Транскрипт
1 УЧРЕЖДЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК ИНСТИТУТ ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ им. А.Н.НЕСМЕЯНОВА. НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЦЕНТР ПО ФИЗИКЕ И ХИМИИ ПОЛИМЕРОВ ГЕЛЬ-ПРОНИКАЮЩАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ ПОЛИМЕРОВ Задача спецпрактикума Благодатских И.В. МОСКВА
2 Оглавление. ОСНОВЫ ХРОМАТОГРАФИИ ПОЛИМЕРОВ. Движущие силы и режимы хроматографии полимеров..характеристики хроматографического пика. Концепция теоретических тарелок..3 Основы метода эксклюзионной (гель-проникающей) хроматографии. ПРОВЕДЕНИЕ ПРАКТИЧЕСКОЙ РАБОТЫ ПО АНАЛИЗУ ММР ПОЛИМЕРА МЕТОДОМ ГЕЛЬ- ПРОНИКАЮЩЕЙ ХРОМАТОГРАФИИ 3. ЛИТЕРАТУРА. ОСНОВЫ ХРОМАТОГРАФИИ ПОЛИМЕРОВ.. Движущие силы и режимы хроматографии полимеров. Хроматография - метод разделения веществ путем распределения между двумя фазами, одна из которых подвижна, а другая неподвижна. Роль подвижной фазы в жидкостной хроматографии играет жидкость (элюент), движущаяся в каналах между частицами вдоль колонки, заполненной пористым материалом (см. рис.). Рис.. Движение макромолекулы в хроматографической колонке: d k - размер каналов между частицами неподвижной фазы; d n - размер пор; R - размер макромолекулы; t s - время, проведенное макромолекулой в поре, t m - в подвижной фазе. Неподвижной фазой являются поры сорбента, заполненные жидкостью. Средняя скорость передвижения этой фазы вдоль оси колонки равна нулю. Анализируемое вещество перемещается вдоль оси колонки, двигаясь вместе с подвижной фазой и время от времени делая остановки при попадании в неподвижную фазу. Этот процесс иллюстрирует рис., где схематически изображено скачкообразное движение макромолекулы с размером R по каналам с размером d, соответствующим размеру частиц. Молекулы делают остановки в щелевидных порах, размер которых по порядку величины соответствует размеру макромолекул. Время между последовательными остановками может быть записано как:
3 t t s + t m + t k, () где t s - время пребывания молекулы в неподвижной фазе, t m d - время, проведенное молекулой в подвижной фазе (D - D коэффициент поперечной диффузии, t k - время перехода из подвижной фазы в неподвижную и обратно). Обычно в процессах высокоэффективной жидкостной хроматографии (Hgh Performance Lqud Chromatography в англоязычной литературе) в ее аналитическом варианте это время t k много меньше первых двух и его можно опустить в формуле (). Если число остановок при движении по колонке достаточно велико, то и общее время движения макромолекулы по колонке достаточно велико, по сравнению с характерным временем установления равновесия. В этом случае для определения вероятности нахождения макромолекулы в единице объема неподвижной фазы по отношению к подвижной фазе (или коэффициента распределения K d равного отношению концентраций в данных фазах) можно использовать методы равновесной термодинамики. А именно, коэффициент распределения будет определяться свободной энергией перехода макромолекулы из подвижной фазы в неподвижную: T S H G RT Kd exp exp () RT Для цепи, состояшей из N сегментов, K exp(N µ), (3) d где µ - изменение химического потенциала сегмента. Коэффициент распределения в хроматографии является фундаментальным понятием и определяется следующим образом: VR V K d (4) Vt V где V R - объем с которым выходит из колонки данное вещество, V - объем подвижной фазы, определяемый по выходу наиболее крупных макромолекул не попадающих в поры, V t - объем элюирования веществ, выходящих вместе с фронтом растворителя. Из (3) сразу можно видеть, что в зависимости от знака G, макромолекулы ведут себя различным образом при попадании в пору (см.рис.) : Рис.. если G>, то K d стремится к с ростом длины макромолекулы (при этом уменьшается и объем элюирования). Это соответствует эксклюзионному режиму хроматографии. При G< K d экспоненциально растет с ростом ММ и это соответствует адсорбционному режиму хроматографии. Таким образом, оба режима хроматографии могут рассматриваться в рамках единого механизма и, более того, плавно меняя энергию взаимодействия сегмента с поверхностью сорбента за счет состава растворителя или температуры, можно обратимо переходить от одного режима к другому. Экспериментально это было впервые показано в работе Тенникова и др. . Точка (для данной пары полимер - сорбент - это состав растворителя и температура), соответствующая равенству G, при которой происходит компенсация энтропийных потерь и энергетического выигрыша при каждом соударении сегмента макромолекулы со стенкой поры называется критической точкой адсорбции или критическими условиями хроматографии. Как видим, в этих условиях не происходит деления по ММ и это обстоятельство является предпосылкой для использования режима критической хроматографии для исследования разных типов молекулярной неоднородности полимеров, таких как число функциональных групп на концах цепи, состав блоксополимеров, топология 3
4 (наличие разветвленных или циклическтх макромолекул). Этот хроматографический метод является относительно новым и некоторые наиболее интересные результаты его применения можно найти, например, в работах [,3,4]. Режим хроматографии, соответствующий условию G< широко применяется для разделения низкомолекулярных соединений и называется, в зависимости от химической природы функциональных групп на поверхности сорбента, адсорбционной, нормальнофазной, обращеннофазной, ионпарной и т.д. хроматографией. Для полимеров его применение ограничено областью слабых взаимодействий вблизи критических условий и областью олигомерных макромолекул, т.к. с ростом длины цепи мы переходим к практически необратимой адсорбции макромолекулы на колонке. Наиболее важным для полимеров является режим эсклюзионной хроматографии или, как его еще называют, гельпроникающей хроматографии. Этот режим более подробно будет рассмотрен в следующем разделе, а сейчас мы перейдем к описанию некоторых важнейших хроматографических характеристик... Характеристики хроматографического пика. Концепция теоретических тарелок. После прохождения через хроматографическую колонку узкой зоны какого-либо монодисперсного вещества, на выходе мы получаем расширенную зону в виде пика приблизительно гауссова по форме (в случае хорошо упакованной колонки и правильно выбранной скорости хроматографии). Причины расширения пика лежат в различных диффузионных процессах, сопровождающих движение молекул вдоль колонки (см. например, соотношение ()). Наиболее важные характеристики пика - объем элюирования или V R или объем удерживания (относится к центру пика) и дисперсия пика, т.е. второй центральный момент (см.рис.3): σ h V V dv R. (5) Справедливы следующие соотношения между величинами, показанными на рис.3: σ, 43W W b. (6) 4 Рис. 3. Модель гауссова пика. Параметры уширения пика. Часто все эти величины выражаются в единицах времени, тогда говорят о времени удерживания и т.д., однако, в этом случае скорость потока элюента должна быть строго фиксирована. Существует простая феноменологическая теория описания относительного вклада расширения зоны в хроматографическое разделение. Это - теория тарелок. Хроматографическая колонка мысленно делится на ряд последовательных зон, в каждой из которых достигается полное равновесие между растворенным веществом в подвижной и неподвижной фазе. Физическую основу этого подхода составляет скачкообразное движение, описанное в начале первого раздела, и число теоретических тарелок в колонке связано с числом остановок при попадании в неподвижную фазу за время движения данного вещества по колонке. Чем больше это число, тем больше число теоретических тарелок и тем выше эффективность колонки. Число теоретических тарелок определяется следующим образом: 4
5 VR N σ V 5,54 W R V 6 W R b. (7) Поскольку эта величина меняется при изменении объема элюирования, правильно для характеристики эффективности колонки использовать неудерживаемое вещество, выходящее при K d..3. Основы метода эксклюзионной (гель-проникающей) хроматографии. Эксклюзионная хроматография (Sze Excluson Chromatography, SEC) или гель-проникающая хроматография (ГПХ, Gel Permeaton Chromatography, GPC) реализуется, когда поведение макромолекул в порах определяется энтропийной составляющей свободной энергии, а энергетическая составляющая мала по сравнению с ней. В этом случае, коэффициент распределения будет экспоненциально зависеть от соотношения размера макромолекулы и размера пор. Скейлинговая теория предсказывает сдедующие закономерности для случая пор соизмеримых с размером макромолекулы R K d Aexp D α, (8) где R an - характерный радиус идеальной цепи или 3 R an 5 для цепи с объемным взаимодействием, D - диаметр пор, α - показатель степени от 4/3 до в зависимости от принятой модели пор (щель, капилляр, полоса) и модели цепи (идеальная или неидеальная). Таким образом, поведение макромолекул в условиях эксклюзионной хроматографии определяется размером цепи. Размер макромолекулы определяется ее химическим строением, числом звеньев в цепи (или молекулярной массой), топологией (например, размер разветвленной макромолекулы или макроцикла уменьшается по сравнению с линейной макромолекулой того же химического строения). Кроме того, размер гибких макромолекул в определенной степени зависит от использованного растворителя благодаря эффекту исключенного объема. Тем не менее, метод ГПХ получил широкое распространение в лабораторной практике как метод разделения по молекулярным массам, определения средних молекулярных масс и молекулярно-массовых распределений (ММР). Развитие метода