В последние годы в мире большое развитие получил метод высокоэффективной жидкостной хрома-тографии (ВЭЖХ). Достаточно сказать, что половину мирового объема продаж аналитического оборудования занимает ВЭЖХ, а на все остальные аналитические методы приходится вторая половина. К сожалению, в нашей стране метод жидкостной хроматографии распространен гораздо меньше, чем в самых развитых странах. Тем не менее, в АЦ РОСА ВЭЖХ находит применение для определения содержания в питьевой воде 24 органических соединений. В их число входят полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), хлорфенолы, меркаптобензотиазол, формальдегид, а также измеряется содержание свободного акриламида в полиакриламидных флокулянтах.
В АЦ РОСА для анализа природных, питьевых и сточных вод используются два жидкостных хроматографа: фирмы Perkin-Elmer и фирмы Agilent. В комплект каждого из хроматографов входят: градиентный насос на 4 компонента, автосамплер, детектор на основе диодной матрицы и флуоресцентный детектор. Такой состав хроматографической системы наиболее оптимален для выполняемых анализов. Так, например, флуоресцентный детектор обладает чувствительностью примерно в 100 раз большей, чем детектор с диодной матрицей, но проводить измерения с таким детектором можно только для соединений, обладающих интенсивной флуоресценцией. Детектор с диодной матрицей стоит дороже, чем детектор с фиксированной длиной волны регистрации, но дает возможность резко повысить достоверность получаемых результатов измерений за счет сравнения спектров поглощения хроматографи-ческих пиков с библиотечными данными.
Практически все используемые нами методики, кроме определения меркаптобензотиазола (нижний предел детектирования — 10 мкг/л), требуют предварительного концентрирования измеряемых соединений. Концентрирование проводится с помощью жидкостно-жидкостной экстракции и последующего упаривания полученного экстракта. Для определения формальдегида перед экстракцией проводится реакция с 2,4-динитрофенилгидразином.
Самым массовым анализом является определение содержания ПАУ в питьевой воде. Это связано с тем, что ПАУ очень широко распространены в окружающей среде, т.к. образуются при неполном сгорании органических веществ. В нашей стране нормируется содержание только двух ПАУ- нафталина и бенз(а)пирена. Однако за рубежом, согласно требованиям ЕС и ЕРА, считается, что надо определять содержание в питьевой воде гораздо большего числа соединений, входящих в эту группу. В связи с этим, в АЦ РОСА проводится измерение содержания в воде 14 ПАУ. Следует также отметить, что используемая в АЦ РОСА методика позволяет определять содержание ПАУ с очень высокой чувствительностью, например, предел детектирования бенз(а)пирена — 0,001 мкг/л.
Методом ВЭЖХ проводится определение содержания в питьевых и природных водах ди-, трихлор-фенолов и пентахлорфенола. Для пентахлорфенола нижний предел измерения — 1 мкг/л, а для остальных хлорфенолов — 0,2 мкг/л.
Метод определения акриламида основан на экстракции свободного акриламида из полимера смесью ацетон-вода. Используемая в АЦ РОСА методика позволяет определять содержание свободного акриламида в диапазоне концентраций 10-1500 мг на кг флокулянта.
Совсем недавно в АЦ РОСА разработана методика определения содержания формальдегида в бутилированной, природной воде и воде питьевой. Предел детектирования этой методики 1 мкг/л.
источник
Диапазон применения хроматографических методов огромен: от анализа атмосферы планет Солнечной системы до полного анализа содержимого одной живой клетки. Исключительную роль хроматография играет в химической, нефтехимической, газовой, пищевой, целлюлозно-бумажной и многих других отраслях промышленности, прежде всего в технологическом контроле и автоматическом поддержании оптимального режима производства, в контроле исходного сырья и качества готовой продукции, анализе газовых и водных сбросов производства. На каждом из 150 крупных заводов в России в технологическом контроле постоянно функционируют от 100 до 600 газовых хроматографов. Тысячи газовых, жидкостных и ионных хроматографов эксплуатируются в лабораториях Госсанэпиднадзора, экологических центрах, токсикологических лабораториях, в учреждениях Водоканала, в лабораториях Госкомгидромета, в ветеринарных лабораториях, на станциях защиты растений, в лабораториях судебной и судебно-медицинской экспертизы.
В пищевой промышленности и биотехнологии хроматография является основным процессом выделения анализа технологий получения различных веществ, идентификации вирусов гриппа, энцефалита, бешенства и ящура, очистки вакцин, промышленного производства инсулина, других белков и полипептидов. На промышленную основу поставлено хроматографическое выделение фуллеренов, сапонинов, гистонов, плазмидов, ДНК, антибиотиков и многих других ценнейших природных и синтезируемых веществ.
Наиболее распространенным методом определения содержания пестицидов в продуктах питания является газовая хроматография, которая с достаточной точностью позволяет определять широкий спектр пестицидов и инсектицидов в зернопродуктах.
Хроматографические методы незаменимы в контроле качества пищевых продуктов. Пищевую ценность продуктов определяют, анализируя аминокислотный состав белков, изомерный состав жирных кислот и глицеридов в жирах, углеводы, органические кислоты и витамины. В последние годы многие из этих анализов выполняются с помощью высокоэффективной жидкостной, или газо- хроматографии. Для оценки безопасности продуктов в них выявляют пищевые добавки (консерванты, антиоксиданты, подслащивающие вещества, красители и др.), определяют свежесть продуктов, устанавливают ранние стадии порчи и допустимые сроки хранения.
В пищевых продуктах методами хроматографии можно обнаружить такие загрязняющие вещества, как пестициды, нитрозамины, микотоксины (афлатоксины, охратоксин А, зеараленон и др.), полиядерные ароматические соединения, биогенные амины, нитраты и др. Загрязнение пищевых продуктов возможно и вследствие проникновения вредных веществ из материалов упаковки, в частности, хлористого винила, бензола, пластификаторов и др. В мясных продуктах определяют анаболитические стероиды, гормоны и другие типы фармацевтических препаратов, злоупотребление, которыми характерно для интенсивного животноводства. Отдельная область применения газовой хроматографии — анализ состава аромата пищевых продуктов. Обнаружены тысячи летучих компонентов, из которых лишь несколько десятков определяют характер запаха(см. фильм «Парфюмер»), остальные придают запаху и вкусу продукта индивидуальность.
Методом газовой хроматографии в некоторых сырах выявлено много нежелательных физиологически активных биогенных аминов, и эти сорта сыра были запрещены. В Японии в пищевых продуктах используется L-триптофан, полученный с помощью генной инженерии и биотехнологии. И когда у тысяч людей обнаружили неизвестное ранее заболевание и десятки заболевших умерли, хроматографическими методами было установлено, что эти трагические последствия вызваны наличием токсичных загрязнений в триптофане (выявлено 60 примесей). Газохроматографическому анализу подвергаются вина, коньяки и другая спиртосодержащая продукция. В 1997 г. в России вышел ГОСТ по определению методом газовой хроматографии микропримесей в водке и пищевом этиловом спирте.
В последние годы возникло новое направление — энантиоселективный анализ компонентов пищи. По соотношению оптических изомеров аминокислот, оксикислот и некоторых иных соединений можно однозначно установить, является ли данный продукт натуральным или содержит синтетические имитаторы и добавки. Энантиомерный анализ показал, что микроволновая обработка пищевых продуктов, в отличие от жесткой термической, не приводит к рацемизации аминокислот. Однако все молочные продукты, подвергнутые процессам брожения, содержат немало (нетоксичных) D-аланина и D-аспарагиновой кислоты — продуктов жизнедеятельности молочнокислых бактерий.
