Распределительная хроматография на бумаге. Добро пожаловать бумажная хроматография бумажная хроматография Техника проведения бумажной хроматографии рисунки

БУМАЖНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ, метод разделения, идентификации и количественного определения веществ; один из плоскостных вариантов жидкостной хроматографии, в котором в качестве неподвижной фазы или инертного носителя неподвижной фазы используют специальную бумагу. Метод бумажной хроматографии предложен А. Мартином и Р. Сингом в 1944 году для анализа смесей аминокислот.

Разделение компонентов смеси происходит вследствие распределения веществ между неподвижной фазой и подвижной (элюентом); равномерное продвижение элюента вдоль слоя неподвижной фазы обеспечивается капиллярной структурой бумаги. Перенос компонентов элюентом происходит с различными скоростями в соответствии с их коэффициентом распределения. В результате на хроматограмме вещества образуют отдельные зоны (пятна), положение которых характеризуется величинами R f - относительной скоростью перемещения. Экспериментально величину R f определяют как отношение расстояния, пройденного веществом, к расстоянию, пройденному за это же время элюентом; R f ≤1; величина R f зависит от природы вещества, состава подвижной фазы, типа бумаги, техники эксперимента и не должна зависеть от концентрации определяемого вещества и присутствия других веществ. Окрашенные зоны на хроматограмме наблюдают визуально, неокрашенные проявляют реагентами, образующими с компонентами разделяемой смеси окрашенные или флуоресцирующие соединения. Идентификация веществ может быть основана на сопоставлении величин R f исследуемого и стандартного растворов. Количественный анализ осуществляют непосредственно на хроматограмме (по размеру пятна, спектрам поглощения или отражения, с помощью денситометрии, радиометрии и пр.) или после отделения (например, экстрагированием) вещества хроматографической зоны от целлюлозной основы (для определения используют спектрофотометрические, флуориметрические, атомно-абсорбционные и другие методы).

Бумажные хроматограммы можно получать путём восходящего, нисходящего или горизонтального (радиального) движения элюента; используя повторное разделение, получают двухмерные хроматограммы. Разделение проводят в закрытых камерах (стаканах, цилиндрах и др.), насыщенных парами подвижной фазы. Для разделения гидрофильных соединений используют специальную хроматографическую бумагу (из целлюлозных волокон), содержащую в качестве неподвижной фазы воду или иониты. Для разделения нерастворимых в воде соединений бумагу гидрофобизируют ацетилированием или пропиткой гидрофобными веществами (парафин, каучук, органические реагенты и др.). В качестве элюентов используют различные растворители или их смеси, водные растворы органических и неорганических кислот, спиртов, электролитов и пр.

Методом бумажной хроматографии можно анализировать малые количества (10 -9 -10 -6 г) химических соединений практически всех классов. Благодаря технической простоте и доступности бумажную хроматографию используют при обнаружении легко разделяемых веществ, при проверке индивидуальности органических соединений, определении следов элементов в геохимическом анализе и пр.

Лит.: Хроматография на бумаге. М., 1962; Хроматография. Практическое приложение метода. М., 1986. Т. 1-2; Основы аналитической химии / Под редакцией Ю. А. Золотова. 2-е изд. М., 1999. Кн. 1.

Для разделения компонентов смеси методом бумажной хроматографии на полоску фильтровальной хроматографической бумаги в 2-4 см от конца ее помещают каплю анализируемого образца, а конец полоски опускают в растворитель, который начинает двигаться по бумаге под действием капиллярных сил. Для предотвращения дегидратации бумаги подвижную фазу обычно насыщают водой. При движении подвижной фазы компоненты исследуемого образца, нанесенного на бумагу вблизи старта, распределяются между движущимися растворителем и пленкой воды, удерживаемой целлюлозой. При этом компоненты движутся с разной скоростью в виде зон, размер которых обычно несколько больше размера начального пятна. Хроматографию на бумаге обычно проводят в закрытом сосуде (рис. 1), чтобы избежать испарения растворителя при хроматографировании. При восходящей хроматографии верхний конец полоски бумаги закрепляют в держателе, а нижний опускают в растворитель, который налит в низкую кювету или чашку Петри, расположенную на дне сосуда, в котором проводится хроматографирование. Для этих целей можно использовать также большой мерный цилиндр, на дно которого наливают подвижную фазу, а сверху закрывают стеклом.

Рис. 1 - Хроматография на бумаге: А - восходящая хроматограмма; Б - нисходящая хроматограмма; 1 - сосуд для хроматографирования; 2 - резервуар с растворителем; 3 - хроматографическая бумага; 4 - стартовые точки; 5 - разделенные компоненты; 6 - фронт растворителя

При нисходящей хроматографии растворитель движется вниз по бумаге из расположенного в верхней части сосуда резервуара с растворителем. Таким способом можно элюировать отдельные компоненты.

Проявление бумажных хроматограмм в принципе не отличается от описанного для тонкослойных.

Эффективность бумажной хроматографии зависит как от типа бумаги, так и от состава подвижной фазы. Сорта бумаги отличаются пористостью, толщиной, степенью гидратации. По скорости движения растворители различают быстрые, средние и медленные бумаги. Наиболее распространенные типы хроматографических бумаг - ленинградская, ватман и др.

Наиболее распространенные системы растворителей: СН3СООН-Н2O (15:85 объем), 1-бутанол - СН3СООН-Н20 (4:1:5), 2-пропанол - NH3 (конц.) - Н2O (9:1:2), 1-бутанол - 1,5 н. NH3 (1:1), фенол - вода и др. Состав подвижной фазы обычно подбирают экспериментально или ориентируясь на данные, приведенные в справочниках или монографиях по бумажной хроматографии.

