Хроматография: сущность, классификация, основные характеристики элюентной колоночной хроматографии

Хроматография - это метод разделения и анализа смесей веществ, основанный на различном распределении компонентов смеси между двумя несмешивающимися фазами - одна из которых должна быть подвижной, а другая неподвижной (ПФ, НФ). Смесь внедряется в ПФ при контакте с поверхностью НФ компоненты смеси распределяются между ПФ и НФ в соответствии с их свойствами (адсорбируемостью, растворимостью и др.) Устанавливается динамическое равновесие, вследствие чего молекулы разделяемой смеси часть времени находятся в НФ, а часть - в ПФ. Вдоль хроматографической системы движутся только те молекулы, которые находятся в ПФ. Разные вещества обладают различным сродством к ПФ и НФ. Вещество, сильнее взаимодействующее с НФ, будет медленнее двигаться через хроматографическую систему по сравнению с веществом, слабее взаимодействующим с НФ. Для разделения разных молекул НФ должна обладать хотя бы одним из их основных свойств:

1) физически сорбировать вещества, находящиеся в ПФ;

2) химически сорбировать вещества, находящиеся в ПФ;

3) растворять разделяемые вещества;

4) иметь пористую структуру и поэтому удерживать одни вещества и не задерживать другие, в зависимости от их размеров или формы.

Хроматографический метод является универсальным для разделения и анализа смесей веществ самой различной природы. В зависимости от конкретных задач он видоизменялся, вследствие чего возникло много вариантов метода (см. табл. 1).

В настоящее время хроматографические методы классифицируют по следующим признакам:

1) агрегатному состоянию ПФ и НФ;

2) механизму взаимодействия веществ, анализируемой смеси и сорбента;

3) природе явлений, лежащих в процессе разделения;

4) способу оформления метода;

5) методу проведения анализа.

По агрегатному состоянию ПФ может быть жидкой (жидкостная хроматография) или газообразной (газовая хроматография).

НФ может быть твердым телом или жидкостью, нанесенной на материал-носитель. В соответствии с этим в жидкостной хроматографии различают жидкость-жидкостную хроматографию (НФ и ПФ - жидкие) и жидкотвердофазную (ПФ - жидкая, а НФ - твердая), а в газовой хроматографии газотвердофазную (ПФ-газ, НФ-твердая) и газожидкостную (ПФ-газ, НФ-жидкость).

Таблица 1.

Разделение веществ протекает по разным механизмам в зависимости от природы сорбента и веществ анализируемой смеси.

По механизму взаимодействия вещества и сорбента различают сорбционные методы, основанные на законах распределения, и гельфильтрационные (гельпроникающие), основанные на различии размеров молекул и разделяемых веществ. Наиболее многочисленны сорбционные методы: адсорбционные, распределительные, ионообменные и осадочные.

В соответствии с классификацией по второму признаку выделяют адсорбционную, распределительную, осадочную и ситовую хроматографию.

В том случае, когда НФ-твердое вещество, способное адсорбировать определяемое вещество, то хроматографию называют адсорбционной. В основе адсорбционной хроматографии лежит концентрирование разделяемых веществ на твердой поверхности выбранного адсорбента. Необходимая для этого энергия обусловлена физическими ван-дер-ваальсовыми силами межмолекулярного взаимодействия в системе адсорбат - адсорбент (молекулярная хроматография) или силами химического взаимодействия, действующими в процессе обмена ионов разделяемых компонентов с поверхностными ионами применяемого ионного адсорбента (хемосорбционная хроматография). В обоих случаях главное условие разделения - различие энергии поглощения разделяемых веществ.

Если НФ является жидкостью и анализируемое вещество способно в ней растворяться, то оно распределяется между подвижной и неподвижной фазами. Такая хроматографическая система является распределительной.

Распределительная хроматография основана на различной растворимости разделяемых веществ в заданном растворителе. Природа сил межмолекулярного взаимодействия обусловлена как Ван-дер-Ваальсовыми силами, так и специфическими (водородными) силами межмолекулярного взаимодействия. Поскольку разделение протекает на границе двух несмешива