10.3 Хроматография в медицине
Хроматография активно используется для диагностики заболеваний. Хроматографический контроль биохимических маркеров и метаболитов применяется для скрининга населения и выявления опасных заболеваний, подтверждения специфических заболеваний, мониторинга эффективности терапии или появления противопоказаний, предсказания прогноза лечения, определения рецидивов заболевания. В одних случаях для надежной диагностики заболевания достаточно оценить уровень нескольких биохимических маркеров, в других — определяется метаболический профиль многих компонентов.
Биологическими маркерами являются сравнительно небольшие молекулы: катехоламины, аминокислоты (например, гомоцистеин), индолы, нуклеозиды, порфирины, сахара, стероиды, гормоны, витамины, птерины и липиды. В роли маркеров могут выступать и большие молекулы: отдельные ферменты, белки и нуклеиновые кислоты. Профиль физиологических жидкостей у пациентов с различными заболеваниями значительно отличается от профиля здоровых людей. Профильные анализы проводятся у больных с наследственными метаболическими нарушениями, при онкологических, сердечно-сосудистых, психических и неврологических заболеваниях, а также при диабете и порфириазе. Недавно было установлено, что у больных СПИДом в профиле появляются измененные нуклеозиды. В медицинских центрах различных стран по результатам анализа биохимических маркеров диагностируется более 200 метаболических болезней.
Недостаточная летучесть и нестабильность при повышенной температуре многих биологически активных соединений исключают использование газовой хроматографии при анализе биологических жидкостей, и тогда на помощь приходит высокоэффективная жидкостная хроматография. Концентрация многих маркеров в биологических жидкостях крайне низкая (10 -9 -10 -12 г/л), поэтому нужны высокочувствительные и селективные детекторы, например амперометрический и флуоресцентный. Во многих случаях хирурги должны получать данные хроматографического анализа в крайне сжатые сроки — от 5 до 20 минут.
Анализ биологических жидкостей необходим также для исследования кинетики и селективности распределения лекарственных препаратов между различными тканями и органами, установления терапевтического уровня лекарств и скорости их выведения из организма, изучения процессов метаболизма. Вообще фармацевтические фирмы стали главным потребителем современной хроматографической аппаратуры. Поиск и создание новых лекарств, особенно с привлечением методов комбинаторной химии, теперь уже просто немыслимы без хроматографии.
10.4 Хроматография и радиационная безопасность
Важнейшей мерой по повышению радиационной безопасности населения является контроль содержания радионуклидов цезия-137, 134 и стронция-90 в пищевой продукции в соответствии с допустимыми уровнями удельной активности (ДР -97). Он осуществляется спектрометрами, предназначенными для измерения удельной активности гамма-бета-излучающих нуклидов в продуктах питания, биопробах, почве, пробах окружающей среды.
10.5 Хроматография в безопасности жизнедеятельности человека
Аналитический контроль важен при расследовании таких частых преступлений, как употребление наркотиков и спиртных напитков, неумышленные и умышленные отравления, злоупотребления лекарствами, а также при убийствах, пожарах, кражах, взрывах, авариях. По статистике, объектами хроматографического анализа чаще всего становятся наркотики (морфин и его производные, кокаин, каннабиноиды, ЛСД и др.), амфетамины, барбитураты, бензодиазепины, различные лекарства и яды, этанол, метанол, ацетон, изопроанол, толуол, хлороформ, дихлорэтан, этилацетат и другие растворители. Составлены обширные базы данных газохроматографических индексов удерживания и масс-спектров токсикологически значимых веществ, лекарств, ядов, пестицидов, загрязнителей и их метаболитов.
В судебной экспертизе методом хроматографии анализируют нефтепродукты и горюче-смазочные материалы, использованные в случае поджогов, выявляют факты подделок и фальсификаций горюче-смазочных материалов. Анализируют также лакокрасочные материалы и покрытия, в том числе частицы окраски автомобилей, красящие компоненты чернил для идентификации письменных материалов или определения давности документов, древесину, взрывчатые вещества, продукты взрывов и выстрела. Сотни работ опубликованы по хроматографическим анализам биологических объектов для судебной экспертизы, в частности, крови, сыворотки, мочи, слюны, пота, выдыхаемого воздуха, волос человека, образцов ткани и др.
10.6Направления развития явления хроматографии
Явление хроматографического разделения компонентов подвижной фазы при ее прохождении через полярную, или даже, неполярную неподвижную фазу, может быть использовано не только в хроматографическом анализе. Оригинальны методы хроматографического анализа в контроле пищевых продуктов, промышленных процессов, мониторинге загрязнений окружающей среды, в медицине и других жизненно важных областях.
Ныне явление хроматографии все больше привлекается к поиску путей интенсификации промышленных химических процессов. Заманчив процесс индивидуального разделения компонентов исходных и реакционных сред, основанный на различии их адсорбционных свойств. Существующие методы разделения смешанных веществ- фильтрация,упаривание, ректификация, возгонка, сушка и т.д. , в наш век энерго- и ресурсо- расточительности, исчерпали свои возможности. Необходимо искать другие основы разделения веществ и одной из них является различие в энергиях адсорбции индивидуальных компонентов на поверхностях разной энергетической способности. Любая поверхность (неподвижная фаза), включая бытовой стол, обладает избыточной энергией нескомпенсированных химических связей и, следовательно, способна устанавливать связь с молекулами других веществ с разной энергией активации(прочностью связи).Например, при пуске струи воздуха в колонну, заполненную адсобентом (молекулярными ситами-цеолитами), головная часть струи за счет хроматографического эффекта разделяется и начинает обогащаться кислородом, как менее прочно адсорбирующимся на поверхности цеолитов, компонентом. Следом за ним начинает концентрироваться азот. Данный эффект затрагивает только головную часть потока воздуха и, при его длительном продолжении, исчезает. Если же на выходе из колонны поставить управляющее устройство идентификации и переключения потока и собирать головные «пробки» кислорода и азота в разные емкости в течение определенного времени, то можно получить более энергосберегающий, использующий внутренние ресурсы разделяемых веществ (разная адсорбционная способность) способ разделения воздуха, который получил название в патентной литературе «Способ разделения воздуха методом адсорбции со сдвигом давления». Он оперативен, менее энергоемок и экологически чист.
Явление хроматографического разделения веществ может быть использовано в разработке принципиально новых типов химических реакторов – дисретных. В таких конструкциях в ходе дисретного катализа реакционная среда не только превращается, но и хроматографически разделяется, устраняя тем самым эффект торможения каталитического процесса образующимися продуктами. На использовании этого эффекта можно создавать малогабаритные, но более производительные реакторы.
Другой пример использования явления хроматографии применен к созданию теории образования слоев в горных и других породах. До сих пор геологи объясняют эффект образования слоев в земной поверхности только осадочными механизмами. Однако, почему многие миллионы лет из воды осаждались молекулы только, например, голубой глины, а затем только красной и т.д. В предлагаемом механизме нет движущей силы.
