Аналитическая химия. Хроматографические методы анализа

А.И. ЖЕБЕНТЯЕВ

АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ.
ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЕ 

МЕТОДЫ АНАЛИЗА

Допущено

Министерством образования Республики Беларусь

в качестве учебного пособия для студентов

учреждений высшего образования

по специальности «Фармация»
и химическим специальностям

2020

 Москва

 «ИНФРАМ»

УДК 543.544(075.8)
ББК 24.4я73
 
Ж44

Жебентяев, А.И.

Аналитическая химия. Хроматографические методы ана
лиза : учебное пособие / А.И. Жебентяев. — Москва : 
ИНФРА-М, 2020. — 206 с. : ил. — (Высшее образование).

Ж44

Рецензенты:

кафедра общей химии Белорусского государственного медицинского 
университета;
доцент кафедры аналитической химии Белорусского государственного 
университета, кандидат химических наук, доцент В.А. Винарский

ФЗ 

№ 436-ФЗ

Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11

ISBN 978-5-16-006615-8 (print)

На современном научном уровне изложены основные понятия и 

термины, используемые в хроматографических методах. Рассмотрены 
наиболее широко используемые хроматографические методы в соответствии с общепринятой классификацией, отмечены их достоинства 
и недостатки.

Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по фар
мацевтическим и химическим специальностям.

УДК 543.544(075.8) 

ББК 24.4я73 

 
© Жебентяев А.И., 2013

 
© ООО «Новое знание», 2013

ISBN 978-5-16-111263-2 (onlinе)

ISBN 978-5-16-006615-8 (print)
ISBN 978-5-16-111263-2 (onlinе)

Оглавление

Предисловие........................................................................................................................6

Список основных сокращений и условных обозначений.......................................8

Введение.............................................................................................................................9

Глава 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЕ 
ХАРАКТЕРИСТИКИ.................................................................................................13

1.1..Классификация.хроматографических.методов..............................................13
1.2..Хроматографические.параметры.........................................................................16
1.3..Теории.хроматографического.разделения........................................................21

Глава 2. ГАЗОВАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ...........................................................27

2.1..Общая.характеристика............................................................................................27
2.2..Системы.ввода.пробы..............................................................................................29
2.3..Хроматографические.колонки..............................................................................32
2.4..Адсорбенты..................................................................................................................34
2.5..Твердые.носители.в.газожидкостной.хроматографии...............................39
2.6..Неподвижные.жидкие.фазы..................................................................................41
2.7..Подвижные.фазы.......................................................................................................45
2.8..Детекторные.системы..............................................................................................46
2.9..Качественный.анализ...............................................................................................54
2.10..Количественный.анализ.......................................................................................59

Глава 3. ЖИДКОСТНАЯ КОЛОНОЧНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ.........62

3.1..Общая.характеристика............................................................................................62
3.2..Жидкостная.адсорбционная.хроматография..................................................66

3.2.1..Варианты.жидкостной.адсорбционной.хроматографии.....................66
3.2.2..Жидкостный.хроматограф.............................................................................72
3.2.3..Колонки.................................................................................................................73
3.2.4..Адсорбенты..........................................................................................................74
3.2.5..Подвижные.фазы...............................................................................................78
3.2.6..Детекторы.............................................................................................................85

3.3..Распределительная.жидкостная.хроматография...........................................88

3.3.1..Неподвижные.фазы.и.носители...................................................................89
3.3.2..Подвижные.фазы...............................................................................................90

3.4..Ионообменная.хроматография.............................................................................94

3.4.1..Иониты..................................................................................................................94
3.4.2..Классификация.ионообменных.смол.........................................................99
3.4.3..Подвижные.фазы............................................................................................ 102

3.5..Ионная.хроматография........................................................................................ 103
3.6..Ионпарная.хроматография................................................................................ 105
3.7..Лигандообменная.хроматография.................................................................... 106

Оглавление

3.8. Эксклюзионная хроматография ....................................................................... 107
3.9. Аффинная хроматография ................................................................................. 112

Глава 4. ПЛАНАРНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ ..............................................114
4.1. Общая характеристика ........................................................................................ 114
4.2. Тонкослойная хроматография .......................................................................... 115

4.2.1. Механизмы разделения и выбор элюента ............................................ 116
4.2.2. Сорбенты ........................................................................................................... 117
4.2.3. Техника выполнения .................................................................................... 120
4.2.4. Хроматографические характеристики ................................................... 122
4.2.5. Типы элюирования ........................................................................................ 124
4.2.6. Способы детектирования ............................................................................ 126
4.2.7. Количественное определение .................................................................... 127
4.3. Хроматография на бумаге .................................................................................. 128

Глава 5. СВЕРХКРИТИЧЕСКАЯ ФЛЮИДНАЯ  
ХРОМАТОГРАФИЯ ...............................................................................................135

