Хроматография. 
Методы исследования материалов и процессов

Открытие хроматографии и последующее усовершенствование различных ее видов привели к настоящей революции в области аналитического контроля и автоматизации производственных процессов пищевой, химической, нефтяной и других отраслей промышленности, а также — в практике научно-исследовательских работ. В настоящее время хроматография является одним из наиболее распространенных методов анализа и физико-химических исследований веществ.

Явление хроматографии открыл российский ученый М. С. Цвет в 1903 г.⁷ Он установил, что при пропускании через стеклянную колонку с адсорбентом (СаСОз) раствора, содержащего растительные пигменты, вдоль слоя образуются окрашенные зоны, наблюдаемые визуально. При промывании колонки растворителями зоны перемещались вниз по адсорбенту с различными скоростями. Наблюдаемое явление исследователь назвал хроматографией, что в переводе с греческого означает «цветописание».

В последующие годы этот новый подход применили и для изучения бесцветных веществ. Однако термин «хроматография» сохранили, и в настоящее время он объединяет множество методов анализа и физико-химических опытов, связанных с распределением веществ между двумя фазами в процессе движения одной фазы относительно другой.

В Западной Европе принято считать, что явление хроматографии было открыто Н. Рамзеем в 1905 г. и применено для разделения смесей газов и паров (монография Г. МакНейр, Э Бенелли «Введение в газовую хроматографию»).

В основе метода лежит движение исследуемых веществ (сорбатов) вместе с подвижной фазой вдоль слоя неподвижной фазы. В процессе такого движения происходит непрерывное распределение веществ между фазами, т. е. многократное повторение актов сорбции (адсорбции или абсорбции) и десорбции на протяжении всего пути вдоль неподвижной фазы. Скорость движения молекул вдоль неподвижной фазы зависит от скорости движения подвижной фазы и среднего времени жизни молекул в неподвижной фазе. Действительно, молекулы вещества могут двигаться только вместе с потоком подвижной фазы. При сорбции они связываются с неподвижной фазой и не двигаются до тех пор, пока не произойдет их десорбция и они снова не войдут в поток подвижной фазы.

Таким образом, время прохождения молекул вещества через слой неподвижной фазы складывается из суммарного времени их движения с потоком подвижной фазы (/о) и времени пребывания в сорбированном состоянии (//?):

Время /о для всех компонентов одинаково и определяется объемом хроматографической системы (колонки, слоя) V и объемной скоростью потока подвижной фазы со:

Время tR зависит от среднего времени жизни (пребывания) молекул т в неподвижной фазе, которое определяется энергией взаимодействия между молекулами компонентов и неподвижной фазой. Интенсивность указанных взаимодействий определяется природой вещества, поэтому время прохождения каждого из веществ через слой неподвижной фазы различно. На этом и основано разделение смесей хроматографическим методом.

Рис 5.1 Движение зон веществ, А и В при хроматографировании.

Рассмотрим движение зоны двух веществ А и В вдоль колонки. Учтем, что время жизни молекул А (т_А) меньше, чем молекул В (тв). Через одно и то же время t молекулы вещества А совершат больше актов сорбции и десорбции за счет малого времени их пребывания в неподвижной фазе, чем молекулы В. При каждом акте десорбции молекулы подхватываются потоком и перемещаются по направлению к выходу из колонки. В итоге за время t молекулы А пройдут больший путь, чем молекулы В, т. е. компоненты смеси будут перемещаться вдоль колонки с различной скоростью, что и приведет к их разделению. Чем слабее сорбируется вещество, тем быстрее оно движется вдоль неподвижной фазы (рис. 5.1).