Если предположить, что неподвижной фазой является земля, а подвижной – внешние, или подземные воды, перемещающиеся внутри земли в зависимости от погодных условий и барометрического давления, то наблюдаемое разделение слоев вполне можно принять как хроматографическое. Данное явление описано и опубликокано автором в начале 21-го столетия в трудах конференции «Циклы».
Вот на это, т.е. на поиск других областей отклика явления хроматографического разделения веществ и его использования, на совершенствование с его помощью существующих технологий, методов анализа и защиты окружающей природной среды, которые, в итоге, получаются более экологически чистыми, менее энерго и ресурсорасточительными и должна быть направлена работа молодых специалистов-выпускников нашего университета.
Решение высказанных задач было бы невозможны без массового выпуска современных хроматографов. Хроматографическое приборостроение сконцентрировало в себе последние достижения микроэлектроники, пневматики, теплотехники, оптики, высокоточной механики, автоматики, микропроцессорного управления и компьютерной обработки данных. Высокий спрос на хроматографическую аппаратуру позволил фирмам-производителям вкладывать большие средства в непрерывное совершенствование хроматографов. Современная хроматография — это и мощная отрасль промышленного производства. Сотни фирм во всем мире выпускают хроматографическую аппаратуру и вспомогательное оборудование на сумму более 5 млрд. долл. ежегодно.
В последние десятилетия наметилась тенденция к миниатюризации хроматографической аппаратуры. Портативные хроматографы, сохраняющие аналитические характеристики стационарных приборов, незаменимы в полевых условиях, однако они становятся все более популярными и в лабораториях, так как потребляют меньше электроэнергии, газов-носителей или растворителей, занимают меньше места. Создаются капиллярные и наноколонки для жидкостной хроматографии, которые напрямую сочетаются с масс-спектрометрометрическим детектором. Следующий актуальный для XXI столетия уровень миниатюризации — это приборы на основе кремниевой технологии — на чипах.
Микотоксины (в переводе с греческого — грибные яды) отличаются высокой токсичностью. Известно, что пшеницу, ячмень и кукурузу может поражать фузариоз, вызываемый грибом Fusarium. При этой болезни в зерне образуются микотоксины, зеараленон и дезоксиниваленон. Попадая с кормом в организм животных, они могут накапливаться в организме, а, значит, в мясе, молоке. При этом афлатоксин В1 превращается в яд для человека. Ученые указывают на связь микотоксинов с заболеванием почек и раком пищевода. В литературе отмечалось, что афлатоксины угнетают рост, физическое и умственное развитие детей. Известно более 10000 штаммов, продуцирующих около 300 токсических соединений, которые влияют на состав крови человека, снижают иммунитет, нарушают работу нервной системы, вызывают образование опухолей, аномалии развития новорожденных. К микотоксинам, выделяющимся своей распространенностью и токсическим свойствами относятся афлатоксины (В1, В2, L1, L2, М1), дезоксиниваленон, зеараленон, патулин, Т-2 токсин, охратоксин А и ряд других. Учитывая опасность употребления зерна, зараженного микотоксинами, большое значение приобретает его систематическая сертификация.
Для обнаружения, идентификации и количественного определения микотоксинов используют высокоэффективную жидкостную хроматографию (ВЭЖХ) с УФ-фотометрическим и флуориметрическим детектированием (для серийных и арбитражных-анализов). Однако высокая стоимость приборов и оборудования для ВЭЖХ делает этот метод малодоступным для рутинных анализов.
Тонкослойная хроматография — наиболее дешевый метод качественного и полуколичественного анализа всех видов микотоксинов, выполняемый с помощью специального оборудования на тонких пластинах, покрытых слоем сорбента.
Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) относятся к наиболее сильным канцерогенным веществам. Загрязнение пищевых продуктов ПАУ может происходить несколькими путями. Прежде всего, это загрязнение окружающей среды (выбросы металлургических, коксохимических производств, ТЭЦ, автотранспорта). Высокий уровень загрязненности ПАУ наблюдается в зерне, овощах и фруктах, выращенных в экологически неблагополучных районах, а также при некоторых технологических обработках пищевых продуктов. Особое внимание следует уделить контролю за содержанием бензапирена в зерне при его сушке горячими газами. Высокая канцерогенность и мутагенность ПАУ, их химическая стабильность требуют особого внимания в плане контроля за их содержанием.
Резюмируя изложенное выше, следует отметить, что для систематического эффективного контроля качества зерна, зернопродуктов и хлебобулочных изделий по показателям безопасности требуются химические лаборатории, оснащенные сложнейшими приборами, и высококвалифицированные специалисты.
Информацию о хроматографии и области ее применения легко найти в компьютерных поисковых системах с введением в них ключевых слов «Хроматографический анализ, «Хроматография в промышленности (Медицине, сельском хозяйстве и т.д.)
В научной литературе описаны различные конструкции хроматографов.
Например, Газовый хроматограф инженера А. С. Айрапетяна.
Авторское свидетельство СССР N 1233647 Бюллетень «Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки» N 19 1986 г.
Патенты-аналоги:
Германии N 267891
Чехословакии N 268780
Болгарии заявка N 3605331
Хроматограф с программированием давления газа-носителя.
Авторское свидетельство СССР N 1104416 Бюллетень «Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки» N 27 1984 г.
Патенты-аналоги:
Германии N 242949
Чехословакии N 247149
Болгарии заявка N 3440865
Концентратомер жидких сред.
Авторское свидетельство СССР N 1081470 Бюллетень «Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки» N 11 1984 г.
Хроматограф с программированием давления газа-носителя.
Авторское свидетельство СССР N 888693 Бюллетень «Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки» N 45 1981 г.
Газовый хроматограф с линейным программированием давления газа-носителя.
Авторское свидетельство СССР N 849861 Бюллетень «Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки» N 27 1981 г.
Регистратор хроматографа.
Авторское свидетельство СССР N 814047 Бюллетень «Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки» N 10 1981 г.
Способ газохроматографического анализа сложных смесей.
Авторское свидетельство СССР N 746280 Бюллетень «Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки» N 25 1980 г.
Хроматограф с программированием давления газа-носителя.
Авторское свидетельство СССР N 730092 Бюллетень «Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки» N 15 1980 г.
Дата добавления: 2015-09-06 ; просмотров: 3594 . Нарушение авторских прав
источник
Хроматография в современной химии и применение хроматографических методов в экологическом мониторинге. Примеры применения хроматографии в анализе объектов окружающей среды. Разновидности хроматографии: тонкослойная, газожидкостная, жидкостная и ионная.
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Федеративное Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Ульяновский Государственный технический университет.
«Применение хроматографических методов анализа в области охраны окружающей среды»
Выполнила: студентка группы
Глава 1. Хроматография в современной химии
Глава 2. Применение хроматографических методов в экологическом мониторинге
Глава 3. Примеры применения хроматографии в анализе объектов окружающей среды
Исключительно мощное средство контроля загрязнения различных объектов окружающей среды — хроматографические методы, позволяющие анализировать сложные смеси компонентов. Наибольшее значение приобрели тонкослойная, газожидкостная и высокоэффективная жидкостная и ионная хроматография. Будучи несложной по технике выполнения, тонкослойная хроматография хороша при определении пестицидов и других органических соединений-загрязнителей. Газожидкостная хроматография эффективна при анализе многокомпонентных смесей летучих органических веществ. Применение различных детекторов, например малоизбирательного детектора по теплопроводности — катарометра и избирательных — пламенно-ионизационного, электронного захвата, атомно-эмиссионного, позволяет достигать высокой чувствительности при определении высокотоксичных соединений. Высокоэффективную жидкостную хроматографию применяют при анализе смесей многих загрязняющих веществ, прежде всего нелетучих. Используя высокочувствительные детекторы: спектрофотометрические, флуориметрические, электрохимические, можно определять очень малые количества веществ. При анализе смесей сложного состава особенно эффективно сочетание хроматографии с инфракрасной спектрометрией и особенно с масс-спектрометрией. В последнем случае роль детектора играет подключенный к хроматографу масс-спектрометр. Обычно приборы такого типа оснащены мощным компьютером. Так определяют пестициды, полихлорированные бифенилы, диоксины, нитрозоамины и другие токсичные вещества. Ионная хроматография удобна при анализе катионного и анионного составов вод.
