Chromatografia - (gr. „chroma”-barwa; „grapho”-pisać) - jedna z podstawowych metod analizy jakościowej, a także ilościowej. Wykorzystywana jest do rozdzielania mieszanin i wyodrębniania substancji czystych, w celach analitycznych jak i preparatywnych.

Podstawą tej analizy są różnice we własnościach sorpcyjnych poszczególnych składników mieszaniny. Składniki te są adsorbowane w różnym stopniu na kolumnie adsorbentu (p. sposoby wykonania analizy chromatograficznej). W wyniku adsorpcji selektywnej tworzą się oddzielne barwne pasma. Substancje silnie sorbowane zatrzymują się u góry a sorbowane słabiej spływają niżej. Późniejsze przepuszczenie przez kolumnę czystego rozpuszczalnika pozwala na dokładniejsze rozdzielenie mieszaniny.

Każdy układ chromatograficzny składa się z trzech elementów:

• fazy nieruchomej; np. adsorbent w kolumnie

• fazy ruchomej; np. ciecz lub mieszanina gazów przepływająca przez kolumnę

• substancji rozpuszczonych w fazie ruchomej

Ze względu na mechanizm rozdzielania rozróżnia się następujące metody chromatograficzne:

• chromatografię adsorpcyjną, opierającą się na zjawisku adsorpcji selektywnej, zachodzącej na powierzchni adsorbentu

• chromatografię rozdzielczą, wykorzystującą różnice współczynników podziału składników na dwie nie mieszające się fazy

• chromatografię osadową w której składniki rozdzielają się wskutek różnicy rozpuszczalności związków

• chromatografię jonitową; wykorzystuje się w niej substancje posiadające zdolność wymiany jonów z jonami w roztworze

Sposoby wykonania analizy chromatograficznej

Ze względu na technikę wykonania analizy chromatograficznej roztworów rozróżnia się chromatografię kolumnową, bibułowa i gazową.

-chromatografia kolumnowa-

W tej metodzie rozdział składników zachodzi na wypełniaczu kolumny, czyli szklanej rurki zwężonej na jednym końcu. Kolumnę tę wypełnia się adsorbenten o aktywności uzależnionej od badanego roztworu. Do takiej kolumny wprowadza się badany roztwór, a gdy on wsiąknie w warstwę sorbentu, przepuszcza się czysty rozpuszczalnik - eluent- powodujący rozdzielenie mieszaniny na poszczególne składniki, które osadzają się na różnych wysokościach kolumny.

Poszczególne pasma rozdzielonej mieszaniny nazywa się chromatogramem a proces rozdzielenia mieszaniny - rozwinięciem chromatogramu. Ta metoda najlepiej nadaje się do rozdzielania substancji barwnych, ale istnieje możliwość rozdzielenia substancji bezbarwnych poprzez tzw. wywołanie chromatogramu, polegające na wprowadzeniu do kolumny odczynnika tworzącego z rozdzielanymi substancjami połączenia barwne.

-chromatografia bibułowa-

W tej metodzie ośrodek migracyjny substancji rozdzielanych stanowi bibuła filtracyjna. Na nią nanosi się w tzw. punkcie startowym kroplę badanego roztworu, a następnie koniec bibuły zanurza się w roztworze rozwijającym. Składniki tworzą na bibule oddzielne plamy. W przypadku substancji bezbarwnych stosuje się odpowiednie odczynniki do spryskania bibuły. Położenie plam na bibule porównuje się z chromatogramem wzorcowym. Chromatografię bibułową można przeprowadzić również za pomocą tzw. metody krążkowej.

-chromatografia gazowa-

W tej metodzie mieszaninę gazów przepuszcza się przez kolumnę. Gazy ulegają adsorpcji i desorpcji z ciała stałego z różnymi szybkościami. Następnie przez kolumnę przepuszcza się gaz obojętny. Pierwsze frakcje wypływające z kolumny zawierają gazy lżejsze, dalsze frakcje już składają się z gazów cięższych, o większych cząsteczkach. Wielką zaletą tej metody jest szybkość analizy, i z tego względu jest często używana w przemyśle w celu stałej kontroli procesów technologicznych.