Глава 6. ХРОМАТОМАСССПЕКТРОМЕТРИЯ ......................................138
6.1. Аппаратура ............................................................................................................... 138
6.1.1. Хроматографы ................................................................................................. 139
6.1.2. Масс-спектрометры ...................................................................................... 140
6.1.3. Система газовый хроматограф — масс-спектрометр ........................ 148
6.1.4. Система жидкостный хроматограф — масс-спектрометр............... 153
6.2. Методы хромато-масс-спектрометрии ........................................................... 158
6.2.1. Ионная масс-хроматография ..................................................................... 158
6.2.2. Хромато-масс-спектрометрия высокого разрешения....................... 159
6.2.3. Получение производных анализируемых веществ ........................... 159
6.2.4. Идентификация соединений в смесях ................................................... 163
6.2.5. Количественный анализ .............................................................................. 167
6.3. Применение хроматомассспектрометрии .................................................. 169

6.3.1. Лекарственные вещества и их метаболиты ......................................... 169
6.3.2. Клиническая биохимия ............................................................................... 171
6.3.3. Определение токсикантов в пищевых продуктах и объектах 

окружающей среды ....................................................................................... 172

Глава 7. ЭЛЕКТРОФОРЕЗ ..................................................................................175
7.1. Общая характеристика ........................................................................................ 175
7.2. Методы электрофореза ........................................................................................ 176
7.3. Капиллярный электрофорез .............................................................................. 179

Заключение ....................................................................................................................183

Словарь основных терминов ...................................................................................186

Оглавление 
5

Приложения

1. Растворители и адсорбенты, применяемые в жидкостной 
адсорбционной хроматографии ................................................................................ 192
2. Параметры полярности растворителей при 25 °С ....................................... 194
3. Свойства растворителей, применяемых в жидкостной  
хроматографии ................................................................................................................ 196
4. Спектрофотометрическое детектирование 
модифицированных производных природных соединений .......................... 197
5. Спектральные характеристики флуоресцирующих 
лекарственных веществ ............................................................................................... 197
6. Соединения, обнаруживаемые флуориметрическим 
детектором после их химической модификации ............................................... 198
7. Миксотропная серия растворителей ................................................................. 198
8. Проявители для ТСХ .............................................................................................. 199

Литература .................................................................................................................204

Только самые мудрые и самые 

глупые не поддаются обучению.

Конфуций

Предисловие

Развитие науки и техники, а также подготовка высококвалифи
цированных кадров невозможны без применения новых методов 
исследования и анализа.

Хроматография относится к современным методам анализа 

и позволяет успешно решать сложные задачи анализа различных 
объектов. Этот метод находит широкое применение в химии, биологии, фармации и других областях науки и техники. В настоящее 
время около 60 % всех анализов выполняется с использованием 
хроматографических методов.

Хроматография была и остается востребованным методом иден
тификации, количественного анализа и физико-химических исследований. Успешно развиваются и новые варианты хроматографических методов — хромато-масс-спектрометрия, сверхкритическая 
флюидная хроматография и др.

Хроматографические методы анализа широко используются 

как при создании новых лекарственных средств, так и при их стандартизации и контроле качества.

Сегодня общепризнано, что проведение биоэквивалентных ис
следований и решение задач химико-токсикологического анализа 
практически невозможно без использования хроматографических 
методов. Высокая чувствительность и избирательность, достаточная точность и скорость определения — основные достоинства хроматографических методов.

Необходимо отметить, что по ряду причин (дорогостоящие 

приборы и оборудование, специальная подготовка персонала и др.) 
достижения хроматографической науки используются пока не 
в полной мере.

В настоящее время издано много книг, как по отдельным мето
дам хроматографического анализа, так и по общим вопросам хроматографии. Однако такая литература малодоступна широкому 
кругу студентов. 

Предисловие 
7

Решение аналитических задач с применением хроматографии 

невозможно без знания ее основ, которые по существу являются 
общими для всех хроматографических методов. 

Основы хроматографических методов студенты изучают на за
нятиях по аналитической химии, а затем на старших курсах при 
изучении специальных дисциплин применяют хроматографические методы для решения практических задач. Поэтому на старших курсах возникает потребность в восстановлении и углублении 
знаний теории и практики хроматографических методов.

В пособии даны основные понятия и термины, рассмотрены 

наиболее часто используемые хроматографические методы анализа, а также их достоинства и недостатки.

Автор искренне благодарен рецензентам: В.А. Винарскому — 

доценту БГУ и С.В. Ткачеву — доценту БГМУ за ценные советы 
и замечания.

