Хроматографія – високоефективний фізико-хімічний метод розділення і аналізу, в якому речовина розподіляється між двома фазами: рухомою і нерухомою.
Перша робота (1903) в цій галузі належить російському вченому М.С.Цвєту. Він розділив хлорофіл на складові частини і виявив речовини, що входять до складу хлорофілу, використавши для цього колонку, наповнену карбонатом кальцію. В тридцяті роки минулого століття німецькі хіміки успішно застосували цей метод при вивченні каротину.
Для розділення іонів металів хроматографія була використана дещо пізніше.
В наш час хроматографія – це ефективний сучасний метод
розділення як 
органічних,
так і неорганічних сполук. Відомі різні види хроматографії: адсорбційна,
розподільча, іонообмінна, осадова, паперова, тонкошарова, газова,
гельхроматографія та ін.
Одним з найпростіших видів хроматографії, що не потребує складної апаратури, вважається хроматографія на папері, або паперова хроматографія.
У методі паперової хроматографії розділення речовин відбувається внаслідок їх розподілу між волокнами целюлози і рухомою фазою – розчинником.
У нерухомій фазі речовина може утримуватися завдяки:
розчиненню в адсорбованій папером воді;
адсорбції на папері;
іонообмінному механізму, бо целюлоза може частково окислюватись.
Для оцінки хроматографічної поведінки речовини в певних умовах використовують величину Rf, яка дорівнює відношенню відстані L2 , пройденої речовиною, до відстані L1, пройденої розчинником:
Rf=
Rf можуть мати значення від 0 до 1. При Rf = 0 компонент суміші залишається на лінії старту, а при Rf = 1 – рохається разом з фронтом розчинника. Значення Rf залежить від розроди речовини, складу рухомої фази, типу паперу, температури, часу хроматографування, техніки експерименту.
Значення Rf для деяких катіонів третьої та четвертої аналітичних груп (фільтр “жовта стрічка”, розчинник: ацетон : HCl = 7: 1 (2 моль/л)) наведено в табл..1.
Розділення речовин можливе,якщо Rf (1) – Rf (2) ≥ 0,1.
Таблиця 1.
Значення Rf іонів деяких металів (фільтр “жовта стрічка”, розчинник: ацетон : HCl = 7: 1 (2 моль/л))
|
№ |
Катіон |
Rf |
№ |
Катіон |
Rf |
|
1 2 3 4 5 6 |
Ni (II) Al (III) Mn (II) Co (II) Pb (II) Cu (II) |
0,13 0,15 0,25 0,54 0,70 0,77 |
7 8 9 10 11 |
Cd (II) Zn (II) Bi (III) Fe (III) Hg (II) |
0,86 0,94 1,00 1,00 1,00 |
В залежності від техніки експерименту паперова хроматографія розподіляється на: 1) висхідну; 2) низхідну; 3) двомірну; 4) кругову.
На нижню частину смужки фільтрувального паперу наносять краплину досліджуваного розчину. Папір вміщують в циліндр, на дно якого наливають рухому фазу – розчинник. Нижній край паперової смужки занурюють в розчинник так, щоб нанесена пляма знаходилася трохи вище рівня розчинника. Циліндр закривають кришкою. Під впливом капілярних сил рухома фаза піднімається вгору. Завдяки різній розчинності компонентів суміші в розчиннику та їх різній адсорбційній здатності на папері утворюються зони, що відрізняються за складом. Коли рівень підйому досягне 2 см від верхнього краю, смужку паперу виймають, відмічають рівень фронту розчинника і висушують. Після цього, якщо потрібно, зони проявляють певними реагентами. Після проявлення вимірюють шлях, що пройшов кожний компонент суміші, та розраховують значення Rf . Схематичний вигляд висхідної хроматограми зображений на рис. 1. Для визначення L1 та L2 знаходять відстані між точками в центрі плям. Для розділення іонів металів зазвичай використовують рухому фазу, що складається з ацетону та соляної кислоти.
|
|
|
Рис.1. Висхідна паперова хроматографія |
Низхідна хроматографія відрізняється від висхідної тим, що рухома фаза в цьому випадку спускається вниз, як видно з рис. 2.
|
|
|
Рис. 2. Низхідна хроматографія. |
Цей вид паперової хроматографії звичайно використовують для розділення складних органічних речовин. Для цього на квадратний аркуш фільтрувального паперу близько до кута наносять краплину досліджуваного розчину. Використовуючи принцип висхідної хроматографії, розділяють суміш на ряд зон. Папір висушують. Потім аркуш повертають так, щоб одержані зони знаходились над розчинником, і знову проводять розділення методом висхідної хроматографії, використовуючи той же або інший розчинник. При цьому кожна з зон знову розділяється на плями (рис. 3). Цим методом вдалося розділити на компоненти суміш амінокислот.
|
|
|
Рис. 3. Двомірна паперова хроматографія: а) попередній розподіл; б) остаточний розподіл. |
Для цього виду хроматографії використовується кругла платівка фільтрувального паперу. Краплину досліджуваного розчину вміщують в центр кола зверху. Розчинник підводиться знизу до центру за допомогою паперової смужечки. Окремі
|
|
|
|
Рис. 4. Кругова хроматографія: а) вигляд приладу збоку; б) вигляд хроматограми зверху. |
|
зони розташовуються навколо плями у вигляді концентричних кіл, як показано на рис. 4.
Завдання:
Розділити суміш катіонів третьої та четвертої аналітичних груп методом кругової (радіальної) паперової хроматографії.