Использование ионообменной бумаги позволяет сочетать достоинства бумажной хроматографии и ионного обмена. Такую бумагу получают путем смешения ионообменной смолы с целлюлозой, используемой для изготовления бумаги.

Бумажная хроматография имеет большое значение для качественного анализа. Использование ее в количественном анализе ограниченно.

3.4. Хроматография на бумаге

По механизму разделения различают распределительную, адсорбцион­ную, осадочную и другие виды бумажной хроматографии (БХ). В распре­делительной жидкость-жидкостной хроматографии бумага, приготовлен­ная из специальных сортов хлопка, выполняет роль носителя неподвижной жидкой фазы (НФ), в качестве которой часто выступает вода, адсорбиро­ванная парами бумаги. В таком случае гидрофильная бумага используется для нормально-фазовой хроматографии.

Растворителями (ПФ) являются спирты (метанол, этанол, н-пропанол, бутанол), простые эфиры (этиловый, метиловый), кетоны (ацетон, ацетил-ацетон), эфиры органических кислот (метилацетат, этилацетат), пиридин, хлороформ. Чаще используются смеси растворителей. Так, для разделения неорганических неполярных веществ употребляют системы:

Ацетон: НCl: Н 2 О (в различных соотношениях);

Н-бутанол, насыщенный НСl (различной концентрации);

Н-бутанол: 0,1М НNОз - ацетилацетон.

Для разделения некоторых органических веществ используют метод обращенных фаз. В этом методе для придания бумаге гидрофобного харак­тера ее импрегнируют (пропитывают) нафталином, парафином, раствором каучука, силиконом и др. Такая бумага служит носителем для неполярных растворителей в качестве НФ. В качестве ПФ применяют смеси кислот с низшими спиртами.

Обращеннофазовая бумажная хроматография использу­ется, например, для разделения и идентификации полинасы­щенных жирных кислот при изучении состава липидов, вы­деленных из животных тканей. Бумагу пропитывают 5% рас­твором силикона, в качестве ПФ используют 85% раствор уксусной кислоты.

Рис.3.4.1. Виды бумажной хроматографии

Разделение веществ в распределительной БХ осуществляется благодаря различию в скоростях движения компонентов при многократном повторе­нии актов экстракции и сорбции. Скорость перемещения компонентов за­висит от их коэффициентов распределения (как и в методе экстракции).

По направлению движения элюента (ПФ) различают восходящую, нис­ходящую и радиальную (круговую) хроматографию.

Если элюент движется по бумаге вверх, метод называют восходящей (а) бумажной хроматографией; при его движении сверху вниз - нисходя­щей (б) бумажной хроматографией. Очень быстро можно осуществить хроматографический анализ методом радиальной (в) бумажной хромато­графии, в котором используется бумажный круг (г) с фитилем, опущен­ным в элюент. (рис. 3.4.1)

Иногда при сложном составе пробы не удается разделить ее компонен­ты с помощью одного растворителя. Тогда применяют двумерную хрома­тографию. В угол квадратного листа хроматографической бумаги наносят хроматографической бумаги наносят раствор пробы и хроматографируют сначала в одном элюенте, затем, по­вернув хроматограмму на 90, - в другом. Первый элюент производит предварительное разделение компо­нентов пробы, второй окончатель­ное (рис.3.4.2).

Рис.3.4.2. Двухмерная хроматография

Для проведения хроматографии на бумаге используют стеклянные герметизированные камеры. Внутри ка­меры в верхней (нисходящий вариант) или нижней ее части (восходящий вариант) помещают сосуд для подвижной фазы (лодочку).

Радиальную хроматографию можно осуществить в чашке Петри. Детекцию зон, идентификацию и количественное определение в БХ проводят также, как и в методе тонкослойной хроматографии.

Методом распределительной жидкостной бумажной хроматографии успешно анализируют смеси катионов в неорганическом качественном анализе, смеси аминокислот и других органических кислот, пептидов, пес­тицидов, фенолов, красителей, синтетических поверхностно-активных ве­ществ.

3.5. Гельпроникающая (молекулярно-ситовая) хроматография

Гельпроникающая хроматография (ГПХ) представляет собой метод разделения молекул, основанный на различии из размеров.

В качестве НФ в ГПХ используют частицы, имеющие определенные размеры пор. Это различного рода гели (мягкие, полужесткие и жесткие). В качестве ПФ служат водные или органические элюенты. Принцип разде­ления молекул в ГПХ состоит в том, что молекулы анализируемых ве­ществ распределены между неподвижным растворителем в порах сорбента и растворителем, протекающим через слой НФ. Молекулы, которые имеют размеры, позволяющие им проникать в поры сорбента при движении вдоль колонки, часть времени теряют на пребывание в порах. Молекулы, имею­щие размеры, превышающие размеры пор, не проникают в сорбент и вы­мываются из колонки со скоростью движения элюента. Молекулы, кото­рые проникают в поры всех размеров, движутся наиболее медленно. Сни­жение скорости движения веществ вдоль колонки тем больше, чем в боль­шее число пор способны диффундировать распределяемые частицы.

Таким образом, при помощи ГПХ можно разделить смеси веществ в за­висимости от размеров их молекул. Выход веществ из колонки происходит в порядке уменьшения их молекулярной массы. Так можно разделить полипептиды, белки и другие макромолекулы.

Гельпроникающая хроматография на колонке используется для очистки пестицидов, а также жирорастворимых витаминов перед их определением методом ВЖХ.

