ИОНООБМЕННАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ

ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫАНАЛИЗА

В 1903 г М.С. Цвет впервые изложил принципы хроматографии (греч. «хромо» - цвет, «графо» - пишу) и создал метод разделения пигментов зелёных растений.

Хроматографический метод позволяет разделять и анализировать сложные смеси. Разделение веществ происходит за счёт различной адсорбируемости компонентов смеси.

Хроматография – это динамический процесс, происходящий в системе из двух несмешивающихся фаз, одна из которых подвижная, другая неподвижная. Подвижной фазой может быть либо газ, либо жидкость, а неподвижной – твёрдое вещество или тонкая плёнка жидкости, адсорбированной на твёрдом теле.

Классификация хроматографических методов

1) по агрегатному состоянию подвижной фазы

- газовая хроматография (ГХ)

- жидкостная хроматография (ЖХ)

2) по геометрии слоя неподвижной фазы

- колоночная

- плоскослойная (бывает бумажная и тонкослойная)

Хроматографический процесс можно представить так:

Колонка, заполненная

твердым сорбентом

Через неё протекает поток жидкости. Вещество Х, растворенное в жидкости, перемещается вместе с нею, но в тоже время имеет тенденцию удерживаться на поверхности твёрдого сорбента за счёт адсорбции, ионного обмена и др. Каждая молекула Х часть времени движется, а часть времени удерживается неподвижной фазой.

Возможность разделения двух растворенных веществ Х и У обусловлена различием их сродства к обеим фазам, т.е. одно из них большую часть времени находится в подвижной фазе, поэтому быстрее достигает конца колонки.

,

где k’ — коэффициент извлечения

— отношение количества молей вещества в неподвижной фазе к количеству молей вещества в подвижной фазе

Коэффициент извлечения, характеризует степень удерживания вещества.

Степень разделения двух веществ можно выразить через коэффициент разделения (α):

,

где — коэффициент извлечения второго вещества,

— коэффициент извлечения первого вещества.

Помещённый на выходе из колонки детектор регистрирует, а самописец фиксирует сигналы детектора.

Рис. 1. Сигналы детектора.

На рис.1 приведена хроматограмма четырехкомпонентной смеси. Площадь каждого пика пропорциональна массовой доле компонента в смеси.

Схема газового хроматографа

ИОНООБМЕННАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ

В основе ионообменной хроматографии лежит обратимый стехио-метрический обмен ионов анализируемого раствора на подвижные ио­ны сорбентов, называемых ионитами или ионнообменниками. Причи­ной разделения является различная способность ионов анализируемо­го раствора к обмену.

В качестве ионитов используют природные или синтетические, твердые, нерастворимые в воде неорганические и органические высо­комолекулярные кислоты, основания и их соли, содержащие в своем составе активные {ионогенные) группы. Иониты делятся на катиони­ты и аниониты.

Катиониты - сорбенты, способные к обмену катионами. Катио­ниты содержат в своем составе ионогенные группы различной степени кислотности, например, сульфогруппу - S0₃H, карбоксильную группу - СООН, ион водорода которых способен к катионному обмену.

Химическую формулу катионитов схематично изображают RS0₃ ЕГ, RS0₃ Na или просто [R]H, [R]Na, где R- сложный органический радикал. Наиболее часто применяются сильнокислотные катиониты марок КУ-1, КУ-2, СДВ-2 и др.

Схема катионного обмена:

[R]H + Ме⁺ <=> [R]Me + Н+

Аниониты - сорбенты, способные к обмену анионами. Аниониты содержат в своем составе основные ионогенные группы, например, аминогруппы различной степени замещения: -NH₂, =NH, =N, = NH₂OH, = NH ОН, способные к обмену гидроксид-ионов на раз­личные анионы. Формулы анионитов схематично изображают: RNH₃⁺OH ", RNH₃⁺C1 " или просто [R]OH, [R]C1. Схема анионного об­мена:

[R]OH+A"o[R] A+OH

Применяют аниониты марок АВ-17, АН-1, ЭДЭ-10 и др.

Перед анализом ионообменную колонку регенерируют, т.е. пере­водят заполняющий ее ионит в определенную ионообменную форму. Зарядка катионита ионами, а анионита ОН ионами проводится пу­тем пропускания через колонку определенного количества кислоты или основания. Затем ионит отмывают водой от избытка кислоты или основания и пропускают через него с определенной скоростью анали­зируемый раствор. Колонку промывают водой или другим элюентом, собирая элюат целиком или по фракциям. Ионы, поглощенные иони-том, могут быть элюированы соответствующим растворителем. Ка­тионы, как правило, элюируют кислотой:

[R]Me + Н⁺ ↔[R]H + Ме⁺;

а анионы - щелочью:

[R]A + OH ↔ [R]OH +A^-.

Ионообменную хроматографию применяют для:

1) разделения компонентов анализируемой смеси, отделения ка­тионов и анионов, разделения катионов, разделения анионов и т.д.

2) получения аналитических концентратов. При пропускании больших объемов разбавленных растворов через слой ионита и после­дующем извлечении поглощенного вещества малым объемом раство­рителя возможно повышение концентрации вещества в 200-500 раз;

3) обнаружения ионов. Разработаны методы выделения и обнару­жения всех наиболее важных ионов.