Инструментальные методы исследования органических веществ

1.

Федоров Сергей Владимирович
Инструментальные методы
исследования органических
веществ

2.

Хроматографические методы
(часть 1)

3.

Хроматографические
методы
Методы разделения в химии:
Фильтрование – разделение, основанное на фазовых свойствах субстанций.
Перегонка – разделение смеси жидкостей на основании разницы в их
температурах кипения.
Центрифугирование – позволяет разделять вещества по их плотности.
Экстракция – это извлечение вещества из раствора или сухой смеси с
помощью растворителя, практически не смешивающегося с исходной смесью.
Электрофорез – общее название многих методов разделения молекул при
помощи электричества.
Хроматография – метод, основанный на использовании явления адсорбции.

4.

Хроматографические
методы
История
День рождения хроматографии – 21 марта 1903 г.
М.С. Цвет (русский ученый-ботаник) опубликовал статью, в
которой сформулировал принцип нового метода и наглядно
показал
возможность
отделения
зеленой
части
хлорофилловых пигментов листьев от желтой и оранжевой
с помощью углекислого кальция (адсорбента).
Сообщение «О новой категории адсорбционных явлений
и о применении их к биохимическому анализу».
С 1930 хроматография стала
разнообразных направлениях.
1938-1941 ТСХ и БХ
С 50-х газовая хроматография
С 60-х жидкостная хроматография
развиваться
в
самых
Михаил
Семёнович
Цвет
(1872-1919)

5.

Хроматографические
методы
Исторические достижения хроматографии
1915 - Рихард Мартин Вильштеттер (Нобелевская премия по химии за
исследования хлорофиллов);
1938 - Рихард Кун (Нобелевская премия по химии за адсорбционную
хроматографию каратиноидов и витаминов);
1938 - Арчер Портер Мартин, Рихард Лоуренс Миллингтон Синдж (первый
противоточный экстрактор с использованием воды и хлороформа для
разделения олигопептидов;
1938 - Измаилов, Шрайбер (Первые работы по тонкослойной
хроматографии);
1940 - Использование жидкость-жидкостной хроматографии для разделения
аминокислот;
50-е годы Арчер Портер Мартин, Энтони Траффорд Джеймс (первый
газовый хроматограф)
1952 - Дж. Мартин, Р. Синг (Нобелевская премия за открытие
распределительной хроматографии);
1956 - Шталь (Использование тонкослойной хроматографии как
аналитического метода).

6.

Хроматография
Хроматография – физико-химический метод, используется
для разделения и концентрирования веществ.
Хроматография
(от греч. сhroma - цвет
и graphos - запись)
Служит для идентификации и количественного
определения органических и неорганических веществ

7.

Хроматография
Хроматография –
наука
о
межмолекулярных
взаимодействиях и переносе молекул или частиц в
системе несмешивающихся и движущихся друг
относительно друга фаз.
Хроматография
–
основана
на
распределении
компонентов между двумя фазами – подвижной и
неподвижной.
Хроматография – динамический метод, связанный с
многократным повторением сорбционных и десорбционных
процессов, так как разделение происходит в потоке
подвижной фазы.

8.

Хроматография
Сорбция (sorbeo – лат. – поглощаю, втягиваю) – поглощение
газов,
растворенных
веществ
твердыми
и
жидкими
поглотителями.
Адсорбция – поглощение растворенных или газообразных
веществ на поверхности твердого или жидкого тела.
Абсорбция – поглощение веществ во всем объеме твердой или
жидкой фазы.
Десорбция – отдача сорбированного вещества.
Ионный обмен – это обратимая химическая реакция, при
которой происходит обмен ионами между твердым веществом
(ионитом) и раствором электролита.

9.

Хроматография
Основные понятия метода
Неподвижная фаза (сорбент) – твердое вещество или пленка
жидкости, нанесенная на твердое вещество.
• НФ не должна вступать в химические реакции с подвижной фазой и
Подвижная
(элюент) - жидкость или газ, протекающий
разделяемымифаза
веществами;
через
неподвижную
фазу.
• НФ должна
обладать механической
прочностью;
• чистота;
зерна сорбента
должны
быть одинаковой степени дисперсности.
химическая
инертность;
Сорбат – вещество, удерживаемое сорбентом (компоненты
• совместимость с детектором; безопасность; доступность;
разделяемой
смеси).
• достаточная
растворяющая
способность
по
отношению
анализируемым
веществамих
и низкая
вязкость
(дляподвижной
жидкостей). фазы
Элюат
– выходящий
колонки
поток
компонентами разделяемой смеси.
к
с
Хроматограмма – результат регистрирования зависимости
концентрации компонентов на выходе из колонки от времени.

10.

Хроматография
Разделение веществ
Молекулы разных компонентов разделяемой смеси
обладают различной адсорбируемостью; время их
пребывания (скорость передвижения) в неподвижной фазе
различны.
Компоненты анализируемой смеси вместе с подвижной
фазой перемещаются вдоль неподвижной фазы.
Так как компоненты смеси обладают разным сродством к
сорбенту, то через одно и тоже время одни компоненты
задержатся в начале пути, другие продвинутся дальше
вдоль сорбента, то есть произойдет их разделение.