Электрофорез

Метод анализа, основанный на способности заряженных частиц к пере­движению во внешнем электрическом поле называют электрофорезом (от “электро” и греческого phoresis - перенесение).

Электролиз относится к методам разделения без превращения веществ, на основе заряда частиц. По технике выполнения метод аналогичен хроматографии, поэтому и рассматривается в этой главе.

Рис 3.5.1. Схема прибора для электрофореза.

Нередко под электрофорезом понимают перемещение коллоидных час­тиц или макромолекул, в отличие от иовофореза - перемещения неоргани­ческих ионов малого размера.

Передвижение частиц при электрофорезе зависит от ряда факторов, ос­новными из которых являются: напряженность электрического поля; вели­чина электрического заряда; скорость и размер частицы; вязкость, рН и температура среды, а также продолжительность электрофореза.

Электрофорез можно проводить как в свободном растворе (фронталь­ный электрофорез), так и на носителях (зональный электрофорез). Послед­ний вариант предпочтительнее, т.к. носители способствуют стабилизации электрофоретических зон. В качестве носителей используют: фильтро­вальную бумагу, силикагель, крахмал, оксид алюминия, поливинилхлорид, агаровый и полиакриламидный гели и др.

Электрофоретическое разделение осуществляют на бумаге, в тонком слое сорбента, колонке или в блоке (который часто формируют из суспен­зии крахмала в подходящем электролите).

Аппаратура для электрофо­реза выполняется по единой схеме: источник тока, камера для электрофореза, два элек­трода, соединяющих камеру с источником тока и приспособ­ление для сбора и идентифика­ции разделенных веществ (по­следний блок в некоторых слу­чаях отсутствует). Для элек­трофореза используют как готовые наборы аппаратуры (универсальный прибор для иммуноэлектрофореза и электрофореза белков на бумаге и крахмале, набор для электрофоре­за в полиакриламидном геле венгерской фирмы Реанал), так и наборы, со­ставляемые экспериментатором из отдельных приборов.

На рис. 3.5.1 представлена схема прибора для электрофореза на бумаге. Электрофоретическая камера состоит из двух кювет, в которые помещают графитовые электроды и раствор проводящей жидкости (буферный рас­твор). Выше кювет находится подставка для носителя бумаги. Смесь ве­ществ, подлежащих разделению, наносят на пропитанную проводящей жидкостью бумагу. Бумагу подсушивают, помещают на подставку, концы погружают в кюветы, затем камеру плотно закрывают крышкой. После пропитывания бумаги проводящей жидкостью подключают электрический ток. По окончании электрофореза бумагу подсушивают. Качественную и количественную оценку осуществляют, применяя методы, используемые в бумажной хроматографии, например, проявление белков с помощью кра­сителей, количественную оценку - методом денситометрии.

Важной областью применения электрофореза является анализ белков сыворотки крови, аминокислот гидролизатов белков, нуклеиновых кислот и т.п. В кислотном буферном растворе аминокислота находится в виде катиона NHз + ......COOH, который будет перемещаться к катоду, в то время как в щелочном буфере аминокислота превращается в анион NH 2 ....COO - , и будет дви­гаться к аноду. В изоэлектрической точке аминокислота находится в растворе в виде биполяр­ного иона NH 3 + ......COO - и не будет передвигаться в электрическом поле.

Рис. 3.5.2. Электрофореграмма (а) и схемы (б) белковых фракций.

A - белковые фракции сыров: 1, 17 – российского, 2, 16 - волжского, 3, 15 – “Орбита”, 4, 14 - колбасного, 5, 13 – голландского, 6, 12 – пошехонского, 7, 11 – “сырного” казеина после осаждения при pH 4,6, 8, 10 – молочной сыворотки, 9 – казеина по Гаммерстену, 18 – “городского”.

Б – белковые фракции сыра (I), сырного казеина (II)

Ввиду того, что отдельные белки и аминокислоты имеют различные изоэлектрические точки, при определенном значении рН они будут двигаться с различной скоро­стью. Подбирая соответствующие буферные растворы для установления определенной скорости движения и растворимости веществ, можно ис­пользовать электрофорез для их разделения. Метод позволяет разделять вещества, различие в изоэлектрической точке которых составляет до 0,02 единиц рН. Градиент рН в 0,02 единицы часто достигают прибавлением амфолитов, представляющих собой готовую смесь алифатических полиаминаполикарбоновых кислот.

Электрофоретическое разделение белков широко используется для оценки качества мяса и мясных продуктов, для дифференцирования вида мяса и рыбы. Метод также применяется для выявления немясных добавок (белков молока, сои, яиц) в мясных продуктах. С помощью электрофореза в полиакриламидном геле можно охарактеризовать изменение белков в процессе созревания сыров (рис.3.5.2).

В настоящее время используют высокоэффективный капиллярный электрофорез, например, для анализа витаминов в диетических продуктах (жирорастворимых А, Е, К, Д; водорастворимых - B 1 , B 2 , B 6 , B 12 , С, никотинамида); и для определения анионов (сульфат - хлорид-, иодид-) в мо­лочных продуктах.

В настоящее время получили развитие следующие виды хроматографии на бумаге: одномерная, двумерная, круговая и электрофоретическая. Одномерную и двумерную выполняют в двух вариантах (рис. 6); восходящим и нисходящим потоком растворителя.

Рис.6

Одномерная восходящая хроматография. (рис. 6 а). 1-5 мкл исследуемого раствора капилляром наносит на полосу хроматографической бумаги в 2 см от нижнего края. Если неподвижная фаза - вода, то бумагу специально не обрабатывают, так как воздушно-сухая бумага содержит до 20 - 22% влаги. Подвижную фазу, насыщенную неподвижной, наливают на дно сосуда для хроматографирования (в цилиндр или пробирку).

