4.3. Хроматографические методы
4.3.1. Общая характеристика и теоретические основы
хроматографических методов анализа
87. В основу классификации хроматографических методов положены сле- дующие признаки:
1. техника выполнения хроматографирования;
2. природа сорбента;
3. агрегатное состояние фаз;
4. объем пробы и концентрация в ней анализируемых веществ.
Ответ: 1,3 – Существует более 50 различных хроматографических ме- тодов и вариантов. В основу их классификации могут быть положены раз- личные признаки, такие как агрегатное состояние фаз; механизм взаимодей- ствия сорбент-сорбат; аппаратурное оформление процесса разделения; спо- соб получения хроматограммы (техника выполнения); цель проведения хро- матографического процесса.
88. В зависимости от агрегатного состояния подвижной фазы различают сле- дующие виды хроматографии:
1. газовая;
2. колоночная;
3. тонкослойная;
4. жидкостная.
Ответ: 1,4 – По агрегатному состоянию фаз хроматографические ме- тоды разделяют на газовую и жидкостную. Газовая хроматография включает газожидкостную и газотвердофазную, а жидкостная
- жидкостно- жидкостную, жидкостно-твердофазную и жидкостно-гелевую. В названии метода первое слово характеризует агрегатное состояние подвижной фазы, второе - неподвижной.
89. По технике проведения хроматографирования выделяют следующие виды хроматографии:
1. аналитическая;
2. колоночная;
3. распределительная;
4. тонкослойная.
Ответ: 2,4 – По технике проведения выделяют колоночную хромато- графию, когда разделение проводится в специальных колонках, и плоскост- ную хроматографию, когда разделение проводится на специальной бумаге
(бумажная хроматография) или в тонком слое сорбента (тонкослойная хро- матография). По цели хроматографирования различают аналитическую, пре- паративную и другие виды хроматографии. В зависимости от механизма взаимодействия сорбента и сорбата выделяют распределительную, ионооб- менную, адсорбционную и другие виды хроматографии.
145 90. В зависимости от преобладающего процесса, лежащего в основе разделе- ния веществ, различают следующие виды хроматографии:
1. плоскостная;
2. адсорбционная;
3. распределительная;
4. эксклюзионная.
Ответ: 2,3,4 – По механизму взаимодействия сорбента и сорбата вы- деляют несколько видов хроматографии: адсорбционную, распределитель- ную, ионообменную, эксклюзионную и аффинную. Адсорбционная хромато- графия основана на различной адсорбируемости разделяемых веществ не- подвижной фазой. Распределительная хроматография базируется на разной растворимости разделяемых веществ в неподвижной фазе или в подвижной и неподвижной фазах. Эксклюзионная хроматография – на различиях в разме- рах и форме молекул разделяемых веществ. Ионообменная – на разной спо- собности веществ к ионному обмену.
91. По способу получения хроматограммы различают следующие виды хро- матографии:
1. колоночная;
2. элюентная;
3. вытеснительная;
4. фронтальная.
Ответ: 2,3,4 - Согласно классификации по способу получения хрома- тограммы различают три варианта хроматографии: элюентную, вытесни- тельную и фронтальную.
При элюентной хроматографии сорбент, находящийся в хромато- графической колонке, вначале промывают ПФ (элюентом), обладающей меньшим сродством к НФ, чем любое из разделяемых веществ. Затем в ко- лонку вводят исследуемую смесь веществ и продолжают непрерывно про- пускать элюент. Наиболее распространенный из всех вариантов хроматогра- фии. Существенным его достоинством является возможность практически полного разделения смеси на компоненты.
Вытеснительная хроматография предусматривает то, что вначале в ко- лонку вводят
некоторое количество разделяемых веществ, которые распреде- ляются в ней в порядке их сродства к неподвижной фазе. Затем в поток под- вижной фазы вводят вещество - вытеснитель, которое имеет большее сродст- во к неподвижной фазе, чем любой из компонентов разделяемой смеси.
Фронт вытеснителя движется по колонке, вытесняя ранее сорбированные вещества, которые, в свою очередь, вытесняют друг друга.
При проведении фронтального варианта хроматографии в колонку не- прерывно вводят раствор разделяемых веществ. Из колонки вначале будет выходить чистый растворитель, затем растворитель вместе с компонентом смеси, наименее прочно удерживаемым неподвижной фазой, затем смесь
146 растворителя, наименее прочно удерживаемого компонента и следующего по удерживанию компонента и т.д.