началось с середины 5-х годов, когда были созданы первые широкопористые органические сорбенты для высокоэффективной гель-проникающей хроматографии. Как можно видеть из соотношений (8), метод не является абсолютным для определения молекулярных масс, но требует соответствующей калибровки по стандартным (желательно, узкодисперсным) образцам с известной ММ, связывающей объем (или время) удерживания с ММ. Рисунок 4 иллюстрирует калибровочные кривые для полистирола в терминах lg V R на полужестких органических сорбентах фирмы Waters (crostyragel) с различным размером пор. Для анализа какого-либо полимера по молекулярным массам необходимо подобрать колонку с подходящим размером пор или серию колонок с разными порами или воспользоваться колонкой со смесью сорбентов с разными порами (колонка Lnear в приведенном примере). Разумеется, чтобы использовать метод ГПХ для анализа ММР необходимо обеспечить условия реализации эксклюзионного механизма разделения, не осложненного эффектами взаимодействия как срединных, так и концевых звеньев цепи. Речь идет об адсорбционном взаимодействии из неполярного растворителя или обращено-фазном взаимодействии неполярных фрагментов цепи при хроматографии гидрофильных полимеров в водной среде. Кроме того, водорастворимые полимеры, содержашщие ионизированные группы, способны к сильным электростатическим взаимодействиям и требуют особенно тщательного подбора условий хроматографии. Подбор условий включает в себя выбор подходящих по химическому строению для конкретного анализа сорбента и растворителя (элюента). 5
6 Рекомендации можно найти в руководствах фирмпроизводителей хроматографического оборудования, а также в справочниках и монографиях (см., напр. ), 6 V R, мл Рис. 4. Калибровочные кривые для колонок µstyragel. На рисунке указана фирменная маркировка колонок величиной, характеризующей размер пор сорбента, которая равна длине вытянутой цепи полистирола, исключенной по стерическим причинам из пор. Хроматографическая колонка является сердцем жидкостного хроматографа. В состав хроматографа входит, кроме того, ряд необходимых дополнительных устройств:)система подачи элюента (насос), обеспечивающая стабильный поток,) система ввода пробы без остановки потока (инжектор или автосамплер), 3)детектор - устройство, обеспечивающее формирование сигнала пропорционального концентрации вещества на выходе из колонки (детекторы бывают различного типа, наиболее популярны в гель-проникающей хроматографии рефрактометрические и спектрофотометрические детекторы), и 4) системы сбора и обработки данных на базе персонального компъютера. В современных хроматографах часто управление работой всех частей хроматографа также производится посредством управляющей программы, объединенной с системой обработки данных. Хроматограмма полимера, полученная в условиях эксклюзионной хроматографии F(V) является отражением функции его молекулярно-массового распределения W(). В силу закона сохранения вещества: F V dv W d (9) Для перехода от хроматограммы к функции ММР необходимо иметь калибровочную функцию V f(), тогда искомая функция будет W F(f) df () d Эти соотношения записаны без учета приборного уширения (ПУ). Реальная хроматограмма является результатом разделения образца по ММ при движении по колонке и одновременном перемешивании полимергомологов за счет размывания зон. Поэтому функцию F(W) в соотношении (9) следует понимать как хроматограмму исправленную на ПУ. Эта функция является решением интегрального уравнения Фредгольма I рода. Известно достаточно много способов коррекции на ПУ. См., например, . Однако, в современных высокоэффективных хроматографических системах в большинстве случаев вклад ПУ в хроматограмму невелик по сравнению с ММР и им можно пренебречь. Важнейшей процедурой является калибровка хроматографа по ММ исследуемого полимера. При наличии соответствующих узкодисперсных стандартов с разными ММ, определяют для них объемы элюирования (V R или Ve) и строят калибровочную зависимость подобную той, что показана на рис.4. Обычно калибровочное соотношение ищут в форме (): n lg C V e () Наиболее часто применяются полиномы первой или третьей степени. Полиномы нечетных степеней (3. 5, 7) наиболее точно описывают характерную форму калибровочных кривых с верхним и нижним пределами по ММ.. Наборы узкодисперсных стандартов существуют для таких полимеров как полистирол, полиизопрен, полиметилметакрилат,
7 полиэтиленоксид, декстраны и некоторые другие. Можно воспользоваться, кроме того, методом универсальной калибровки, впервые введенным в практику Бенуа и сотрудниками . Метод основан на том обстоятельстве, что гидродинамический объем макромолекул пропорционален произведению характеристической вязкости на молекулярную массу полимера и может быть использован как функция элюирующего объема в качестве универсального параметра для разных полимеров. Тогда мы строим универсальное калибровочное соотношение (), () lg η n BV e, () пользуясь набором каких-либо стандартов и известным соотношением Марка-Куна-Хаувинка (3): η K a. (3) Для перехода от соотношения вида () к калибровочной зависимости () для исследуемого полимера достаточно воспользоваться соответствующим ему соотношением Марка- Куна-Хаувинка, после чего получим (4): lg n B V e + a lg K. (4) В результате из даных гель-проникающей хроматографии можно найти средние молекулярные массы разной степени усреднения, которые, по определению, представляют собой следующие величины: () n - среднечисленная ММ, W () d W d w z W d W d W d W d - среднемассовая ММ, - z-средняя ММ. Отношения ММ разной степени усреднения характеризуют статистическую ширину ММР. Наиболее часто применяют отношение w / n, которое называют индексом полидисперсности. 4. ПРОВЕДЕНИЕ ПРАКТИЧЕСКОЙ РАБОТЫ ПО АНАЛИЗУ ММР ПОЛИМЕРА МЕТОДОМ ГЕЛЬ-ПРОНИКАЮЩЕЙ ХРОМАТОГРАФИИ Цель работы: Познакомиться с работой жидкостного хроматографа, методикой проведения хроматографического эксперимента, методикой калибровки хроматографа по узкодисперсным полимерным стандартам и расчета средних молекулярных масс. Оборудование:)Жидкостной хроматограф, состоящий из насоса, инжектора, термостата колонок, колонки с полимерным сорбентом и системы обработки данных на базе персонального компъютера.)Набор узкодисперсных стандартов с разными ММ (полистирольных или полиэтиленоксидных). 3) Исследуемый образец с неизвестными молекулярными массами. Порядок работы:) Приготовление раствора смеси стандартов. 7
8 ) Получение хроматограммы стандартов и определение их объемов удерживания (V e). 3) Построение калибровочной зависимости в виде (). 4) Приготовление раствора исследуемого полимера. 5) Получение хроматограммы исследуемого полимера. 6) Расчет средних ММ образца. На рисунке 5 представлен типичный пример хроматограммы полимерного образца, подготовленный для расчета средних ММ, а именно, проведена базовая линия, определяющая начало и конец хроматограммы, и затем хроматограмма разбита на равные доли вдоль оси времени, так называемые слайсы. n w z A, A A A, A A. Рис. 5. Для каждого слайса определяется его площадь A и молекулярная масса, соответствующая его середине, вычисляется из калибровочной зависимости. Затем вычисляются средние молекулярные массы: 8
9 3. ЛИТЕРАТУРА. М.Б.Тенников, П.П.Нефедов, М.А.Лазарева, С.Я.Френкель, О едином механизме жидкостной хроматографии макромолекул на пористых сорбентах, Высокомолек. соед, А, 977, т.9, N.3, с С.Г.Энтелис, В.В.Евреинов, А.И.Кузаев, Реакционноспособные олигомеры, М: Химия, Т.М.Зимина, Е.Е.Кевер, Е.Ю.Меленевская, В.Н.Згонник, Б.Г.Беленький, Об экспериментальной проверке концепции хроматографичкской "невидимости" в критической хроматографии блоксополимеров, Высокомолек. соед., А, 99, т.33, N6, с И.В.Благодатских, А.В.Горшков, Исследование адсорбционных свойств кольцевых макромолекул в критической области, Высокомолек. соед., А, 997, т.39, N6, с А.М.Скворцов, А.А.Горбунов, Скейлинговая теория хроматографии линейных и кольцевых макромолекул, Высокомолек. соед., А, т.8, N8, с Б.Г.Беленький, Л.З.Виленчик, Хроматография полимеров, М: Химия, W.W.Yau, J.J.Krkland, D.D.Bly, odern Sze-Excluson Lqud Chromatography, New York: John Wley & Sons, Е.Л.Стыскин, Л.Б.Ициксон, Е.Б.Браудо. Практическая высокоэффективная жидкостная хроматография. Москва Ch Wu, Ed.Column Handbook for Sze Excluson Chromatography, N-Y: Academc Press..Z.Grubsc, R.Rempp, H.Benor, J. Polym. Sc., B, 967, v.5, p
УЧРЕЖДЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК ИНСТИТУТ ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ им. А.Н.НЕСМЕЯНОВА. НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЦЕНТР ПО ФИЗИКЕ И ХИМИИ ПОЛИМЕРОВ Благодатских И.В ЖИДКОСТНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ ПОЛИМЕРОВ
1 Высокомолекулярные соединения (Лысенко Е.А.) Лекция 7. Фракционирование макромолекул 2 1. Понятие о фракционировании. 2. Препаративное фракционирование. 3. Метод турбидиметрического титрования. 4. Гель-проникающая
Лабораторная работа 7б Хроматографическое определение состава газовой фазы почв. Хроматография (от греч. chroma, родительный падеж chromatos цвет, краска) - физико-химический метод разделения и анализа
8. Вопросы 1. Дайте определение хроматографии. 2. Какие особенности хроматографии позволяют достичь лучшего разделения веществ с близкими свойствами по сравнению с другими методами разделения. 3. Перечислите
Московский физико-технический институт (Государственный университет) Кафедра молекулярной физики Физические методы исследования Лекция Газовая хроматография Теория и принципы г. Долгопрудный, ноября г.