Полосу бумаги нижним карем опускают в жидкость, а верхний край закрепляют так, чтобы бумага свободно свисала вниз, не касаясь стенок сосуда. Под действием капиллярных сил подвижная жидкость поднимается вверх по бумаге и разделяет компоненты смеси, которые при различных значениях Rf движутся по слою бумаги с неодинаковыми скоростями. Опыт считается законченным, когда фронт подвижной фазы почти достигнет верхнего края бумажной полосы. После этого хроматограмму извлекают из сосуда, отмечают линию фронта, высушивают и проявляют.

Ширина полосы обычно 2 - 5 см в случае нанесения одной пробы. Длина ее определяется условиями разделения. При одновременном хроматографировании ряда растворов берут широкую полосу бумаги; вдоль ее нижнего края проводят линию старта, на которую наносят капилляром исследуемые растворы на расстоянии 2--3 см друг от друга.

Одномерная нисходящая хроматография.

В верхней части цилиндра (см. рис. 6б.) укрепляют небольшую ванночку, в которую наливают подвижный растворитель, насыщенный неподвижным. На дно цилиндра помещают бюкс с неподвижным растворителем, насыщенным подвижным. Это создает в цилиндре атмосферу насыщенных паров, предотвращающих испарениерастворителя с бумаги.

На, полоску бумаги на расстоянии 5 см от верхнего края наносят каплю исследуемого раствора; край полоски погружают в ванну с подвижной фазой. Растворитель из ванны стекает под действием капиллярных сил и силы тяжести вниз по бумаге. Опыт считается законченным, когда фронт растворителя, достигнет 3-- 5 см от нижнего края бумаги.

Круговая хроматография . Для получения круговой хроматограммы в центр круга хроматографической бумаги вносят каплю исследуемого раствора. Работу удобно проводить в эксикаторе. Диаметр бумажного круга должен быть на 2--3 см больше диаметра нижней узкой чисти эксикатора. Круг укладывают над узкой частью эксикатора, в которую налита смесь неподвижного и подвижного растворителей. Для подачи растворителя в круге вырезают полоску от края круга до центра («фитиль»), отгибают ее вниз и опускают в растворитель. На полученной хроматограмме разделяемые вещества образуют концентрические круги.

Двумерная хроматография. Если одним растворителем разделить сложную смесь не удается, применяют последовательно два растворителя с разными коэффициентами распределения.

Для двумерной хроматографии применяют квадратные листы бумаги размером 20X 20, 30X30, 40X40 см. В начале опыта исследуемый раствор наносят на бумагу в ее левом углу на расстоянии 5 см от левого и от нижнего краев. После высушивания пятна бумагу помещают в сосуд для хроматографирования, опускают нижний край в один из выбранных растворителей и хроматографируют по восходящему методу. После высушивания бумагу, повернув на 90° против часовой стрелки, помещают в новый сосуд для хроматографирования, содержащий второй растворитель, и хроматографируют по восходящему методу. После проявления получают двумерную хроматограмму.

Бумага для хроматографирования. В распределительной хроматографии к бумаге предъявляются следующие требования: она должна быть химически чистой, химически и адсорбционно нейтральной, однородной по плотности, обеспечивать определенную скорость движения растворителя. В СССР выпускают четыре сорта хроматографической бумаги: № 1, 2, 3, 4. Каждый номер отличается от другого по плотности, а следовательно, и по скорости движения растворителя. Бумага № 1 и 2 называется «быстрой», а № 3 и 4 -- «медленной». Хроматографическая бумага должна содержать достаточное количество неподвижной фазы. Обычные сорта бумаги гидрофильны, поэтому в случае применения воды в качестве неподвижной фазы не требуется специально увлажнять бумагу.

Для разделения некоторых смесей нерастворимых в воде органических соединений целесообразно гидрофильную бумагу превратить в гидрофобную. Для этого бумагу ацетилируют, обрабатывая 10 г бумаги смесью 9 мл уксусного ангидрида, 100 мл петролейного эфира и 8--10 капель концентрированной серной кислоты. После ацетилирований бумагу пропитывают различными гидрофобными веществами (1%-ный раствор парафина в петролейном эфире, 0,5%-ный раствор каучука в бензоле и т. п.). Первостепенное значение для разделения смеси хроматографическим путем на бумаге имеет правильный выбор растворителей. В табл. 7 приведены подвижные фазы, наиболее часто применяемые в бумажной хроматографии для разделения смесей (неподвижная фаза -- вода).

Проявление бумажных хроматограмм . В большинстве случаев хроматограмма на бумаге после высушивания остается бесцветной. Поэтому полученные хроматограммы проявляют. Для этой цели служат растворы различных веществ, при взаимодействии которых с компонентами анализируемой смеси образуются окрашенные соединения. Качественно обнаружить вещества в проявленной хроматограмме можно и по люминесценции в ультрафиолетовом свете.

Для идентификации компонентов смеси на хроматограмме применяют метод «свидетелей». Этот метод основан на том, что коэффициент распределения Rf практически не зависит от присутствия посторонних веществ.

Международный Фестиваль «Звезды Нового Века» - 2013

Естественные науки (от 14 до 17 лет)

Ученический проект

Хроматография

Выполнила: ученица7а класса

БлохинаТатьяна

Проверила: учитель химии

Волховский районный химический клуб

МОБУ «Волховская СОШ№1»

г. Волхов

1. Введение…………………………………………………..стр3

2. Цель, методы, вопросы проекта…………………………стр4

3. и открытие хроматографии. …………………..стр5

4. Хроматография. Методы хроматографии…………………стр.8

5. Экспериментальная часть………………………………..стр.13

6. Применение хроматографии…………………………….стр.

