Хроматография. Лекция 2. Молекулярная адсорбционная хроматография

Адсорбционная хроматография – метод хроматографии, в основе которого лежит многократное перераспределение молекул анализируемого вещества (сорбата) между подвижной фазой и поверхностью твердого сорбента в результате актов адсорбции и десорбции этих молекул. Если адсорбционные свойства компонентов хроматографируемой смеси различны, то при движении элюента через сорбент происходит разделение компонентов.

Теория адсорбции и уравнение Ленгмюра

Принимаются следующие допущения:

  1. На поверхности сорбента имеются активные участки, свободное силовое поле которых способно так или иначе фиксировать молекулы сорбата.
  2. Каждый такой активный участок поверхности адсорбента способен фиксировать только одну молекулу сорбата. При этом образуется мономолекулярный слой, экранирующий силовое поле активных участков адсорбента.
  3. Количество активных участков ограничено и, в общем случае, пропорционально степени развитости поверхности.
  4. На поверхности адсорбента происходит не только адсорбция, но и десорбция. В результате между поверхностью и ПФ устанавливается динамическое равновесие, определяемое равенством скоростей сорбции и десорбции.

Сорбенты

Должны быть пористыми — чем больше пор, тем лучше.

Классификация

  1. гидрофобные (неполярные): активированные угли, полимеры (полиамиды)
  2. гидрофильные (полярные): силикагель, оксид алюминия, кизельгур, целлюлоза, ионообменные смолы

Требования к сорбентам

  1. химическая инертность
  2. селективность
  3. постоянство стандартных свойств
  4. регенерируемость
  5. дисперсность

Изодисперсные сорбенты — сорбенты, частицы которых имеют одинаковый размер.
Достоинства: нет размывания зон
Недостатки: длительный процесс хроматографирования

Технические характеристики:

  • средний размер частиц
  • средний диаметр пор
  • удельная поверхность
  • насыпная плотность
  • активность

Таблица активности сорбентов по Брокману-Шоддеру

Активность Влажность, %
Al2O3 SiO2 MgSiO3
I 0 0 0
II 3 5 7
III 6 15 15
IV 10 25 25
V 15 38 35

Чем выше влажность, тем ниже активность и меньше время процесса хроматографирования.

Некоторые виды сорбентов

Силикагель

Способ получения:

 

Силикагель — слабокислотный сорбент, поэтому его не рекомендуется использовать для очень основных веществ.

Органические сорбенты

  • полиакриамидный гель
  • полистирольные смолы
  • полиамид
  • полиэтилен
  • декстрановый гель

Активированные угли

Тип активированного угля Диаметр пор, нм
ультрамикропористые менее 4
микропористые 0,4-0,2
мезопористые 2-50
макропористые более 50

Молекулярные сита (цеолиты)

Цеолиты – природные сорбенты, алюмосиликаты разных металлов, кристаллогидраты.

  • Группа шабазита
  • Группа натролита
  • Группа гейландита
  • Группа морденита

Пермутиты – синтетические неорганические сорбенты (иониты).

Достоинства:

  • Изопористость – отличительная черта молекулярных сит, строгая однородность структуры (фиксированный размер пор) ⇒ специфичность адсорбции (селективность к определенным классам) ⇒ возможность довести хроматографирование до уровня отдельных катионов.

Недостатки:

  • как правило, не подходят для хроматографирования органических веществ
  • недостаточная химическая и механическая устойчивость
  • невозможность многократной регенерации без потери качества
  • небольшая обменная емкость – ограничения по массе хроматографируемого вещества (из-за малого размера пор)

Поверхностно-пористые адсорбенты

Специально подготовленная неподвижная фаза – мелкие стеклянные шарики подвергают травлению (для улучшения адгезионных свойств) и наносят на поверхность тонкий слой сорбента.

Достоинства:

  • высокая механическая прочность
  • отсутствие глубоких пор ⇒ высокая скорость массообмена ⇒ высокая скорость хроматографического процесса
  • ППА позволяют вести хроматографирование в условиях, близких к равновесным

Недостатки:

Большая разница в соотношении сорбент-хроматографируемое вещество (30:1 и больше)

Растворители

Требования, предъявляемые к растворителям для хроматографии:

  • Инертность
  • Регенерируемость
  • Чистота
  • Легкость удаления
  • Маловязкий
  • Доступный
  • Недорогой
  • Должен хорошо растворять компоненты анализируемой смеси
  • Должен обеспечивать нормальную работу применяемого детектора

Эюотропные ряды растворителей

Для полярных сорбентов – по увеличению эффективности вытеснения.

  • Ряд Траппе
  • Ряд Ренна
  • Ряд Страйна

Для неполярных сорбентов – элюотропный ряд имеет обратный порядок.

В практике обычно используют смеси растворителей – для обеспечения плавного изменения полярности.

Требования к смесям растворителей:

  • Близость температур кипения компонентов
  • Точная дозировка

Часто используют азеотропные смеси растворителей – для удобства регенерации и без риска нарушения соотношения.

Смеси растворителей позволяют:

  • Точно подобрать элюирующую способность
  • Обойтись без использования дорогостоящих, дефицитных, токсичных растворителей
  • Обеспечить возможность перехода к градиентному режиму элюирования.

Градиентная хроматография

Градиентная хроматография – метод, при котором состав подаваемой подвижной фазы непрерывно изменяется так, что вытесняющая функция возрастает.

Изократический режим — хроматографирование, при котором в процессе разделения состав подвижной фазы не изменяется.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *