laba_organika_metodichka

а)

Рис. 23. Шкала (а) в поле зрения окуляра рефрактометра (б)

Первые три цифры (1,45) - это ближайшие, находящиеся ниже горизонтального штриха сетки. Третий знак после запятой

соответствует числу целых мелких делений, расположенных

ниже горизонтального штриха сетки. Четвертый знак после

запятой получается визуально интерполяцией в пределах того

деления, в котором находится горизонтальный штрих сетки.

Например, в случае изображенном на рис. 21 , показатель

преломления по2О равен 1,4593. По окончании измерения обе

призмы протирают сухой ватой, IЮТОМ ватой с ацетоном, ватой с

эфиром и снова сухой ватой.

11.8. ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ

СМЕСЕЙ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Хроматография - один из современных методов разделения, очистки, выделения и идентификации органических веществ.

Все виды хроматографического разделения основываются на

различной подвижности растворенных веществ при

прохождении их через многофазную, чаще чер~з двухфазную

систему.

В зависимости от типа физико-химического взаимодействия

между активным адсорбентом и находящимся в растворе

веществом различают следующие виды хроматографии: адсорбционную, распределительную, ионообменную, а также

61

www.mitht.ru/e-library

аффинную и гель-хроматографию. Адсорбционная хроматография основана на сорбции растворенного вещества поверхностью твердой фазы. В распределительной хроматографии вещество распределяется между двумя жидкими фазами, одна из которых неподвижна. Ионообменная

хроматография основана на образовании ионных соединений

между растворенными веществами и заряженными группами

сорбента. На практике эти процессы чаще всего протекают

сопровождается распределительной, если разделяют вещества на слабоактивных сорбентах в системах, содержащих воду.

По технике выполнения и аппаратурному оформлению

различают тонкослойную, бумажную, колоночную и другие

виды хроматографии.

11.8.1. Тонкослойная хроматография.

Тонкослойная хроматография (ТСХ) представляет собой разновидность адсорбционной хроматографии. Тонкослойная хроматография - один из эффективных и быстрых методов хроматографического анализа. ТСХ имеет огромное значение для быстрого качественного анализа смесей, контроля реакций и определения рабочих параметров, которые следует использовать в препаративной колоночной хроматографии

Хроматографирование проводят на плоской пластинке, покрытой тонким слоем сорбента - силикагелем или оксидом алюминия (рис. 24).

Приготовление хроматографических пластинок с

незакрепленным тонким слоем сорбента осуществляют непосредственно перед работой. Готовя тонкий слой сорбента,

для аналитических целей используют стеклянные пластинки

длиной 15 - 20 см и шириной 4 - 20 см. Для препаративного разделения смеси веществ берут стекла шириной 30 - 40 и длиной 40 - 50 см. Сорбент нужной активности насыпают на

стекло, лучше матовое, и разравнивают стальным валиком, на

концах которого имеются утолщения 0,5 - 1 мм, или стеклянной трубкой, на концах которой надеты резиновые кольца. Для

62

www.mitht.ru/e-library

получения слоя определенной толщины валиком проводят (но

не nрокатываюm!) по сорбенту, насыпанному на стеклянную

пластинку (рис.24). Такой слой сорбента легко повреждается и

даже может ссыпаться со стекла, что является неудобством в

работе. Пластинки с закрепленным слоем сорбента более удобны в обращении. Для получения закрепленного слоя сорбент закрепляют на стекле одним из фиксаторов: гипсом, крахмалом.

На поверхность пластинки наносят сорбционную массу в виде

суспензии из сорбента, фиксатора и воды, выравнивают ее на

поверхности.

Рис. 24. Станок для нанесения тонкого незакрепленного слоя

сорбента и хроматографическая камера с пластинкой

С помощью специальных приборов можно наносить слой

заданной толщины. Затем сушат пластинки на воздухе при комнатной температуре до высыхания. Пластинку активируют

путем нагревания при 11 О - 150 ос в сушильном шкафу или

выдерживая 24 ч на воздухе при 20 ос.

Выбор сорбента. Главное требование, предъявляемое к сорбенту для хроматографии, отсутствие химического взаимодействия между адсорбентом и анализируемыми

веществами. Сорбент не должен также оказывать

каталитического действия как на растворитель, так и на вещества разделяемой смеси.

Второе важнейшее требование к сорбенту el'o избирательность, Т.е. возможно большее различие в

адсорбируемости веществ разделяемой смеси. Немалое значение

имеет степень дисперсности сорбента. Наконец, чрезвычайно

63

www.mitht.ru/e-library

важна стандартность свойств сорбента, что обусловливает

воспроизводимость и возможность сопоставления результатов

эксперимента.