7. Литература…………………………………………………стр.

Цель: Изучить суть одного из самых используемых методов химического анализа - хроматографии, провести эксперименты, которые возможно осуществить в школьных условиях.

Проблемные вопросы проекта :

· Что такое хроматография?

· Какие виды хроматографии существуют?

· Какие из них можно использовать в школьных условиях?

· Какие вещества можно выделить из смеси с помощью хроматографии?

· Можно ли обнаружить вещества, не имеющие окраски?

· Какие из доступных хроматографических методов более совершенны?

Этапы проекта

1. Сбор информации по теме проекта

2. Проведение эксперимента

3. Составление тезисов и создание презентации

1.Введение

Хроматография - один из самых распространенных методов химического анализа во всех лабораториях мира. Создатель метода - - будучи ботаником, назван среди ста величайших химиков всех времен и народов именно за создание метода.

Биологическая хиимя" href="/text/category/biologicheskaya_hiimya/" rel="bookmark">биохимик растений. Создал храмотагрофический метод. Исследовал пигменты листьев растений, получил в чистом виде хлорофиллы a, b и c и ряд изомеров ксантофилла. Открытие Цвета получило широкое применение и признание с начала 1930-ых годов при разделении и идентификации различных пигментов, витаминов , ферментов, гормонов и других органических и неорганических соединений и послужило основой для создания ряда новых направлений аналитической химии (газовая хроматография, жидкостная хроматография, тонкослойная хроматография).

Даже фамилия ему досталась биологическая - Цвет… Ведь у растений цветы - квинтэссенция их бытия , надежда на вечную жизнь. А может, в фамилии отразился не какой-то конкретный цвет сирени или ольхи, а оттенок, окраска, цвет неба или травы.
Свое имя он как будто зашифровал в названии своего главного открытия. Слово «хроматография» образовано из двух греческих корней: «хроматос» - цвет, окраска и «графия» - запись.
Михаил Семенович родился 14 мая 1872 года в интернациональной семье русского и итальянки. Как говорили, этот брак был заключен по большой любви.
Образование он получил в Швейцарии, в Женевском университете. Там же в 1896 году Цвет защитил диссертацию на степень доктора естественных наук.
Михаил Семенович в совершенстве владел немецким, французским, итальянским и английским языками . В 1897 году он переехал на историческую родину отца, в Россию.
Некоторое время доктор Цвет работает в Петербургской биологической лаборатории, основанной П. Лесгафтом. Но счастливым городом для него стала Варшава, куда ученый переехал в 1902 году. В том же году Цвет защитил магистерскую диссертацию на тему «Физико-химическое строение хлорофилльного зерна» и получил должность доцента.
Цвет был первым, кому удалось установить, что существуют только две модификации (видоизменения) хлорофилла: хлорофилл А и хлорофилл В. Произошло это в 1903 году. До этого в науке считалось, что в каждом растении содержится свой вид хлорофилла: березовый, лишайниковый, фиалковый и т. д. Цвет сузил поиск хлорофиллов до двух форм. И сделал он это с помощью изобретенного им самим метода.

Этот метод был принципиально нов, прост и сложен одновременно. Профессор насыпал в стеклянную трубку тонко измельченный порошок очищенного мела, смочил его бензолом и налил сверху немного раствора хлорофилла. Верхний слой мела при этом окрасился в ярко-зеленый цвет. После этого исследователь осторожно, по каплям начал добавлять растворитель - бензол. Зеленое колечко вслед за растворителем стало постепенно опускаться вниз по трубке. И тут (о, чудо!) Михаил Семенович заметил, что широкое колечко разделилось на несколько узких. Появилась желтая полоса, она двигалась медленнее других и потому расположилась выше них. Под ней последовательно шли желто-зеленая и зелено-синяя полоски, потом еще две желтые разной ширины и ниже всех- светло-желтая. Путем тщательного анализа исследователь определил, что над самой верхней полоской расположена еще одна, бесцветная.

Рис. 1. Хроматографическое разделение

пигментов зеленого листа, полученное

в опыте Цвета.

