Гель проникающая хроматография. Эксклюзионная хроматография

06.10.2023

Эксклюзионная хроматография

Принцип

В колонку вносят раствор образца, объём которого является лимитирующим для качества хроматографии. Для аналитических разделений он не должен превышать 0,1 % от CV (общего объёма колонки), а для препаративной очистки он должен быть не выше 8-10 % от CV. Колонка упакована порошком, частицы или гранулы которого имеют поры определенного диаметра. Высокомолекулярные вещества, не входящие в поры, проходят между гранулами, поэтому их объём удержания равен объёму колонки за вычетом объёма стационарной фазы (так называемый, свободный объем ). Они элюируются первыми. Молекулы средних размеров помещаются в поры сорбента, но не полностью. Поэтому их объём удержания несколько выше свободного объёма. Они элюируется вторыми. Самые мелкие молекулы свободно входят в поры вместе с молекулами растворителя. Поэтому их объём удержания в колонке намного выше свободного и приближается к общему объёму колонки (то есть 100 % CV). Они элюируются последними.

Сорбенты

Гель - гетерогенная система, в которой подвижная фаза (обычно водная) всегда находится внутри пор стационарной или твердой фазы, называемой гелевой матрицей.

Низкого давления

декстран,
сефадекс,
сефакрил,
сефароза,
супердекс.

Высокого давления

полиметакрилат,

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Эксклюзионная хроматография" в других словарях:

- (ситовая хро матография), жидкостная хроматография, основанная наразл. способности молекул разного размера проникать в поры неионогенного геля, к рый служит неподвижной фазой. Различают гель проникающую хроматографию (элюент орг. р ритель) и гель … Химическая энциклопедия

эксклюзионная хроматография - ekskliuzinė chromatografija statusas T sritis chemija apibrėžtis Skysčių chromatografija, pagrįsta medžiagos molekulių pasiskirstymu tarp porose esančio ir judančio tirpiklio. atitikmenys: angl. exclusion chromatography rus. эксклюзионная… … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

- (от др. греч … Википедия

- (от греч. chroma, родительный падеж chromatos цвет, краска и...графия физико химический метод разделения и анализа смесей, основанный на распределении их компонентов между двумя фазами неподвижной и подвижной (элюент), протекающей через… … Большая советская энциклопедия

Вид хрома тографии, в к рой подвижной фазой служитжидкость (элюент), а неподвижной та. сорбент, тв. носитель с нанесённой на его поверхность жидкостью или гель. Осуществляют в колонке, заполненной сорбентом (колоночная хроматография), на плоской… … Естествознание. Энциклопедический словарь

Это хроматография, в которой подвижной фазой является жидкость. Жидкостная хроматография разделяется на жидкостно адсорбционную (разделение соединений происходит за счет их различной способности адсорбироваться и десорбироваться с поверхности… … Википедия

гель проникающая хроматография - Gel Permeation Chromatography Гель проникающая хроматография (эксклюзионная, ситовая, гель фильтрационная) Вариант жидкостной хроматографии … Толковый англо-русский словарь по нанотехнологии. - М.

Типичная установка для ручной колоночной хроматографии. Стеклянная колонка, снабженная внизу краном для регулирования скорости процесса, набита твердой фазой (белого цвета), резервуар вверху наполнен жидким элюентом, в верхней части твердой фазы… … Википедия

Приборы, измеряющие содержание (концентрацию) одного или неск. компонентов в жидких средах; Ж. а. часто называют также приборы для определения св в жидкостей (вискозиметры, плотномеры и др.). Различают Ж. а. лабораторные и промышленные (для… … Химическая энциклопедия

См. Эксклюзионная хроматография … Химическая энциклопедия

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.

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

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.

Гель-хроматография как метод определения молекулярной массы

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.

