Химия хроматография что это
Как проводится хроматография
18.03.2021
Хроматографический анализ представляет собой один из важнейших типов современного анализа. Метод заключается в разделении смеси, компоненты которой имеют разные свойства, и, как следствие, различную скорость прохождения через среды. Он применяется как для качественного анализа смесей, так и для выделения чистых веществ. Будучи открытым в начале прошлого века, метод до сих пор активно развивается, на его основе проводилось и проводится масса исследований в биохимии.
Как проводиться хроматография?
При хроматографии нанесенная на неподвижную фазу смесь разделяется на группы веществ под действием подвижной фазы, элюента. Происходит это вследствие различных скоростей движения веществ.
Самый важный этап хроматографического анализа – подготовка условий, ведь каждая смесь обладает уникальными свойствами. Так, при неправильно подобранных условиях, разделения может не произойти, отдельные вещества не выделятся. Однако, самоцелью анализа может быть выделение только одного компонента. Например, для оценки концентрации гемоглобина в крови не требуются данные о всех других ее составляющих.
Под каждую цель подбираются специфичные смеси, позволяющие выделить искомые вещества. В зависимости от условий, степень разделения может быть разная. Библиотечные данные предоставляют информацию о поведении веществ в определенных средах в форме константы Rf (фактор удерживания). Он представляет собой отношение расстояния пройденных веществом и растворителем соответственно.
Для упрощения результатов могут менять как неподвижную, так и подвижную фазы. Неподвижная представляет собой бумагу, пластинку с силикагелем или другие сорбирующие материалы. На неё наносится анализируемая смесь, которая захватывается при движении элюента. Элюент в свою очередь движется по материалу за счет капиллярных сил.
Стандартными материалами для твердо жидкостной хроматографии являются либо бумага, либо пластинки с силикагелем. При необходимости бумага может модифицироваться, например, ацетилироваться. Это делает материал хиральным, что позволяет разделять смесь энантиомеров.
Полученные пики интенсивности называются сигналами. Соотнеся полученные сигналы с библиотечными значениями или с внутренним стандартом, сигналы соотносятся с веществами. По интенсивности сигналов делается вывод о концентрации компонентов.
Бумажная хроматография
Бумажная хроматография представляет собой один из видов ТЖХ. От других методов ее отличает материал неподвижной фазы – целлюлоза. Стандартная или модифицированная, она служит сорбентом.
Ход бумажной хроматографии похож на ТСХ: На бумагу наносится проба смеси, затем лист помещается в закрытый сосуд, одним концом погружается в растворитель. За счет капиллярных сил, проба со стартовой точки захватывается подвижным растворителем и движется. По достижению раствором конца листа, последний вынимается и сушится. Для проявления полученных пиков интенсивности могут потребоваться дополнительные операции, например, обмакивание в фосфорную кислоту. Соотнеся расстояние пройденные веществами и растворителем, получают значние фактора удержания Rf. Параметр зависит от бумаги, раствора и самих веществ.
Высокая чувствительность метода делает его востребованным в биохимии, где навески пробы измеряются в микрограммах. Бумажная хроматография используется для идентификации искомых белков, проверки на наличие мутаций в них. После разложения протеиназой, из белков получаются пептиды, хроматограммы которых специфичны для различных белков.
Метод позволяет уловить различие белков в одну аминокислоту, что делает метод востребованным при поиске мутаций. Также, он позволяет указать на родство белков со сходными хроматограммами. Это полезно при доказательстве путей метаболизма. Так, например, указав на сходный состав двух белков, можно предположить, что один из них получен из другого путем добавления или отщепления структурных единиц.
Примеры хроматографии
Тонкослойная хроматография применяется при анализе лекарственных препаратов на предмет наличия в них нежелательных примесей, оценке качества выпускаемой продукции. Отклонения от стандартов могут указывать на ошибки производства.
Она применяется и при изучении окружающей среды, атмосферы, позволяя установить факт наличия в них вредных веществ, канцерогенов, превышение норм концентраций тех или иных газов.