04.07 Московский физико-технический институт Департамент молекулярной и биологической физики Физические методы исследования Лекция 8 Хроматография г. Долгопрудный, 6 апреля 07г. План. История возникновения
Московский физико-технический институт (Государственный р университет)) Кафедра молекулярной физики Физические методы исследования Лекция 0 Газовая хроматография г. Долгопрудный, 5 ноября 0г. План. История
Аналитическая химия 4 семестр, Лекция 17. Модуль 3. Хроматография и другие методы анализа. Хроматография. Принцип и классификация методов. 1. Принцип хроматографического разделения. Стационарная и подвижная
Открытие хроматографии(1903 г.) МИХАИЛ СЕМЕНОВИЧ ЦВЕТ (1872-1919) Основные этапы развития хроматографии 1903 г. Открытие хроматографии (Цвет М.С.) 1938 г. Тонкослойная или планарная хроматография (Измайлов
Московский физико-технический институт (Государственный университет) Департамент молекулярной и биологической физики Физические методы исследования Лекция 7 Газовая и жидкостная хроматография. Практическая
ГЛАВА 7 ГАЗОЖИДКОСТНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ Как метод анализа хроматография была предложена русским ботаником М. С. Цветом для решения частной задачи определения компонентов хлорофилла. Метод оказался универсальным.
Московский физико-технический институт Департамент молекулярной и биологической физики Физические методы исследования Лекция 9 Газовая хроматография Техника и методы эксперимента г. Долгопрудный, 3 апреля
Тема 5. Основы реологии. Вязкость растворов полимеров. Теоретическая часть. Вязкие жидкости и растворы высокомолекулярных веществ (ВМС) по характеру течения делятся на ньютоновские и неньютоновские. Ньютоновские
Преимущества колонок Agilent AdvanceBio SEC для эксклюзионной хроматографии при анализе биофармацевтических препаратов Сравнение колонок различных производителей для повышения качества данных Обзор технической
Московский физико-технический институт (Государственный университет) Департамент молекулярной и биологической физики Физические методы исследования Лекция 9 Жидкостная хроматография Методы и техника г.
Журнал Аналитической химии, 5, том 6, 7, c. 73-78 УДК 543.544 Моделирование газовой хроматографии при заданной зависимости константы Генри от температуры. 5г. Прудковский А.Г. Институт геохимии и аналитической
Колонки для эксклюзионной хроматографии Agilent AdvanceBio SEC для анализа агрегации: совместимость с приборами Обзор технической информации Введение Колонки Agilent AdvanceBio SEC это новое семейство
МУЛЬТИДЕТЕКТОРНая ГЕЛЬ-ПРОНИКАЮЩая ХРОМАТОГРАФИя для АНАЛИЗа ПОЛИМЕРОВ К.Свирский, Agilent Technologies, [email protected] Гель-проникающая хроматография единственная хроматографическая методика,
АННОТАЦИЯ рабочей программы учебной дисциплины «Введение в хроматографические методы анализа» по направлению подготовки 04.03.01 Химия по профилю подготовки «Аналитическая химия» 1. Цели освоения дисциплины
46. ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ РАЗДЕЛЕНИЯ Хроматографическими называют многостадийные методы разделения, в которых компоненты образца распределяются между двумя фазами неподвижной и подвижной. Неподвижная
МИНОБРНАУКИ РОССИИ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ХИМИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ Аннотированная рабочая программа дисциплины Хроматографические методы анализа Направление подготовки
Научно-технологическая компания СИНТЕКО М Е Т О Д И К А КОЛИЧЕСТВЕННОГО ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА КОФЕ И ЧАЯ НА СОДЕРЖАНИЕ КОФЕИНА МЕТОДОМ ЖИДКОСТНОЙ ХРОМАТОГРАФИИ. ДЗЕРЖИНСК 1997г. 1 Настоящий документ распространяется
Лекция 7 (9.05.05) ПРОЦЕССЫ ПЕРЕНОСА В ГАЗАХ Всякая термодинамическая система, под которой мы понимаем совокупность большого числа молекул, при неизменных внешних условиях приходит в состояние термодинамического
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уральский государственный университет им. А.М. Горького» ИОНЦ «Экология и природопользование»
Высокомолекулярные соединения (Лысенко Е.А.) Лекция 5 (-Температура). -температура и идеальность раствора.. -температура и фазовые равновесия. 3. -температура и размеры макромолекулярных клубков. .. Влияние
Лекция 6 Хроматографические методы анализа План лекции 1. Понятия и термины хроматографии. 2. Классификация хроматографических методов анализа. Хроматографическое оборудование. 3. Виды хроматографии: газовая,
Теория реального вещества. Наукой представлено большое число теории или законов реального газа. Наиболее известный закон реального газа Ван-дер-Ваальса, который увеличивает точность описания поведения
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ХИМИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ КАФЕДРА АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ П Р О Г Р А М М А С П Е Ц И А Л Ь Н О Г О К У Р С А «ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ» ДЛЯ СТУДЕНТОВ 5 КУРСА СПЕЦИАЛЬНОСТИ
Лекция 7. ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ 1. Поверхностное натяжение 1.1. Поверхностная энергия. До сих пор мы не учитывали существования границы раздела различных сред*. Однако ее наличие может оказаться весьма
Вязкоупругость полимерных жидкостей. Оснвные свойства полимерных жидкостей. К полимерным жидкостям с сильно переплетенными цепями относятся полимерные расплавы, концентрированные растворы и полуразбавленные
Московский физико-технический институт (Государственный р университет)) Кафедра молекулярной физики Физические методы исследования Лекция 9 Хроматография. Введение г. Долгопрудный, 9 октября 0г. План.
АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ УДК 543.544 АДСОРБЦИОННАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ В АНАЛИЗЕ БИОГАЗА 1999 г. М.В. Николаева НИИ химии ННГУ им. Н.И. Лобачевского Л.П. Прохорова Нижегородская станция аэрации Разработана методика
СОВРЕМЕННАЯ ПРЕПАРАТИВНАЯ ФЛЕШ-ХРОМАТОГРАФИЯ Часть 2* А.Аболин, к.х.н., "ГалаХим" [email protected] П.-Ф. Икар, Interchim (Франция) Мы продолжаем публиковать материалы о современных методах препаративной
Краткое руководство по выбору колонок и стандартов для гель-проникающей хроматографии РУКОВОДСТВО ПО ВЫБОРУ Введение Гель-проникающая хроматография (ГПХ) это методика оценки молекулярномассового распределения
МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ОБЩАЯ ФАРМАКОПЕЙНАЯ СТАТЬЯ Хроматография ОФС.1.2.1.2.0001.15 Взамен ст. ГФ XI, вып.1 Хроматографией называется метод разделения смесей веществ, основанный
Программное обеспечение Agilent для гель-проникающей хроматографии Единое и универсальное решение для быстрого и простого анализа полимеров Основные характеристики Введение Компания Agilent Technologies
2.2.29. ВЫСОКОЭФФЕКТИВНАЯ ЖИДКОСТНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ Высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ) представляет собой метод разделения, основанный на различном распределении веществ между двумя не смешивающимися
Ярославский государственный педагогический университет им. К. Д. Ушинского Кафедра общей физики Лаборатория молекулярной физики Лабораторная работа 5 Изучение статистических закономерностей на доске Гальтона
Лекция 3. СВОБОДНАЯ ПОВЕРХНОСТНАЯ ЭНЕРГИЯ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ Поверхностные силы. Поверхностное натяжение Рассмотрим систему содержащую жидкость и равновесный с ней пар. Распределение плотности в системе
2 Методы анализа: 1. Химические методы. Химическое равновесие и его использование в анализе. Кислотно-основное равновесие. Сила кислот и оснований, закономерности их изменения. Функция Гаммета. Вычисление
Лекция 7 Разветвленные цепные реакции. Критические явления в разветвленных цепных реакциях. Э.-К. стр. 38-383, 389-39. Простое выражение для скорости образования радикалов: d r f(p) g(p) (1)
Лекция 6 Лукьянов И.В. Явления переноса в газах. Содержание: 1. Длина свободного пробега молекул. 2. Распределение молекул по длинам свободного пробега. 3. Диффузия. 4. Вязкость газа (внутреннее трение).