Гель-фильтрация или эксклюзионная хроматография (ситовая, гель-проникающая, гель-фильтрационная хроматография) - разновидность хроматографии, в ходе которой молекулы веществ разделяются по размеру за счёт их разной способности проникать в поры неподвижной фазы. При этом первыми выходят из колонки наиболее крупные молекулы (бомльшей молекулярной массы), способные проникать в минимальное число пор стационарной фазы. Последними выходят вещества с малыми размерами молекул, свободно проникающие в поры. В отличие от адсорбционной хроматографии, при гель-фильтрации стационарная фаза остается химически инертной и с разделяемыми веществами не взаимодействует. 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. Молекулы делают остановки в щелевидных порах, размер которых по порядку величины соответствует размеру макромолекул.

При эксклюзионной хроматографии молекулы, имеющие в растворе большой размер, или совсем не проникают, или проникают только в часть пор сорбента (геля) и вымываются из колонки раньше, чем небольшие молекулы. Соотношение эффективных размеров макромолекул и пор сорбента определяет коэффициент распределения K d , от которого зависит объем удерживания компонента V R в колонке:

Эффективным размером макромолекулы при эксклюзионной хроматографии является ее гидродинамический радиус R, который вместе с молекулярной массой полимера М определяет характеристическую вязкость полимера. Универсальную калибровочную зависимость V R от произведения / уравнение (2) впервые получил экспериментально Г. Бенуа, она имеет вид (рис. 1):

где А и В-константы. Уравнение (2) одинаково справедливо для линейных и разветвленных полимеров, блок- и привитых сополимеров, олигомеров.

Рис. 1.

хроматография молекулярный эксклюзионный

В области от V 0 до V T (объем колонки, доступный для растворителя и молекул ниже определенного размера, соответствующего М мин) рабочая зависимость имеет линейный (квазилинейный) характер. Соответствующие объемам V 0 и V T мол. массы представляют собой пределы исключения - М макс (молекулы большого размера, не проникают в поры сорбента) и М мин, (молекулы небольшие, полностью проникают в поры сорбента). Сорбенты с порами одного размера теоретически способны разделять макромолекулы в пределах коммерческие сорбенты характеризуются. Ддя разделения макромолекул в большом диапазоне М нужны сорбенты с бимодальным и тримодальным распределением пор по размерам, обеспечивающие линейную мол. массовую калибровочную зависимость в диапазоне М = 10 2,5 - 10 6,5 . Максимальная селективность достигается увеличением объема перового пространства сорбента, у бимодального и тримодального сорбентов, кроме того, оптимальным распределением пор по размерам. Важно, чтобы при разделении смеси макромолекул их наибольшая и наименьшая М находились в пределах М МИН - М МАКС характерных для данного сорбента.

Механизм эксклюзионной хроматографии. Эксклюзионная хроматография (Size Exclusion Chromatography, SEC) или гель-проникающая хроматография (ГПХ, Gel Permeation 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. Макромолекулы в р-ре представляют собой статистич. ансамбль (статистич. клубок). Их распределение между пористым сорбентом и р-ром контролируется изменением энергии Гиббса при переходе макромолекулы из р-ра в поры: где- изменение энтальпиимакромолекулы вследствие взаимод. ее сегментов с пов-стью сорбента (матрицей геля); - уменьшение энтропиипри переходе макромолекулы из р-ра в поры; Т - абс. т-ра. Разделение макромолекул происходит в эксклюзионном режиме, когда, a K d , зависящий от соотношения размеров макромолекул и пор, меньше 1. Для подавления нежелательных для эксклюзионной хроматографии явлений ионной эксклюзии и ионообменной сорбции модифицируют поверхность сорбентов (для придания ей нейтрального заряда при рН > 4), увеличивают ионную силу растворителя, ослабляя кулоновские взаимодействие, добавляют органические растворители, смещая тем самым рК полиэлектролита или изоэлектрическую точку у полиамфолитов. С другой стороны, ионообменную сорбцию и ионную эксклюзию можно использовать для разделения нейтральных макромолекул, полианионов и поликатионов одного размера. Поскольку диссоциация полиэлектролитов увеличивается с разбавлением их растворов, то при эксклюзионной хроматографии макромолекулы на краях хроматографической колонки, где их концентрация мала, диссоциируют и движутся по колонке не по законам эксклюзионной хроматографии, а по законам ионообменной сорбции и ионной эксклюзии в зависимости от заряда поверхности сорбента и макромолекулы, что приводит к искажению формы кривой зависимости V и М (рис. 2), а также позволяет диагностировать наличие того или другого процесса.