Сорбенты разделяют на полярные и неполярные. Наибольшее применеllие находят полярные сорбенты, такие, как оксид алюминия и силикагель (гель оксида кремния), реже

используются активированные угли, силикаты кальция и магния,

ГИJ]С, целлюлоза, крахмал и др. Адсорбционное сродство полярных веществ к полярным сорбентам значительно выше,

чем неполярных веществ к полярным сорбентам.

Оксид алюминия и силикагель в настоящее время

выпускаются промышленностью с размером частиц от 5 - 40 до

200 _. 400 мкм. .

Оксид алюминия - один из наиболее применяемых сорбентов. На оксиде алюминия можно хроматографировать весьма

широкий круг смесей веществ, как в полярных, так и в неполярных растворителях благодаря ее амфотерному

характеру. Для оксида алюминия установлено пять различных степеней активности, зависящих от содержания воды:

Наибольшая активность без нарушения структуры поверхности достигается полным удалением адсорбированной воды при 300 - 400 ос. Увлажняя наиболее активную форму оксида алюминия (J -ая степень активности) различным объемом воды можно получить набор сорбентов с различной

активностью.

Оксид алюминия может иметь КИСJlУЮ, нейтральную и

щелочную реакцию.

При работе с оксидом алюминия следует помнить о ее каталитических свойствах. Так, например, в "роцессе

хроматографирования могут происходить гидролиз ангидридов, хлорангидрил.ов, сложных эфиров; реакции конденсации

альдегидов, кеТОIIОВ; отщепление гаЛОI"еноводородов и другие

химические превращения неустойчивых соединений.

64

www.mitht.ru/e-library

Широко применяются в хроматографии СWluкагелu

(Si02"xH20)" различных марок для хроматографического разделения смесей нефтепродуктов, высших жирных кислот и их С;lОЖНЫХ эфиров, нитро- И нитрозопроизводных, ароматических

аМИНОВ и других органических соединений.

Силикагель благодаря своей высокой пористости обладает значительно большей сорбционной емкостью, чем оксид алюминия. На силикагеле не происходят химические

превращения, отмеченные выше.

В тонкослойной хроматографии применяются, как правило,

крупнопористые марки силикагеля с размером пор 1О - 20 нм И

удельной поверхностью 50 - 500 м2/г.

Силикагель химически инертен к большинству активных

органических соединений, однако благодаря кислым свойствам

своей поверхности (рН 3 - 5) достаточно прочно сорбирует основания с рКа>9. Поэтому на силикагеле такие основания, как правило, не хроматографируются.

Активность силикагеля, также как и оксида алюминия, уменьшается при увлажнении. Активирование слоя силикагеля проводят при температуре не выше 120°с. В более жестких

условиях происходят необратимые структурные изменения 1I0верхности, приводящие к хроматографической инертности сорбента.

В какой-то мере выбор сорбента может быть предсказан заранее. На практике в первую очередь нужно исходить из

свойств разделяемых соединений: их растворимости

(гидрофильность, гидрофобность), содержания и характера

функциональных групп. Насыщенные углеводороды

адсорбируются слабо или совсем не адсорбируются. Введение двойных связей, особенно сопряженных, увеличивает адсорбционную способность соединений. Функциональные группы еще в большей степени усиливают способность вещества

кадсорбции. Адсорбционная способность функциональных

групп увеличивается в следующем порядке:

-сн=сн- < -оснз <-COOR <>С=О < -сно <-SH <NН2 <-

он<-соон.

65

www.mitht.ru/e-library

Если присутствует несколько заместителей, то эта

закономерность может изменяться.

Существенное значение имеет правильный выбор

растворите.1Я (элюента), который тесно связан как с природой

выбранного сорбента, так и со свойствами компонентов

анализируемой смеси.

По способности вытеснять из адсорбента адсорбированные

вещества (:)J(юировать) растворители можно расположить в определенном порядке (элюоmроnный ряд Траnnе) (табл.5), в

котором наиболее часто применяемые в хроматографии растворители расположены в порядке убывания десорбирующей способности с полярных адсорбентов.

ДЛЯ неполярных адсорбентов десорбирующая способность приведенных в таблице растворителей изменяется в обратном

порядке.

При выборе элюентов следует учитывать следующие закономерНОСТИ. Так, адсорбция одного и того органического соединения из неполярного растворителя эффективнее, чем из полярного. Напротив, уже адсорбированное соединение можно вытеснить с адсорбента только таким растворителем, у которого сродство к адсорбенту больше, чем у адсорбированного

вещества.

Полярные соединения (спирты, кетоны карбоновые кислоты) сорбируются сильно и поэтому плохо продвигается при

использовании неполярных растворителей типа гексана, тогда

66

www.mitht.ru/e-library

как неполярный углеводород типа нафталина хорошо поднимается по пластинке. В связи с этим при

хроматографировании полярных соединений используют слабоактивные сорбенты и высокоактивные элюенты, а IJРИ хроматографировании неполярных соединений используют слой с возможно большей активностью и применяют растворители с

минимальной элюирующей способностью.