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Кировский научно исследовательский институт гематологии и переливания крови Федерального медико биологического агентства» 3.3.2. Медицинские иммунобиологические
1. Пояснительная записка 1.1. Требования к студентам Студент должен обладать следующими исходными компетенциями: базовыми положениями математических и естественных наук; владеть навыками самостоятельной
1 ЛЕКЦИЯ 10 Две системы в диффузионном контакте. Химический потенциал. Условие равновесия фаз. Теплота перехода. Формула Клапейрона-Клаузиуса. Две системы в диффузионном контакте Равновесное состояние
1. Перечень компетенций с указанием этапов (уровней) их формирования. ПК-1: способность использовать знания теоретических, методических, процессуальных и организационных основ судебной экспертизы, криминалистики
Тема. Физико-химия поверхностных явлений. Адсорбция. Поверхностные явления проявляются в гетерогенных системах, т.е. системах, между компонентами которых имеется поверхностьраздела. Поверхностными явлениями
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Физический факультет ИЗУЧЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ МЕТОДОМ СТОКСА Методические указания для выполнения лабораторной работы Томск 2014 Рассмотрено и утверждено
Высокоэластичность полимерных сеток. Полимерные сетки. Полимерные сетки состоят из длинных полимерных цепей, сшитых между собой и образующих тем самым гигантскую трехмерную макромолекулу. Все полимерные
Газовая хроматография 1 Требования к веществам 1. Летучесть 2. Термостабильность (вещество должно испарятся без разложения) 3. Инертность Схема газового хроматографа 1 2 3 4 5 1. Баллон с газом-носителем
Учебная программа составлена на основе образовательного стандарта ОСВО 1-31 05 01 2013 и учебного плана УВО G 31 153/уч. 2013 г. СОСТАВИТЕЛЬ: В.А.Винарский, доцент, кандидат химических наук, доцент РЕКОМЕНДОВАНА
МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ОБЩАЯ ФАРМАКОПЕЙНАЯ СТАТЬЯ Хроматография на бумаге ОФС.1.2.1.2.0002.15 Взамен ст. ГФ XI, вып.1 Хроматографический процесс, протекающий на листе фильтровальной
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ
ПОЛИМЕРНЫЕ СТАНДАРТЫ AGILENT ДЛЯ ГЕЛЬ-ПРОНИКАЮЩЕЙ/ ЭКСКЛЮЗИОННОЙ ХРОМАТОГРАФИИ Содержание ПОЛИМЕРНЫЕ СТАНДАРТЫ ДЛЯ ГПХ... 3 InfinityLab EasiVial...5 InfinityLab EasiCal...8 Стандарты полистирола...9 Стандарты
Г Р У П П А К О М П А Н И Й Б И О Х И М М А К З А К Р Ы Б ИО 1 1 9 8 9 9, Россия, Москва, Ленин Тел./Факс (0 9 5) 939-59-67, тел. 939- И Н С Т Р У К Ц И Я по применению Аналитического комплекта МОСКВА
Теория ионной хроматографии: универсальный подход к описанию параметров пика 1998г. А.Г.Прудковский, А.М.Долгоносов Институт геохимии и аналитической химии им.в.и.вернадского Российской академии наук 117975
Московский физико-технический институт (Государственный университет) Департамент молекулярной и биологической физики Физические методы исследования Лекция 8 Детекторы в хроматографии Жидкостная хроматография
МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ОБЩАЯ ФАРМАКОПЕЙНАЯ СТАТЬЯ Электрофорез ОФС.1.2.1.0021.15 Взамен ст. ГФ XI, вып.1 Электрофорез метод анализа, основанный на способности заряженных частиц,
1 Высокомолекулярные соединения (Лысенко Е.А.) Лекция 10. Термомеханический анализ аморфных полимеров. 2 1. Основные понятия механического анализа физических тел. 2. Термомеханические кривые аморфных полимеров
5 ФИЗИЧЕСКИЕ РАВНОВЕСИЯ В РАСТВОРАХ 5 Парциальные мольные величины компонентов смеси Рассмотрение термодинамических свойств смеси идеальных газов приводит к соотношению Ф = Σ Ф, (5) n где Ф любое экстенсивное
6.. Московский физико-технический институт (Государственный университет) Кафедра молекулярной физики Физические методы исследования Лекция Газовая хроматография. Техническая реализация Жидкостная хроматография
Высокомолекулярные соединения (Лысенко Е.А.) Лекция 4. Фазовые равновесия в растворах полимеров.. Кинетика растворения. Концентрационные режимы.. Уравнение состояния полимерного раствора. . Фазовые равновесия
Лабораторная работа. Определение содержания аренов состава С 8 в бензиновой фракции Знание углеводородного (УВ) состава нефтей и конденсатов на молекулярном уровне имеет большое значение как для нефтехимии
Идеальная полимерная цепь. Идеальная полимерная цепь. Идеальная цепь - это модельная цепь, в которой пренебрегают так называемыми объемными взаимодействиями, т.е. взаимодействиями удаленных по цепи звеньев.
Лабораторная работа 1.17 ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА НОРМАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СЛУЧАЙНЫХ ВЕЛИЧИН М.В. Козинцева Цель работы: изучение распределения случайных величин на механической модели (доска Гальтона). Задание:
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ УТВЕРЖДАЮ Декан химического факультета Д.В. Свиридов 2011 г. Регистрационный УД- /р РАСТВОРЫ ПОЛИМЕРОВ Учебная программа по специальности 1-31 05 01 Химия (по направлениям)
Гель-проникающая хроматография является, вероятно, наиболее часто используемым методом , так как это самый простой метод разделения полисахаридов, имеющих большой диапазон молекулярных масс. Одновременно он позволяет определять молекулярные массы полисахаридов. Когда применимы мягкие условия определения, этот метод особенно полезен для нестабильных биологических материалов.
Прибор для хроматографического. Гель-проникающая хроматография (ГПХ) - это метод, в котором разделение полимерных молекул основано на различных объемах внутри пористых частиц геля, которые доступны молекулам растворенного вещества разного размера.
Гель-проникающая хроматография является разновидностью метода фракционирования на колонке, в которой разделение на фракции осуществляется по методу молекулярного сита, основанному на способности молекул проникать в поры адсорбента определенного размера. В качестве адсорбентов в данном методе используют материалы, не имеющие зарядов и ионогенных групп, обладающие точно заданным размером пор (см. гл. Наилучшим образом этим требованиям удовлетворяют специально приготовленные сополимеры стирола с дивинилбензолом, которые при набухании образуют гели.
Схема работы в режиме рецикла. Гель-проникающая хроматография используется в основном как метод определения молекулярновесового распределения полимерных веществ, в то время как гель-фильтрационная хроматография является главным образом методом препаративного разделения, но и в том и в другом случае пригодны обе методики. При определении молекулярновесового распределения необходимо установить связь между хроматограммой и молекулярным размером или, правильнее, молекулярным весом.
Гель-проникающая хроматография, с Эксклюзионная хроматограф.
Гель-проникающая хроматография - эксклюзионная хроматом рафия, в которой неподвижной фазой служит гель.
Гель-проникающая хроматография представляет собой разновидность метода фракционирования на колонке, в которой разделение осуществляется по принципу молекулярного сита. Этот принцип был известен уже в начале 50 - х годов, но лишь после того, как Порат и флодин вновь открыли и широко использовали этот метод, он получил признание и широкое применение в научных исследованиях. Начиная с этого момента и до 1964 г. было опубликовано более 300 работ, посвященных этому новому методу фракционирования.
Разделение аминокислот методом ионообменной хроматографии. Гель-проникающая хроматография позволяет также охарактеризовать и фенолформальдегидные смолы.
Схема работы в режиме рецикла (10 ]. Гель-проникающая хроматография используется в основном как метод определения молекулярновесового распределения полимерных веществ, в то время как гель-фильтрационная хроматография является главным образом методом препаративного разделения, но и в том и в другом случае пригодны обе методики. При определении молекулярновесового распределения необходимо установить связь между хроматограммой и молекулярным размером или, правильнее, молекулярным весом.
Гель-проникающая хроматография (ГПХ) представляет собой метод разделения молекул, основанный на различии их размеров. Этот метод известен под названием гель-хроматография, эксклюзионная и мо-лекулярно-ситовая хроматография. Последнее название наиболее полно отражает сущность метода, однако в литературе более широко используют термин гель-проникающая хроматография.
Гель-проникающая хроматография (ГПХ) - это метод, в котором разделение полимерных 5 молекул основано на различных объемах внутри пористых чзстиц геля, которые доступны молекулам растворенного веществз рззного рззмера.
