Знайомство з екстракційної хроматографією.

Принцип екстракційної хроматографії нескладний і полягає в тому, що в якості нерухомої фази використовується екстрагентів, нанесений на порошкоподібний пористий матеріал. Цим матеріалом заповнюється хроматографічна колонка, яка являє собою скляну трубку з краном внизу. Рідина (елюент) в колонку надходить зверху під дією власної сили тяжіння.

Безумовно, таке оформлення процедури експерименту не сприяє великій ефективності поділу хроматографіруемих речовин. Величини ВЕТТ в більшості випадків не перевищує 1-2 мм. При довжині колонки в 200 мм виходить, що число теоретичних тарілок становить 100-200 штук. Така невисока ефективність хроматографічних екстракційних систем припускає специфічну сферу застосування: розділення речовин, що володіють великими відмінностями характеристик втримання. У зв'язку з цим, в екстракційної хроматографії поширені 3 схеми організації процесу поділу. Перша схема вирішує завдання щодо відділення домішок від основної речовини проби. Передбачається, що основна речовина добре утримується екстрагентів на відміну від домішок. Безперешкодно проходячи через колонку, домішки, відділені від основного речовини, що надходять на аналіз. Друга схема полягає тому, що на першому етапі методики все компоненти суміші поглинаються екстрагентів колонки. Потім компоненти послідовно вимиваються елюентом, склад якого змінюється за потребою. Третя схема є поєднанням перших двох. Прикладом останньої схеми може служити поділ Ni2 + і Fe3 + трібутілфосфатом. Використання як елюента 4М HCl призводить до того, що нікель НЕ утримується на колонці, а залізо сідає на екстрагентів. Після того, як весь нікель вимивається, міняється склад елюент на 0,01 М розчин HCl. Після такої заміни з колонки починає виходити залізо. Таким чином відбувається поділ нікелю і заліза.

Познайомившись коротко з можливостями екстракційної хроматографії, мимоволі виникає думка про доцільність переходу від класичної екстракції до екстракційної хроматографії. Чи є переваги у хроматографії, якщо ефективність колонок невисока? Незважаючи на це, тим не менш, переваги є! По-перше, ступінь очищення, при застосуванні екстракційної хроматографії, поза сумнівом, вище. По-друге, хроматографічна технологія простіше, оскільки відсутні деякі трудомісткі стадії екстракції, наприклад, поділ фаз.

Розглянувши самі загальні принципи, зупинимо свою увагу на деталях експерименту, які не мене важливі.

1. Носії і екстрагентів.

Для екстракційної хроматографії потрібні носії, які мають низку певних важливих властивостей:

міцним утримуванням екстрагентів;

задовільною ємністю по відношенню до екстрагентів;

розвиненою пористої поверхнею;

механічної міцністю;

гідрофобною поверхнею.

Пояснимо необхідність тільки деяких властивостей, тому що не всі викладені пункти мають потребу в поясненні.

Розвинена пориста поверхня носія потрібна для того, щоб плівка екстрагентів на поверхні була як можна тонше, оскільки це впливає на ефективність хроматографічне колонки. Чим тонше плівка, тим вище ефективність.

Згадка про гідрофобною поверхні зроблено у зв'язку з тим, що деякі носії, що мають розвинену поверхню, гідрофільних. Мова йде про силікагелі та оксиду алюмінію. Для того щоб можна було їх використовувати в екстракційної хроматографії, слід спеціально гідрофобізована їх поверхню. Гідрофобізація проводиться парами діметілдіхлорсілана, а також тріметілхлорсілана, гексаметілдісілазана. Процес протікає 1-2 діб. Після обробки носій сушать при 120 0С 15-120 хвилин. Гідрофобізована можна також, перемішуючи діметілдіхлорсілан з носієм.

Однак, для екстракційної хроматографії, ще частіше ніж силікагель та окис алюмінію, застосовуються різні полімери, які не потребують гідрофобізації: фторопласт-4, політріфторхлоретілен, кель-F та ін

Від екстрагентів потрібно тільки дві важливі властивості: як можна менша розчинність в елюенте і хороша оборотність переходу екстрагуються речовини в органічну фазу і назад.

2. Виготовлення хроматографічне колонки.