Также, она широко распространена в научной деятельности, ведь предоставляет быстрые и точные анализы сложных смесей. Первичная оценка пробы помогает назначить эффективные пути дальнейшего разделения и подобрать необходимые условия для последующих реакций.
В нефтяной промышленности также востребована хроматорафия, необходимая для разделения и описания выделяемого топлива. Это позволяет классифицировать бензин по октановому числу, узнать о наличии в нем нежелательных примесей. Развитие жидкостной хроматографии позволило нефтепромыслу достичь новых высот в качестве выделяемой нефти, что привело к росту промышленности в целом.
Хроматографический анализ используется при маркировке продуктов питания: содержание белков, жиров, витаминов, углеводов и аминокислот. Точная оценка состава продукции является обязательным условием для торговли. Информация о потребляемой продукции позволяет людям формировать подходящую им диету, избегать непереносимой пищи.
В медицинской практике также повсеместно используется хроматография: диагностика состава крови и мочи позволяет не только установить факт заболевания, но и указать на его причину, помочь подобрать курс лечения и диету. По отклонению от нормы концентрации аминокислот можно судить о нарушении обмена веществ, о сбое в работе внутренних органов. Он также позволяет установить факт наличия ядов, что востребовано в криминалистике.
Выводы
Несмотря на то, что метод был открыт более ста лет назад, он до сих пор является широко востребованным. Проходя через постоянные усовершенствования, он позволяет разделять и анализировать необходимые смеси. Применение во всех областях человеческой жизнедеятельности является его простоты, скорости и дешевизны.
Для проведения анализа могут использоваться автоматизированные хроматографы, которые позволяют с высокой точностью изучать смеси за считанные часы. Автоматизация также удешевила сложнейшие на первый взгляд анализы в медицине.
Однако ручная хроматография при должных навыках не менее информативна и полезна. Колоночная хроматография позволяет разделить смеси, узнать ее состав.
ГХ или ВЭЖХ? Что выбрать?
При появлении новой аналитической задачи…
16.11.2021
Хроматография. Простыми словами.
О хроматографии написано много. Мы…
10.11.2021
Как проводится хроматография
Хроматографический анализ представляет собой один…
18.03.2021
Абсорбционная спектрометрия уже больше века…
18.03.2021
Основные Параметры Хроматографических Пиков
Ключевую для хроматографии информацию получают…
21.01.2021
Результатом хроматографии является хроматограмма, дающая…
21.01.2021
Распространённые причины поломки хроматографов
Использование любых сложных видов оборудования…
02.10.2020
Как Хроматография Применяется в Парфюмерии?
Методику хроматографии активно используют в…
02.10.2020
Хроматография: история открытия и развития
Хроматография сегодня активно используется в…
06.09.2020
Как правильно выбрать хроматограф?
Хроматография – метод анализа жидкостных…
05.09.2020
Работа любого сложного устройства сопровождается…
28.07.2020
Сегодня хроматография остается самым используемым…
28.07.2020
Предшественником всех современных спектрометров считается…
06.07.2020
Разделение сложных смесей на единичные…
06.07.2020
Хроматографические методы в криминалистике
Криминалистические экспертизы играют важную роль…
06.07.2020
Хроматография в фармацевтической промышленности
В настоящее время можно выделить…
27.05.2020
Принципы работы спектрометра
Спектрометр – прибор, работающий на…
08.05.2020
Хромато-масс-спектрометры: принцип действия
Командой Хроматограф.ру в Печорской центральной…
08.05.2020
Порядок технического обслуживания оборудования производства «НПО СПЕКТРОН»
При поставке приборы снабжаются всем…
17.04.2020
Хроматография в контроле качества продовольственного сырья и пищевых продуктов
Безопасность и качество продуктов питания…
17.04.2020
Телемедицина для хроматографов
Что такое телемедицина? Это консультация…
15.04.2020
Основные производители хроматографов в мире, в России
Хроматографы используются в аналитических исследованиях,…
02.12.2019
Области применения газовых и жидкостных хроматографов
Хроматография – способ разделения многокомпонентных…
02.12.2019
Хроматографические Методы Анализа
Хроматографические методы анализа базируются на…
02.12.2019
Хроматограф — принцип действия, виды хроматографов
Одним из самых популярных методов…
23.02.2019
Обучение с выдачей удостоверения
С июня 2017 года наши…
28.11.2018
Скидка на Хромато-масс-спектрометр с МСД Хроматэк 12% до 31 октября 2017 года
Руководством предприятия принято решение предоставить…
28.11.2018
Хроматография: история открытия, основные понятия, область применения
Хроматография — способ разделения смесей, который изобрел русский ученый Михаил Семенович Цвет в 1900 году. Заключается в различии свойств компонентов смесей, разнице их реакций при нахождении в одинаковых условиях.
