лекции. Вопросы лекции
 Скачать 5.13 Mb.
|
|
Лекция 5-1. Основные положения хроматографии. Качественный и количественный хроматографический анализ. Классификация методов хроматографии по агрегатному состоянию фаз Вопросы лекции 1. Основные понятия и определения 2. Хроматографические методы 3. История открытия 4. Классификация хроматографических методов Введение Вы уже знакомы со спектральными анализами, имеете общие представления об атомной и молекулярной спектроскопии, знакомы с теоретическими и практическими аспектами элементного анализа, основанного на использовании методов оптической и рентгеновской атомной спектроскопии, масс-спектрометрии, и люминисцентного анализа, а также методы установления молекулярной структуры вещества ИК-, масс- и ЯМР-спектроскопией. Практическое применение этих методов как в лабораторной, так и в производственной практике стремительно возрастает. Все более широкое распространение физических и физико-химических методов, в первую очередь, связано с тем, что большинство из них обладает значительно большей (на несколько порядков) чувствительностью по отношению к определяемым компонентам анализируемой продукции по сравнению с химическими методами. Благодаря этому они являются единственно способными обеспечить надежный контроль содержания в пищевых продуктах, объектах окружающей среды и др., например, токсичных элементов, остаточных лекарственных препаратов, пестицидов и других вредных компонентов; содержания и локального распределения по поверхности и толщине допирующих элементов при производстве полупроводниковых материалов и устройств, а также проверить иные самые разнообразные параметры качества продукции различного назначения. Другим преимуществом этих методов является их высокая селективность, благодаря которой при проведении анализа можно одновременно качественно и количественно определить в анализируемой пробе десятки компонентов, что значительно повышает экспрессность анализа, снижает его стоимость и предотвращает возможные потери от выпуска недоброкачественной продукции. У каждого метода существуют и другие преимущества, которые в некоторых случаях приобретают предпочтительное значение. В настоящее время разработано множество методик контроля качества разнообразных видов продукции и объектов окружающей среды, которые основаны на использовании физических и физико-химических методов. Рассмотреть их конкретно практически невозможно, да и не имеет смысла, поскольку каждый новый объект анализа требует конкретизации условий его проведения, что осуществляется, как правило, экспериментальным подбором. Поэтому далее мы будем рассматривать физические основы различных вариантов газовой и жидкостной хроматографии и других ее видов, разнообразных методов анализа, основанных на оптической, рентгеновской, резонансной, а также масс-спектроскопии; представлены общие данные о способах подготовки проб к анализу, виде получаемой информации и средствах ее аналитической интерпретации. Рассмотрим соответствующие блок-схемы приборов и изучим функции их основных узлов. Рассмотрим также общие сведения о возможностях применения каждого из методов при контроле качества продукции. Такой подход, создаст у будущих специалистов базу для грамотного подбора и использования методов контроля качества продукции при их практической работе. Основные понятия, определения и положения хроматографии Хроматография - это не наука, а - искусство! Хроматография – это метод разделения и определения веществ, основанный на распределении компонентов между двумя фазами – подвижной и неподвижной. Неподвижной (стационарной) фазой служит твердое пористое вещество (часто его называют сорбентом) или пленка жидкости, нанесенная на твердое вещество. Подвижная фаза представляет собой жидкость или газ, протекающий через неподвижную фазу, иногда под давлением. Хроматография – аналитический метод, позволяющий разделять многокомпонентную смесь (газообразные, жидкие и твердые вещества с различной молекулярной массой), идентифицировать компоненты и определять количественный состав смеси. Сущность метода хроматографии - разделяемые вещества перемещаются через слой неподвижной фазы вместе с подвижной фазой (жидкой или газообразной) с разной скоростью вследствие различной сорбируемости. Компоненты анализируемой смеси (сорбаты) вместе с подвижной фазой передвигаются вдоль стационарной фазы. Ее обычно помещают в стеклянную или металлическую трубку, называемую колонкой. В зависимости от силы взаимодействия с поверхностью сорбента (за счет адсорбции или по какому-либо другому механизму) компоненты будут перемещаться вдоль колонки с разной скоростью. Одни компоненты останутся в верхнем слое сорбента, другие, в меньшей степени взаимодействующие с сорбентом, окажутся в нижней части колонки, а некоторые и вовсе покинут колонку вместе с подвижной фазой (такие компоненты называются неудерживаемыми, а время их удерживания определяет “мертвое время” колонки). Таким образом происходит быстрое разделение сложных смесей компонентов. Компоненты анализируемой смеси должны хорошо растворяться в подвижной фазе и иметь умеренное сродство к неподвижной фазе. Константы равновесия компонентов смеси должны достаточно различаться, чтобы было возможно их разделение. Особенность процесса хроматографирования - многократность повторения сорбции вещества на поверхности сорбента и десорбции с поверхности сорбента, что обеспечивает высокую эффективность разделения. Растворенное вещество, покидающее жидкую фазу вместе с элюентом называется элюатом. Процесс перемещения образца с элюентом называется элюированием. Сорбцию можно осуществить двояко: статическая сорбция – процесс протекает при относительном покое обеих фаз и завершается установлением равновесного распределения веществ между фазами. динамическая сорбция – процесс, в котором происходит направленное перемещение подвижной фазы относительно неподвижной. Таким образом происходит быстрое разделение сложных смесей компонентов. Следует подчеркнуть следующие достоинcтва хроматографических методов: 1. Разделение носит динамический характер, причем акты сорбциидесорбции разделяемых компонентов повторяются многократно. Этим обусловлена значительно большая эффективность хроматографического разделения по сравнению со статическими методами сорбции и экстракции. 2. При разделении используют различные типы взаимодействия сорбатов и неподвижной фазы: от чисто физических до хемосорбционных. Это обуславливает возможность селективного разделения широкого круга веществ. 3. На разделяемые вещества можно накладывать различные дополнительные поля (гравитационное, электрическое, магнитное и др.), которые, изменяя условия разделения, расширяют возможности хроматографии. 4. Хроматография – гибридный метод, сочетающий одновременное разделение и определения нескольких компонентов. 5. Хроматография позволяет решать как аналитические задачи (разделение, идентификация, определение), так и препаративные (очистка, выделение, концентрирование). Решение этих задач можно сочетать, выполняя их в режиме “on line”.   |