Рис. 2. Эксклюзионная хроматография нейтральных макромолекул (а) и полиэлектролитов: ионная эксклюзия (б), ионообменная сорбция (в)

Эффекты, аналогичные ионообменной сорбции, но только в более слабой степени, могут наблюдаться при гидрофобных взаимодействиях макромолекулярных сегментов с модифицированной гидрофобными радикалами поверхностью сорбента или при электростатическом взаимодействии поверхностных силанольных гидроксигрупп с с функциональными группами полярных макромолекул. Все эти эффекты должны подавляться при проведении эксклюзионной хроматографии.

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 Linear 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).

Техника эксклюзионной хроматографии. Для разделения макромолекул в режиме эксклюзионной хроматографии используют колонки двух типов: работающие в узком = 10 2) и широком (= 10 4 - 10 5) диапазонах. Колонки широкого диапазона M имеют широкое распределение пор сорбента по размерам (бимодальное, тримодальное). Это распределение подбирается таким образом, чтобы при заданных степени линейности калибровочной мол.-массовой зависимости и диапазона масс обеспечивалась наибольшая степень селективности. Эксклюзионная хроматография осуществляется с помощью хроматографа, детектором служит спектрофотометр или проточный рефрактометр с предельной чувствительностью 5 х 10 -8 ед. рефракции, что соответствует концентрации полимера 5-10 -5% . Обычно прибор работает при комнатной температуре, однако эксклюзионная хроматография полиолефинов требует повышенной температуры, что способствует увеличению селективности разделения, эффективности колонок и скорости анализа вследствие уменьшения вязкости подвижной фазы. Современные хроматографы комплектуются автоматическим устройством для приготовления (растворение полимера, фильтрация р-ра) и ввода пробы, компьютером для интерпретации результатов анализа ММР. Применение комбинации рефрактометрического детектора и фотометра позволяет определять ММР и индексы разветвленности без калибровки хроматографа по полимерным стандартам. При гель-фильтрации белков необходимо принимать меры для предотвращения их адсорбции на сорбенте и не допускать их денатурации. В отличие от эксклюзионной хроматографии синтетических полимеров и олигомеров, используемой главным образом в аналитических целях, гель-фильтрация белков - один из важнейших способов их выделения и очистки.

Ддя эксклюзионной хроматографии используют макропористые неорганические или полимерные сорбенты. Для эксклюзионной хроматографии полярных полимеров неорганические сорбенты (силикагели и макропористые стекла) модифицируют кремнийорганическими радикалами, а для эксклюзионной хроматографии гидрофильных полимеров - гидрофильными группами. Среди полимерных сорбентов наиболее распространены стирол-дивинил-бензольные (для эксклюзионной хроматографии высокополимеров и олигомеров). Для гель-фильтрации биополимеров, прежде всего белков, используют гидрофильные полимерные сорбенты (сефадексы - декстраны с поперечными сшивками, а также полиакриламидные гели) или модифицированные полисахаридами макропористые силикагели.

Эксклюзионную хроматографию эффективно применяют при разработке новых полимеров, технологических процессов их получения, контроле производства и стандартизации полимеров. Эксклюзионную хроматографию используют для анализа ММР полимеров, исследования, выделения и очистки полимеров, в т. ч. биополимеров.