История хроматографии
Первое в истории упоминание о хроматографии (chromatography — «пишу цветом») было в 1901 году, когда российский ученый-биолог М. С. Цвет выступил с докладом на 11 съезде естествоиспытателей и врачей в г. Санкт-Петербурге. В этот период он исследовал растительные пигменты, изучал процесс фотосинтеза и пытался разделить хлорофилл на составляющие его пигменты. Ученый пропустил раствор пигментов через стеклянную емкость с адсорбентом, и пролил чистым раствором. Состав окрасился в разные цвета, разделившись на полоски. Это называется молекулярная хроматография. Статью о результатах своей работы ученый опубликовал в 1903 г.
С 1910 по 1930 гг. этот метод почти не исследовался.
Следующее упоминание в истории принадлежит европейским ученым Р. Куну, А. Виртенштейну, Э. Ледеру. В 1931 году, используя этот метод, они выделили из сырого каротина составляющие a- и b-каротин.
Важным этапом развития стало открытие в 1941 году английскими естествоиспытателями А. Мартином и Р. Сингом жидкостного варианта, где подвижное вещество — бумага, смоченная водой с бутанолом.
В 1975 году ученые из США ввели в терминологию новый вариант хроматографии — ионную.
Суть метода хроматографии
Метод хроматографии основан на постоянно повторяющихся с конкретной периодичностью процессах сорбции-десорбции, которые происходят между подвижным веществом с растворенной в нем пробой (элюентом) и неподвижным (сорбентом). Компоненты исследуемой смеси имеют различную степень сорбции (впитывания), за счет чего поглощаются сорбентом с различной скоростью и степенью. Суть метода заключается в многократном повторении этих процессов. Получившиеся пробы после изучения в хроматограмме позволяют уточнить состав реактива.
Теоретические основы хроматографии
В теории этот метод представляет собой последовательный процесс уравновешивания составляющих смеси, когда происходит деление на 2 части — подвижную и недвижную.
В колонке, или «тарелке», недвижная часть (фаза) уравновешивается с подвижной. Это константа распределения К (первая ступень). Далее подвижная часть устремляется в другую «тарелку» и приходит в равновесие (вторая ступень). И эти ступени повторяются многократно в хроматографии. Сущность метода выражается в «теории тарелок». Но это упрощенно, так как движение постоянное, что не дает 100% чистоту данных в измерении константы.
Понятия и определения метода зафиксированы ГОСТ 17567-81.
Выделяют адсорбцию, когда поглощение происходит на поверхности границ и абсорбцию, когда вещества расходятся между 2-х фаз.
Виды хроматографии
Виды хроматографии классифицируют по особенностям процесса разделения (по данным Википедии):
Классификация эта весьма условна. Все виды тесно связаны между собой. Так, в аналитической по цели использует проявительную по способу введения элюента. Кроме того, в каждом показателе могут выделяться дополнительные критерии. В технике проведения дополнительное влияние дают технические условия (высокое или низкое давление).