Гель-проникающая хроматография (ГПХ) представляет собой метод, в котором для разделения полидисперсных полимеров в растворе используют сильно пористые неионные гранулы геля. Согласно развитым теориям и моделям фракционирования методом ГПХ, определяющим фактором разделения является не молекулярный вес, а гидродинамический объем молекулы.
Гель-проникающая хроматография основана на способности макромолекул различной длины, а следовательно, и различной молекулярной массы, проникать в пористый компонент на различную глубину. Колонку набивают пористым стеклом или сильно сшитым набухшим полимерным гелем, в верхнюю часть колонки вносят полимер, затем промывают колонку растворителем. Молекулы меньшего размера проникают в поры гораздо глубже и удерживаются в колонке в процессе элюции значительно дольше, чем макромолекулы большего размера.
Гель-проникающая хроматография позволяет не только фракционировать смеси олигомеров, но и определять их средние молекулярные массы и молекулярно-массовые распределения. При этом численные значения констант уравнения Марка - Куна мало отличаются от коэффициентов для гауссова клубка в тэта-растворителе.
Гель-проникающую хроматографию компонентов нуклеиновых кислот проводят на сшитых декстрановых гелях (сефадек-сах) (Sephadex, Pharmacia, Uppsala, Sweden) и полиакриламид-ных гелях (биогелях) (Bio-Gel, Bio-Rad Labs Richmond, Calif. Кроме того, гели обладают ионообменными и адсорбционными свойствами, проявляя повышенное сродство к ароматическим и гетероциклическим соединениям.
При гель-проникающей хроматографии также наблюдается адсорбция пуриновых оснований на матрице геля.
РТФ олигобутадиенов и сополимеров бутадиена с акриловой кислотой и акрилонитрилом по данным 3. Использование гель-проникающей хроматографии (ГПХ) в классическом варианте для оценки РТФ олигомеров пока ограничено. В основе разделения молекул близких молекулярных весов, но разной функциональности методом ГПХ лежит изменение среднеквадратичного расстояния между концами макромолекул г / 2 в растворе в зависимости от природы и молекулярного веса концевых групп. Особенно сильно на значение г §) / сказывается циклизация и разветвление молекул, которые приводят к его уменьшению-в 1 5 - 2 раза по сравнению с линейными молекулами того же молекулярного веса.
Механизм гель-проникающей хроматографии но существу одинаков в случае высокой и низкой плотности поперечных связей, хотя на практике и могут наблюдаться значительные различия. Частицы геля в колонке суспендированы в растворителе. Каналы между частицами геля имеют гораздо большие размеры по сравнению с размерами пор внутри гранул геля, поэтому растворитель протекает только в пространстве между гранулами геля. Молекулы растворенного вещества в зависимости от их размера проникают в поры геля на различную глубину и перемещаются практически без ограничений в растворителе, содержащемся в гранулах геля.
Механизм гель-проникающей хроматографии в том виде, в каком он здесь представлен, основывается на предположении о диффузионном равновесии. Иными словами, принимается, что время распределения молекул растворенного вещества между наружным по отношению к частицам геля пространством и доступным для этих молекул объемом пор достаточно мало. Интервал времени, за который зона, содержащая молекулы растворенного вещества, проходит частицы геля, обычно значительно больше полупериода достижения равновесия путем диффузии растворенных молекул внутрь гранул геля.
При гель-проникающей хроматографии вещество характеризуется величиной К а, как и в обычной хроматографии. Величина К не зависит от размеров колонки и поэтому может быть использована для сравнения данных ГПХ, полученных на разных колонках.
При гель-проникающей хроматографии раствор полимера вводят в жидкость (элюент), который движется через колонку, заполненную сорбентом. На выходе из колонки раствор разделяется на фракции (зоны) в соответствии с размером макромолекул. Время, прошедшее от момента ввода раствора в элюент до момента выхода из колонки данной зоны, называют временем удерживания, а объем элюента, прошедшего через колонку за это время, - удерживаемым объемом.
Вытеснительная хроматография полиуретана. Определение молекулярной массы. Методом гель-проникающей хроматографии определяли молекулярно-массовое распределение в пробах полиуретана, растворенных в тетрагидрофуране.
Принцип гель-проникающей хроматографии может быть использован при разделении веществ, которые значительно различаются размерами своих молекул. Размер пор используемого сорбента должен быть соизмерим с размерами молекул разделяемых веществ. От распределения пор зависит разделительная способность материала. Вещества, молекулы которых настоль -, ко велики, что не могут проникнуть в поры, проходят через колонну с той же скоростью, что и подвижная фаза. Чем меньше молекулы разделяемых веществ, тем в больший объем пор они могут проникнуть и тем больше будут отставать от фронта подвижной фазы. Гель-проникающую хроматографию применяют главным образом для анализа веществ макромолекулярного характера.
В гель-проникающей хроматографии 0 - характеризует молекулы и вещества, которые не могут проникнуть в поры геля в колонке; в адсорбционной хроматографии - вещества, которые хотя и проникают практически в весь объем пор, но не задерживаются вследствие взаимодействия с поверхностью сорбента. Коэффициент емкости характеризует процессы взай модействия разделяемого вещества с подвижной и стационарной фазами и является, следовательно, термодинамической величиной.
В гель-проникающей хроматографии в качестве наполнителя колонок применяют макропористые силикагели, пористые стекла и органические полимерные гели. Материалы одного и того же типа, различающиеся по своей пористости, предназначены для разделения веществ с молекулами разного размера.
В гель-проникающей хроматографии подвижная фаза в большинстве случаев представляет собой единственный растворитель. Выбор растворителя необходимо проводить с учетом растворимости в нем полимера и в то же время так, чтобы в используемой подвижной фазе взаимодействия разделяемых веществ со стационарной фазой были минимальными. Для разделения гидрофильных полимеров, растворимых в воде, чаще всего используют тетрагидрофуран.
Схематическое изображение набухшего геля. При гель-проникающей хроматографии сорбционная активность компонентов и связанный с ней межфазный массообмен определяются только диффузионной подвижностью макромолекул и соотношением их размеров с размерами пор.
Для гель-проникающей хроматографии используют гель-хроматографы, состоящие из набора хроматографических колонок, заполненных соответствующим сорбентом (макропористыми стеклами, стирогелями и пр.
В гель-проникающей хроматографии помимо закономерностей общехроматографического характера, имеются свои специфические особенности, связанные прежде всего с особенностями свойств растворов полимеров, являющихся объектом исследования, с разнообразием этих объектов, сорбентов и условий проведения анализа. Все это, естественно, усложняет построение общей теоретической схемы. Поэтому исследователи, работающие в области ГПХ, вынуждены были на первых этапах развития метода разрабатывать частные теоретические концепции, в рамках которых находили объяснение отдельные закономерности, наблюдавшиеся в эксперименте. Это позволяло более грамотно ставить эксперимент, оптимизировать его режим и интерпретировать результаты.
Проведена гель-проникающая хроматография этих полимеров и получены градуировочные кривые для определения их молекулярной массы.
Обработка данных гель-проникающей хроматографии требует определения трех характеристик системы: надежности полученных данных, калибровки системы и ее разрешающей способности. Эти три характеристики взаимосвязаны и должны в конечном счете устанавливаться прямыми измерениями. После того как это сделано, можно далее пользоваться косвенными данными о неизменности указанных характеристик системы.
В методе гель-проникающей хроматографии полимерный образец разделяется в соответствии с размерами его макромолекул. До тех пор пока речь идет о молекулах, различающихся только по молекулярным весам, эффективность разделения определяется исключительно молекулярным весом. Но даже столь простая ситуация может усложниться, если молекулы химически неоднородного полимерного образца будут содержать сольватирую-щиеся в разной степени группы. Тогда, несмотря на одинаковость молекулярных весов, некоторые цепи могут обладать большими величинами мольных объемов.
С помощью гель-проникающей хроматографии анализируют широкий круг материалов, и быстрому распространению метода способствуют такие его преимущества, как простота и высокая эффективность. Эффективность метода наиболее ярко проявляется при анализе природных веществ, молекулярная масса которых изменяется в широких пределах.
Зависимость высоты, эквивалентной теоретической тарелке, от диаметра зерен сорбента для сорбентов разного типа при различных способах упаковки. О - поверхностно-пористый сорбент. dK - 2 1 мм, ручная упаковка.. - поверхностно-пористый сорбент, dK 7 9 мм, машинная упаковка. ф-поверхностно-пористый сорбент, dK 7 9 мм, ручная упаковка. с - силикагель, уравновешенная суспензия. ф - микросферический силикагель. стабилизированная суспензия. П - кизельгур, тампонная упаковка. А - микросферический силикагель, стабилизированная суспензия.| ГПХ узкодисперсных полистирольных стандартов на колонке (250 X 0 20 мм с силикаге-лем (Фп 0 20 мм, dp 5 - 6 мкм. 1 - Mw 2 - 10. 2 - Mw 5 МО4. 3 - Д ш 4. Поскольку в гель-проникающей хроматографии k n мало, Ф этого хроматографического метода меньше, чем при адсорбционной хроматографии.