92. Подвижную фазу, вводимую в слой неподвижной фазы при проведении элюентной колоночной хроматографии, называют:
1. элюат;
2. растворитель;
3. элюент;
4. сорбат.
Ответ: 3 – Подвижную фазу, вводимую в слой неподвижной фазы, на- зывают элюентом. При применении метода элюентной хроматографии в ко- лонку вводят разделяемые вещества, растворенные в элюенте и непрерывно проводят процесс элюирования (пропускают элюент через колонку). При этом разделяемые вещества перемещаются вдоль колонки с различными ско- ростями в соответствии с их сорбируемостью. На выходе из колонки сначала появляется менее сорбируемый компонент, затем следующий и так далее по увеличению сорбируемости. Подвижная фаза, выходящая из колонки и со- держащая разделенные компоненты, называется элюатом.
93. Графическое изображение распределения веществ в элюате называют:
1. внешняя хроматограмма;
2. изотерма сорбции;
3. хроматографический пик;
4. внутренняя хроматограмма.
Ответ: 1 – Расположение разделяемых веществ в виде отдельных зон вдоль колонки называют внутренней хроматограммой, а графическое изо- бражение состава элюата (подвижной фазы, содержащей разделённые веще- ства), выходящего из колонки, получаемое, например, с помощью самописца
- внешней хроматограммой. По оси абсцисс откладывают время хроматогра- фирования или объем элюата, по оси ординат – аналитический сигнал, зави- сящий от концентрации веществ в элюате.
94. Время от момента ввода пробы до момента регистрации максимума хро- матографического пика это:
1.
исправленное время удерживания;
2. время пребывания вещества в подвижной фазе;
3. время пребывания вещества в неподвижной фазе;
4. время удерживания.
Ответ: 4 – Время от момента ввода пробы до момента регистрации максимума пика называется временем удерживания (t
R
). t
R
= t m
+ t s
В идеальном случае время удерживания не зависит от концентрации вещества, но зависит от его природы, а также от природы подвижной и не- подвижной фазы и условий хроматографирования. Время удерживания веще- ства зависит от упаковки сорбента и поэтому может изменяться при переходе
147 от одной колонки к другой. Более надёжной характеристикой является ис- правленное время удерживания (
R
t ), которое равно разности между време- нем удерживания данного вещества и несорбируемого компонента (t
0
). По- скольку t
0
= t m
, то
R
t = t
S
95. Гипотетическая зона, высота которой соответствует достижению равно- весия между двумя фазами хроматографической системы - это:
1. емкость колонки;
2. удерживаемый объем;
3. индекс удерживания;
4. теоретическая тарелка.
Ответ: 4 – Согласно теории теоретических тарелок, предложенной для хроматографических систем Мартином и Синджем, каждая хроматографиче- ская колонка состоит из некоторого количества одинаковых по величине аб- страктных узких слоёв, называемых теоретическими тарелками, на каждой тарелке происходит один элементарный акт сорбции-десорбции. На каждой тарелке происходит мгновенное установление равновесия между веществом, находящимся в подвижной и неподвижной фазах. Переход вещества с одной тарелки на другую происходит дискретно - при попадании на тарелку новой порции элюента равновесие нарушается, и часть вещества мгновенно перено- сится на следующую тарелку, где вновь мгновенно наступает равновесие и т.д. На любой тарелке в любой момент времени число сорбируемых частиц вещества значительно больше числа сорбируемых частиц растворителя, изо- терма сорбции является линейной.
96. Теория теоретических тарелок дает математическую модель
продвижения полосы компонента через колонку, из которой следует, что элюированная полоса имеет форму и ширину:
1. линейной изотермы;
2. нормального распределения Гаусса;
3. распределения Стьюдента;
4. нет верного ответа.
Ответ: 2 - Теория теоретических тарелок позволяет описать движение зоны с максимальной концентрацией компонента, экспериментально оценить ширину полосы и эффективность (степень размывания хроматографической полосы) колонки. Она дает математическую модель продвижения полосы компонента через колонку, из которой следует, что элюированная полоса имеет форму и ширину нормального распределения Гаусса:
N
2
)
N
(
max
2
e
ccгде
сmax
— концентрация в максимуме кривой; — относительный объем прошедшей через колонку подвижной фазы, соответствующий появлению концентрации
с; N — число теоретических тарелок.