Глава 1. Хроматография в современной химии
Одна из важных задач современной химии — надежный и точный анализ органических веществ, часто близких по строению и свойствам. Без этого невозможно проведение химических, биохимических и медицинских исследований, на этом в значительной степени базируются экологические методы анализа окружающей среды, криминалистическая экспертиза, а также химическая, нефтяная, газовая, пищевая, медицинская отрасли промышленности и многие другие отрасли народного хозяйства.
Один из наиболее чувствительных методов — хроматографический анализ, впервые предложенный российским ученым М.С.Цветом в начале XX в. и к концу века превратившийся в мощнейший инструмент, без которого уже не могут обходиться как синтетики, так и химики, работающие в других областях.
Разделение Цвет проводил в колонке, показанной на рис. 1. Смесь веществ А, Б и В — природных пигментов, первоначально находящихся в зоне е, — разделяется при приливании соответствующего растворителя Д (элюент) на отдельные зоны.
Рис. 1. Хроматографическое разделение пигментов хлорофилла М.C.Цветом: а — адсорбент; б — колонка; в — приемник; г — делительная воронка; д — вата.
хроматография экологический мониторинг
Смесь веществ А,Б и В, сначала находящихся в зоне е, разделяется при элюировании растворителем Д (элюент) на отдельные зоны, движущиеся с разными скоростями к выходу из колонки.
Хроматография основана на распределении одного из нескольких веществ между двумя, как говорят, фазами (например, между твердым телом и газом, между двумя жидкостями и др.), причем одна из фаз постоянно перемещается, т. е. является подвижной.
Это значит, что такая фаза, например газ или жидкость, все время продвигается, нарушая равновесие. При этом чем лучше то или иное вещество сорбируется (поглощается) или растворяется в неподвижной фазе, тем скорость его движения меньше, и, наоборот, чем меньше сорбируется соединение, т. е. обладает меньшим сродством к неподвижной фазе, тем скорость перемещения больше. В итоге, как показано на рис. 2, если вначале мы имеем смесь соединений, то постепенно все они, подталкиваемые подвижной фазой, движутся к «финишу» с различными скоростями и в конце концов разделяются.
Рис. 2. Основной принцип хроматографического разделения: НФ — слой неподвижной фазы, покрывающей внутреннюю поверхность капиллярной трубки Т, через которую течет подвижная фаза (ПФ). Компонент А 1 разделяемой смеси обладает большим сродством к подвижной фазе, а компонент А 2 — к неподвижной фазе. А ‘ 1 и А ‘ 2 — положения зон тех же компонентов через промежуток времени, за которое происходило хроматографическое разделение в направлении, указанном стрелкой
Практически образец смеси веществ вводят, например, шприцем в слой неподвижной фазы, а затем различные соединения, входящие в состав смеси, вместе с подвижной фазой (элюент) двигаются вдоль слоя, подгоняемые этой фазой. Скорость перемещения зависит от величины взаимодействия (сродство) компонентов в неподвижной и подвижной фазах, и в результате достигается разделение компонентов.
После разделения необходимо идентифицировать все компоненты и оценить их количественно. Такова общая схема хроматографии.
Следует отметить, что этот современный метод позволяет в течение нескольких минут определить содержание десятков и сотен различных соединений в смеси, причем даже в ничтожных, «следовых» количествах
Хроматографический способ анализа.
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.
Хроматография, начавшись с самодельных устройств типа полоски бумаги, опущенной в растворитель, в настоящее время представлена сложнейшими инструментальными системами, основанными на современных точнейших, или прецизионных, принципах и оснащенными компьютерным обеспечением. Схема процесса хроматографирования, в сущности, очень проста и показана на рис. 3. Далее примерно в такой последовательности будет рассмотрен принцип работы хроматографа.
Глава 2. Применение хроматографических методов в экологическом мониторинге
Хроматографические методы часто оказываются незаменимыми для идентификации и количественного определения органических веществ со сходной структурой. При этом наиболее широко используемыми для рутинных анализов загрязнителей окружающей среды являются газовая и высокоэффективная жидкостная хроматография.
Газохроматографический анализ органических загрязнителей в питьевой и сточных водах сначала основывался на использовании насадочных колонок, позднее распространение получили и кварцевые капиллярные колонки. Внутренний диаметр капиллярных колонок составляет обычно 0,20-0,75 мм, длина — 30-105 м. Оптимальные результаты при анализе загрязнителей в воде достигаются чаще всего при использовании капиллярных колонок с различной толщиной пленки из метилфенилсиликонов с содержанием фенильных групп 5 и 50%. Уязвимым местом хроматографических методик с использованием капиллярных колонок часто становится система ввода пробы. Системы ввода пробы можно подразделить на две группы: универсальные и селективные. К универсальным относятся системы ввода с делением и без деления потока, “холодный” ввод в колонку и испарение при программировании температуры. При селективном вводе используют продувку с промежуточным улавливанием в ловушке, парофазный анализ и т.д. При использовании универсальных систем ввода в колонку поступает вся проба полностью, при селективной инжекции вводится только определенная фракция. Результаты, получаемые при селективном вводе, являются существенно более точными, поскольку попавшая в колонку фракция содержит только летучие вещества, и техника при этом может быть полностью автоматизирована.
Газохроматографические детекторы, используемые в мониторинге загрязнителей, часто подразделяют на универсальные, откликающиеся на каждый компонент в подвижной фазе, и селективные, реагирующие на присутствие в подвижной фазе определенной группы веществ со сходными химическими характеристиками. К универсальным относятся пламенно-ионизационный, атомно-эмиссионный, масс-спектрометрический детекторы и инфракрасная спектрометрия. Селективными детекторами, используемыми в анализе воды, являются электронно-захватный (селективен к веществам, содержащим атомы галогенов), термоионный (селективен к азот- и фосфорсодержащим соединениям), фотоионизационный (селективен к ароматическим углеводородам), детектор по электролитической проводимости (селективен к соединениям, содержащим атомы галогенов, серы и азота). Минимально детектируемые количества веществ — от нанограммов до пикограммов в секунду.
Высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ) является идеальным методом для определения большого числа термически неустойчивых соединений, которые не могут быть проанализированы с помощью газовой хроматографии. Объектами анализа методом жидкостной хроматографии в настоящее время часто становятся современные агрохимикаты, в число которых входят метилкарбонаты и фосфорорганические инсектициды, другие нелетучие вещества. Высокоэффективная жидкостная хроматография получает все большее распространение среди других методов, применяемых в мониторинге окружающей среды, еще и потому, что имеет блестящие перспективы в плане автоматизации пробоподготовки.