Гель-хроматография (или гель-проникающая хроматография) является одним из вариантов жидкостной хроматографии, в котором растворенное вещество распределяется между свободным растворителем, окружающим гранулы геля, и растворителем, находящимся внутри гранул геля. Так как гель представляет собой набухшую структурированную систему, имеющую различные по размерам поры, то разделение в данном виде хроматографии зависит от соотношения размеров молекул разделяемых веществ и размеров пор геля. Помимо размеров молекул, которые можно принять пропорциональными молекулярным массам, существенную роль для гель-хроматографии играет форма молекул. Особенно большое значение этот фактор имеет для растворов полимеров, в которых при одной и той же молекулярной массе молекулы могут принимать различную форму (сферическую или другую произвольную) в соответствии с их кон-формацией и вследствие этого по-разному вести себя в колонке. Дальнейшие рассуждения справедливы для молекул, имеющих сферическую форму.
ГПХ (для гель-проникающей хроматографии) , которые служат исключительно для аналитических целей и имеют общую длину 370 см. (Принцип действия этого хроматографа, в котором распределение по молекулярному весу синтетических полимеров определяется почти совершенно автоматически, описан на стр. Конечно, прибор подобного типа можно создать и для работы с водорастворимыми полимерами , что существенно облегчит задачу определения молекулярного веса.
Однако широкому распространению гель-проникающей хроматографии препятствует малый ассортимент пористых гелей и невозможность разделения асфальте-нов с учетом их химической природы. Согласно этому методу на ионообменных смолах (амберлит-27 и амберлит-15) было проведено разделение асфальтенов на четыре кислых (38 6 % от исходного), четыре основных (16 6 %) и нейтральную (41 3 %) фракции. Затем методом гель-проникающей хроматографии они делятся на фракции, имеющие одинаковые размеры молекул. Этим методом была выявлена значительная полярность асфальтенов, выделенных из ромашкинской нефти.
Модель трехточечного взаимодействия, предложенная Далглишем. В принципе в гель-проникающей хроматографии (ее еще называют эксклюзионной или ситовой), которая особенно важна в химии белков, разделение осуществляется главным образом вследствие различия в стерических размерах молекул: большие молекулы, поскольку они не способны диффундировать в мелкие поры матрицы, элюируются быстрее, чем малые молекулы.
Рассмотренный выше механизм гель-проникающей хроматографии, по-видимому, полностью подтверждается экспериментом. В большинстве случаев изменение скорости потока не влияет на элюирующий объем, что свидетельствует о весьма близком подходе системы к равновесным условиям. Следует также отметить, что нарисованная выше картина - весьма грубое приближение к действительности. На рис. 5 - 1 указаны молекулы растворенного вещества, которые, обладая весьма малыми размерами, могут диффундировать через все поры матрицы и даже в местах сужения пор. В то же время среди молекул растворенного вещества имеются такие молекулы, большие размеры которых позволяют им проникать лишь в поры определенных размеров, находящиеся только на внешней оболочке гранул геля. Однако должны существовать молекулы с промежуточными размерами, которые могут проходить через узкие места в порах, хотя с гораздо меньшей скоростью вследствие взаимодействия со стенками каналов. Крейг убедительно показал, что скорости прохождения молекул растворенных веществ в процессе диффузии через мембраны, по обе стороны которых концентрации этих молекул различны, не слишком различаются, если поры мембран значительно больше, чем размеры диффундирующих молекул. Однако скорости диффузии оказываются чувствительной мерой молекулярных размеров для тех молекул, размеры которых лишь немногим меньше диаметра пор. Очевидно, по своей природе процессы дифференциальной диффузии и гель-проникающей хроматографии близки друг к другу.
При фракционировании методом гель-проникающей хроматографии применяют или пытаются применить большое количество разнообразных гелей. Как правило, эти гели представляют собой полимеры с различной степенью сшивания и набухают обычно в тех растворителях, в которых они получены. В качестве примеров можно привести декстраны, используемые в водных растворах, и полистиролы, применяемые при работе в органических растворителях. В отличие от общепринятого взгляда набухание, как было показано, не играет существенной роли, но весьма важным показателем качества геля является проницаемость или степень пористости. Воган провел широкое изучение различных гелей и других пористых материалов и показал, что набухший силикагель (сантоцель А фирмы Monsanto) позволяет весьма эффективно осуществлять фракционирование полистирола в бензоле. Силикагель представляет собой гидрофильное вещество и поэтому, разумеется, не набухает в бензоле.
Не останавливаясь на теории гель-проникающей хроматографии , заметим, что проницаемость частиц зависит от пористости и от метода получения студня. К наиболее широко применяемым в настоящее время студням относятся: для водных растворов - сшитый эпихлоргидрином декстран (биологически синтезированный углевод) и сшитый полиакриламид, а для неводных растворов - сшитый дивинилбензолом полистирол.
В работе методом гель-проникающей хроматографии были исследованы акрилонитрильные и АБС-сополимеры и получены градуировочные кривые для разных растворителей. Ниже будут описаны методы, применявшиеся в работе для анализа АБС-сополимеров. В этой работе были разработаны методики определения нерастворимого полимера (геля), растворимого полимера и общего количества неполимерных добавок, а также методики определения связанного акрилонитрила, бутадиена и стирола как в исходном полимере, так и в выделенном нерастворимом полимере (геле) и в растворимой полимерной фракции. Все эти методики применимы и для анализа промежуточных образцов привитого АБС-сополимера, а также смесей этого сополимера с низкомолекулярным стирол-акрило-нитрильным полимером, которые используются в производстве АБС.
В работе методом гель-проникающей хроматографии изучали поликарбонаты, синтезированные различными способами. Авторы работы пришли к заключению, что этот метод является наилучшим для анализа концевых групп. Методом гель-проникающей хроматографии проведено также фракционирование поликарбоната. Поликарбонаты были фракционированы из метиленхлорида методом последовательного осаждения. Такая градуировка была далее подтверждена методом мембранной осмометрии и измерением светорассеяния. Экспериментальные величины вязкости показали, что соотношение Кураты - Стокмайера - Роя пригодно для интерпретации молекулярного растяжения поликарбоната в метиленхлориде.
При общем описании процесса гель-проникающей хроматографии следует исходить из модифицированных соответствующим образом теоретических концепций хроматографии и динамики сорбции с учетом специфики растворов полимеров. Хроматографическую систему удобно рассматривать как двухфазную, понимая под подвижной фазой совокупность каналов, образованных пустотами между частицами сорбента, а под неподвижной - норовое пространство сорбента.
При определении ММР методом гель-проникающей хроматографии р-р полимера пропускают через колонку с насадкой в виде набухшего в р-рителе сшитого полимера. Скорость движения макромолекул в колонке зависит от их мол.
Эксклюзионная хроматография подразделяется на гель-проникающую хроматографию (ГПХ) и гель-фильтрационную хроматографию.
Фракционирование щелочного экстракта из еловой холоцеллюлозы методом ионообменной хроматографии. Для фракционирования часто используют гель-проникающую хроматографию.
В данном методе анализируемый раствор пропускают через колонку, заполненную набухшим гранулированным гелем (неподвижная фаза). Частицы геля состоят из высокомолекулярного соединения (ВМС), имеющего сетчатое строение (гибкие макромолекулы сшиты поперечными химическими связями). По этой причине набухший гель имеет сетчатую структуру, между узлами которой находится растворитель.
Распределение межузельного пространства геля по радиусам - основная характеристика применяемого геля, она зависит от природы полимера и растворителя, частоты сетки и температуры.
Эффект разделения веществ в случае применения гель- хроматографии обусловлен тем, что молекулы, отличающиеся по молярной массе (длине), способны проникать в структуру геля на разную глубину и удерживаться в ней различное время. Поэтому при- элюировании из колонки в первую очередь выходят крупные молекулы, не способные проникнуть вглубь гранул геля, а в последнюю - самые мелкие. Происходит как бы просеивание молекул через межузельное пространство геля.
Хроматографию осуществляют следующим образом. Гранулы геля помещают в стеклянную колонку, дают им набухнуть в растворителе и далее в колонку подают анализируемую смесь веществ. Небольшие молекулы равномерно распределяются по всему объему гранул, в то время как более крупные молекулы, будучи не в состоянии проникнуть внутрь, остаются только в окружающем гранулы слое растворителя (внешнем объеме). Далее колонку промывают растворителем - элюентом. Как уже отмечалось, крупные молекулы перемещаются по колонке с большей скоростью, чем мелкие, движение которых постоянно замедляется диффузией вглубь гранул неподвижной фазы. В итоге компоненты смеси элюируются из колонки в порядке уменьшения их молярной массы. Пробы (фракции) выходящего из колонки элюента отбирают на анализ. Проведение эксперимента значительно упрощается, если имеется возможность непрерывного автоматического анализа элюента.