Нерухома фаза – целюлоза, рухома - розчин соляної кислоти в ацетоні. Іони металів розподіляються між нерухомою і рухомою фазою у залежності від їх здатності адсорбуватись волокнами целюлози, та, оскільки розчинник містить значну концентрацію хлорид-іонів (~ 0,15 моль/л), утворює чи не утворює іон металу хлоридні комплекси, а якщо утворює, то яка цого стійкість. Для деяких з наведених в таблиці іонів (з тих, що хлоридні комплекси утворюють) є кореляція – чим стійкіший комплекс, тим більше значення Rf.
Посуд та реагенти:
дві кришки або дві основи чашок Петрі;
паперові фільтри діаметром 12-15 см;
суміш ацетону та соляної кислоти (2 моль/л) 7:1;
розчини солей металів, наведених в табл.. 1;
допоміжні реагенти та реагенти-проявники: NH4SCN в аміловому спирті; K4[Fe(CN)6]; Na2S; бензидин; диметилгліоксим; 1-нітрозо-2-нафтол; рубеановоднева кислота; алізарин; дифенілкарбазон; тіосечовина; KI; SnCl2; H2SO4; NH4OH; AgNO3; NaOH; CsNO3.
Методика виконання. Для розділення катіонів використовують паперовий фільтр великого діаметру, в якому вирізано смужечку до центру, яку відгинають донизу і вкорочують так, аби вона потім тільки занурювалась в розчинник. В центр фільтра зверху наносять невелику краплину розчину, що містить суміш катіонів третьої та четвертої аналітичних груп. Пляму підсушують, після чого фільтр затискають між двома основами (чи двома кришками) чашок Петрі. В нижню частину заздалегідь наливають розчинник (суміш ацетону та соляної кислоти) так, щоб смужка, видігнута донизу, була в нього занурена (див. рис. 4). Після закінчення процесу розділення солей, коли фронт розчинника дійде до стінки чашки Петрі (30-50 хв), хроматограму виймають, відмічають фронт розчинника простим олівцем, підсушують на повітри, розрізають на сектори, кожний з яких проявляють різними реагентами-проявниками (наносять кожний на зону, що відповідає Rf певного іону). Висновок щодо складу досліджуваного розчину роблять на підставі спостережень ефекту дії реагентів-проявників і даних про значення Rf іонів металів (див.табл.1).
Для виявлення катіонів, наведених а табл. 1, після розділення їх методом паперової хроматографії застосовуються такі реакції:
Ni2+ виявляють дією диметилгліоксиму і гідроксиду амонію. В присутності нікелю з’являється яскрава червоно-рожева пляма диметилгліоксимату нікелю.
Рубеановоднева кислота утворює з Ni2+ синьо-фіолетову пляму.
Al3+ виявляють дією алізарину і гідроксиду амонію. В присутності алюмінію виникає рожева пляма алізаринового лаку. Якщо алюміній відсутній, пляма буде фіолетова. Для більшої контрастності реакції пляму можна або підсушити або обробити розчином розведеної оцтової кислоти.
Mn2+ виявляють: а) дією азотнокислого срібла в лужному середовищі – в присутності Mn2+ виникає чорна пляма металічного срібла (паралельно виконується холостий дослід); б) бензидином після обробки зони гідроксидом амонію – в присутності Mn2+ з’являється синє забарвлення.
Co2+ можна виявити таким чином: а) дією розчину роданіду амонію в аміловому спирті – в присутності кобальту виникає блакитна або зеленкувато-блакитна пляма, яка властива роданідному комплексу кобальту; б) дією 1-нітрозо-2-нафтолу в кислому середовищі – в присутності кобальту з’являється буро–червона пляма; в) дією рубеановодневої кислоти – в присутності кобальту в нейтральному середовищі утворюється жовто-бура пляма.
Pb2+ виявляють дією сульфіду натрію. В присутності свинцю з’являється чорна пляма. Со2+ та Сu2+, які мають близькі значення Rf, заважають, бо їх сульфіди теж мають чорний колір. В кислому середовищі сульфід кобальту не утворюється. Від іонів міді свинець можна відділити у вигляді сульфату. Зону потрібно спочатку обробити розчином сірчаної кислоти, потім добре промити водою і після цього подіяти сульфідом натрію (в ту саму точку, куди вводили сірчану кислоту. Поява чорного забарвлення в центрі плями (з білим ободком) вкаже на присутність свинцю.
Cu2+ виявляють дією K4[Fe(CN)6]. Якщо мідь присутня, утворюється червоно бура пляма.
Рубеановоднева кислота в присутності гідроксиду амонію дає з Cu2+ чорну або оливкову пляму.
Сd2+ виявляють дією сульфіду натрію. В присутності кадмію утворюється сульфід кадмію жовтого кольору.
Zn2+ виявляють дією розчину дитизону в хлороформі. Зону перед цим обробляють розчином лугу. В присутності цинку виникає яскраве червоне забарвлення.
Bi3+ можна виявити: а) дією надлишку KI і SnCl2 (для відновлення I2 , що може утворитись в присутності Fe3+ ) – в присутності вісмуту виникає оранжеве забарвлення; б) дією йодиду калію і нітрату цезію – в присутності вісмуту виникає оранжево-рожева пляма Cs[BiI4], в) дією тіосечовини – в присутності вісмуту виникає жовта пляма.
Fe3+ виявляють: а) дією розчину роданіду амонію в аміловому спирті – в присутності Fe3+ виникає червоне забарвлення; б) дією K4[Fe(CN)6] – в присутності Fe3+ з’являється синя пляма.
Hg2+ виявляють: а) дією дифенілкарбазиду або дифенілкарбазону – в присутності ртуті виникає синьо-фіолетове забарвлення; б) дією надлишку розчину SnCl2 – на присутність ртуті вказує поява чорного або сірого осаду металічної ртуті; в) дією розведеного розчину йодиду калію – в присутності Hg2+ з’являється оранжено-червона пламі йодиду ртуті (ІІ).
