Что такое хроматография, или как определяют красители
На самом деле методом хроматографии определяют, конечно же, не только красители, но и многие другие органические и даже некоторые неорганические вещества. В чем, если в двух словах, смысл хроматографии? Во всех реальных объектах содержится не одно, а много веществ, и часто присутствие одних мешает определению других. Представьте, что Вы смешали несколько разных красителей (в самом простом варианте - чернила с зеленкой), капнули одну каплю такой смеси на пористую бумагу, обмакнули край этой бумаги в воду и оставили на некоторое время. Что мы увидим через время? Вода (в общем случае это называется подвижная фаза) под действием капиллярных сил поднимется на некоторую высоту. Но самое главное - что с ней будут подниматься и красители из пятна, но... с разной скоростью! Это означает, что из одного пятна непонятно какого цвета Вы получите два отдельно стоящих пятна, одно будет синим, другое - зеленым. Красители разделились!
Понятно, что это ОЧЕНЬ упрощенная схема, и надо ли объяснять, что пользуясь этим свойством, в настоящее время сконструированы удивительно сложные и точные приборы по определению всевозможных веществ. Их возможности разные, все зависит от типа колонки (на которой происходит разделение), от состава подвижной фазы, от детектора и т.д.
Я покажу в картинках, как происходит определение с помощью метода высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) со спектрофотометрическим детектором.
Итак, прежде всего нам понадобится сам прибор - высокоэффективный жидкостный хроматограф. Вот так он выглядит целиком:
Когда Вы взяли пробу, взвесили ее растворили, разбавили... В общем, провели все необходимые процедуры пробоподготовки, из конечного раствор необходимо удалить растворенные пузырьки газов. Для этого помещаем на некоторое время (до 20 минут) колбу с готовым раствором в ультразвуковую ванну. Под действием ультразвука пузырьки активно выходят на поверхность.
После этого мы готовы к проведению анализа. Но нам понадобится подвижная фаза, причем в этом случае ей будет служить уже не вода, а более сложные системы. Подвижная фаза хранится в емкостях относительно большого объема:
Но подвижную фазу мало только иметь, нужно, чтобы ее что-то "двигало"! Поэтому нужен специальный насос, который прокачивает подвижную фазу через всю систему с постоянной скоростью, да еще и такой, какая нам нужна. Обычно это от 0,1 до 1 мл/мин. В нашем хроматографе насос - это блок, стоящий слева. Если открыть дверцы, то вот, что увидим:
Далее в подвижную фазу необходимо вводить пробу. Делается это при помощи специального хроматографического шприца с тупой иглой. Обратите внимание, что весь объем шприца всего 100 мкл, или 0,1 мл.
Шприцем проба вкалывается в инжектор.
Изнутри инжектор выглядит в виде вот такой петли:
Интересная особенность. Объем петли 20 мкл. И если шприцем вкалывать не 20 мкл, а больше, то далее в систему будет все равно попадать 20 мкл, а остальное - выливаться в специальный слив. Очень удобно.
Далее проба вместе с подвижной фазой попадает в колонку, где компоненты пробы разделяются. Колонка - это "сердце" хроматографа.
Колонка помещается в специальный термостат, чтобы разделение все время происходило при одной температуре. Обычно в жидкостной хроматографии это 30-40 градусов цельсия, а в газовой - несколько сотен градусов. Термостат изнутри визуально похож на аппарат, в котором жарят шаурму )) На первой фотографии термостат - это правый нижний блок хроматографа.
Наконец, когда компоненты на колонке разделились, мы должны каким-то образом зафиксировать их. Для этого нужен детектор. Детекторы в хроматографии бывают самые-самые разные, основаны на совершенно разных принципах и т.д. У нас наиболее простой вариант - основан на поглощении УФ и видимого света молекулами определяемых веществ. Детектор - это правый верхний блок на первом фото.
Наконец, когда детектор "уловил" наличие компонента, нам необходимо иметь возможность как-то об этом узнать, получить наглядную качественную и количественную информацию. Для этого предусмотрен вывод на компьютер. На хроматограмме компоненты обычно видны в виде вот таких пиков
Время появления пика указывает на то, какой именно этот компонент, а площадь под кривой - на его концентрацию. Чем пик больше, тем больше концентрация компонента.
