Хроматографические методы анализа

Хроматографические  

методы анализа

Практикум

Федеральное государственное бюджетное  

образовательное учреждение высшего образования  

«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана  

(национальный исследовательский университет)»

ISBN 978-5-7038-5138-8

© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2019
© Оформление. Издательство  
 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2019 

УДК 543.54(076)
ББК 24.58 
 
Х92

Издание доступно в электронном виде по адресу
ebooks.bmstu.press/catalog/111/book2016.html

Факультет «Фундаментальные науки»
Кафедра «Химия» 

Авторы:

П.В. Слитиков, В.Н. Горячева, М.П. Макарова, Ж.Н. Медных

Рекомендовано Научно-методическим советом  
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве практикума 

Х92

 
 
Хроматографические методы анализа : практикум / [П. В. Сли
тиков и др.]. — Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 
2019. — 61, [3] с. : ил.

ISBN 978-5-7038-5138-8

В издании представлены 12 лабораторных работ практикума, охватывающего основные виды препаративной хроматографии — коло
Теоретическая часть содержит базовые сведения об основных видах 
хроматографического анализа, применяемых в настоящее время в лабораторной практике. Приведены также контрольные вопросы, примеры решения практических задач и задачи для самостоятельного решения. 
Для студентов технических направлений и специальностей, изучающих курс «Аналитическая химия».

УДК 543.54(076)
ББК 24.58 

ночной, тонкослойной, ионообменной, осадочной, адсорбционной. 

Предисловие

Практикум «Хроматографические методы анализа» входит 

в комплекс учебно-методических материалов, подготовленных 
кафедрой химии МГТУ им. Н.Э. Баумана с целью методического 
обеспечения учебного процесса по модулю «Физико-химические 
методы анализа» дисциплины «Аналитическая химия». 
Хроматография — один из современных и высокочувствительных методов, широко применяемый как для выделения индивидуальных соединений высокой степени чистоты, так и для 
эффективного качественного и количественного химического 
анализа. Хроматографические методы анализа применяют в биохимии и молекулярной биологии, а также в газовой и нефтеперерабатывающей промышленности, в тонком органическом синтезе. 
Используются хроматографические методы и для мониторинга 
состояния окружающей среды. Студенты МГТУ им. Н.Э. Баумана, обучающиеся по направлению подготовки 01.03.02 «Техносферная безопасность», должны владеть базовым объемом знаний 
и уметь применять их для получения сведений о состоянии изучаемого объекта.
Практикум содержит 12 работ, охватывающих основные виды 
препаративной хроматографии (распределительной, ионообменной, осадочной и др.). Помимо описания лабораторных работ 
приведены необходимые теоретические сведения, контрольные 
вопросы, примеры решения практических задач и задачи для самостоятельного решения.
Цель выполнения предлагаемых лабораторных работ — освоение практических навыков качественного и количественного 
хроматографического анализа. 
Планируемые результаты усвоения учебного материала — умение выбирать приемлемые методы хроматографического анализа 
и развитие творческого мышления.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1. ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ И ЕГО ВИДЫ

Хроматографический анализ является одним из наиболее эффективных и универсальных методов разделения смесей 
органических и неорганических веществ, их быстрой очистки, идентификации и концентрирования. Хроматография (от 
гр. χρῶμα — цвет) была открыта русский биологом М.С. Цветом 
в 1901–1903 гг. в процессе изучения состава хлорофилла и механизма фотосинтеза.
Хроматографией называют метод разделения, анализа и физико-химического исследования веществ, основанный на их распределении между двумя фазами — подвижной и неподвижной. 
Этот процесс основан на многократном повторении актов сорбции и десорбции вещества при перемещении его в потоке подвижной фазы вдоль неподвижного сорбента. 
В качестве подвижной фазы выступает, как правило, газ или 
жидкость, которые содержат смесь разделяемых веществ (в этом 
случае говорят о газовой или жидкостной хроматографии соответственно). Подвижную фазу, вводимую в слой неподвижной фазы, 
называют элюентом. В качестве неподвижной фазы (сорбента) 
используют твердое вещество или жидкость, нанесенные на твердый инертный носитель. Неподвижная фаза обеспечивает разделение молекул, если она обладает хотя бы одним из приведенных 
ниже свойств: 
1) физически сорбирует (поглощает) растворенные вещества 
из раствора; 
2) химически сорбирует растворенные вещества из раствора; 
3) растворяет разделяемые вещества в определенном растворителе при контакте с растворами; 
4) имеет пористую структуру и не задерживает другие вещества в зависимости от размера и формы их молекул.
По механизму взаимодействия исследуемого вещества с неподвижной фазой выделяют следующие виды хроматографии: 

распределительная хроматография, основанная на различной 
растворимости компонентов смеси в двух несмешивающихся  
фазах;
ионообменная хроматография, основанная на способности 
компонентов смеси к ионному обмену с сорбентом; 
осадочная хроматография, основанная на различии в растворимости осадков, образуемых компонентами смеси с реагентом, 
нанесенным на сорбент;
адсорбционная хроматография, основанная на различии адсорбируемости компонентов смеси на носителе;
гель-хроматография (ситовая хроматография, гель-фильтра- 
ция), основанная на различии в проницаемости молекул компонентов смеси в неподвижной фазе.
Классификация методов хроматографического разделения 

в зависимости от агрегатного состояния подвижной и неподвижной фаз, а также принципа разделения приведена в табл. 1.

Таблица 1

Классификация методов хроматографического разделения

Вид  
хроматографии
Подвижная фаза

Неподвижная 
фаза

Принцип  
разделения

Газовая:
газоадсорбционная
газожидкостная
Газ
»
Твердая
Жидкая 
Адсорбционный
Распределительный 

Жидкостная: 
твердожидкостная
жидкостно жи костная
д
ионнообменная

Жидкость
»
»

Твердая
Жидкая
Твердая 

Адсорбционный
Распределительный
Ионный обмен

В связи с тем что большинство анализируемых или разделяемых методом хроматографии веществ не обладает летучестью, 
а многие из них к тому же неустойчивы при высоких температурах 
и разлагаются при переходе в газообразное состояние (особенно 
витамины, липиды, некоторые высокомолекулярные соединения 
и др.), газовая хроматография, в отличие от жидкостной хроматографии, применима для весьма ограниченного круга веществ. 
Поэтому в дальнейшем будем рассматривать только методы жидкостной хроматографии.

В зависимости от способа ввода смеси исследуемых веществ 
и способа перемещения хроматографических зон по слою сорбента (неподвижной фазы) различают следующие варианты жидкостной хроматографии: элюентный (или проявительный), фронтальный и вытеснительный. 
Элюирование — процесс вымывания растворенного вещества 
растворителем. Рассмотрим поведение смеси растворенных веществ А и В, размещенных первоначально на одном конце слоя 
неподвижной фазы (рис. 1). Предположим, что А удерживается 
сорбентом сильнее, чем В. Если через слой пропускать подвижную фазу, которая удерживается еще слабее, чем А и В, то эта фаза 
будет вымывать вещества А и В со скоростями, пропорциональными степеням их удерживания. 

Рис. 1. Элюирование бинарной системы: 

а — положение хроматографических зон разделяемых компонентов через определенные интервалы времени; б — хроматограмма 

При достаточно большом различии в скоростях перемещения 
первоначально наложенные друг на друга хроматографические 
зоны А и В (см. рис. 1) будут постепенно разделяться и в итоге 
образуют две обособленные зоны, разделенные чистым элюентом. Причем зона В в силу худшей сорбции вещества будет продвигаться впереди зоны А.
Графическим результатом хроматографического процесса является хроматограмма — кривая, описывающая зависимость концентрации анализируемых веществ в элюате от времени. Хроматограмма состоит из ряда пиков, каждый из которых при полном 
разделении смеси соответствует одному компоненту анализируемой пробы.
При фронтальном анализе смесь растворенных веществ непрерывно подают в начало слоя неподвижной фазы, что заставляет 
ее продвигаться к другому концу слоя (подвижной фазой является 
сама смесь разделяемых веществ). Если вещество В удерживается сильнее, чем вещество А, фронт растворенных веществ будет 
обедняться компонентом В и в конечном счете на другом конце 
слоя появится чистый компонент А. Тем временем произойдет 
насыщение слоя веществом В, которое начнет продвигаться вдоль 
слоя вместе с веществом А. В итоге через слой будет протекать 
смесь веществ. Указанным способом можно в чистом виде получить только наименее сорбируемое вещество (А). 
В случае использования вытеснительного метода, как и при 
элюировании, небольшую пробу помещают на одном конце слоя 
неподвижной фазы. Подаваемая подвижная фаза удерживается 
сильнее веществ А и В, поэтому она вытесняет и проталкивает 
эти вещества по всему слою. Поскольку В удерживается сильнее, 
чем А, то А движется перед В. Существуют также промежуточные зоны, составы которых изменяются от чистого А до чистого 
В и от чистого В до чистой подвижной зоны.
Аппаратные методы получения хроматограмм — колоночная 
хроматография и плоскостная хроматография.
Суть колоночной хроматографии заключается в том, что неподвижной фазой заполняют стеклянную, пластмассовую или металлическую трубку (колонку), через которую проходит подвижная 
фаза, несущая смесь анализируемых веществ (молекул, ионов 
и т. д.). На практике используют два вида колонок: набивные (весь 
объем трубок заполняется зернами сорбента) и капиллярные (сорбент наносят только на внутреннюю поверхность в виде тонкого 
слоя так, что центральная часть колонки остается пустой).