Для исследования гель нужно выбирать таким, чтобы его сродство к анализируемым веществам было минимальным: в этом случае вещества способны свободно перемешаться вдоль слоя колонки в соответствии с размером их молекул. Гранулы геля должны иметь оптимальные размеры: слишком мелкие - способствуют быстрому установлению диффузионного равновесия, но вызывают высокое гидравлическое сопротивление колонки. Применение крупных гранул дает низкое гидравлическое сопротивление, но тормозит диффузию, увеличивая время выхода анализируемых веществ.
Кроме того, гранулы должны обладать определенной механической прочностью, иначе их деформация в колонке приведет к падению скорости элюирования.
Наиболее широкое распространение для гель-хроматографии получил сефадекс (гель декстрана - высокомолекулярного полисахарида), образующийся при выращивании определенных бактерий в среде сахарозы. Выпускается восемь типов сефадекса, различающихся по степени их набухания, он устойчив к щелочам и слабым кислотам.
Рассмотрим конкретный пример разделения смеси крахмала и глюкозы на сефадексе G- 25. В колонку с 87 г геля поместили 2 см 3 водного раствора крахмала и глюкозы и элюировали смесь раствором поваренной соли. Фракции фильтрата собрали и определили в них содержание крахмала и глюкозы. Молекулы крахмала практически не проникали внутрь гранул геля, поэтому крахмал элюировался первым при расходе элюента 32-44 мл, а глюкоза - второй при расходе элюента 66-80 мл.
По полученным данным построили хроматограмму. Для этого по оси ординат отложили концентрацию веществ во фракциях, а по оси абсцисс - объем элюента (или номер фракции). Из хроматограммы определили объемы удерживания веществ V/ - общий объем собранного элюента до момента выхода из колонки фракции с максимальной концентрацией вещества. Из конкретной колонки данное вещество элюируется всегда при одном и том же V,. В рассматриваемом случае объем удерживания для крахмала оказался равным 35 мл, а для глюкозы - 73 мл.
Объем удерживания веществ воспроизводится достаточно точно. Поэтому с помощью гель-хроматографии можно решать и обратную задачу - определять молярную массу неизвестных соединений, определив их V,. Для этого колонку сначала калибруют: определяют объемы удерживания ВМС (стандартных полимеров) с известной молярной массой. С этой целью для калибровки гидрофильных гелей чаще всего применяют белки, обладающие известной фиксированной молярной массой. Кроме того, для ряда глобулярных белков, помимо молярной массы, определенной химическим путем, известен также и размер их молекул. Таким образом, с помощью колонки, калиброванной известными белками, можно получить представление и об эффективном радиусе исследуемых молекул.
Физические основы этого метода очень просты и наглядны. Исследуемый раствор полимера протекает через колонку, наполненную пористым сорбентом. Разделение смесей компонентов основано на распределении вещества между подвижной (текущий растворитель) и неподвижной (растворитель в порах сорбента) фазами, т. е. на разной способности макромолекул полимера проникать в поры гранул геля, откуда и произошло название метода .
Поверхность гранул сорбента покрыта множеством каналов, углублений и других неровностей, условно называемых порами, общий объем которых составляет V „. Объем, недоступный для растворителя, называют мертвым объемом. Пусть мимо такой поверхности протекает раствор, размеры которого соизмеримы с размерами пор или меньше их. Часть таких молекул проникает в поры, если их концентрация в движущейся фазе больше, чем в порах. Когда зона растворенного вещества покидает данный участок сорбента, концентрация молекул внутри пор геля становится больше, чем снаружи, и молекулы вновь диффундируют в поток подвижной фазы. Если же размер молекул больше размеров пор, то такая молекула проходит мимо гранулы геля, не задерживаясь, т. е. исключается (exclusion) из порового пространства. Таким образом, макромолекулы большего размера протекают через колонку быстрее. Это означает, что различные молекулы полидисперсного образца будут выходить из колонки в разное время при различном удерживаемом объеме VR
VR = V 0 + kvV „ >
Где Vo - объем подвижной фазы (текущий растворитель); Kv - коэффициент распределения пор по объему: для больших, полностью исключаемых из пор макромолекул kv = 0; для молекул растворителя kv= 1),
Значения Vr зависят главным образом от температуры, природы растворителя и концентрации раствора.
Поведение макромолекулы в растворе легко поддается детальному описанию, если определить ее энергию Гиббса AG . Если макромолекула попадает в пору, ее энтропия уменьшается. При наличии взаимодействия сегментов макромолекулы со стенками поры происходит изменение энтальпии: при притяжении энтальпия уменьшается, и наоборот. Поэтому при отсутствии адсорбции AG > 0, при сильной адсорбции макромолекул на стенках поры AG < 0. Соответственно в первом случае имеет место эксклюзионная хроматография (распределение по размерам), а во втором - адсорбционная; условия при AG =0 называются критическими. Поскольку в области AG > 0 происходит разделение макромолекул по размерам, возможен анализ по молекулярным массам линейных полимеров. Если полимер разветвленный, процесс разделения усложняется и зависит от типа и числа ответвлений, а в случае сополимеров - также и от состава, и блоч - ности цепи.
Наибольшее применение в качестве сорбента получили гели гидрофобных материалов, например полистирола, сшитого дивинил - бензолом: В таких гелях практически полностью отсутствуют эффекты адсорбции анализируемых проб. В последнее время широко распространены макропористые стекла, которые обладают по сравнению с полимерным сорбентом рядом преимуществ (жесткость частиц, варьирование размеров пор, химическая стабильность) и недостатков (повышенная сорбция на них полимеров).
Наиболее употребительными растворителями являются тетра - гидрофуран (ТГФ), хлороформ, толуол, циклогексан и их смеси. Предпочтение отдается ТГФ, который, в отличие от толуола, не образует мицелл или агрегатов с макромолекулами полимера и прозрачен в УФ - области спектра. Кроме того, эффективность метода 11IX при использовании ТГФ максимальна при довольно низких температурах (35-45 °С). Однако при длительном хранении ТГФ окисляетея с образованием взрывоопасных пероксидных соединений, поэтому необходимо проводить его предварительную очистку. Используя ТГФ в качестве растворителя, можно анализировать каучуки всех марок, а также термоэластопласты. При проведении анализа бутадиен - нитрильного каучука целесообразно использовать смесь растворителей, один из которых имеет сродство к неполярному звену каучука, а другой - к полярному . Если используется рефрактометрический детектор, необходимым требованием к растворителю является разность показателей преломления растворителя и полимера.
Впервые прибор для гель-хроматографического анализа поли Меров выпущен фирмой "Waters" в 1964 году, спустя пять лет после Открытия метода. Сегодня жидкостные хроматографы для анализа Молекулярно-массового распределения (ММР) полимеров выпускаются во всех промышленно развитых странах, в России известны хроматографы серии ХЖ. К числу последних модификаций зарубежных приборов относится гель-хроматограф фирмы "Waters Chem. Div." с вискозиметром для определения молекулярной массы, ММР, а также степени ориентации макромолекул. Карусельная конструкция прибора позволяет одновременно испытывать 16 образцов.
Блок-схема хроматографа включает: О Блок дегазатора - служит для удаления газов из растворителя и способствует поддержанию одинакового количества растворителя в течение продолжительного времени.
О Блок дозатора - позволяет вовремя вводить пробу заданного объема и работать в автоматическом режиме,
О В современных жидкостных хроматографах пересчет хромато - граммы в ММР полимера, включая калибровку прибора по молекулярной массе и коррекцию на приборное уширение, осуществляется с помощью ЭВМ. Это позволяет по принятым программам рассчитывать дифференциальную и интегральную ММР и усредненные значения молекулярной массы. Специальные микропроцессоры управляют работой блоков прибора по заданной программе.
Пример записи условий эксперимента, проводимого методом гельпроникающей хроматографии. Установка состоит из следующих основных элементов; насос модели 6000А, дозатор проб U 6К и дифференциальный рефрактометр R 401. В установку входят также 3 разделительные колонки ^каждая длиной 300 мм и с внутренним диаметром 8 мм. Колонки заполнены SDV-Gel 5, который имеет диаметр пор 103, 104 и 105 A (Polymer-Standard-Service, PSS, Mainz). Температура исследования составляет 22°С и скорость пропускания 1,0 мл/мин. В качестве растворителя используется тетрагидрофуран, объём впрыска 100 мкл при концентрации пробы 6-10 г/л. Универсальная калибровка производится по полистиролу с молекулярной массой 104- 106 г/моль.
ГПХ позволяет изучить тонкие изменения в химической структуре полимеров и определить полное ММР, а потому широко используется в химии полимеров . В промышленном производстве эластомеров метод ГПХ может быть применен для оперативного контроля качества серийно выпускаемой продукции и соответствующей корректировки технологического процесса, а также при разработке и совершенствовании получения эластомеров с заданными свойствами . Гель-хроматографы можно включать в автоматизированные системы управления технологическими процессами с отбором проб на анализ непосредственно из реактора. Длительность анализа, включая подготовку пробы, составляет 20-30 минут.