11.

Хроматография
Хроматографическое разделение смеси на компоненты А и В
А+В
А
В
В
А
системный
пик

12.

Хроматография

13.

Хроматография
Применение:
• определяют газообразные, жидкие и твердые вещества с
молекулярной массой от единиц до 106 (ионы металлов полимеры)
• получают информацию о строении и свойствах
органических соединений многих классов.
Области:
Достоинства:
• биохимия и медицина,
• фармацевтика,
• криминалистика,
• пищевая промышленность,
• мониторинг окружающей среды.
• универсальность,
• экспрессность,
• чувствительность.

14.

Хроматография
Хроматография классифицируется:
• по агрегатному состоянию фаз
• по механизму взаимодействия сорбента и сорбата
• по технике выполнения (аппаратура)
• по способам проведения
• по цели проведения

15.

Хроматография
По агрегатному состоянию фаз:
• газовая (ПФ)
• жидкостная (ПФ)
- газотвердофазная
- газожидкостная
- жидкостно-твердофазная
- жидкостно-жидкостная
(ответвление ВЭЖХ)
По механизму взаимодействия сорбента и сорбата:
• адсорбционная – основана на различии в адсорбируемости
веществ твердым сорбентом;
• распределительная – основана на различной растворимости
разделяемых веществ в НФ (газожидкостная хроматография) или
на различной растворимости веществ в ПФ и НФ (жидкостная
хроматография);

16.

Хроматография
По механизму взаимодействия сорбента и сорбата
(продолжение):
• ионообменная – на разной способности веществ к ионному обмену;
• эксклюзионная – на различии в размерах и формах молекул
разделяемых веществ;
• аффинная – на специфических взаимодействиях, характерных для
некоторых биологических и биохимических процессов (антитело и
антиген, гормон и рецептор и др.);
• осадочная – на образовании отличающихся по растворимости
осадков разделяемых веществ с сорбентом;
• адсорбционно-комплексообразовательная – на образовании
координационных соединений разной устойчивости в фазе или на
поверхности сорбента.

17.

Хроматография
По технике выполнения:
• колоночная – разделение проводится в специальных колонках
• насадочная – заполняют сорбентом (насадкой)
• полая (капиллярная) – внутреннюю стенку капиллярной колонки
покрывают пленкой жидкости или пылью адсорбента
• плоскостная – разделение проводится на плоскости
бумажная – разделение проводится на специальной бумаге
тонкослойная – разделение проводится в тонком слое сорбента
По способам проведения:
• фронтальный метод
• проявительный (элюентный) метод
• вытеснительный метод

18.

Хроматография
Насадочные (набивные) колонки
Колонки
Тонкослойная
Капилярные колонки
Бумажная

19.

Хроматография
Вид хроматографии
НФ
ПФ
Механизм разделения
Газовая: газоадсорбционная
Твёрдое тело
Газ
Адсорбция
Газожидкостная
Жидкость на
носителе
Газ
Распределение (растворение)
Жидкостная: твердожидкостная Твёрдое тело
Жидкость
Адсорбция
Жидко-жидкостная
Жидкость на
носителе
Жидкость
Распределение
Ионообменная
Твёрдое тело
-//-
Обмен ионов
Осадочная
-//-
-//-
Образование
малорастворимых соединений
Комплексообразовательная
Жидкость на
носителе
-//-
Образование комплексных
соединений
Окислительновосстановительная
Твёрдое тело
Жидкость
Реакции окислениявосстановления

20.

Хроматография
По цели проведения:
• аналитическая – для
количественного анализа;
проведения
качественного
и
• препаративная – для получения веществ в чистом виде,
для концентрирования и выделения микропримесей;
• промышленная (производственную) – для автоматического
управления процессом (при этом целевой продукт из колонки
поступает в датчик);
• исследовательская
–
при
изучении
растворов,
каталитических процессов, кинетики химических процессов.

21.

Хроматография
Современные хроматографические методы:
• капиллярная газовая хроматография (КГХ)
• высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ)
• высокоэффективная тонкослойная хроматография (ВЭТСХ)
• высокоэффективная ионная хроматография (ВЭИХ)
• сверхкритическая флюидная хроматография (СКФХ)
• капиллярный электрофорез (КЭ)

22.

Инструментальные
методы анализа
Вопросы к лекции:
4. Хроматография – основы метода, основные понятия.
5. Принципы хроматографического разделения веществ.
6. Критерии и классификация хроматографических методов анализа.
7. Механизмы взаимодействия сорбента и сорбата.
8. Техники выполнения хромотографии.
9. Цели проведения хромотографии.
10. Современные хроматографические методы анализа.

23.

Федоров Сергей Владимирович
Инструментальные методы
исследования органических
веществ