Наш детектор позволяет определять красители, стероиды, полициклические ароматические углеводороды, витамины... В общем, все те вещества, молекулы которых поглощают свет в видимой или ультрафиолетовой областях. Другие детекторы позволяют определять гораздо больший набор веществ, но и стоят значительно дороже. Самый дорогой детектор - времяпролетный масс-спектрометрический, стоит в районе 300 тысяч евро. Понятно, что мы им не обладаем ))
См. также предыдущие посты:
1. Чим Оксиген відрізняється від кисню, или восполняем пробелы базового образования;
2. Все ли мы знаем о матрице?
3. Как определяют содержание золота в радиодеталях?
4. Что такое стандартные образцы?
Понятно, что это ОЧЕНЬ упрощенная схема, и надо ли объяснять, что пользуясь этим свойством, в настоящее время сконструированы удивительно сложные и точные приборы по определению всевозможных веществ. Их возможности разные, все зависит от типа колонки (на которой происходит разделение), от состава подвижной фазы, от детектора и т.д.
Я покажу в картинках, как происходит определение с помощью метода высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) со спектрофотометрическим детектором.
Итак, прежде всего нам понадобится сам прибор - высокоэффективный жидкостный хроматограф. Вот так он выглядит целиком:
Когда Вы взяли пробу, взвесили ее растворили, разбавили... В общем, провели все необходимые процедуры пробоподготовки, из конечного раствор необходимо удалить растворенные пузырьки газов. Для этого помещаем на некоторое время (до 20 минут) колбу с готовым раствором в ультразвуковую ванну. Под действием ультразвука пузырьки активно выходят на поверхность.
После этого мы готовы к проведению анализа. Но нам понадобится подвижная фаза, причем в этом случае ей будет служить уже не вода, а более сложные системы. Подвижная фаза хранится в емкостях относительно большого объема:
Но подвижную фазу мало только иметь, нужно, чтобы ее что-то "двигало"! Поэтому нужен специальный насос, который прокачивает подвижную фазу через всю систему с постоянной скоростью, да еще и такой, какая нам нужна. Обычно это от 0,1 до 1 мл/мин. В нашем хроматографе насос - это блок, стоящий слева. Если открыть дверцы, то вот, что увидим:
Далее в подвижную фазу необходимо вводить пробу. Делается это при помощи специального хроматографического шприца с тупой иглой. Обратите внимание, что весь объем шприца всего 100 мкл, или 0,1 мл.
Шприцем проба вкалывается в инжектор.
Изнутри инжектор выглядит в виде вот такой петли:
Интересная особенность. Объем петли 20 мкл. И если шприцем вкалывать не 20 мкл, а больше, то далее в систему будет все равно попадать 20 мкл, а остальное - выливаться в специальный слив. Очень удобно.
Далее проба вместе с подвижной фазой попадает в колонку, где компоненты пробы разделяются. Колонка - это "сердце" хроматографа.
Колонка помещается в специальный термостат, чтобы разделение все время происходило при одной температуре. Обычно в жидкостной хроматографии это 30-40 градусов цельсия, а в газовой - несколько сотен градусов. Термостат изнутри визуально похож на аппарат, в котором жарят шаурму )) На первой фотографии термостат - это правый нижний блок хроматографа.
Наконец, когда компоненты на колонке разделились, мы должны каким-то образом зафиксировать их. Для этого нужен детектор. Детекторы в хроматографии бывают самые-самые разные, основаны на совершенно разных принципах и т.д. У нас наиболее простой вариант - основан на поглощении УФ и видимого света молекулами определяемых веществ. Детектор - это правый верхний блок на первом фото.
Наконец, когда детектор "уловил" наличие компонента, нам необходимо иметь возможность как-то об этом узнать, получить наглядную качественную и количественную информацию. Для этого предусмотрен вывод на компьютер. На хроматограмме компоненты обычно видны в виде вот таких пиков
Время появления пика указывает на то, какой именно этот компонент, а площадь под кривой - на его концентрацию. Чем пик больше, тем больше концентрация компонента.
Наш детектор позволяет определять красители, стероиды, полициклические ароматические углеводороды, витамины... В общем, все те вещества, молекулы которых поглощают свет в видимой или ультрафиолетовой областях. Другие детекторы позволяют определять гораздо больший набор веществ, но и стоят значительно дороже. Самый дорогой детектор - времяпролетный масс-спектрометрический, стоит в районе 300 тысяч евро. Понятно, что мы им не обладаем ))
См. также предыдущие посты:
1. Чим Оксиген відрізняється від кисню, или восполняем пробелы базового образования;
2. Все ли мы знаем о матрице?
3. Как определяют содержание золота в радиодеталях?
4. Что такое стандартные образцы?