Капиллярная хроматография
Лекции по капиллярной начинаются с ответа на вопрос о том, для чего она нужна. Быстрое развитие метода привело к вопросу разделения смесей, состоящих из веществ, близких по физическим и химическим свойствам. Новую капиллярную колонку для решения этих задач изобрел М. Голей в 1957 году. Ее диаметр изменяется в пределах 0.05-0.15 мм, стандартный диаметр — 0.11 mm, а длина — 40-200 мкм. Самая длинная колонка достигала 477 м.
Данный вид позволяет решать различные экологические задачи — исследование воздуха на наличие летучих органических соединений (кратко — ЛОС), определение содержания пестицидов в почве. Разработаны методики:
Первоначально этот метод использовался для исследования качества нефтепродуктов, определения процентного содержания нефти в бензине.
Препаративная хроматография
Препаративная ставит цель выделять чистое вещество из смеси, причем в значительных количествах. Особенность — выполнение непрерывного разделения смеси. Для получения большего количества вещества увеличивают объем колонки в хроматографической установке.
Аналитическая хроматография
Используя аналитическую, проводят качественный и количественный анализ соединений — оксидов, кислот, окисей, полимеров.
В книге-учебнике Бражникова В. В., Сакодынского К. И. «Аналитическая хроматография» дано описание механизма работы хроматографа при качественном и количественном анализе.
В конце колонки расположен аппарат, измеряющий концентрацию вещества в элюенте — детектор. Время, прошедшее с момента поступления вещества в колонку до наступления максимальной концентрации вещества, называется время удерживания в хроматографии. Эта величина постоянна для каждого вещества, если в колонке поддерживается постоянная внешняя и внутренняя температура, и на основе этих данных делают качественный анализ.
Количественный анализ осуществляется через измерение площади и расположения пиков на хроматограмме.
Хроматография практическая
Современный метод хроматографии предназначен для решения практических задач. Сегодня использование этого метода актуально в биологии, криминалистике, химии, медицине, быту. Самые простые примеры доступны для проведения даже дошкольнику. Для опыта с чернилами разного цвета и простой водой в качестве растворителя не требуется современного оборудования, сложных расчетов и технологичной лаборатории. Школьники и студенты вузов проводят опыт по размыванию чернил на уроках химии.
Флюидная хроматография
К высокоэффективным видам относится флюидная. Процесс в данном случае проходит в сверхкритических условиях, где в качестве подвижной фазы берут газ, больше похожий на гель. Достоинство этого вида — определение верного состава любых микросоединений, которые не дают сигнал спектроскопам или другим детекторам.
С помощью флюидной хроматографии успешно анализируется состав лекарственных средств, продуктов, полимеров, сырой нефти, ПАВов.
Хроматография аминокислот
Данный метод играет большое значение при идентификации аминокислот и белков. Проводится техникой на листе бумаги по распределительному принципу. Определение вида аминокислоты проходит в несколько этапов:
Основные достоинства этого метода: точность получаемых данных и легкость расчетов.
Разновидности хроматографии по механизму разделения веществ
В качестве адсорбента (вещества-поглотителя) часто используют алюминий и его производные: окиси фракции 0.063-0.2 мм (ТУ 6-09-3916-75, 6-68-164-2011, 6-68-164-99 и оксиды (ТУ 2163-004-81279372-11). В качестве растворителя обычно используют гексан (hexane) hp-ultra очистки (ТУ 6-09-3375-78 и 2631-001-54260861-2013), криохром. Купить особо чистые (ОСЧ) химические реактивы можно в фирме «Вектон».
Процессы ионообменной хроматографии применяются для изучения биологических жидкостей (кровь, моча, плазма) и диагностики заболеваний.
На характере взаимодействия между сорбентом и сорбатом основывается классификация по механизму разделения веществ.
Разновидности хроматографии по агрегатному состоянию фаз
По агрегатному состоянию фазы хроматографические методики бывают четырех видов.