Колонки для ВЭЖХ, которые чаще всего используют в анализах загрязнителей окружающей среды, имеют длину 25 см и внутренний диаметр 4,6 мм, заполняются они сферическими частицами силикагеля размером 5-10 мкм с привитыми октадецильными группами. В последние годы появились колонки с меньшим внутренним диаметром, заполненными частицами меньшего размера. Использование таких колонок приводит к уменьшению расхода растворителей и продолжительности анализа, увеличению чувствительности и эффективности разделения, а также облегчает проблему подключения колонок к спектральным детекторам. Колонки с внутренним диаметром 3,1 мм снабжают предохранительным картриджем (форколонкой) для увеличения срока службы и улучшения воспроизводимости анализов.
В качестве детекторов в современных приборах для ВЭЖХ используются обычно УФ-детектор на диодной матрице, флуоресцентный и электрохимический.
Электроаналитические методы, которые обычно применяют в анализе воды для определения неорганических компонентов, часто уступают по чувствительности методам газовой и жидкостной хроматографии, атомно-адсорбционной спектрометрии. Однако здесь используется более дешевая аппаратура, иногда даже в полевых условиях. Основными электроаналитическими методами, применяемыми в анализе воды, являются вольтамперометрия , потенциометрия и кондуктометрия . Наиболее эффективными вольтамперометрическими методами являются дифференциальная импульсная полярография (ДИП) и инверсионный электрохимический анализ (ИЭА). Сочетание этих двух методов позволяет проводить определение с очень высокой чувствительностью — приблизительно 10 -9 моль/л, аппаратурное оформление при этом несложно, что дает возможность делать анализы в полевых условиях. На принципе использования метода ИЭА или сочетания ИЭА с ДИП работают полностью автоматизированные станции мониторинга. Методы ДИП и ИЭА в прямом варианте, а также в сочетании друг с другом используют для анализа загрязненности воды ионами тяжелых металлов, различными органическими веществами. При этом часто способы пробоподготовки являются гораздо более простыми, чем в спектрометрии или газовой хроматографии. Преимуществом метода ИЭА является (в отличие от других методов, например, атомно-адсорбционной спектрометрии) также способность “отличать” свободные ионы от их связанных химических форм, что важно и для оценки физико-химических свойств анализируемых веществ, и с точки зрения биологического контроля (например, при оценке токсичности вод). Время проведения анализа иногда сокращается до нескольких секунд за счет повышения скорости развертки поляризующего напряжения.
Потенциометрия с применением различных ионоселективных электродов используется в анализе воды для определения большого числа неорганических катионов и анионов. Концентрации, которые удается определить таким способом, 10 0 -10 -7 моль/л. Контроль с помощью ионоселективных электродов отличается простотой, экспрессностью и возможностью проведения непрерывных измерений. В настоящее время созданы ионоселективные электроды, чувствительные к некоторым органическим веществам (например, алкалоидам), поверхностно-активным веществами и моющим веществам (детергентам). В анализе воды используются компактные анализаторы типа зондов с применением современных ионоселективных электродов. При этом в ручке зонда смонтирована схема, обрабатывающая отклик, и дисплей.
Кондуктометрия используется в работе анализаторов детергентов в сточных водах, при определении концентраций синтетических удобрений в оросительных системах, при оценке качества питьевой воды. В дополнение к прямой кондуктометрии для определения некоторых видов загрязнителей могут быть использованы косвенные методы, в которых определяемые вещества взаимодействуют перед измерением со специально подобранными реагентами и регистрируемое изменение электропроводности вызывается только присутствием соответствующих продуктов реакции. Кроме классических вариантов кондуктометрии применяют и ее высокочастотный вариант (осциллометрию), в котором индикаторная электродная система реализуется в кондуктометрических анализаторах непрерывного действия. [15, 8-11]
Глава 3. Примеры применения хроматографии в анализе объектов окружающей среды
Метод газовой хроматографии для анализа состояния водной среды все шире проникает из области научного эксперимента в сферы, непосредственно связанные со многими сторонами жизни человека.
В большинстве случаев термин «водная среда» относят к различным водным объектам, находящимся вне организма человека — к морским и речным водам, иным поверхностным водам суши, подземным водам, промышленным и бытовым стокам, атмосферным осадкам, наконец, к пищевым водам (схема 1). Все эти группы объектов было бы правильнее называть «внешней водной средой».
В связи с тем, что в организме человека, как и многих других живых существ, по крайней мере 80% приходится на долю воды, правомерно говорить о «внутренней водной среде» и о соответствующих объектах анализа. Эта категория объектов включает гомогенизаты и экстракты тканей различных органов и биологические жидкости, к числу которых относятся плазма крови, лимфа, слюна, моча, желчь, желудочный сок, спинно-мозговая жидкость и другие (схема 2). Как в первой, так и во второй группе объектов в анализируемых пробах могут присутствовать весьма разнообразные вещества, детальный анализ которых требует применения различных аналитических методов. Так, например, растворенные газы в морских и подземных водах, а также и в крови человека, определяют с помощью спектральных методов и в ряде случаев с помощью газовой хроматографии. Металлы, присутствующие в водных объектах, анализируют с помощью атомной абсорбционной спектроскопии или эмиссионной спектроскопии с индуктивно связанной плазмой. Очень малые следовые примеси многих элементов в водной среде определяют с помощью радиоактивационного анализа, а состав присутствующих в водной среде анионных составляющих анализируют методом ионной хроматографии.
Высокомолекулярные полимерные вещества, присутствующие в водной пробе (гуминовые и фульвиновые кислоты во внешних природных водах, белковые компоненты и нуклеиновые кислоты в плазме крови), определяют методами жидкостной хроматографии — эксклюзионной, тонкослойной и высокоэффективной жидкостной хроматографии (схема 3).
Однако очень большое число низкомолекулярных летучих органических соединений, способных переходить в парообразное состояние без разложения, анализируют и определяют количественно с помощью метода газовой хроматографии (схема 4). При этом собственно газохроматографическому определению может предшествовать операция извлечения анализируемых компонентов из водной пробы, их концентрирование и в ряде случаев перевод в их производные, обладающие более высокой летучестью либо меньшей полярностью, чем исходные соединения, и потому более пригодные для анализа с помощью газовой хроматографии (например, органические кислоты обычно переводят в их метиловые эфиры, аминокислоты — в алкиловые эфиры N-трифторацетильных производных и т.п.). Таким образом оказывается возможным использовать метод газовой хроматографии для определения тех органических веществ, которые в принципе не переходят в пар без разложения вследствие своей высокой полярности или малой термической устойчивости (например, углеводы).
Метод газовой хроматографии уже в течение достаточно длительного времени является общепризнанным способом анализа летучих органических компонентов и следовых примесей водной среды. Опубликованы многочисленные монографии и оригинальные статьи, описывающие особенности применения метода газовой хроматографии к анализу тех или иных водных объектов.
Как и любой другой аналитический метод, газовая хроматография может дать корректную объективную информацию о составе водных объектов при условии достаточно правильного выполнения предварительных операций по отбору представительных проб анализируемых вод, извлечения и концентрирования подлежащих определению компонентов и их групп и ввода их в хроматографическую систему.
