Презентация по химии на тему Теоретические и экспериментальные методы исследования в химии

Лекция 1 Теоретические и экспериментальные методы исследования в химии Хроматография Цвет Михаил Семенович Хроматографические методы – это методы молекулярного анализа, основанные на разделении компонентов смеси путем их избирательного поглощения (сорбции). Разделение хлорофилла (1903) Адсорбционная хроматография - метод, основанный на многократном перераспределении молекул определяемого компонента (сорбата) между подвижной фазой (элюентом) и поверхностью твердого сорбента вследствие адсорбции и десорбции этих молекул. Если адсорбционные свойства компонентов смеси различны, то при движении элюента через сорбент компоненты разделяются. История хроматографического анализа 1903 – первый доклад М.С.Цвета о разделении хлорофилла;1931 – признание приоритета Цвета как создателя хроматографии в целом и адсорбционно-хроматографического анализа в частности;1937 - ионообменная хроматография ( Г.Шваб, США);1938 - тонкослойная хроматография (Н.А.Измайлов, М.С.Шрайбер, СССР);1941 - жидкостная распределительная хроматография как метод анализа смесей аминокислот (А.Мартин, Р.Синдж, Англия);1944 - бумажная хроматография (А.Мартин, Р.Синдж, Англия); 1945 - первые публикации по газоадсорбционной хроматографии; 1952 - А.Джеймс и А.Мартин создали газожидкостную хроматографию и предложили первую теорию разделения («теорию тарелок»);1953 - построен и применен в анализе первый газовый хроматограф. 1956 - теория размывания хроматографических пиков ( Я. Ван Деемтер, А.Клинкенберг, Голландия);1956 - капиллярная газовая хроматография (М.Голэй, Франция); 1960-е годы - массовый выпуск газовых хроматографов, препаративная хроматография, хромато-масс-спектрометрия;1966-1971 - первые жидкостные хроматографы высокого давления (Ш.Хорват, США, Г.Киркланд, Англия). Развитие метода ВЭЖХ;1975 - ионная хроматография (Х.Смолл, Т.Стивенс и В.Бауман, США);1980–е годы - флюидная (сверхкритическая) хроматография;1990-е годы – базы данных и системы компьютерной идентификации для хроматографического анализа. История хроматографического анализа Процесс разделения Сорбент Элюент Элюат Хроматографическое разделение основано на различии скоростей перемещения разных компонентов пробы через слой сорбента.Скорости движения компонентов в хроматографии теоретически не должны зависеть ни от концентрации сорбата, ни от состава пробы (природы и концентрации других компонентов). На практике эти положения иногда не выполняются, особенно при высокой концентрации компонентов и при вводе в колонку большой массы пробы. Это ведет к ошибочным результатам анализа. Вещество, которое сорбирует анализируемые вещества, называют неподвижной фазой. Вещество, которое переносит анализируемую смесь через слой сорбента, называют подвижной фазой. Подвижной фазой может быть газ или жидкостью. Соответственно эти виды хроматографии называют газовой и жидкостной хроматографией.  Некоторые понятия и принципы Основные области применения хроматографического анализа * нефтехимия и химическая промышленность;* контроль состояния окружающей среды;* анализ пищевых продуктов и лекарственных препаратов;* клинический анализ;* научные исследования. Основные преимущества хроматографии как аналитического метода Высочайшая селективностьВоспроизводимость результатов Многокомпонентность анализаНизкие пределы обнаружения (0.1 мкг/л)Широкий диапазон линейности (1-1000 мкг/л)Малый расход пробы ( < 1 мл)Экспрессность анализаПростота эксплуатации и возможность полной автоматизации Виды хроматографии * Хроматографические системы можно разделить по следующим принципам:– агрегатное состояние подвижной и неподвижной фаз;– геометрические характеристики системы;– механизм взаимодействия между разделяемым веществом и фазами.В качестве подвижной фазы используется газ или жидкость. В качестве неподвижной, или стационарной, фазы применяются твердые вещества или жидкости.По расположению фаз хроматографические системы подразделяют на две группы: плоскостные и колоночные.Последние, в свою очередь, разделяются на:– насадочные, заполненные зернистым твердым материалом (мелкие шарики), либо являющимся разделительной средой, либо служащим носителем неподвижной жидкой фазы;– капиллярные, внутренние стенки которых покрыты пленкой неподвижной жидкости или слоем твердого адсорбента (поглотитель). Взаимодействие между разделяемым веществом и фазами хроматографической системы может осуществляться или на поверхности фазы, или в объеме. В первом случае хроматография называется адсорбционной, во втором – распределительной.Механизмы разделения молекул в хроматографических системах чаще всего сводятся к следующим:– неподвижная фаза физически поглощает (сорбирует) разделяемые вещества;– неподвижная фаза химически взаимодействует с разделяемыми веществами;– неподвижная фаза растворяет разделяемые вещества из раствора в несмешивающемся растворителе;– неподвижная фаза имеет пористую структуру, затрудняющую диффузию молекул разделяемых веществ в этой фазе. К основным видам хроматографии относят Адсорбционную ионообменнуюЖидкостную бумажнуютонкослойную, гель-фильтрационную афинную хроматографию. * Адсорбционная хроматография Адсорбционная хроматография. В этом случае разделение веществ осуществляется за счет выборочной (селективной) адсорбции веществ на неподвижной фазе. Такая селективная адсорбция обусловлена сродством того или иного соединения к твердому адсорбенту (неподвижной фазе), а оно, в свою очередь, определяется полярными взаимодействиями их молекул. Поэтому часто хроматографию такого типа используют при анализе соединений, свойства которых определяются числом и типом полярных групп. К адсорбционной хроматографии причисляют ионообменную, жидкостную, бумажную, тонкослойную и газо-адсорбционную хроматографию. * Ионообменная хроматография Ионообменная хроматография. В качестве неподвижной фазы используют ионообменные смолы как в колонках, так и в виде тонкого слоя на пластинке или бумаге. Разделение обычно проводят в водных средах, поэтому этот метод используется главным образом в неорганической химии, хотя применяются и смешанные растворители. Движущей силой разделения в этом случае является различное сродство разделяемых ионов раствора к ионообменным центрам противоположной полярности в неподвижной фазе. * Жидкостная хроматография Жидкостная хроматография. В этом случае неподвижной фазой служит жидкость. Наиболее распространенным случаем является адсорбционный вариант жидкостной колоночной хроматографии * Бумажная хроматография Бумажная хроматография. В качестве неподвижной фазы используют полосы или листы бумаги * Тонкослойная хроматография Тонкослойная хроматография – это любая система, в которой неподвижной фазой является тонкий слой, в частности слой оксида алюминия (толщина 2 мм) в виде пасты, нанесенной на стеклянную пластинку * гель-фильтрационная хроматография Гель-фильтрационная, или молекулярно-ситовая, хроматография. Принцип разделения в таких системах несколько иной, чем в предыдущих случаях. Неподвижной фазой являются материалы, обычно гели, со строго контролируемой пористостью, в результате чего одни компоненты смеси в соответствии с размером и формой молекул могут проникать между частицами геля, а другие не могут. Наиболее часто этот вид хроматографии используется для разделения высокомолекулярных соединений. Один из вариантов применения этого метода – определение молекулярных масс разделяемых веществ, часто необходимых для химических исследований * Один из наиболее распространенных и современных жидкостных хроматографов фирмы Shimadzu Хроматограмма апельсинового сока > 50 веществ / < 30 минут / 100 атм