148
Гауссов характер хроматограммы связан с беспорядочным движением ог- ромного числа частиц растворенного вещества в хроматографической колон- ке. Время пребывания в каждой фазе может быть более или менее кратким.
Одни частицы перемещаются быстрее вниз по колонке, другие — медленнее.
Следствием этих случайных процессов является симметричный разброс зна- чений скорости перемещения вокруг среднего значения, характеризующего поведение усредненной молекулы. Ширина полосы пропорциональна време- ни пребывания подвижной фазы в колонке и обратно пропорциональна ско- рости ее передвижения.
97. Согласно кинетической теории хроматографии размывание хроматогра- фических пиков обусловлено процессами:
1. вихревая диффузия;
2. молекулярная диффузия;
3. сопротивление массопереносу;
4. нет верного ответа.
Ответ: 1,2,3 – Кинетическая теория хроматографии предложена дат- скими химиками Ван-Деемтером и Клинкенбергом. Согласно этой теории, размывание хроматографических пиков тремя независимыми процессами, вклад каждого из которых может быть оценен с помощью уравнения Ван-
Деемтера:
CU
U
B
A
H
где А – вихревая диффузия,
В/U – молекулярная (продольная) диффузия,
CU – сопротивление массопереносу,
U - линейная скорость подвижной фазы.
98. Коэффициент селективности () равен 1, оцените возможность хромато- графического разделения смеси на индивидуальные вещества:
1. разделение невозможно;
2. разделение полное;
3. разделение частичное;
4. нет верного ответа.
Ответ: 1 – Коэффициент селективности () является мерой относи- тельного удерживания или относительной подвижности разделяемых ве- ществ. Он равен отношению исправленных времён удерживания (
R
t ), ис- правленных объемов удерживания (
R
V ), коэффициентов емкости (
k
) и ко- эффициентов распределения (D) веществ:
1 2
1 2
R
R
R
R
D
D
k k
V
V
t t
1 2
1 2
Коэффициент селективности также используют для оценки эффективности разделения компонентов смеси. Если = 1, то разделение невозможно.
149
4.3.2. Жидкостная хроматография 99. К группе хроматографических методов, в которых подвижной фазой яв- ляется жидкость, относится:
1. газо-адсорбционная;
2. газо-жидкостная;
3. жидкостная;
4. нет верного ответа.
Ответ: 3 – Жидкостная хроматография — это метод разделения и ана- лиза сложных смесей веществ, в котором подвижной фазой служит жид- кость. По технике выполнения жидкостная хроматография может быть коло- ночной, когда разделение проводят на специальных колонках, а
также пло- скостной, когда разделение проводится на специальной бумаге (бумажная хроматография) или в тонком слое сорбента (токослойная хроматография).
100. Скорость перемещения вещества по тонкому слою сорбента зависит от:
1. коэффициента селективности;
2. площади пятен;
3. процессов сорбции-десорбции;
4. нет верного ответа.
Ответ: 3 - Скорость перемещения вещества зависит от характеристики равновесия процессов сорбции-десорбции и в случае адсорбционной хрома- тографии может быть вычислена из изотермы адсорбции. Если вещество движется медленно, то кривая адсорбции имеет резкий подъем на начальном участке. При быстром перемещении вещества вдоль слоя адсорбента изотер- ма адсорбции близка к оси абсцисс и графически изображается почти гори- зонтальной линией.
101. При разделении веществ методом адсорбционной хроматографии шири- на полосы или площадь пятен зависят от:
1. расстояния, пройденного растворителем от старта до линии фронта;
2. количества разделяемого вещества;
3. способа ввода пробы;
4. способа детектирования.
Ответ: 1,2 - При разделении веществ методом адсорбционной хрома- тографии ширина полосы или площадь пятен зависят от расстояния, прой- денного растворителем от старта до линии фронта (L), и количества разде- ляемого вещества. Чем больше вещества нанесено на адсорбент, тем шире будут полосы разделенных компонентов или соответственно тем больше площади зон. При анализе одного и того же количества смеси полосы разде- ленных компонентов будут уже, а пятна компактнее при нанесении образца в минимальном объеме растворителя.
150 102. Скорость перемещения разделяемого вещества по тонкому слою сорбен- та оценивают величиной:
1. R
f
;
2. D;
3. N;
4. H.
Ответ: 1 - Скорость перемещения определяемого вещества оценивают величиной коэффициента подвижности (R
f
). Величина R
f данного вещества представляет собой отношение расстояния от стартовой линии хроматограм- мы до центра пятна этого вещества в любой момент времени к расстоянию, пройденному за тоже время фронтом растворителя.