Объектами газохроматографического определения в водных средах могут быть растворенные газы и органические соединения с молекулярной массой от 16-30 (метан, этан) до 400-500 и более. Состав примесей может довольно быстро изменяться вследствие целого ряда причин. Поэтому время от момента отбора проб до выполнения анализа или предшествующих ему операций, обеспечивающих консервацию их состава, должно быть по возможности малым.
Причины изменения состава примесей водной среды, определяемых с помощью газовой хроматографии, могут включать следующие процессы:
а) потери растворенных газов и наиболее легколетучих органических компонентов вследствие изменений температуры и давления (например, при нагреве водной пробы от исходной температуры водоисточника до температуры лабораторного помещения);
б) исчезновение некоторых подлежащих определению примесных компонентов водных проб в результате химических и микробиологических процессов при хранении до проведения анализа (окисление альдегидов и тиолов, гидролиз ацеталей и галогенопроизводных, микробиологическое расщепление углеводородов нефти и др.);
в) загрязнение проб примесями, извлекаемыми из полимерной тары, используемой при отборе проб и их последующей транспортировке и хранении (пластификаторы, низкомолекулярные компоненты полимеров и т.п.);
г) загрязнение проб примесями, содержащимися в применяемых для экстракции растворителях;
д) изменение проб в испарителях и колонках применяемых хроматографических систем.
Правильно организованный газохроматографический анализ должен в возможно более полной степени исключить все перечисленные выше причины изменения состава анализируемых проб. Этой цели служат многочисленные методики анализа, опубликованные в оригинальных работах, а в ряде случаев и включенные в нормативные документы.
Для извлечения определяемых компонентов из водных матриц применяют методы экстракции малыми объемами органических растворителей с последующим концентрированием путем отгонки экстрагента (рис. 1); твердофазной экстракции с сорбцией определяемых компонентов на адсорбентах с привитой органической неподвижной фазой (углеводородными радикалами от С 2 H 5 до С 20 Н 41, либо функционально замещенными фрагментами с нитрильными, аминными или диольными группами). Разработаны методы микроэкстракции на единичном стеклянном или кварцевом волокне, покрытом пленкой полисилоксановой неподвижной фазы.
Рис. 1. Типичные хроматограммы нефтяных загрязнений, экстрагированных из воды Таганрогского залива: а) — август 1991 г.; б) — октябрь 1991 г.
В пробу анализируемой воды объемом около 100 мл (в конической колбе) помещают магнитную мешалку в форме стеклянной трубки длиной 30 мм и диаметром 2-3 мм с запаянными концами. Внутрь трубки помещают стальной стержень длиной 25 мм и диаметром 1-1,5 мм, а снаружи на трубку надевают отрезок трубки из силиконовой резины длиной 25-30 мм с внутренним диаметром 1 мм и толщиной стенок 0,5 мм. Согласно опубликованным данным перемешивание водной пробы такой мешалкой со скоростью несколько сотен оборотов в минуту в течение 10-15 мин при 20 °С приводит к тому, что более 90% всех липофильных примесей абсорбируется в силиконовой оболочке мешалки. После этого мешалку можно поместить в нагретый испаритель хроматографа для немедленного проведения анализа либо сохранить ее длительное время в закрытой пробирке для транспортировки в стационарную лабораторию.
Подобная техника извлечения и концентрирования малых примесей, названная авторами Stir Bar Sorptive Extraction, несомненно, имеет серьезные перспективы широкого применения. Возможно, что использование таких магнитных мешалок с полимерными покрытиями разных типов позволит избирательно извлекать из водных проб различные группы соединений, отличающиеся по своей полярности и прочим физико-химическим характеристикам.
Для определения состава легколетучих компонентов водных проб оказывается плодотворным метод газохроматографического анализа равновесного пара и газовой экстракции с улавливанием извлекаемых веществ в сорбционных концентраторах и последующим криогенным вводом в капиллярную колонку. Таким способом, например, подробно изучен состав хлорсодержащих микропримесей, образующихся при хлорировании питьевой воды (рис. 2). При извлечении микропримесей полярных веществ, хорошо растворимых в воде, применяют метод экстракции полярными водорастворимыми экстрагентами (спиртом, ацетоном) с предварительным насыщением водных проб неорганическими солями (высаливание хлоридом натрия или сульфатом аммония) .
Рис. 2. Хроматограмма летучих органических соединений, содержащихся в пробе хлорированной питьевой воды. Капиллярная колонка длиной 50 м и диаметром 0,25 мм с силиконовой смазкой «Эдвардс» в качестве неподвижной фазы. Пики, обозначенные цифрами, идентифицированы. Пик 9 — хлороформ
Собственно газохроматографический анализ в большинстве случаев в настоящее время осуществляют с применением высокоэффективных капиллярных колонок в условиях программирования температуры от 50-100 °С до 300-350 °С (и даже до 400 °С и выше). Скорость нагрева колонок при этом может изменяться от 3-5 до 20-30 град/мин в зависимости от характера разделяемых компонентов.
Идентификацию пиков на хроматограммах выполняют с применением известных хроматографических зависимостей индексов удерживания от температур кипения и от молекулярной массы веществ. Для той же цели применяют селективные детекторы (например, электронно-захватный), термоионные хемилюминесцентные, атомно-абсорбционные, масс-селективные и др.
Наиболее полную информацию о молекулярном строении определяемых веществ позволяют получить методы хромато-масс-спектрометрии и газовой хроматографии с ИК-Фурье спектроскопическим детектором. Особенно плодотворным оказалось использование этих двух методов при определении пестицидов, полихлорированных бифенилов, диоксинов и им подобных веществ, продуктов распада токсичных ракетных топлив и боевых отравляющих веществ в объектах окружающей среды (рис. 3).
Рис. 3. Хроматограмма воды реки Оук Крик (США), содержащей пестициды: 1 — Дикамба (4,7 мкг/л); 2 — 2,4-D (7,0 мкг/л); 3 — Силвекс (4,5 мкг/л); 4 — 2,4,5-Т (5,2 мкг/л); 5 — Пиклорам (3,3 мкг/л); 6 — внутренний стандарт
В ряде случаев применение селективных детектирующих систем позволяет не только повысить чувствительность определения целевых компонентов, но и выявить источники загрязнения водной среды. Так, например, применение хемилюминесцентного озонового детектора с высокой специфической чувствительностью к веществам, содержащим серу, позволяет зафиксировать профиль серосодержащих соединений нефти и нефтяных топлив. Эти компоненты значительно более устойчивы в водной среде, чем углеводородные составляющие нефтепродуктов, поэтому совпадение таких профилей позволяет с большой степенью достоверности указать источник нефтяного загрязнения данного водного бассейна (рис. 4), .
Рис. 4. Хроматограммы: а) — серосодержащих компонентов нефтяного загрязнения морской воды (район г. Таганрога); б) — судового дизельного топлива.
Кварцевая капиллярная колонка длиной 25 м и диаметром 0,25 мм с полидиметилсилоксаном SE-54 в качестве неподвижной фазы. Программирование температуры от 60 до 280 °C cо cкоростью нагрева 10 град/мин: 1 — метилбензотиофены; 2 — диметилбензотиофены; 3 — дибензотиофен; 4 — метилдибензотиофены; 5 — диметилдибензотиофены
Большие возможности газохроматографического анализа в настоящее время определенно позволяют осуществить достаточно полный анализ водных проб практически любого происхождения, в том числе питьевых, речных, озерных и морских вод, сточных вод коммунальных систем и промышленных предприятий.