Так сложное вещество оказалось разделенным на компоненты, подобно тому, как световые лучи разлагаются на спектр.
Как уже говорилось, новый метод разделения сложных веществ на компоненты был назван хроматографией. Название сохранилось, хотя цвет в современных хроматографических методиках перестал играть какую-либо роль.
Что же лежит в основе этого метода? Раствор вытяжки из листьев соприкасается с порошком мела и обесцвечивается, окрашивая мел (сорбент). На поверхности частиц сорбента осаждаются все соединения, входящие в состав смеси. Они могут переходить обратно в раствор (элюент) и снова сорбироваться на поверхности порошка мела. Процессы осаждения - растворения (сорбции - десорбции) за время движения «колечка» в колонне происходят многократно.
Между раствором (в бензоле, как, например, у Цвета) и сорбентом (мелом) устанавливается наконец равновесие: на поверхности частиц оказывается львиная доля молекул растворенного вещества, а в растворе их почти не остается.
Тайну хроматографии раскрывают именно те немногие молекулы, которые увлекаются вниз по трубке вместе с потоком растворителя. По пути они медленно вновь осаждаются на другие частицы мела, а вместо них в раствор переходят новые молекулы. Поток растворителя непрерывно поступает сверху в трубку. В верхней части постепенно становится все меньше сорбированных веществ, а в нижней - все больше.
Весь фокус в том, что молекулы с разным строением или составом по-разному сорбируются на поверхности сорбента. Одни из них сильнее прикрепляются к мелу, другие - слабее. Одни дольше находятся в растворе и меньше в связанном состоянии, а другие - наоборот. Те молекулы, которые дольше задерживаются в растворе, склонны быстрее опускаться вниз по колонке. Постепенно окрашенная смесь разных веществ разделяется на составные части. Каждое вещество сосредоточивается в своем слое. Если колонка (трубка) достаточной длины, то компоненты смеси довольно далеко отходят друг от друга. Каждое цветное кольцо соответствует определенному компоненту. А их расположение относительно друг друга образует хроматограмму, исследуя которую химики-аналитики могут определить состав вещества. А такая вертикальная хроматография получила устойчивый эпитет «колоночная».
С помощью колоночной хроматографии можно не только определять качественный состав смеси веществ, но и разделять ее на компоненты, по очереди вымывая «колечки» растворителем в отдельную посуду. Метод пригоден также для сверхтонкой очистки вещества.
Сделав свое открытие, Михаил Семенович идет дальше, расширяя область исследований. В. период с 1908 по 1910 год он преподает ботанику в Варшавском политехническом институте и одновременно продолжает изучение зеленого пигмента растений. В 1910 году Цвет защищает диссертацию на степень доктора ботаники. Тема исследования следующая: «Хлорофиллы в растительном и животном мире». Конечно же, проводя эксперименты, Михаил Семенович применял свой могущественный метод, но только в качестве инструмента, средства, а не цели. Он так и не дождался признания. И никогда не узнал, что его гениальному изобретению будут обязаны своими открытиями не менее шести лауреатов Нобелевской премии.
С 1917 года профессор Цвет преподает в Юрьевском (ныне Тартусском) университете. Но в 1918 году война и лишения заставляют Михаила Семеновича податься в более хлебные места. Таковым он посчитал город Воронеж. В должности профессора Воронежского университета он провел последний год своей жизни.
26 июня 1919 года ученый умер от голода и болезней, как умирали многие русские люди во время гражданской войны.
Метод Михаила Семеновича Цвета широко применяется во многих областях науки и техники. Появилась газожидкостная, бумажная, ионообменная хроматография, хроматография в тонком слое.
С помощью ионообменной хроматографии можно избавить воду от жесткости или опреснить ее. Она же помогла разделить смесь изотопов редкоземельных элементов. Радиоактивность каждой капли раствора, вытекающего из ионообменной колонны, определяется отдельно. Оказалось, что чем выше порядковый номер элемента в таблице Менделеева, тем быстрее он выходит из колонны при хроматографическом разделении. Чередование элементов удивительным образом соответствует их взаимному положению в Периодической системе: америций (95), за ним - кюрий (96), берклий и, наконец, калифорний (98).
Так метод Цвета принял участие в глобальных атомных проектах XX века.
В 1992 году на скромной могиле ученого в Воронеже было установлено надгробие с эпитафией: «Ему было дано открыть хроматографию, разделяющую молекулы, объединяющую людей».

ХРОМАТОГРАФИЯ

Хроматографией называется экспериментальный метод разделения компонентов смеси между стационарной (неподвижной) фазой и подвижной фазой*. По характеру стационарной фазы хроматография подразделяется на два типа - адсорбционную и распределительную.

В адсорбционной хроматографии стационарной фазой является твердое вещество. Это твердое вещество адсорбирует порцию каждого компонента из смеси.

Адсорбция вещества происходит в том случае, когда оно поглощается поверхностью другого вещества. Адсорбцию не следует путать с абсорбцией , которая происходит, когда одно вещество диффундирует в объеме другого вещества и поглощается всем объемом, а не поверхностью этого второго вещества (рис. 6.40).

В распределительной хроматографии стационарной фазой является жидкость. Компоненты смеси распределяются между этой жидкостью и подвижной фазой.

Принцип хроматографического разделения заключается в том, что подвижная фаза непрерывно перемещается над стационарной фазой, и по мере этого под влиянием стационарной фазы происходит разделение компонентов смеси на ней.

Оба этих основных метода хроматографии включают две главные стадии: 1) распределение компонентов смеси между двумя фазами; 2) разделение компонентов смеси на стационарной фазе или в ней непрерывным потоком подвижной фазы.

Тот компонент смеси, который имеет больший коэффициент распределения D, остается преимущественно растворенным в подвижной фазе и, следовательно, быстро перемещается над стационарной фазой. Компонент с меньшим коэффициентом распределения D остается преимущественно адсорбированным на твердой стационарной фазе или абсорбированным в жидкой стационарной фазе. По мере перемещения подвижной фазы над стационарной фазой этот компонент медленно передвигается вдоль стационарной фазы.

Хроматография играет особо важную роль в органическом синтезе при разделении и выделении компонентов смеси. Она используется в количественном и качественном анализе для идентификации разделенных компонентов смеси, а также для определения частоты анализируемого вещества.

Термин «хроматография» не вскрывает сути обсуждаемой методики разделения смесей. Слово хроматография по-гречески означает цветопись. Дело в том, что первые хроматографические методики применялись для разделения смесей окрашенных веществ.

Различают основные пять методов хроматографического анализа:

1. Адсорбционный

2. Распределительный

3. Ионообменный

4. Осадочный

5. Эксклюзионный

I. Адсорбционная хроматография основана на избирательной адсорбции отдельных компонентов анализируемой смеси соответствующими адсорбентами. При работе этим методом анализируемый раствор пропускают через колонку, заполненную мелкими зернами адсорбента. Применяют адсорбционную хроматографию для разделения неэлектролитов, паров и газов.