Перед заповненням колонки, носій повинен бути приготований до роботи, тобто просочений екстграгентом. Існує декілька способів нанесення екстрагентів. Застосування того чи іншого способу нанесення екстрагентів залежить у великій мірі від його летючості. Нелетучих екстрагентів наносяться таким чином: готується розчин екстрагентів в летючому органічному розчиннику, отриманим розчином просочується носій, розчинник піддається примусової отгонкой або випаровується самостійно. Для летючих екстрагентів необхідно використовувати 2-ий спосіб. Він полягає в тому, що носій заливають надлишком екстрагентів. З цієї суміші готується колонка, а потім екстрагентів поступово витісняється з колонки порціями елюента. Третій спосіб нанесення екстрагентів відрізняється від другий тільки тим, що носій заливається не чистим екстрагентів, а розчином екстрагентів в розчиннику, який у свою чергу розчинний у елюенте. Якщо це можливо, то краще застосовувати третій спосіб, так як його перевага полягає в тому, що він дозволяє рівномірно розподіляти на носії малі кількості екстрагентів. Крім того, розшарування екстрагентів при контакті з елюентом відбувається не так швидко, що благотворно позначається на якості набивання колонки.

хроматографічна колонка може бути заповнена носієм 2-ма способами. Перший спосіб ( "сухий") полягає в заповненні колонки сухим носієм. Після заповнення через колонку пропускається елюент для того, щоб позбутися від бульбашок повітря. Другий спосіб, званий суспензійним, полягає в тому, що в колонку поміщається суспензія наповнювача в елюенте або екстрагентів. Суспензія додається малими порціями і акуратно утрамбовується скляною паличкою. Досвід показує, що краще використовувати 2-ий спосіб, тому що дозволяє обійти утомливий етап боротьби з бульбашками повітря.

3. Детектування.

На превеликий жаль, в екстракційної хроматографії не використовуються універсальні датчики, які б виробляли аналітичні вимірювання в потоці. Необхідні вимірювання проводяться не безперервно, а дискретно, проводячи регулярний відбір проб. Відібрані проби аналізуються найрізноманітнішими методами: від фотометрії до радіометрії. Я не випадково згадав радіометри, тому що простота і висока чутливість аналізу з використанням радіоактивних ізотопів привертають велика кількість дослідників.

Проби на аналіз відбирають або, вважаючи краплі елюента, або набираючи елюент в спеціальну мірну посуд. Краще використовувати метод рахунку крапель, тому що він дозволяє більш точно здійснювати відбір проб. Для рахунку крапель використовується різноманітне обладнання. Наприклад, в інституті Гідроцветмет застосовувалася конструкція, схема якому відображена на малюнку.

З малюнка видно, що пристрій складається з електродів, які замикає падаюча крапля елюента. Момент замикання відбивається імпульсом в електричному ланцюзі, а імпульс реєструє лічильник імпульсів ПП-15А. Конденсатор у схемі потрібний для того, щоб скоротити час імпульсу, тому що занадто тривалі імпульси прилад не реєструє.

4. Визначення параметрів колонки.

Тільки одна закономірність відрізняє теорію екстракційної хроматографії від класичної:

Vr = D Vs,

де Vr -- утримуваний обсяг хроматографіруемого речовини;
D - коефіцієнт розподіл цієї речовини між органічною і водною фазою;
Vs - загальний обсяг екстрагентів, що знаходиться в колонці.

В іншому розрахунки нічим не відрізняються від загальноприйнятих (див. Розрахунки в хроматографії ). Однак простіше робити розрахунки, користуючись фронтальним методом хроматографії, благо техніка екстракційної хроматографії дозволяє це зробити. Для фронтальної кривий число теоретичних тарілок розраховується за такою формулою [1,2]:

N = Vmr Vr/(V mr - V 0.159) 2 ,

де Vmr -- утримується загальний обсяг, тобто утримуваний обсяг плюс вільний обсяг колонки.

Решта позначення можна зрозуміти, подивившись на малюнок.

Ця формула розрахунку виведена мною і хороша тим, що є наслідком розрахунків, враховують загальне перерозподіл речовини в хроматографічне колонці. А запропонована увазі читачів книги "екстракційна хроматографія "(за редакцією Т. Брауна і Г. Герсіні) формула, має яскраво виражений емпіричний характер, що трохи применшує її цінність:

N = Vmr V0.157/(V mr -- V 0.157) 2.

Список літератури

1. Немирівський А.М., Сухоручко В.І. Розрахунок ефективності хроматографічних систем/Заводская лабораторія. 1994. т.60. N6. С. 1-4.

2. Немирівський А.М. Розрахунки у фронтальній хроматографії/Заводська лабораторія. 1996. N3. С. 13-15.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.novedu.ru/