Газовая: жидкостно-газовая и газо-твердофазная. Подвижной фазой выступает инертный газ (гелий, азот, водород, диоксид углерода) или воздух, который должен быть чистым, инертным по отношению к сорбенту и исследуемому веществу, хорошо растворять смесь. Неподвижной фазой служит либо жидкость, либо вещество.
Одним из направлений газовой является парофазный анализ, отличие которого заключается в том, что изучается не жидкий или твердый объект, а газовая фаза (пар).
Жидкостная — жидкостно-жидкостная и жидкостно-гелевая. Жидкостная фаза, служащая сорбентом, должна отвечать соответствующим требованиям (хорошо растворять компоненты смеси, иметь термическую устойчивость, небольшую вязкость и способность образовывать пленку с носителем). Теоретические основы ВЭЖХ раскрыты в книге — пособии С. Н. Сычева «Высокоэффективная жидкостная хроматография», сокращенно ВЭЖХ.
Флюидная. Подвижная находится в сверхкритических условиях — высокое давление, критическая температура.
Полифазная. Неподвижная фаза — смесь твердых и жидких компонентов.
Данные методы используются для исследования смесей органических соединений.
Качественный анализ в хроматографии
Качественный анализ пробы проводится на хроматографе, который измеряет и записывает характеристики, составляет схему. Полученную по результатам исследования хроматограмму изучают, высчитывают, используя формулы, закон Генри, уравнение Ван-Деемтера, сравнивают с эталонными градуировками и делают расшифровку.
Исходные графические данные, на основе которых проводят качественный анализ, называют элюционными характеристиками (параметрами). К ним относятся:
Методики постоянно улучшаются и дорабатываются — составляются специальные таблицы по результатам испытаний, что позволяет получать более точные данные для качественного проведения исследований.
Где применяется хроматография
Первоначально этот метод был применен в биологии первооткрывателем М. С. Цветом. В настоящее время он используется практически во всех сферах — промышленности, медицине, экологии, криминалистике, фармацевтике.
Хроматография в биологии
Хроматография в биологии в настоящее время применяется на постоянной основе. Основным методом хроматографии в биологии является газовый. Это проведение тестов на уровень содержания пестицидов в почве, вредных веществ в воде и воздухе. Метод ЖХ/МС/МС, объединяющий жидкостное хроматографирование и тандемную масс-спектрометрию, вместе с центрифугированием используется при расщеплении липидов, белков, углеводов до простых компонентов для дальнейшего их исследования, которым занимается наука протеомика.
Хроматография в химии
Хроматография — это в химии один из основных методов исследования, позволяющий получить точные и проверенные данные. Представители IUPAC (Международного союза теоретической и прикладной химии) участвовали в разработке стандартов обозначения хроматографических процессов.
Различные виды метода применяются для исследования свойств анаэробных и аэробных веществ, извлечения из смеси веществ необходимого препарата. Каждое предприятие химической промышленности использует хроматографические методы на этапе контроля качества сырья и других технологических процессов.
Хроматография в медицине
В клинической медицине эти методы применяются в тесной взаимосвязи с биологией. Изучение беременности, хромосом, медицинское лечение различных микробных инфекций, патологий, отравлений происходит без использования антибиотиков и сывороток, основываясь на принципах жидкостно-адсорбционной хроматографии, где неподвижная фаза — адсорбент, жидкая — кровь, плазма, лимфа, а разделяемая смесь — внутренние жидкости с метаболитами токсинов.
Хроматография в криминалистике
Криминалистические хроматографические методы предполагают решение государственных задач через проведение исследований в следующих областях:
В криминалистике широкое применение получили две разновидности жидкостного метода: хроматографирование в тонких слоях сорбента и 2-й — хроматография на бумаге.
Хроматография в цитологии
В цитологии метод применяется при изучении клеточного строения в витальной форме («при жизни»).
