9.2.2. Распределительная хроматография на бумаге

Кроме обычных носителей, в распределительной хроматографии применяют и специфические, которые позволяют обходиться вообще без колонки. Таким носителем является специальная хроматографическая бумага, а методика, основанная на ее применении, получила название распределительной хроматографии на бумаге или распределительной бумажной хроматографией. Для хроматографирования применяется химически чистая, нейтральная и инертная, по отношению к компонентам раствора и подвижному растворителю, бумага с высокой однородностью по плотности. По технике выполнения различают следующие виды бумажной хроматографии: круговую, одномерную, двумерную и электрофоретическую.

Типичный вид устройства для проведения круговой (радиальной) бумажной хроматографии показан на рисунке 9.11.

Рисунок 9.11 Устройство для проведения радиальной (круговой) бумажной

хроматографии.

1 – бумажный диск из специальной бумаги; 2 – растворитель;

3 – «хвостик» для переноса растворителя на бумагу.

Радиальная бумажная хроматография используется для качественного анализа смеси компонентов и количественного анализа состава. Анализируемый раствор наносится в центр бумаги, куда через «хвостик» подается растворитель. После хроматографирования выполняют проявление, нанося по секторам соответствующие реагенты. Вид типичной хроматограммы представлен на рисунке 9.12, где четко видны зоны, относящиеся к различным катионам.

Рисунок 9.12 Вид радиальной бумажной хроматограммы

(по окружности указаны реагенты, использованные при ее проявлении).

Важной характеристикой хроматографии на бумаге является параметр , характеризующий подвижность компонентов:

(9.18)

где – подвижность; х – смещение зоны компонента; – смещение фронта растворителя. Практическое определение ничем не отличается от описанного в методе ТСХ (см. ниже и рисунок 9.13), так как процессы в бумажной хроматографии и в тонком слое во многом схожи.

В одномерной хроматографии в начальный момент времени проба наносится на нулевую (стартовую) линию бумажной полоски и подвергается действию подвижной фазы (растворителя). Если компоненты смеси окрашены, то через некоторое время на хроматограмме можно наблюдать отдельные цветные пятна, для которых значения параметра соответственно составляют: ; и т. д.

При идеальных условиях коэффициент определяется только природой вещества, параметрами бумаги и свойствами растворителей, и не зависит от концентрации вещества и других компонентов, но в действительности коэффициент незначительно зависит от этих факторов и техники эксперимента. Однако, при постоянстве условий опыта и не больших колебаниях в составах смеси эти коэффициенты можно считать постоянными и использовать для идентификации компонентов смеси.

На скорость движения растворителя и на иные характеристики процесса влияют также структура молекул целлюлозы в бумаге, ее набухаемость, ориентация волокна и т.д. В атмосфере водяных паров бумага поглощает значительное количество влаги (до 20 – 25% своей массы), поэтому для водной неподвижной фазы дополнительного увлажнения бумаги не требуется. При выборе в качестве неподвижной фазы некоторых органических веществ, гидрофильную бумагу необходимо пропитывать растворами гидрофобных веществ, таких как парафин, растительное масло и др. Хорошее разделение этим методом возможно только для компонентов с различной растворимостью. Кроме того, растворимость каждого компонента в подвижной фазе должна быть меньше, чем в неподвижной, но все же составлять вполне заметное значение. Это ограничение обусловлено тем, что если растворимость вещества будет велика, то его молекулы будут двигаться вместе с фронтом растворителя, а при низкой растворимости – смещения фронта вещества от стартовой линии практически не произойдет.

При разделении водорастворимых веществ в качестве подвижной фазы обычно берут органический растворитель, а неподвижной – воду. Если вещество растворимо в органических растворителях, то уже вода используется как подвижная фаза, а органический растворитель – неподвижная (метод обращенных фаз). К применяемым растворителям предъявляют следующие требования:

• растворители подвижной и неподвижной фаз не должны смешиваться;

• состав растворителя в процессе хроматографирования не должен изменяться;

• растворители должны легко удаляться с бумаги, быть недефицитными и безвредными для человека.

Индивидуальные растворители в распределительной хроматографии используются относительно редко. Более эффективно для этой цели употреблять их смеси, например бутилового или амилового спирта с метиловым или этиловым, насыщенные водные растворы фенола, крезола и др. Можно использовать смеси бутилового спирта с уксусной кислотой, аммиаком и т. д. Смеси растворителей позволяют плавно изменять значение параметра , и тем самым, создавать наиболее благоприятные условия разделения компонентов.

Для получения двумерных хроматограмм процесс выполняют дважды во взаимно противоположных направлениях: после обработки пробы первым растворителем хроматограмму поворачивают на 90 и хроматографируют вторично уже другим растворителем. Такая методика позволяет производить более тонкие разделения компонентов смеси.

Весьма эффективным оказалось сочетание хроматографии и электрофореза, т. е. получение электрофоретических хроматограмм на бумаге. Воздействие электрического поля можно использовать или одновременно с хроматографированием, или последовательно, проведя сначала электрофорез, а затем хроматографирование. Качественный состав пробы может быть установлен или по специфической окраске отдельных пятен на хроматограмме, или по числовому значению каждого из компонентов.

Количественные определения в распределительной, как и в ТСХ, выполняются по хроматографическим характеристикам (площади пятна на хроматограмме и интенсивности его окраски) или методом вымывания. Нередко хроматограмму разрезают на отдельные части по числу пятен, каждое из пятен дополнительно обрабатывают соответствующим экстрагентом и определяют количество вещества любым подходящим методом: фотометрическим, полярографическим и т. д.

Количественно содержание компонентов в смеси можно измерить методом шкал, когда на одной и той же хроматограмме получают пятна раствора с неизвестной концентрацией и нескольких стандартов. Концентрацию испытуемого раствора находят прямым сравнением площади его пятна или интенсивности окраски с пятнами стандартов. Более точным является метод градуировочного графика (S = f(lg c)), где S – площадь пятна, с – концентрация вещества. В указанных координатах график обычно линеен.

Методами распределительной жидкостной хроматографии успешно анализируют смеси катионов в неорганическом качественном анализе, смеси аминокислот и других органических кислот, смеси красителей и т. д.