В ряде случаев такие анализы могут быть проведены в полевых условиях непосредственно в местах отбора проб. Тем не менее, пока не существует методов, позволяющих провести полный анализ водных проб в единой системе без проведения предварительных лабораторных операций, часто трудоемких и длительных.
Перспективными для создания таких методов следует считать хроматографические системы с использованием в качестве подвижных фаз парообразных и сверхкритических ср ед (в том числе паров воды) .
Широко используется газовая хроматография также и для анализа объектов внутренней водной среды. При этом применяется весь арсенал технических приемов, разработанных за 50 лет развития газовой хроматографии: высокоэффективные капиллярные колонки, высокочувствительные селективные детекторы, комбинированные аналитические системы, сочетающие газовую хроматографию с масс-спектрометрией и с ИК-спектроскопией с Фурье-преобразованием.
В этой области сложились два основных направления аналитических исследований. С одной стороны, это изучение состава естественных сред организма (плазмы крови, мочи, слюны, спинно-мозговой жидкости и др.) с целью выявления изменений этого состава в зависимости от физиологических особенностей организма, наличия патологических изменений и тому подобных факторов.
В настоящее время это направление газохроматографического анализа внутренней водной среды организма отражено в ряде руководств и монографий. Показано, что во многих случаях газохроматографический анализ позволяет выявить на ранней стадии целый ряд заболеваний и таким образом ускорить их лечение (рис. 5). При таких исследованиях широко используют экстракцию целевых компонентов растворителями, твердофазную экстракцию и метод анализа равновесного пара (рис. 6).
Рис. 5. Метаболический профиль стероидов из мочи пациента с опухолью яичника, секретирующей тестостерон. Идентифицированы все компоненты. Увеличенное содержание компонентов 1, 2, 4 и 7 указывает на наличие опухоли (1 — андростерон; 2 — этиохоланон; 4 — 11b-оксиандростерон; 7 — прегнантриол)
Рис 6. Хроматограмма летучих органических соединений мочи, полученная на капиллярной колонке с полисилоксановой неподвижной фазой БС-2 в условиях программирования температуры: 1 — ацетон; 3 — этанол; 6 — 2-пентанон; 7 — н-пропанол; 10 — диметилдисульфид;13 — 4-гептанон; 14 — н-бутанол; 15 — 2-гептанон; 29 — пиррол; 45 — карвон
Вторым важным направлением в анализе объектов внутренней водной среды является выявление чужеродных для организма соединений (фармацевтических препаратов, разного рода ядов, алкоголя, других наркотических веществ и т.п.) . Так, применение высокочувствительного термоаэрозольного детектора, избирательно регистрирующего азотсодержащие соединения, позволило регистрировать противосудорожные лекарственные средства в крови детей, больных эпилепсией, даже через 3-5 дней по сле их применения (рис. 7) . Аналогично, с помощью селективного термоионного детектора с высокой чувствительностью регистрировали в плазме крови наличие анестезирующего препарата кетамина, находящего, к сожалению, довольно широкое применение в качестве галлюцино генного наркотика (рис. 8) .
Рис. 7. Хроматограмма 0,1% раствора противоэпилептических лекарственных средств. Кварцевая капиллярная колонка длиной 10 м и диаметром 0,25 мм с полисилоксаном OV-17 в качестве неподвижной фазы: 1 — этанол; 2 — фенобарбитал; 3 — гексамидин; 4- дифенин
Рис. 8. Хроматограмма смеси компонентов плазмы крови, содержащей кетамин: а) — пламенно-ионизационный детектор; б) — термоионный детектор; 1 — кетамин; 2 — внутренний стандарт
Подобным же способом при газохроматографическом анализе проб плазмы крови, мочи или слюны могут быть определены несколько сотен других наркотиков, веществ, используемых в качестве допинга в спортивных соревнованиях, и анаболических стероидов, запрещенных к употреблению международными спортивными организациями.
Все перечисленные выше достижения газохроматографического метода в области анализа объектов водной среды все шире проникают из области научного эксперимента в сферы, непосредственно связанные с многими сторонами жизни современного общества. К таким областям можно отнести изучение состояния окружающей среды, контроль качества питьевой воды, сельскохозяйственной продукции и пищевых продуктов, клиническую медицину, криминалистику и ряд других.
1. Сакодынский К.И., Киселев А.В., Иогансен А.В. и др. Физико-химическое применение газовой хроматографии. М.: Химия, 1973. — 254 с.
2. Жидкостная колоночная хроматография. В 3 т. / Под ред. З.Дейла, К .Мацека, Я.Янака. М.: Мир, 1972. — 439с.
3. Березкин В.Г., Алишоев В.Р., Немировская И.Б. Газовая хроматография в химии пол имеров. М.: Наука, 1972. — 287 с.
4. Морозов А.А. Хроматография в неорганическом анали зе. М.: Высш. шк., 1972. — 233 с.
5. Скуг Д., Уэст Д. Основы аналитической химии / Пер. с англ. В 2 т. М.: Мир, 1979. — 324с.
6. Горелик Д.О., Конопелько Л.А., Панков Э.Д. Экологический мониторинг. В 2 т. СПб.: Крисмас, 2002. — 457с.
7. Назаркина С.Г. Определение полиароматических углеводородов в объектах окружающей среды методами жидкостной и тонкослойной хроматографии.
8. Хроматографический анализ окружающей среды. / Под ред. Р.Гроба. М.: Мир, 1979. — 606 с.
Основные виды хроматографии. Применение хроматографических методов в экологическом мониторинге. Применение хроматографии в анализе объектов окружающей среды. Современное аппаратурное оформление. Методы проявления хроматограмм и работа хроматографа.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 08.01.2010
Основные понятия и классификация методов жидкостной хроматографии. Сущность высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ), ее достоинства. Состав хроматографических комплексов, виды детекторов. Применение ВЭЖХ в анализе объектов окружающей среды.
курсовая работа [135,1 K], добавлен 08.01.2010
Разделение анионов методом одноколоночной ионной хроматографии. Изображение структуры частицы ионообменной смолы. Примеры использования ионообменной хроматографии в анализе объектов окружающей среды. Особенности анализа пива методом ионной хроматографии.
курсовая работа [462,8 K], добавлен 08.01.2010
Назначение и основные принципы реализации кондуктометрических методов анализа. Разновидности используемых методов и особенности их применения. Примеры использования кондуктометрии в анализе объектов окружающей среды и необходимое для этого оборудование.
курсовая работа [86,1 K], добавлен 07.01.2010
Методы контроля полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) в объектах окружающей среды. Выделение полиароматических углеводородов из образцов почв. Определение ПАУ в объектах окружающей среды методами жидкостной и тонкослойной хроматографии.
курсовая работа [309,0 K], добавлен 08.01.2010
Исследование окружающей среды в Оренбургской области на сегодняшний день. Анализ и особенности государственного регулирования в области охраны окружающей среды. Обзор методов, используемых муниципальной властью Оренбурга для улучшения окружающей среды.
реферат [20,0 K], добавлен 05.06.2010
Понятие и принцип реализации лазерной спектрографии, ее назначение и необходимое оборудование. Разновидности лазеров, порядок и особенности их практического применения. Использование механизмов лазерной спектроскопии в анализе объектов окружающей среды.
