Хроматографические методы контроля качества товаров

Хроматография — это способ разделения веществ, основанный на различии в их коэффициентах распределения между двумя фазами, одна из которых неподвижна, а другая направленно движется относительно первой. Характерными признаками хроматографии являются: наличие достаточно большой поверхности раздела между фазами и динамический способ выполнения разделения (направленное движение одной фазы относительно другой). Сочетание этих двух признаков делает хроматографию высокоэффективным методом разделения, позволяющим отделять друг от друга очень близкие по своим свойствам вещества, даже такие, как изотопы элементов или оптически активные изомеры. Если отсутствует хотя бы один из этих признаков, нет и хроматографии как эффективного метода разделения.

Создателем хроматографического метода анализа является русский ученый М. С. Цвет, который в 1903 г. разработал хроматографический метод разделения компонентов красящего вещества зеленых листьев растений (хлорофилла).

В своем основополагающем эксперименте М. С. Цвет экстрагировал красящее вещество листьев растений петролей- ным эфиром. Этот экстракт он ввел в стеклянную трубку, заполненную карбонатом кальция, сквозь слой которого непрерывно отфильтровывался петролейный эфир. В результате произошло разделение смеси на ряд зеленых и желтых полос (рис. 2.27).

Схематичное представление хроматографических экспериментов, выполненных М. С. Цветом

Рис. 2.27. Схематичное представление хроматографических экспериментов, выполненных М. С. Цветом

Возрождение метода относится к 1931 г., когда Р. Кун, А. Винтерштейн и Е. Ледерер выделили а и p-каротин из сырого каротина, используя для этого метод М. С. Цвета.

Широкое применение хроматография получила в начале 40-х гг. XX в. после работы А. Мартина и Р. Синга, предложивших представлять хроматографическую систему как некоторое число теоретических тарелок и создавших распределительный вариант хроматографии.

В 1950-е гг. появились первые газовые хроматографы, в которых для повышения эффективности разделения газообразных веществ применяли длинные колонки, заполненные мелкозернистым сорбентом. С тех пор хроматография широко используется во всем мире. Техника хроматографического разделения постоянно развивается и совершенствуется.

Хроматографические методы применяются при оценке пищевых продуктов, при проведении сертификационных испытаний. Они позволяют проводить исследования, не выполнимые другими инструментальными методами.

По правилам сертификации продуктов детского питания в перечень показателей, подлежащих подтверждению при обязательной сертификации, включены аминокислоты треонин, валин, метионин, изолейцин, лизин, фениланин, триптофан, гистидин, цистин, которые определяются хроматографическим методом.

Газожидкостная хроматография является незаменимой при идентификации растительных масел по жирнокислотному составу, при определении хлорорганических и фосфороргани- ческих пестицидов, летучих нитрозаминов, газовая хроматография — при анализе аромата пищевых продуктов, жидкостная— при определен™ антибиотиков, гормональных препаратов.

Существуют различные способы классификации хроматографических методов.

1. По физической природе неподвижной и подвижной

фаз бывает жидкостная хроматография (ЖХ) — если подвижная фаза жидкая; газовая хроматография (ГХ) — если подвижная фаза газообразная.

Жидкостную хроматографию, в свою очередь, можно подразделить в зависимости от агрегатного состояния неподвижной фазы: на твердожидкофазную (ТЖХ) — неподвижная фаза твердая; жидко-жидкофазную хроматографию (ЖЖХ) — неподвижная фаза жидкая. ЖЖХ часто называют распределительной хроматографией.

Газовую хроматографию в зависимости от агрегатного состояния неподвижной фазы делят на газоадсорбционную (ГТХ, ГАХ) и газожидкостную (ГЖХ), или газораспределительную.

2. В зависимости от способа перемещения сорбатов вдоль слоя сорбента различают проявительный (элюентный), фронтальный, вытеснительный методы и электрохроматографию.

При использовании проявителъного метода пробу исследуемой смеси вводят порцией в начальной точке (вход в колонку) на слой хроматографической насадки (сорбента). Под действием потока подвижной фазы зона пробы начинает перемещаться вдоль колонки, причем скорости перемещения отдельных компонентов (R , Я.„ Я.,) пробы обратно пропорциональны величинам соответствующих им констант распределения. При этом важно, чтобы подвижная фаза практически не сорбировалась неподвижной фазой. Хроматограмма, полученная проявительным методом, показана на рис. 2.28.

Хроматограмма проявительной хроматографии

Рис. 2.28. Хроматограмма проявительной хроматографии

Площади и высоты хроматографических пиков пропорциональны полным количествам соответствующих компонентов в пробе.

В методе фронтальной хроматографии разделяемая смесь непрерывно поступает на слой сорбента в начальной точке и, таким образом, фактически играет роль подвижной фазы. Получающаяся при этом зависимость от времени концентрации компонентов пробы в потоке, вытекающем из колонки, показана на рис. 2.29.