L
x
R
f
Величина R
f может принимать значения от 0 до 1. Если R
f
= 0, то вещество остаётся на старте, если R
f
= 1, то оно поднимается с фронтом растворителя.
Величина R
f является качественной хроматографической характеристикой вещества. Она зависит от природы вещества, подвижной и неподвижной фа- зы, условий хроматографирования и, в определённых условиях, не зависит от концентрации вещества.
103. Расстояние между линией старта и фронта растворителя на хромато- грамме оказалось равным 10,0 см, линией старта и центром пятна вещества –
4,0 см. Величина R
f вещества равна:
1. 0,40 2. 4,0 3. 0,60 4. 1,0
Ответ: 1 - Величина R
f равна отношению расстояния, пройденного зо- ной вещества от стартовой линии до центра зоны (x), к расстоянию от стар- товой линии до границы фронта растворителя к концу опыта (L):
40
,
0
см
0
,
10
см
0
,
4
L
x
R
f
104. Разрешающая способность системы растворителей в тонкослойной хро- матографии максимальна в области R
f равной:
1. 0;
2. 0,5;
3. 1;
4. 1,5.
Ответ: 2 - Разрешающая способность системы растворителей характе- ризует разделение веществ при хроматографировании. Разрешающая способ- ность системы растворителей в ТСХ максимальна в области R
f
= 0,5 и уменьшается как в сторону старта, так и в сторону фронта. В связи с этим для проведения хроматографического разделения данной смеси веществ, следует
151 пользоваться такой системой растворителей, в которой зоны отдельных ком- понентов располагались бы симметрично и вблизи линии с R
f
0,5. Если R
f
=
0, то вещество остаётся на старте, если R
f
= 1, то оно поднимается с фронтом растворителя.
105. Между катионобменником и раствором электролита происходит дина- мический процесс замещения (обмен):
1. катионов;
2. анионов;
3. ионогенных групп;
4. нет верного ответа.
Ответ: 1 – Ионный обмен заключается в том, что некоторые вещества
(ионообменники) при погружении в раствор электролита поглощают из него катионы или анионы, выделяя в раствор эквивалентное число других ионов с зарядом того же знака. Между катионообменником и раствором происходит обмен катионов.
106. Ионообменники, которые содержат в своей структуре только тримети-
ламмониевую ионогенную группу, называются:
1. катионообменники;
2. анионообменники;
3. амфотерные ионообменники;
4. защищенные ионообменники.
Ответ: 2 – Ионообменниками называют электролиты, у которых один ион является полимерным макроионом, а ионы противоположного знака мо- гут обмениваться на ионы, находящиеся в растворе. По химическому строе- нию ионообменник представляет собой полимер (полимерную матрицу), в составе которого имеются ионогенные функциональные группы.
Анионообменники содержат в своей структуре ионогенные группы основно- го характера; - N(CH
3
)
3
+
; = NH
2
+
; ≡ NH
+
и др. Их химические формулы могут быть изображены как R—ОН и R—C1. В первом случае анионообменник на- ходится в ОH-форме, во втором — в С1-форме. Анионообменную реакцию можно записать следующим образом:
ROH + Cl
-
RCl + OH
-
OH-форма Cl-форма
107. Максимальное количество ионов, которое может связать ионообменник, определяется показателем:
1. индекс удерживания;
2. селективность;
3. обменная емкость;
4. удельный коэффициент.
Ответ: 3 – Максимальное количество ионов, которое может связать ионообменник, определяется величиной обменной ёмкости, которая равна
152 числу функциональных групп ионобменника, способных к ионному обмену, в единице массы (или объёма) ионообменника. На практике обменную ём- кость выражают в виде количества ионов (в ммолях), поглощённых 1 г сухо- го или 1 мл набухшего ионообменника в Н- или Cl-форме при определённых условиях.
108. Ионообменники, содержащие в своей структуре сильнокислотные и сильноосновные группы, вступающие в реакции обмена с любыми ионами раствора, называют:
1. катионообменники;
2. анионообменники;
3. универсальные ионообменники;
4. композиционные ионообменники.
Ответ: 3 – Ионообменники, содержащие в своей структуре сильнокис- лотные или сильноосновные группы, вступающие в реакции обмена с любы- ми ионами раствора,
обладающими зарядом того же знака, что и знак проти- воиона называют универсальными.
109. При низких концентрациях веществ в растворе на сильнокислотных ка- тионообменниках наибольшая сорбируемость будет у иона:
1. Na
+
;
2. Ca
2+
;
3. Al
3+
;
4. Th
4+
Ответ: 4 – Ионообменник поглощает, как правило, один из противо- ионов - проявляет определенную селективность. Экспериментально установ- лены ряды сродства, или селективности, ионов по отношению к ионообмен- никам. Так, при низких концентрациях веществ в растворе на сильнокислот- ных катионообменниках наибольшей сорбируемостью обладают ионы, имеющие больший заряд.
110. При пропускании натрия хлорида через катионообменник (Н
+
-форма) из него будут вытеснены ионы:
1. Na
+
;
2. Н
+
;
3. ОН
-
;
4. СI
-
Ответ: 2 - Уравнение ионного обмена с участием катионообменника
(Н
+
-форма) при пропускании через него раствора натрия хлорида имеет сле- дующий вид:
RH + Na
+
RNa + H
+
H-форма Na-форма
При этом вытесняются ионы Н
+
153 111. Универсальной подвижной фазой для ионообменного хроматографиче- ского разделения является:
1. вода;
2. хлороформ;
3. этанол;
4. ацетон.
Ответ: 1 – Хроматографические разделения с использованием ионо- обменников чаще проводят в водных растворах. Вода обладает прекрасными растворяющими и ионизирующими свойствами, а также обеспечивает быст- рый обмен противоионов. Под действием воды молекулы пробы мгновенно диссоциируют на ионы, ионогенные группы ионообменников гидратируются и также переходят в полностью или частично диссоциированную форму.
112. Экспресс-метод определения органических и неорганических ионоген- ных соединений, сочетающий ионообменное разделение с высокочувстви- тельным кондуктометрическим детектированием, называется:
1. лигандообменная хроматография;
2. ион-парная хроматография;
3. ионная хроматография;
4. нет верного ответа.
Ответ: 3 – Ионная хроматография – это экспрессный метод определе- ния органических и неорганических ионогенных соединений, сочетающий ионообменное разделение с высокочувствительным кондуктометрическим детектированием. Последнее возможно только при низкой фоновой электро- проводности. Используют двух- и одноколоночный варианты.
В основу метода положено: элюентное ионообменное разделение катионов или анионов в разделяющей колонке, заполненной ионообменником низкой емкости; подавление фонового сигнала элюента в подавляющей (компенса- ционной) колонке, заполненной ионообменником с высокой емкостью; кон- дуктометрическое детектирование ионов после разделения (двухколоночный вариант).
113. При разделении полистиролов различной молекулярной массы в бензоле методом эксклюзионной хроматографии самый большой удерживаемый объ- ем будет иметь полистирол с молекулярной массой:
1. 2100;
2. 10300;
3. 111000;
4. 2610000.
Ответ: 1 – В основе эксклюзионной хроматографии лежат различия в размерах и форме молекул разделяемых веществ. Выход компонентов смеси при хроматографировании из колонки происходит в порядке уменьшения их молекулярных масс: более мелкие молекулы проникают в поры геля и задер- живаются в неподвижной фазе, находящейся в порах, в то время как более крупные молекулы не проникают в поры и поэтому движутся быстрее. Са-
154 мый большой удерживаемый объем из вышеперечисленных веществ будет у полистирола с молярной массой равной 2100.
114. Универсальным детектором, используемым в жидкостной хроматогра- фии, является:
1. кондуктометрический;
2. рефрактометрический;
3. спектрофотометрический;
4. ультрафиолетовый.
Ответ: 2 – Рефрактометрический детектор относится к универсальным детекторам. Он позволяет определять общий показатель преломления систе- мы проба—элюент, т.е.
сигнал дают все компоненты, показатель преломле- ния которых отличается от показателя преломления элюента. Чувствитель- ность рефрактометрического детектора 10
-6
г, диапазон линейности состав- ляет 4 порядка. Этот детектор чувствителен к изменению температуры, тре- бует тщательного подбора режима термостатирования.
115. К плоскостным видам хроматографии относятся:
1. бумажная;
2. эксклюзионная;
3. тонкослойная;
4. нет верного ответа.
Ответ: 1,3 – К плоскостным видам хроматографии относят бумажную и тонкослойную хроматографию. Эти два вида жидкостной хроматографии просты по технике выполнения, экспрессны, не требуют дорогостоящего оборудования.
Скачать 1.06 Mb.