контрольная работа [32,3 K], добавлен 07.01.2010
Обоснование необходимости мониторинга ОС. Характеристика критериев оценки качества окружающей среды. Мониторинг и проблемы интеграции служб слежения за природой. Применение биологических индикаторов накопления тяжёлых металлов в экологическом мониторинге.
курс лекций [1,1 M], добавлен 29.05.2010
Понятие и элементы экономического механизма охраны окружающей среды, плата за природопользование. Роль экологических фондов в экономическом механизме охраны окружающей среды. Использование административных методов управления для охраны окружающей среды.
реферат [23,9 K], добавлен 26.01.2010
Правовая основа охраны окружающей среды. Состояние природных объектов, формирующих созданную человеком окружающую среду. Контроль в области охраны окружающей среды. Внедрение экологически безопасных современных технологических процессов и оборудования.
реферат [28,0 K], добавлен 09.10.2012
источник
1. Хроматография (от греч. chroma, chromatos — цвет, краска), физико-химический метод разделения и анализа смесей, основанный на распределении их компонентов между двумя фазами — неподвижной и подвижной (элюент), протекающей через неподвижную. Хроматографический анализ является критерием однородности вещества: если каким-либо хроматографическим способом анализируемое вещество не разделилось, то его считают однородным (без примесей).
Принципиальным отличием хроматографических методов от других физико-химических методов анализа является возможность разделения близких по свойствам веществ. После разделения компоненты анализируемой смеси можно идентифицировать (установить природу) и количественно определять (массу, концентрацию) любыми химическими, физическими и физико-химическими методами.
Хроматографический метод анализа был впервые применён русским учёным-ботаником Михаилом Семеновичем Цветом в 1900 году. Он использовал колонку, заполненную карбонатом кальция для разделения пигментов растительного происхождения.
Хроматография широко применяется в лабораториях и в промышленности для качественного и количественного анализа многокомпонентных систем, контроля производства, особенно в связи с автоматизацией многих процессов, а также для препаративного (в т. ч. промышленного) выделения индивидуальных веществ (например, благородных металлов), разделения редких и рассеянных элементов.
В некоторых случаях для идентификации веществ используется хроматография в сочетании с другими физико-химическими и физическими методами, например с масс-спектрометрией, ИК-, УФ-спектроскопией и др. Для расшифровки хроматограмм и выбора условий опыта применяют ЭВМ.
Основные достоинства хроматографического анализа:
экспрессность; высокая эффективность; возможность автоматизации и получение объективной информации;
сочетание с другими физико-химическими методами;
широкий интервал концентраций соединений;
возможность изучения физико-химических свойств соединений;
осуществление проведения качественного и количественного анализа;
применение для контроля и автоматического регулирования технологических процессов.
В зависимости от природы взаимодействия, обусловливающего распределение компонентов между элюентом и неподвижной фазой, различают следующие основные виды хроматографии — адсорбционную, распределительную, ионообменную, эксклюзионную (молекулярно-ситовую) и осадочную.
Адсорбционная хроматография основана на различии сорбируемости разделяемых веществ адсорбентом (твёрдое тело с развитой поверхностью);
— распределительная хроматография — на разной растворимости компонентов смеси в неподвижной фазе (высококипящая жидкость, нанесённая на твёрдый макропористый носитель) и элюенте;
— ионообменная хроматография — на различии констант ионообменного равновесия между неподвижной фазой (ионитом) и компонентами разделяемой смеси;
— эксклюзионная (молекулярно-ситовая) хроматография — на разной проницаемости молекул компонентов в неподвижную фазу (высокопористый неионогенный гель).
— Осадочная хроматография основана на различной способности разделяемых компонентов выпадать в осадок на твёрдой неподвижной фазе.
В соответствии с агрегатным состоянием элюента различают:
газовую хроматографию ГХ (GC)
жидкостную хроматографию ВЭЖХ (HPLC).
Газовая хроматография применяется для газов разделения, определения примесей вредных веществ в воздухе, воде, почве, промышленных продуктах; определения состава продуктов основного органического и нефтехимического синтеза, выхлопных газов, лекарственных препаратов, а также в криминалистике и т.д.
Жидкостная хроматография используется для анализа, разделения и очистки синтетических полимеров, лекарственных препаратов, детергентов, белков, гормонов и др. биологически важных соединений. Использование высокочувствительных детекторов позволяет работать с очень малыми количествами веществ (10 -11 -10 -9 г), что исключительно важно в биологических исследованиях.
В зависимости от агрегатного состояния неподвижной фазы газовая хроматография ГХ (GC) бывает газо-адсорбционной (неподвижная фаза — твёрдый адсорбент) и газожидкостной (неподвижная фаза — жидкость), а жидкостная хроматография — жидкостно-адсорбционной (или твёрдо-жидкостной) и жидкостно-жидкостной.
Различают колоночную и плоскостную хроматографию. В колоночной сорбентом заполняют специальные трубки — колонки, а подвижная фаза движется внутри колонки благодаря перепаду давления. Разновидность колоночной хроматографии — капиллярная, когда тонкий слой сорбента наносится на внутренние стенки капиллярной трубки.
Плоскостная хроматография подразделяется на тонкослойную и бумажную.
— в тонкослойной хроматографии тонкий слой гранулированного сорбента или пористая плёнка наносится на стеклянную или металлическую пластинки;
— в случае бумажной хроматографии используют специальную хроматографическую бумагу. Тонкослойная (ТСХ) и бумажная хроматография используются для анализа жиров, углеводов, белков и др. природных веществ и неорганических соединений.
Ряд видов хроматографии осуществляется с помощью приборов, называемых хроматографами, в большинстве из которых реализуется проявительный вариант хроматографии. Хроматографы используют для анализа и для препаративного (в т. ч. промышленного) разделения смесей веществ. При анализе разделённые в хроматографической колонке вещества вместе с элюентом попадают в установленное на выходе из колонки специальное устройство – детектор, регистрирующее их концентрации во времени.
Полученную в результате этого выходную кривую называют хроматограммой.
Для качественного хроматографического анализа определяют время от момента ввода пробы до выхода каждого компонента из колонки при данной температуре и при использовании определённого элюента.
Для количественного анализа определяют высоты или площади хроматографических пиков с учётом коэффициентов чувствительности используемого детектирующего устройства к анализируемым веществам.
Хроматографический метод основан на распределении вещества между двумя несмешивающимися фазами, одна из фаз подвижна — ПФ, а другая неподвижна — НФ. Метод можно представить как процесс многократного повторения фактов сорбции и десорбции вещества при движении его в потоке ПФ вдоль неподвижного сорбента — НФ, это наблюдается при прохождении потока газов, паров, жидкостей через колонку, содержащую зернённый слой сорбента.
Подвижной фазой является смесь, она может быть жидким раствором или газовой смесью, неподвижной фазой является сорбент твёрдый с большой поверхностью, сорбент может быть жидким, нанесённый тонкой плёнкой на поверхность твёрдого носителя.
Хроматографические методы анализа получили широкое распространение благодаря соей универсальности, экспрессивности и высокой чувствительности. Применяется широко в различных областях промышленности, науки и техники, в экологии, медицине, биологии, криминалистке и т.д.
Классификация хроматографических методов анализа
I. По агрегативному состоянию подвижной фазы:
А) Газовая хроматография — подвижная жидкость – газ.
Б) Жидкостная хроматография — подвижная фаза — жидкость.
источник