Хроматография нефти
На НПЗ хроматографический метод применяется для определения физических свойств нефти (теплопроводности, плотности), уровня содержания серосодержащих примесей. Так как от этого напрямую зависит качество продуктов — бензина, моторного топлива, трансформаторного масла.
Хроматография в фармации
В фармацевтической отрасли хроматографические методы применяются в нескольких науках: фармакопея (лат. pharmacopoeia), фармация и фармакогнозия. В фармакопейном анализе широкое применение получил ионообменный вид и метод спектрометрии, с помощью которых удается выделить из смеси микроскопически малые части за небольшой промежуток. В косметологии в состав средств для ухода за волосами входит метилпропансульфокислота, получаемая препаративным методом.
Где используется хроматография в быту
В домашних условиях возможно бесплатно провести самые простые эксперименты, демонстрирующие сущность разных видов хроматографии.
Опыт с бумагой (можно взять обыкновенную промокашку) и спиртовым экстрактом календулы прекрасно демонстрирует принцип действия бумажной.
Если капнуть на бумагу сначала эфирный раствор календулы, а затем этиленгликоль, в итоге через небольшой промежуток времени на бумаге образуется несколько разноцветных колец. Прослеживается прямопорциональная зависимость количества веществ в смеси и количества колец.
Селективность в хроматографии
Селективность — это свойство одного объекта подбирать свойства другого объекта, работающего в тандемной связке, под свои потребности для решения задачи.
В хроматографии используют термин селективность колонки, и чем она выше, тем лучших результатов можно достичь. Возможность выбирать сорбент, состав растворителя, химическую структуру и свойства компонентов смеси, температуру колонки — это факторы, изменение которых выводит селективность на высокий уровень.
Индекс удерживания в хроматографии
Индекс удерживания вещества — это величина, измеряющая время нахождения молекулы изучаемого вещества в подвижной фазе.
Неподвижная фаза в хроматографии
Неподвижная фаза — это вещество, которое выступает в роли сорбента для анализируемых веществ. Неподвижной фазой выступает твердое вещество с пористой поверхностью, в некоторых случаях жидкости.
Электрофорез и хроматография
Электрофорез, используя ток, и хроматография решают одни и те же задачи — разделение смеси веществ, выделение их составляющих. Но при этом есть существенное отличие. Процесс электрофореза — электрохимический, он состоит из неподвижной и мокрой подвижной фазы, а 2-ой использует стационарную и подвижную фазы.
Применяют в медицине в биохимии жидкостей (крови, плазмы).
Что общего между экстракцией и хроматографией
Экстракция — это разделение смеси жидких или твердых веществ. Активируют селективные растворители (экстрагенты). Общее с хроматографическими методами — деление исследуемого вещества на части и его выделение из общей массы.
ТСХ хроматография и ГСО
ТСХ (расшифровка — тонкослойная хроматография) протекает при перемещении подвижной фазы на тонком слое (до 0,20 см) неподвижного сорбента, нанесенного на твердую поверхность — пластинку (стекло, металл, малеинизированный полимер, акриламидо).
Испытание лекарственных средств на абсолютную подлинность и посторонние примеси — основная задача этой методики.
В исследованиях, для обеспечения чистоты полученных результатов, в качестве сорбента и растворителя используют вещества высшего класса по государственным стандартным образцам (ГСО).
Виды детекторов в хроматографии
Пробы исследуются в хроматографе, который фиксирует и анализирует все изменения пиков, используя градуировочные детекторы. Основные из них:
Это насадочные приборы, применяемые в хроматографии. Каждый год, и в 2017, и 2020 годах, изобретаются новые модификации и формы детекторов.
Достоинства хроматографии
К преимуществам относят:
Это отличает хроматографические методы от других.
Недостатки хроматографии
Есть отдельные недостатки у каждого вида.
Диапазон применения хроматографических методов очень широк: от исследования составляющей клетки до объектов Солнечной системы. Эти методы незаменимы в нефтехимической, пищевой, газовой, экологической промышленностях на этапе контроля и поддержания оптимального графика производства.