5. Гель-хроматография
Гель-фильтрация (синоним гель-хроматография) - метод разделения смеси веществ с различными молекулярными массами путем фильтрации через различные так называемые ячеистые гели.
Неподвижной фазой в гель-хроматографии является растворитель, находящийся в порах геля, а подвижной – сам растворитель, т.е и подвижную и неподвижную фазы составляет одно и тоже вещество или одна и та же смесь вещества. Гель готовят на основе, например, декстрана, полиакриламида или других природных и синтетических соединений.
В отличии от других хроматографических методов, использующих различия в химических свойствах разделяемых веществ, проявляющихся при их распределении между стационарной и подвижной фазами, разделение основано на ситовом эффекте, характерном для гелей с определенным радиусом пор. Растворитель (подвижная фаза) заполняет как внешний объем между зернами геля, так и внутренний объем пор. Объем растворителя между зернами геля – V м называют промежуточным, транспортным или мертвым объемом, а внутренний объем пор – V п рассматривается как объект стационарной фазы. Когда в колонку вводят пробу, содержащую несколько типов ионов или молекул с разными размерами, то они стремятся из подвижной фазы проникнуть внутрь пор. Такое проникновение обусловлено энтропийным распределением, поскольку концентрация молекул разделяемых веществ в наружном растворе оказывается выше, чем в поровом пространстве. Но оно становится возможным только в том случае, если размеры ионов или молекул меньше диаметра пор.
Рис 5 Общий вид градуировочной кривой в гель-хроматографии:
1 – область исключения, где все молекулы имеют размер больше m 2 ;
2 – область проникновения или разделения, где размеры молекул лежат в интервале от m 1 и m 2 ;
3 - область, где происходит полное проникновение молекул с размерами менее m 1.
В процессе гель-хроматографирования могут быть отделены крупные молекулы, которые гелем не сорбируются, так как их размеры превышают размеры пор, от мелких, которые проникают в поры, а затем могут быть элюированы. Проводятся и более тонкие разделения, так как размеры пор можно регулировать, изменяя, например, состав растворителя и, как следствие, набухаемость геля. Гель-хроматография может быть выполнена в колоночном варианте и в тонкослойном.
Применяемые на практике гели обычно подразделяют на мягкие, полужесткие и жесткие. Мягкими гелями являются высокомолекулярные органические соединения с незначительным числом поперечных связей. Фактор емкости, равный отношению объема растворителя внутри геля к его объему вне геля, у них равен 3. При набухании они значительно увеличивают собственный объем. Это сефадексы или декстрановые гели, агарочные гели, крахмал и др. Они применяются для разделения смесей низкомолекулярных веществ, часто в тонкослойном варианте. Хроматографирование на мягких гелях называют гель - фильтрацией.
Полужесткие гели получают путем полимеризации. Большое распространение получили стирогели - продукты сополимеризации стирола и дивинилбензола с большим числом поперечных связей. Фактор емкости полужестких гелей лежит в пределах 0,8...1,2, их объем при набухании увеличивается не очень значительно (в 1,2...1,8 раза). Хроматографирование на полужестких гелях называют гель-проникающей хроматографией.
К жестким гелям относят силикагели и часто пористые стекла, хотя они и не являются гелями. Жесткие гели имеют небольшой фактор емкости (0,8...1,1) и фиксированный размер пор. Эти материалы используют в гель-хроматографии при высоком давлении.
Растворители гель-хроматографии должны растворять все компоненты смеси, смачивать поверхность геля и не адсорбироваться на ней.
Практическое применение гель-хроматографии связано, главным образом, с разделением смеси высокомолекулярных соединений, хотя нередко они используются для разделения и низкомолекулярных, так как разделение этим методом возможно при комнатной температуре.
6. Высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЖКХ)
Высокоэффективная жидкостная хроматография – наиболее эффективный метод анализа органических проб сложного состава. Процесс анализа пробы делится на 2 этапа:
· разделение пробы на составляющие компоненты;
· детектирование и измерение содержания каждого компонента.
Задача разделения решается при помощи хроматографической колонки, которая представляет собой трубку, заполненную сорбентом. При проведении анализа через хроматографическую колонку подают жидкость (элюент) определенного состава с постоянной скоростью. В этот поток вводят точно отмеренную дозу пробы.
Компоненты пробы, введенной в хроматографическую колонку, из-за их разного сродства к сорбенту колонки двигаются по ней с различными скоростями и достигают детектора последовательно в разные моменты времени.
Таким образом, хроматографическая колонка отвечает за селективность и эффективность разделения компонентов. Подбирая различные типы колонок можно управлять степенью разделения анализируемых веществ. Идентификация соединений осуществляется по их времени удерживания. Количественное определение каждого из компонентов рассчитывают, исходя из величины аналитического сигнала, измеренного с помощью детектора, подключенного к выходу хроматографической колонки.
При анализе соединений с низкими ПДК (биогенные амины, полиароматические углеводороды, гормоны, токсины) из-за трудоемкости подготовки реальных проб особенно важной характеристикой становится чувствительность и селективность метода. Применение флуориметрического детектора позволяет не только снизить пределы обнаружения, но и селективно выделить анализируемые вещества на фоне матричных и сопутствующих компонентов пробы.
Метод ВЭЖХ применяется в санитарно-гигиенических исследованиях, экологии, медицине, фармацевтике, нефтехимии, криминалистике, для контроля качества и сертификации продукции.
В качестве блока подачи элюента используется насос "Питон" шприцевого типа, который имеет следующие особенности:
· отсутствие пульсаций давления при подаче растворителя;
· большой диапазон объемных скоростей потока;
· большой объем камеры насоса;
· расширяемость (возможность сочетать несколько блоков для создания градиентной системы).
В хроматографической системе могут использоваться различные типы детекторов, например, "Флюорат-02-2М" (спектральная селекция осуществляется фильтрами) или "Флюорат-02 Панорама" (спектральная селекция осуществляется монохроматорами).
7. Применение
Жидкостная хроматография важнейший физико-химический метод исследования в химии, биологии, биохимии, медицине, биотехнологии. Ее используют для анализа, разделения, очистки и выделения аминокислот, пептидов, белков, ферментов, вирусов, нуклеотидов, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов, гормонов и т. д.; изучения процессов метаболизма в живых организмах лекарственных препаратов; диагностики в медицине; анализа продуктов химического и нефтехимического синтеза, полупродуктов, красителей, топлив, смазок, нефтей, сточных вод; изучения изотерм сорбции из раствора, кинетики и селективности хим. процессов.
В химии высокомолекулярных соединений и в производстве полимеров с помощью жидкостной хроматографии анализируют качество мономеров, изучают молекулярно-массовое распределение и распределение по типам функциональности олигомеров и полимеров, что необходимо для контроля продукции. Жидкостную хроматографию используют также в парфюмерии, пищевой промышленности, для анализа загрязнений окружающей среды, в криминалистике.
Заключение
Начало ХХ века ознаменовалось открытием хроматографического метода анализа, обогатившего и объединившего различные области науки, без которых немыслим научный прогресс XXI века. Внедрение хроматографических методов, и в первую очередь жидкостной хроматографии, в медицину позволило решить многие жизненно важные проблемы: исследование степени чистоты и стабильности лекарственных средств, препаративное выделение индивидуальных гормональных препаратов (например, инсулина, интерферона), количественное определение в биологических объектах нейромедиаторов: адреналина, норадреналина. С наличием этих веществ в живом организме связывают способность к запоминанию, обучению, приобретению каких-либо навыков. Идентификация методами ВЭЖХ стероидов, аминокислот, аминов и других соединений оказалась крайне важной при диагностике некоторых наследственных заболеваний: инфаркта миокарда, диабета, различных заболеваний нервной системы. Одной из актуальных задач клинической медицины для экспресс-диагностики является проведение так называемого профильного анализа компонентов биологического объекта, осуществляемого методами жидкостной хроматографии, что позволяет не проводить идентификацию каждого пика, а сопоставлять профили хроматограмм для заключения о норме или патологии. Обработка огромного массива информации осуществляется только с использованием ЭВМ (метод получил название "метод распознавания образов").
Список литературы
1. Васильев В. П. Аналитическая химия, В 2 кн. Кн. 2 Физико-химические методы анализа: Учеб. для студ. вузов, обучающихся по химико-технол. спец. – 4-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2004 – 384 с.
2. Москвин Л.Н., Царицына Л.Г. Методы разделения и концентрирования в аналитической химии. – Л.: Химия, 1991. – 256 с.
3. http://bibliofond.ru/view.aspx?id=43468
4. http://ru.wikipedia.org/wiki/Бумажная_хроматография
5. http://referats.qip.ru/referats/preview/93743/6
6. http://www.curemed.ru/medarticle/articles/12186.htm
7. http://www.lumex.ru/method.php?id=16
8. http://www.xumuk.ru/encyklopedia/1544.html
9. http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/1110.html