Относительное движение и окончательное расположение по временной оси “ступенек” этой зависимости определяются величинами соответствующих констант распределения точно так же, как и в проявительной хроматографии. Высота ступеньки пропорциональна концентрации соответствующего компонента в разделяемой смеси.

Методика проведения разделения вытеснительнымметодом аналогична методике проведения разделения прояви-

Хроматограмма фронтальной хроматографии

Рис. 2.29. Хроматограмма фронтальной хроматографии

тельным методом, но без использования несорбирующегося элюента (подвижной фазы). Перемещение хроматографических зон достигается путем вытеснения компонентов разделяемой смеси веществом, которое сорбирует сильнее любого из этих компонентов. Каждый компонент этой пробы вытесняет компоненты, которые взаимодействуют с неподвижной фазой менее сильно, чем он сам.

Хроматограмма, полученная вытеснительным методом, показана на рис. 2.30. Аналитический смысл площади хроматографического пика здесь тот же, что и в проявительной хроматографии.

Хроматограмма вытеснительной хроматографии

Рис. 2.30. Хроматограмма вытеснительной хроматографии

При использовании твердых адсорбентов в качестве хроматографических разделительных сред (системы жидкость — твердое тело и газ — твердое тело) вытеснительные эффекты дают некоторый вклад и в процессы разделения методами проявительной и фронтальной хроматографии.

Для аналитических целей наиболее широко используется элюентный (проявительный) метод хроматографирования.

Электрохроматография — хроматографический процесс, при котором движение заряженных частиц осуществляется под действием приложенного напряжения. Скорость движения частиц определяется их массой и зарядом.

3. В зависимости от природы процесса, обуславливающего распределение сорбатов между подвижной и неподвижной фазами, различают адсорбционную, распределительную, ионообменную, осадочную, аффинную и эксклюзи- онную хроматографию.

В адсорбционной хроматографии разделение за счет адсорбции основано на различии адсобируемости компонентов смеси на данном адсорбенте.

В распределительной хроматографии разделение основано на различии в растворимости сорбатов в подвижной и неподвижной фазах или на различии в стабильности образующихся комплексов.

В ионообменной хроматографии разделение основано на различии констант ионообменного равновесия.

В осадочной хроматографии разделение основано на различной растворимости осадков в подвижной фазе.

Аффинная хроматография основана на биоспецифи- ческом взаимодействии компонентов с аффинным лигандом.

В эксклюзионной хроматографии разделение основано на различии в проницаемости молекул разделяемых веществ в неподвижную фазу. Компоненты элюируются в порядке уменьшения их молекулярной массы.

Имеется и другая классификация хроматографии в зависимости от механизма сорбции, по которой хроматография подразделяется на молекулярную, ситовую, хемосорб- ционную и ионообменную.

В молекулярной хроматографии природа сил взаимодействия между неподвижной фазой (сорбентом) и компонентами разделяемой смеси — межмолекулярные силы типа сил Ван-дер-Ваальса. Ситовая хроматография — это вид жидкостной хроматографии, в котором растворенное вещество распределяется между свободным растворителем и растворителем, находящимся во внутренних полостях пористых частиц. К хемосорбционной хроматографии относят осадочную, комплексообразовательную (или лигандообменную), окислительно-восстановительную хроматографию. Причиной сорбции в хемосорбционной хроматографии являются соответствующие химические реакции. Ионообменная хроматография позволяет разделить молекулы, основываясь на ионных взаимодействиях. Неподвижная фаза имеет заряженные функциональные группы, которые взаимодействуют с анализируемыми ионизированными молекулами противоположного заряда.

  • 4. По технике выполнения (характеру процесса) различают: колоночную хроматографию (неподвижная фаза находится в колонке); плоскостную (планарную) хроматографию — бумажную и тонкослойную (неподвижная фаза — лист бумаги или тонкий слой сорбента на стеклянной или металлической пластинке); капиллярную хроматографию (разделение происходит в пленке жидкости или слое сорбента, размещенном на внутренней стенке трубки); хроматографию в полях (электрических, магнитных, центробежных и других сил.).
  • 5. В зависимости от цели проведения хроматографического процесса различают аналитическую, неаналитическую, препаративную и промышленную хроматографию.

Аналитическая хроматография предназначена для определения качественного и количественного состава исследуемой смеси.

Неаналитическая хроматография — метод исследования физико-химических характеристик веществ при использовании хроматографической аппаратуры и на основании параметров хроматографических зон.

Препаративная хроматография применяется для выделения небольших количеств чистых компонентов (или смесей) в лабораторных условиях.

Промышленная хроматография используется для получения чистых веществ в значительных количествах.

Приведенная выше классификация хроматографических методов не является исчерпывающей, так как в последние годы появился ряд комплексных (гибридных) хроматографических методов.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >