Введение
Разделение цветных химических веществ на бумаге
Бумажная хроматография – это аналитический метод, используемый для разделения цветных химических веществ или соединений. В настоящее время она в основном используется в качестве учебного инструмента, поскольку в лаборатории была заменена другими методами хроматографии, такими как тонкослойная хроматография (TLC). Установка состоит из трех компонентов. Подвижная фаза – это раствор, который перемещается вверх по стационарной фазе за счет капиллярного действия. Подвижная фаза обычно представляет собой смесь неполярных органических растворителей, а стационарная фаза – полярный неорганический растворитель, воду. В данном случае бумага используется для поддержки стационарной фазы, воды. Полярные молекулы воды удерживаются внутри пустот целлюлозной сети бумаги. Отличие TLC от бумажной хроматографии заключается в том, что стационарная фаза в TLC представляет собой слой адсорбента (обычно силикагель или оксид алюминия), а стационарная фаза в бумажной хроматографии – менее абсорбирующую бумагу. Вариант бумажной хроматографии, двухмерная хроматография, предполагает использование двух растворителей и поворот бумаги на 90° между ними. Это полезно для разделения сложных смесей соединений с близкой полярностью, например, аминокислот.
Rƒ-значение, растворенные вещества и растворители
Коэффициент удержания (Rƒ) может быть определен как отношение расстояния, пройденного веществом, к расстоянию, пройденному растворителем. Он используется в хроматографии для количественной оценки степени задержки вещества в стационарной фазе относительно подвижной фазы. Значения Rƒ обычно выражаются в виде дроби с двумя десятичными знаками. Если значение Rƒ равно нулю, вещество остается в стационарной фазе и, следовательно, не перемещается. Если Rƒ = 1, то вещество не имеет сродства к стационарной фазе и движется вместе с фронтом растворителя. Например, если соединение переместилось на 9,9 см, а фронт растворителя – на 12,7 см, то значение Rƒ = (9,9/12,7) = 0,779 или 0,78. Значение Rƒ зависит от температуры и используемого в эксперименте растворителя, поэтому разные растворители могут давать разные значения Rƒ для одной и той же смеси соединений. Растворитель в хроматографии – это жидкость, в которую погружают бумагу, а вещество, подлежащее разделению, – это чернила.
Пигменты и полярность
Хроматография на бумаге – один из методов проверки чистоты соединений и идентификации веществ. Бумажная хроматография – полезная техника, поскольку она относительно быстрая и требует лишь небольшого количества материала. Разделение в бумажной хроматографии основано на принципе распределения. В бумажной хроматографии вещества распределяются между стационарной и подвижной фазами. Стационарная фаза – это вода, удерживаемая между целлюлозными волокнами бумаги. Подвижная фаза – это проявляющий раствор, который поднимается вверх по стационарной фазе, увлекая за собой образцы. Компоненты образца разделяются в зависимости от того, насколько сильно они адсорбируются на стационарной фазе и насколько легко растворяются в подвижной фазе. При помещении окрашенного химического образца на фильтровальную бумагу, цвета разделяются путем погружения одного конца бумаги в растворитель. Растворитель диффундирует по бумаге, растворяя различные молекулы в образце в соответствии с их полярностью и полярностью растворителя. Если образец содержит более одного цвета, это означает, что он состоит из более чем одного типа молекул. Из-за различных химических структур каждого типа молекул, весьма вероятно, что каждая молекула будет обладать хотя бы немного отличающейся полярностью, что и определяет её растворимость в растворителе. Неодинаковая растворимость приводит к тому, что различные цветовые молекулы выходят из раствора в разных местах по мере продвижения растворителя вверх по бумаге. Чем более растворима молекула, тем выше она поднимается по бумаге. Если химическое вещество очень неполярно, оно вообще не будет растворяться в очень полярном растворителе. То же самое справедливо и для очень полярного химического вещества в очень неполярном растворителе. Важно отметить, что при использовании воды (очень полярного вещества) в качестве растворителя, чем более полярным является цвет, тем выше он поднимается по бумаге.
Спускается
Разделение компонентов хроматограммы происходит за счет продвижения растворителя по бумаге. Подвижная фаза помещается в держатель растворителя в верхней части. Образец наносится в верхней части, а растворитель стекает вниз по бумаге под действием силы тяжести.
Поднимаюсь
Здесь растворитель поднимается по хроматографической бумаге. Как нисходящая, так и восходящая бумажная хроматография используются для разделения органических и неорганических веществ. Образец и растворитель перемещаются вверх.
Взлет-спуск
Это гибрид обеих вышеописанных техник. Верхнюю часть восходящей хроматографии можно загнуть над стержнем, чтобы бумага стала нисходящей после его пересечения.
Круговая хроматография
Берут круглую фильтровальную бумагу и наносят образец в её центр. После высыхания пятна фильтровальную бумагу горизонтально закрепляют на чашке Петри, содержащей растворитель, так, чтобы край бумаги (фитиль) был погружен в растворитель. Растворитель поднимается по фитилю, и компоненты разделяются на концентрические кольца.
Двумерная
При этой технике используется квадратная или прямоугольная бумага. Образец наносится на один из углов, а развитие проводится под прямым углом к направлению первого хода.
История бумажной хроматографии
Открытие бумажной хроматографии в 1943 году Мартином и Синге впервые дало возможность изучать состав растений, а также разделять и идентифицировать их компоненты. После 1945 года в этой области наблюдался бурный рост активности.