II. Распределительная хроматография основана на использовании различия коэффициентов сорбируемости отдельных компонентов анализируемой смеси между двумя несмешивающимися жидкостями. Одна из жидкостей (неподвижная) находится в порах пористого вещества (носителя), а вторая (подвижная) представляет собой другой растворитель, не смешивающийся с первым. Этот растворитель пропускают через колонку с небольшой скоростью. Различные величины коэффициентов распределения обеспечивают неодинаковую скорость движения и разделения компонентов смеси. Коэффициент распределения вещества между двумя несмешивающимися растворителями есть отношение концентрации вещества в подвижном растворителе к концентрации того же вещества в неподвижном растворителе: (К = Сподв/Снеподв).

Иногда в качестве носителя для неподвижного растворителя вместо колонки используют полоски или листы фильтровальной бумаги, не содержащей минеральных примесей. В этом случае каплю испытуемого раствора наносят на край полоски бумаги, которую подвешивают в закрытой камере, опустив ее край с нанесенной на нее каплей испытуемого раствора в сосуд подвижным растворителем (движителем), который, перемещаясь по бумаге, смачивает ее. При этом каждое содержащееся в анализируемой смеси вещество перемещается с присущей ему скоростью в том же направлении, что и движитель. Такой вид распределительной хроматографии называют бумажной хроматографией.

Особым видом распределительной хроматографии является газожидкостная хроматография (ГЖК). В качестве неподвижной фазы используют различные нелетучие жидкости, нанесенные на инертный твердый носитель; в качестве подвижной фазы - газообразные азот , водород , гелий, двуокись углерода и др. Разделение смесей методом ГЖК осуществляется в колонках, представляющих собой трубки с внутренним диаметром 1 - 6 мм и длиной 1 - 5 м, заполненные инертным носителем, например диатомитом, пропитанным нелетучей жидкостью, или стальные и стеклянные капилляры диаметром 0,2 - 0,3 мм и длинойм с жидкой фазой, нанесенной на стенки этих капилляров (капиллярная газожидкостная хроматография).

Так как многие органические соединения, например биополимеры, перевести в газовую фазу затруднительно или вообще невозможно, то для таких веществ применяется жидкостная хроматография высокого давления (молекулярная жидкостная хроматография). В качестве неподвижной фазы применяются мелкопористые инертные носители, покрытые пленкой различных полимеров, нерастворимых в органических растворителях. Заполнение колонок (диаметром 0,мм) неподвижной фазой проводят под давлением в атм., благодаря чему добиваются высокой однородности и плотности заполнения и, следовательно, эффективности разделения. Элюирование разделяемых веществ осуществляется пропусканием через колонку какого-либо подходящего органического растворителя или их смеси под давлением ватм.

III. Ионообменная хроматография основана на использовании ионообменных процессов, протекающих между подвижными ионами адсорбента и ионами электролита при пропускании раствора анализируемого вещества через колонку, заполненную ионообменным веществом (ионитом). Иониты представляют собой нерастворимые неорганические и органические высокомолекулярные соединения, содержащие активные (ионогенные) группы. Подвижные ионы этих групп способны при контакте с растворами электролитов обмениваться на катионы или анионы растворенного вещества. В качестве ионитов применяют окись алюминия (для хроматографии), пермутин, сульфоуголь и разнообразные ионообменные вещества - ионообменные смолы. Иониты делят на катиониты, способные к катионному обмену (содержат активные группы: - SO3H, - COOH, - OH); аниониты, способные к анионному обмену (активные группы: - NH2, =NH); амфолиты – ионообменные вещества, обладающие амфотерными свойствами.

Фрагмент катионита: Катионный обмен: RH + KtAn = RKt + Han

Фрагмент анионита: Анионный обмен: ROH + HAn = RAn + H2O

IV. Осадочная хроматография основана на различной растворимости осадков, образуемых различными компонентами анализируемой смеси со специальными реактивами, нанесенными на высокодисперсное вещество. Анализируемые растворы пропускают через колонку, заполненную пористым веществом (носителем). Носитель пропитан реактивом-осадителем, который образует с ионами раствора осадки, имеющие различную растворимость. Образовавшиеся осадки в зависимости от растворимости располагаются в определенной последовательности по высоте колонки.

V. Эксклюзионная (молекулярно-ситовая) хроматография основана на разной проницаемости молекул компонентов в неподвижную фазу (высокопористый неионогенный гель). Эксклюзионная хроматография подразделяется на гельпроникающую (ГПХ), в которой элюент – неводный растворитель, и гель-фильтрацию, где элюент – вода.

Экспериментальная часть

(Бумажная хроматография, колоночная хроматография, тонкослойная хроматография)

1. Хроматография на бумаге

Разделите методом хроматографии на бумаге следующие смеси:

А) зеленый фломастер

Б) синий фломастер.

Цель эксперимента: освоить метод бумажной хроматографии, научиться определять разницу между чистыми веществами и смесями.

Оборудование : стаканчик с водой, полоска фильтровальной бумаги (10 см х 2 см), зелёный фломастер. На расстоянии 2 см от конца полоски проводится фломастером горизонтальная линия (параллельно меньшей стороне). Необходимо опустить этот конец в воду, чтобы нарисованная линия была над поверхностью воды. Наблюдаем, как намокает бумажная полоска, вода поднимается по ней вверх, доходит до нарисованной линии и увлекает краску с собой.

