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:
- На поверхности сорбента имеются активные участки, свободное силовое поле которых способно так или иначе фиксировать молекулы сорбата.
- Каждый такой активный участок поверхности адсорбента способен фиксировать только одну молекулу сорбата. При этом образуется мономолекулярный слой, экранирующий силовое поле активных участков адсорбента.
- Количество активных участков ограничено и, в общем случае, пропорционально степени развитости поверхности.
- 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
- гидрофобные (неполярные): активированные угли, полимеры (полиамиды)
- гидрофильные (полярные): силикагель, оксид алюминия, кизельгур, целлюлоза, ионообменные смолы
Требования к сорбентам
- химическая инертность
- селективность
- постоянство стандартных свойств
- регенерируемость
- 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.