ĆWICZENIE 1

Chromatograficzne rozdzielanie jonów metodą kolumnową

Rys.1. KOLUMNA CHROMATOGRAFICZNA

Do przeprowadzenia doświadczenia należało użyć dwóch kolumn chromatograficznych (rys. 1), wypełnionych:

1. Jako adsorbentu użyto bardzo drobnego, dobrze przesianego proszku tlenku glinowego. Jako nośnika użyto kłębka waty. Tlenkiem dobrze ubitym wypełniono kolumnę do wys. ok. ²/₃ wysokości. Następnie przygotowano roztwór zawierający 1% FeCl₃, 1%Cu(NO₃)₂, 1%Co(NO₃)₂, i zalano nim kolumnę. Gdy roztwór wsiąkł w adsorbent, rozwinięto chromatogram rozcieńczonym kwasem azotowym.

Wynik:

Po pewnym czasie w kolumnie ustaliły się trzy wyraźne warstwy.

U góry - brunatna, zawierająca jony Fe²⁺

W środku - niebieska, zawierająca jony Cu²⁺

U dołu - jasnofioletowa, zawierająca jony Co²⁺

2. Adsorbent-jak wyżej; tlenek glinu, nośnik; wata. Kolumnę zalano w tym przypadku roztworem zawierającym 1% Bi(NO₃)₃, 1% Cu(NO₃)₃, 1% Cd(NO₃)₂. Po wsiąknięciu roztworu chromatogram rozwinięto roztworem białego siarczku sodu Na₂S. Powstały 3 pasma.

Wynik:

U góry - brunatne, zawierające siarczek bizmutu (III)

W środku - czarne, zawierające siarczek miedzi (II)

U dołu - zawierające siarczek kadmu (II)

ĆWICZENIE 2

Chromatograficzne rozdzielanie kationów na bibule (technika krążkowa)

Cztery krążki bibuły filtracyjnej przygotowano wg. zasad techniki krążkowej i umieszczono między szklanymi płytkami. Kroplę badanego roztworu naniesiono u nasady wyciętego paska, mniej więcej na środku krążka. Poprzez wycięty pasek bibuła nasiąka eluentem rozwijającym chromatogram w postaci pierścieni. Chromatogram wykonano dla roztworów:

I - FeCl₃ ; Fe³⁺

II - Cu(NO₃)₂ ; Cu²⁺

III - NiNO₃ ; Ni²⁺

IV - mieszaniny powyższych roztworów

Chromatogramy pojedynczych roztworów wywołano za pomocą rozpylacza roztworem żelazocyjanku potasu dla jonów Fe³⁺ i Cu²⁺, oraz roztworem dwumetylogioksymu dla jonu Ni²⁺. Chromatogram mieszaniny porównać z chromatogramem pojedynczych jonów.

Po wyschnięciu chromatogramów wyznaczyć wartości przesunięć poszczególnych jonów wg. wzoru:

gdzie:

a - odległość od miejsca nałożenia próbki do czoła strefy

b - odległość od miejsca nałożenia próbki do czoła rozpuszczalnika

1. R_f dla jonu Fe³⁺ - chromatogram 2

2. R_f dla jonu Cu²⁺ - chromatogram 4

3. R_f dla jonu Ni²⁺ - chromatogram 3

4. R_f dla mieszaniny jonów - chromatogram 1

Wartości R_f są podane w przybliżeniu. Obliczenie dokładnych wartości jest niemożliwe ze względu na niedokładne wykonanie doświadczenia. Doświadczenie ilustrują chromatogramy ujęte na Fig.1.

Jednakże obliczone wartości są realne ponieważ dany jon wykazuje taką samą wartość R_f bez względu na to, czy chromatografuje się go z roztworu pojedynczego, czy też w dowolnej mieszaninie. Jedynie wartość R_f chromatogramu 3 wykazuje nieco mniejszą wartość co może wynikać z niedokładnego wykonania ćwiczenia.

-1-

Podłoże (nośnik)

Adsorbent

Fig. 1.

---