А далее мы увидим, как зелёная линия расплывается и оказывается двухцветной вверху – голубой цвет, ниже – зедёный. Данный опыт позволил определить, что зелёная краска фломастера на самом деле состоит из двух красок.

Синий цвет также разделился.

Замечание: использовать фломастеры с чернилами на водорастворимой основе (не маркеры для подписи дисков), не использовать туалетную бумагу – поднятие воды происходит слишком быстро, и картина получается размытая. Можно попробовать бумажное полотенце. Если нет фильтровальной бумаги, можно отрезать поля у газеты (только время затрачивается на наблюдение больше).

2.Изготовление хроматографической колонки

В качестве хроматографической колонки используем стеклянные трубки диаметром 6=8 мм и длиной 12-15см.

С одного краяв трубку помещаемнебольшой ватный тампон. Колонку наполовину заполняем сухим сорбентом – оксидом алюминия. Порошок сорбента уплотняем. Колонку закрепляем в лапке штатива.

О пыт. Разделение смеси катионов в хроматографической колонке

Берем растворы хлорида железа (III), сульфата меди(II), хлорида кобальта(II). Окраска этих растворов: желтая, голубая, розовая. Наливаем в стакан по 10 капель каждого рас­твора и перемешиваем стеклянной палочкой. Набираем пипеткой 1 мл смеси и медленно, по каплям выливаем её в хроматографическую колонку. Каждую порцию жидкости вносим только после того, как впитается предыдущая. Через некоторое время в колонке появляются цветные кольца адсорбированных ионов. Для более чёткого распределения цветных колец добавим в хроматографическую колонку 3-4 капли воды. По окраске зон определим расположение катионов в колонке с сорбен­том.

https://pandia.ru/text/78/355/images/image011_20.jpg" align="left" width="227" height="303 src=">

Полученная хроматограм му - так называют результат проведённой хроматографии - и указывает распределение катионов.

Таким образом, хроматография позволяет достаточно быстро разделить смесь, состоя­щую из близких по свойствам компонентов.

Для проведения хроматографии в качестве сорбентов можно использовать не только оксид алюминия, но и другие вещества, на­пример оксид магния, крахмал, карбонат кальция. Последний - основной компонент скорлупы куриного яйца.

Опыт Разделение смеси катионов на скорлупе куриного яйца

Возьмём половинку скорлупы куриного яйца, предварительно очищенную от плёнки. Ватной палочкой, смоченной в этиловом спирте, протрём её внутреннюю поверх­ность. Возьмём приготовленную для преды­дущего опыта смесь растворов трёх солей (FeCl3, CuS04, СоС12). Нанесём одну каплю смеси на внутреннюю сторону скорлупы. Когда жидкость впитается, на то же место нанесём ещё одну каплю этой смеси. После впитывания жидкости добавим в центр пят­на одну каплю воды. Фотографируем полученную хроматограмму.

Сравним расположение цветных зон на скорлупе с результатом предыдущего опыта. Обращает внимание сходство в последова­тельности расположения цветных зон. Это объясняется тем, что разные ионы адсорби­руются по-разному: одни сильнее, другие сла­бее. От этого зависит скорость их продвиже­ния по сорбенту. Если расположить катионы, находящиеся в анализируемой смеси, в по­рядке уменьшения их адсорбционной способ­ности, получим следующий ряд:

Fe3+ → Cu2+ → Co2+

https://pandia.ru/text/78/355/images/image013_19.jpg" align="left" width="144" height="162 src=">В лабораториях вместо яичной скорлупы применяют специальные пластинки из стек­ла, алюминия или пластмассы. На них пред­варительно наносят тонкий слой сорбента, поэтому такую хроматографию называют тонкослойной. Данный метод хроматографи-рования был предложен советским учёным в 1938 г.

https://pandia.ru/text/78/355/images/image015_17.jpg" align="left hspace=12" width="181" height="175">

https://pandia.ru/text/78/355/images/image017_11.jpg" align="left" width="158" height="158 src=">.jpg" align="left" width="154" height="163 src=">

Опыт «Разделение пятна от фломастера на бумаге»

Нам понадобится кружок фильтровальной бумаги. В центре круга сделаем жирную точ­ку чёрным фломастером (можно использо­вать тот же фломастер, что и в предыдущем домашнем опыте). Воспользуемся чашкой, на которую положим бумажный кружок. На­несём пипеткой в центр пятна капли воды.

https://pandia.ru/text/78/355/images/image021_8.jpg" align="left" width="226" height="246 src=">Практические работы" href="/text/category/prakticheskie_raboti/" rel="bookmark">практической работы я познакомилась с различными способами выполнения хроматографии

Хроматография - это метод разделения смесей, основанный на разной скорости движения молекул различных веществ в разных средах. Поэтому молекулы здесь разделяются. Для человечества этот метод позволил совершить качественный скачок вперед, создать в науки новые направления, провести новые исследования, сделать важные открытия, объединяя единомышленников в работе над каждой из проблем.

Литература

1. , «Химия. Вводный курс. 7 класс » Москва. Дрофа.2009г;

2. , . «Химия. Рабочая тетрадь 7 класс» Москва Дрофа.2009г.

3. Хроматография – простой способ анализа сложных веществ (Наука и жизнь. № 2, 1998 г.)

4. Изучение хроматографии на занятиях элективного курса (Химия в школе №5, 2012 г)

Информационная поддержка и Интернет-ресурсы

1.http://adalin. *****/l_01_00/l_01_10d. shtml

2. http://www. *****/art/ch-act/0325.php

3. http://*****/articles/565314/

4. http:///?p=94

5.Фото из личного архива