Практическое занятие № 22. Тонкослойная хроматография

Цель: Сформировать знания о методах использования тонкослойной хроматографии в качественном анализе. 

Вопросы для обсуждения

1. Основные понятия хроматографии. Сущность хроматографического анализа

2. Тонкослойная хроматография

3. Приготовление пластинки с незакрепленным слоем оксида алюминия и определение степени активности адсорбента по Брокману


 Тонкослойная хроматография

Метод тонкослойной хроматографии был разработан Н. А. Измайловым и М. С. Шрайбер еще в 1938 г. В методе ТСХ неподвижная твердая фаза (силикагель, оксид алюминия, порошок целлюлозы) тонким слоем наносится на стеклянную, пластмассовую или металлическую пластинку. В качестве подвижной фазы используют различные растворители или их смеси, органические и неорганические кислоты. Выбор растворителя зависит от природы сорбента и свойств анализируемых соединений. Например, при хроматографировании аминокислот используют смесь n-бутанола с уксусной кислотой и водой, при анализе неорганических ионов – водные буферные растворы, создающие постоянное значение рН. В ТСХ чаще используют восходящий способ получения хроматограммы. Раствор образца наносят микропипеткой на небольшом расстоянии от края пластинки на стартовую линию, и край пластинки погружают в растворитель, который действует как подвижная фаза жидкостной адсорбционной хроматографии. Под действием капиллярных сил растворитель поднимается вверх по пластинке и с разной скоростью переносит за собой компоненты смеси, что приводит к их пространственному разделению. Чтобы растворитель не испарялся с поверхности сорбента, пластинка на время разделения должна быть помещена в герметически закрытую прозрачную камеру. Разделяемые компоненты на пластинке образуют отдельные зоны (пятна). Хроматографирование продолжают до тех пор, пока растворитель не пройдет от линии старта около 10 см до так называемой линии фронта. После этого пластинку вынимают из хроматографической камеры, подсушивают на воздухе и определяют положение пятен.

В нисходящей хроматографии растворитель передвигается по слою вниз под действием и капиллярных, и гравитационных сил. Горизонтальная хроматография выполняется в виде круговой и со свободным испарением растворителя. В круговой хроматографии в центр горизонтально установленной пластинки вносят каплю анализируемой смеси и непрерывно подают растворитель, который под действием капиллярных сил движется в радиальном направлении от центра. Компоненты смеси располагаются в слое в виде концентрических колец.

Схема разделения смеси веществ методом тонкослойной хроматографии приведена на рис.1.4. Пятна характеризуют положение компонентов А, В, С на пластинке в конце опыта.

Рис.1.4. Схема разделения методом восходящей тонкослойной хроматографии

Сорбционные свойства системы в ТСХ характеризуются под-вижностью Rf – относительной скоростью перемещения компонентов в тонком слое. Величины Rf рассчитываются из экспериментальных данных (рис.1.4.):

(1.1),

где li – расстояние от стартовой линии до центра пятна, L – расстояние, пройденное растворителем от стартовой линии до границы фронта растворителя.

Rf характеризует положение пятна на хроматограмме. Это константа для данного вещества на данном сорбенте в данной системе растворителей. На величину Rf влияют качество и активность сорбента, его влажность, толщина слоя, качество и природа растворителя, техника эксперимента (способ нанесения пробы, способ детектирования) и другие факторы. На практике часто пользуются относительной величиной

(1.2)

Где Rf,ст также рассчитывают по уравнению (1.1).

Разделение двух веществ с Rf,1и Rf,2 практически возможно, если Rf,1> Rf,2 и Δ Rf ≥ 0,1. Эффективность выбранного варианта ТСХ (адсорбционного, распределительного, ионообменного) и хроматографической системы можно оценить по фактору разделения (селективности) двух веществ с разными коэффициентами распределения:

 (1.3)

Качественный анализ. Проще всего идентификация вещества может быть сделана, если пятно определяемого вещества имеет характерную окраску. Невидимые хроматограммы проявляют соответствующими реагентами, как правило, групповыми. По характерной окраске образующихся цветных зон судят о составе анализируемой пробы. При обработке пластинки, например, парами иода четко проявляются непредельные соединения; при опрыскивании пластинки тиоцианатом кобальта амины образуют голубые пятна на розово-белом фоне. В физических методах проявления используется способность некоторых веществ флуоресцировать под действием УФ-излучения.

Наиболее общий подход к качественному анализу основан на значениях Rf . При соблюдении стандартных условий получаются воспроизводимые значения Rf, которые можно использовать в аналитических целях при сравнении с табличными, если они получены в тех же условиях опыта; более надежно использовать значения Rf,отн.

Самым надежным способом является метод свидетелей (стандартных веществ). Стандартное вещество в том же растворителе наносится на стартовую линию рядом с анализируемой пробой и, таким образом, хроматографируется в тех же условиях (рис.1.4).

Таблица 1.1

Подвижные фазы, проявители, величины Rfнекоторых катионов при разделении на микрокристаллической целлюлозе методом ТСХ

Катион

Подвижная фаза, %

Проявитель

Rf

Hg(I)

н-бутанол–вода (85:15);

рН 3,0 (СН3СООН)

Водный раствор К2CrO4

0,13

Ag(I)

0,11

Pb(II)

0,05

Zn(II)

Этанол–5 М HCl(90:10)

Дитизон

0,93

Fe(III)

Самоидентификация

0,80

Co(II)

1-Нитрозо-2-нафтол

0,33

Ni(II)

Диметилглиоксим

0,33

Ca(II)

Изопропанол–вода– 1 М HCl

(40:20:20)

Ализарин

0,73

Sr(II)

Родизонат калия

0,66

Ba(II)

Родизонат калия

0,55

По окончании хроматографирования и проявления хроматограммы приступают к идентификации веществ. Совпадение Rfкомпонента пробы и одного из свидетелей дает основание для отождествления веществ.

+Количественные определения в ТСХ могут быть сделаны непосредственно на пластинке, в этом случае каким-либо способом измеряют площадь пятна и по заранее построенному градуировочному графику находят количество вещества. Применяется также прямое спектрофотометрирование пластинки по спектрам отражения и по спектрам поглощения (фотоденситометрия), для количественных расчетов предварительно строят градуировочный график, используя оптическую плотность в центре пятна Наиболее точным считается метод, когда анализируемое вещество удаляют с пластинки механическим путем или вымывают подходящим растворителем после вырезания зоны, а затем анализируют спектрофотометрическим, флуориметрическим, атомно-абсорбционным методами.

Метод ТСХ прост по методике выполнения и аппаратуре, экспрессен и не требует для анализа больших количеств вещества. Метод широко используется для идентификации компонентов лекарств, биохимических препаратов, неорганических веществ.


Вопросы для самоконтроля

1.На каком свойстве основана тонкослойная хроматография?

2. Как идентифицировать пятна органических соединений в методе ТСХ?

3. Как выполняют количественный анализ в методе ТСХ?

4. Как определяют Rf в методе ТСХ? От чего зависит величина Rf и какие условия нужно поддерживать постоянными при проведении эксперимента?

5. Как можно определить концентрации компонентов смеси после разделения методом  ТСХ?

6. Как выполняется качественный анализ с помощью  ТСХ?

7. Почему в методе ТСХ необходимо герметически закрывать камеру с растворителем и пластинкой во время подъема фронта растворителя?

8. Как обнаруживают и идентифицируют компоненты на тонкослойных хроматограммах?

9. Каковы области применения, достоинства и недостатки тонкослойной хроматографии?