а подвижной – 17,6 мл. Рассчитайте: число теоретических тарелок, высоту
эквивалентную теоретической тарелки (ВЭТТ), коэффициенты удерживания для
А и Б, коэффициенты распределения А и Б, коэффициент селективности и
разрешение
пиков
А
и
Б.
Нарисуйте
хроматограмму.

29
10.
Определение углеводородов проводили на хроматографической колонке
длиной 2 м, изменяя скорость потока. Для трех скоростей потока «мертвое
время» составило 18.2; 8.0 и 5.0 с соответственно. Время удерживания декана
составило 2020, 888 и 588 с, а ширина пика у его основания – 223, 99 и 68 с
соответственно.
Определите:
скорости
потока
газа-носителя,
число
теоретических тарелок и величину Н, константы А, В и С в уравнении Ван-
Деемтера.

30

31
2 вариант
11. На хроматограмме получены пики при 0,84 мин (А), 15 мин (компонент В) и
21 мин (компонент С). Ширина пиков В и С 0.65 мин и 0.79 мин соответственно.
Длина колонки 32 см, объем стационарной фазы 18 мл, а подвижной – 15 мл.
Рассчитайте:
число
теоретических
тарелок,
высоту
эквивалентную
теоретической тарелки (ВЭТТ), коэффициенты удерживания для В и С,
коэффициенты распределения В и С, коэффициент селективности и разрешение
пиков В и С. Нарисуйте хроматограмму.

32
12.
Определение смеси орг. в-в проводили на хроматографической колонке
длиной 1,5 м, изменяя скорость потока. Для трех скоростей потока «мертвое
время» составило 10; 8 и 4 с соответственно. Время удерживания додекана
составило 1500, 610 и 450 с, а ширина пика у его основания – 132, 79 и 48 с
соответственно. Определите: три скорости потока газа-носителя, число
теоретических тарелок и величину Н, константы А, В и С в уравнении Ван-
Деемтера.

33
3 вариант
13.
На хроматограмме получены пики при 1,84 мин (А), 8 мин (компонент В) и 12
мин (компонент С). Ширина пиков В и С 0.87 мин и 0.56 мин соответственно.
Длина колонки 50 см, объем стационарной фазы 25 мл, а подвижной – 29 мл.
Рассчитайте: всё как обычно.

34

35

36
14.
Определение смеси орг. в-в проводили на хроматографической колонке
длиной 1 м, изменяя скорость потока. Для трех скоростей потока «мертвое
время» составило 9; 5 и 4 с соответственно. Время удерживания додекана
составило 1200, 660 и 420 с, а ширина пика у его основания – 105, 59 и 28 с
соответственно. Определите: как обычно.

37

38
4 вариант
15.
На хроматограмме получены пики при 0,56 мин (неудерживаемый А), 9 мин
(компонент В) и 10 мин (компонент С). Ширина пиков В и С 0.37 мин и 0.45 мин
соответственно. Длина колонки 75 см, объем стационарной фазы 25 мл, а
подвижной – 35 мл. Рассчитайте: всё как обычно.

39

40

41
16.
Определение смеси орг. в-в проводили на хроматографической колонке
длиной 1 м, изменяя скорость потока. Для трех скоростей потока «мертвое время»
составило 8; 7 и 6 с соответственно. Время удерживания декана составило 1200, 900 и
600 с, а ширина пика у его основания – 150, 65 и 30 с соответственно. Определите:
как обычно.