Тонкослойная хроматография
Тонкослойная хроматография – способ анализа (реже препаративное разделение) смесей жидких или твердых веществ, основанный на различном сродстве разделяемых веществ к неподвижной (сорбент) и подвижной (элюент) фазам. Как правило, чем лучше вещество сорбируется неподвижной фазой – тем медленнее вещество двигается по пластине. Тонкослойная хроматография чрезвычайно чувствительный метод, позволяет обнаруживать до 0,5 масс.-% примесей.
Область применения:
1. Определение чистоты соединений.
2. Анализ смесей жидких или твердых веществ, различающихся по Rf.
3. Анализ реакционных смесей, мониторинг протекания химических реакций.
Оборудование:
Прибор для проведения ТСХ анализа приведен на рисунке:
Капилляр. Представляет собой стеклянную трубку с внутренним диаметром 0,3-1,0 мм. Оба конца капилляра открыты. Чем уже капилляр, тем легче получить небольшое пятно вещества на пластине.
Ёмкость для ТСХ. Химический стакан с плоским дном, на дно которого наливается элюент слоем 4-6 мм. Для воспроизводимых результатов дно и стенки емкости выкладываются фильтровальной бумагой, которая пропитывается элюентом. Емкость закрывается крышкой (или чашкой Петри, часовым стеклом) во избежание испарения элюента.
Элюент и требования к его подбору.
1. Элюент может быть или индивидуальным растворителем или смесью нескольких растворителей. Растворители должны легко удаляться после проведения анализа (следует избегать высококипящих растворителей).
2. Выделяемые вещества не должны взаимодействовать с элюентом или разрушаться в его присутствии.
3. Элюент подбирают таким образом, чтобы пятно целевого вещества имело Rf около 0,5-0,6 после одного прогона хроматограммы и позволяло разделять примеси не менее чем на 0,1 Rf. Если на старте остались вещества (Rf = 0, "сидят на старте"), следует сменить элюент и проанализировать состав этой смеси.
4. Если под действием растворителей различной полярности (полярных (метанол, возможно с добавлением уксусной кислоты или триэтиламина) и неполярных (гексан, пентан)) вещество не сдвигается со старта или двигается с фронтом, следует перейти к другому сорбенту.
Количество элюента. Элюент наливается в емкость до образования слоя 4-6 мм. Пластину погружают в элюент так, чтобы пятна веществ не соприкасались непосредственно с элюентом, иначе произойдет вымывание веществ в элюирующую смесь.
Сорбент. Выбирается исходя из свойств разделяемой смеси.
Требования к сорбенту.
1. Разделяемые вещества не должны разрушаться в присутствии сорбента.
2. Если под действием растворителей различной полярности (полярных (метанол, возможно с добавлением уксусной кислоты или триэтиламина) и неполярных (гексан, пентан)) вещество не сдвигается со старта или двигается с фронтом, следует перейти к другому сорбенту (от полярного сорбента к неполярному и наоборот).
Пластина.
1. Ширина пластины выбирается следующим образом: по 5 мм от краев пластины, и 4-6 мм расстояние между пятнами.
2. Длина пластины: от 5 см (для хорошо разделяющихся веществ) до 10 см или более (для сложных смесей).
3. Линия "старта" проводится карандашом на расстоянии 5-7 мм от нижнего края пластины, с этого же края отрезаются уголки (~2 мм) для того, чтобы фронт элюента шел по пластине ровным слоем.
3. Вещество наносится на пластину в виде раствора с достаточно небольшой концентрацией (иначе возможна "перегрузка пластины", т.е. вещества будут выходить длинной растянутой линией, не разделяясь) при помощи капилляра. Диаметр пятен 3-5 мм. При мелких пятнах <2 мм вещество на пластине сильно концентрировано, в результате – плохое разделение. При больших пятная >6 мм – вещество сильно размывается при элюировании затрудняя дифференциацию пятен.
4. Линия "финиша" проводится карандашом после окончания элюирования на расстоянии 3-5 мм от верхнего края пластины.
Обнаружение пятен. Большинство органических соединений не окрашены, т.о. не удается визуально определить положение пятен на пластине. Поэтому, после проведения ТСХ анализа требуется проявить пятна в ультрафиолетовом свете (УФ), йоде (I2) или под действием специальных реагентов.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ
Если органическое соединение не удалось идентифицировать, то следует определить его элементный состав. Для этого прибегают к методам качественного и количественного анализов. При этом устанавливают, из каких элементов состоит анализируемое вещество (качественный элементный анализ) и в каком соотношении они входят в его состав (количественный элементный анализ).
КАЧЕСТВЕННЫЙ ЭЛЕМЕНТНЫЙ АНАЛИЗ
Качественный элементный анализ показывает присутствие в исследуемом веществе углерода, водорода, азота, серы, галогенов, фосфора и других элементов.
Простейшей пробой на присутствие углерода является способность вещества к горению. Более точный метод состоит в сжигании соединения в раскаленной трубке в присутствии оксида меди (II). Образующийся при этом диоксид углерода (углекислый газ) пропускают в раствор гидроксида бария, причем выпадает белый осадок карбоната бария. На наличие в составе анализируемого вещества водорода указывает образование в процессе сжигания в присутствии оксида меди (II) воды, конденсирующейся на холодных частях трубки.
Галогены проще всего обнаружить, вводя небольшую пробу вещества, нанесенную на конец медной проволоки, в пламя горелки (проба Бейльштейна). При наличии в веществе галогена пламя окрашивается в зеленый цвет. Проба Бейльштейна очень чувствительна и дает положительный результат даже тогда, когда присутствуют лишь следы галогенсодержащих примесей.
Подробнее смотреть: З.Гауптман, Ю.Грефе, Х.Ремане Органическая химия. М.: Химия. 1979; Р.Шрайнер, Р.Фьюзон, Д.Кёртин, Т.Моррил Идентификация органических соединений. М.: Мир. 1983; Губен-Вейль Методы органической химии. Методы анализа. М.: Химия. 1967.
Определение целого ряда гетероатомов (сера, хлор, бром) возможно также с помощью масс-спектрометрии.