Список основных сокращений и условных 

обозначений

ВЭТСХ – высокоэффективная тонкослойная хроматография
ВЭЖХ – высокоэффективная жидкостная хроматография
ГАХ – газоадсорбционная хроматография
ГЖХ – газо-жидкостная хроматография
ГХ – газовая хроматография
ГХ-МС – газовая хроматография-масс-спектрометрия
ЖАХ – жидкостная адсорбционная хроматография
ЖРХ – жидкостная распределительная хроматография
ЖХ – жидкостная хроматография
ЖХ-МС – жидкостная хроматография-масс-спектрометрия
ИМХ – ионная масс-хроматография
КЭ – капиллярный электрофорез
МС – масс-спектрометрия
МСВР – масс-спектрометрия высокого разрешения
НЖФ – неподвижная жидкая фаза
НФ – неподвижная фаза
НФХ – нормально-фазовая хроматография
ОФХ – обращенно-фазовая хроматография
ПФ – подвижная фаза
СФХ – сверхкритическая флюидная хроматография
ТСХ – тонкослойная хроматография 
ХИ – химическая ионизация
ХМС – хромато-масс-спектрометрия
ЭУ – электронный удар
tR – время удерживания
VR – удерживаемый объем
Rf –подвижность
Rs – критерий разделения (разрешение)
α – фактор (коэффициент) разделения (селективности)
k′ – коэффициент емкости
N – число теоретических тарелок
H – высота, эквивалентная теоретической тарелке (ВЭТТ)

Ему дано открыть хроматографию — 

разделяющую молекулы, объединяющую 
людей.

Из эпитафии, посвященной М.С. Цвету

ВВЕДЕНИЕ

Хроматография — это метод разделения веществ или частиц, 

основанный на физических и химических взаимодействиях, относящийся к инструментальным методам анализа и исследования веществ. При перемещении смеси через слой неподвижной фазы 
в результате повторения многократных актов сорбции и десорбции 
происходит разделение ее компонентов, основанное на разнице 
констант распределения веществ между фазами.

Основное преимущество хроматографических методов — воз
можность проводить одновременно разделение, идентификацию 
и количественное определение веществ.

Хроматографию рассматривают как науку, процесс и метод.
Хроматография — наука о межмолекулярных взаимодействиях 

и переносе молекул или частиц в системе несмешивающихся и движущихся относительно друг друга фаз.

Хроматография — процесс дифференцированного многократного 

перераспределения веществ или частиц между несмешивающимися 
и движущимися относительно друг друга фазами, приводящий к обособлению концентрационных зон индивидуальных компонентов исходных смесей этих веществ или частиц.

Хроматография — метод разделения смесей веществ, основанный 

на различии в скоростях их перемещения в системе несмешивающихся и движущихся относительно друг друга фаз.

Впервые процесс разделения красителей методом фронтально
го проявления на бумаге описал в 1850 г. немецкий химик Рунге. 
Однако основателем хроматографии справедливо считают русского ботаника-физиолога и биохимика Михаила Семёновича Цвета 
(1872–1919). Родился он в итальянском городе Асти. Его мать — 
итальянка Мария Де Дороцца — приемная дочь в семье писателей 
братьев Алексея, Александра и Владимира Жемчужниковых (литературный псевдоним Козьма Прутков). Отец — Семён Николаевич Цвет — государственный служащий, уроженец г. Чернигова. 

Введение

М.С. Цвет окончил Женевский университет (1893) и в 1896 г. защитил 
магистерскую диссертацию «Исследование физиологии клетки».

C 1903 по 1916 г. он жил в Варша
ве, где работал сначала в университете, а с 1908 г. — в Политехническом 
институте. В 1910 г. защитил докторскую диссертацию в Варшавском университете. В 1916–1918 гг. Цвет жил 
и работал в Москве, Нижнем Новгороде и Тарту. Умер 26 июня 1919 г. 
в Воронеже и похоронен на кладбище 
Алексеевского монастыря (разрушен 
в годы Второй мировой войны).

Магистерская диссертация ученого посвящена исследованию строения 
хлорофильного зерна, и уже в этой работе видны зачатки хроматографиче
ского метода, хотя в первых опубликованных работах термина 
«хроматография» нет.

В докторской диссертации «Хромофиллы в растительном и животном мире» Цвет излагает основные результаты исследований 
с применением хроматографии. Он вводит новые термины: хроматография (от греч. chrōma — цвет и graphō — пишу), хроматограмма, проявление, вытеснение. Основная заслуга Цвета в том, что он 
открыл проявительный вариант хроматографии, создал основы 
сорбционного разделения сложных смесей. В своих опытах Цвет 
использовал хроматографический метод и для количественного 
анализа (он разбивал стеклянную колонку и разделял адсорбент 
на слои). Метод, разработанный Цветом, получил название «колоночная хроматография». Однако довольно длительное время (около 20 лет) хроматография использовалась редко. Только в 1931 г. 
Р. Кун, А. Винтерштейн и Е. Ледерер, ознакомившись с книгой 
Цвета на немецком языке, воспроизвели его первоначальные опыты (разделили каротины моркови, лепестков одуванчика и желтка 
куриного яйца).

Цвет Михаил Семёнович 
(1872–1919)