Нанесение пробы. Анализируемую пробу наносят на пластинку в виде растворов в эфире, хлороформе или другом

подходящем растворителе точечными каплями при помощи

стеклянного капи.1ляра на расстоянии 6 - 8 мм от ее края (рис.

24). Важными факторами являются количество наносимого

вещества и компактность пятна наносимого раствора. В случае слишком большого количества образца адсорбционной емкости сорбента может оказаться недостаточно, и вещество, которое не сможет полностью сорбироваться, будет просто растворяться в Э.lюенте, а не десорбироваться в процессе хроматографирования.

В этом случае, как и при нанесении раствора в виде большого

пятна, получаются слишком вытянутые пятна (<<хвосты»), а

вещества с близкой хроматографической подвижностью могут

слиться в одно вытянутое пятно. Минимальное количество

нанесенного образuа лимитируется порогом чувствительности

метода обнаружения пятна на пластинке. Обычно для анализа

достаточно 0,1 - 20 мкг вещества, а наносимое пятно должно быть не более 2 мм в диаметре. При одновременном хроматографировании нескольких образцов расстояние между

точками нанесения должно быть не менее 6 - 8 мм. При

проведении тех в микромасштабе на пластинку шириной 10 мм можно нанести 2 пробы. Для препаративнго разделения смесей веществ пробы наносят в виде сплошной линии. Расстояние

между отдельными пробами при стандартной величине

пластинки должно быть не менее 1 см.

67

www.mitht.ru/e-library

Разделение веществ осуществляют в хроматографических

камерах. Пластинку с нанесенными образцами высушивают и

помещают в плоскодонный стеклянный сосуд подходящего

Пластинку с закрепленным слоем можно располагать под любым углом наклона, а снезакрепленным СJlоем - под небольшим углом (15 - 200). При помещении пластинки в камеру нанесенные пробы не должны оказаться ниже уровня жидкости. Элюент, продвигаясь за счет капиллярных сил по пластинке вверх, увлекает за собой разделяемые вещества. При этом

различные соединения, находящиеся в смеси, поднимаются с

разными скоростями в зависимости от их сродства к сорбенту. По достижении растворителем верхнего слоя сорбента

соединения в идеальном случае должны полностью разделиться.

Наилучший растворитель приходится находить методом проб

и ошибок. Силу растворителя легче всего регулировать,

ИСПОЛЬЗУЯ смеси полярного и неполярного растворителей (см

табл.5). Обычно начинают с 1: 1 смеси эфира (полярный растворитель) с гексаном (или петролейным эфиром) и затем

68

www.mitht.ru/e-library

соответственно меняют соотношение. Очевидно, что если

чистый эфир не способен поднять «пятню> вверх по пластинке,

необходимо перейти к более полярному растворителю (табл.5).

Вслучаях, когда разделению препятствует сильное

перекрывание пятен, даже еСJlИ они хорошо поднимаются по

пластинке, можно попытаться улучшить разде.lенис двумя

путями: 1) изменением химической природы растворителя нри сохранении его полярности или 2) изменением природы

неподвижной фазы, например заменой оксида алюминия на силикагель и наоборот. На практике при наличии разных пластинок последний путь часто является более эффективным и

быстрым.

В случаях, КОlда смесь содержит несколько полярных и

неПОJlЯРНЫХ соединений, может потребоваться двукратное

проявление - сначала в неполярном растворителе для отделения

неполярных соединений (полярные соединения остаются на старте), а затем в более полярном растворителе для отделения

полярных соединений (неполярные при этом сходятся у фронта

растворителя).

По окончании хроматографирования отмечают положение

фронта растворителя (если он не поднялся до верхнего края пластинки).

Если анализу подвергаются два вещества (А и Б) и их смесь,

то каждое из веществ пройдет определенное расстояние,

замеряемое от линии нанесения (старта) до центра пятна (рис.

26).

Положение пятен на хроматограмме характеризуется величинами Rf (от англ. ratio of ftопts - отношение фронтов),

которые представляют собой отношение расстояний,

пройденных веществом (соответственно а и 6), к расстоянию F,

пройденному элюентом. Следовательно, для веществ А и Б величины Rf будут a/F и б/F соответственно. При этом Rr

исследуемых веществ должен находиться в пределах 0,2 - 0,85.

69

www.mitht.ru/e-library

Значение Rf для каждоr о соединения при определенных

условиях является константой. Для многих веществ эти значения

приводятся в справочной литературе и могут применяться для

идентификации. Однако значения Rf в заметной степени зависят от условий хроматографирования (природы и качества

растворителя и сорбента. температуры и др.), которые в

точности соблюсти практически невозможно. Поэтому более

надежным доказательством идентичности исследуемого

вещества заведомому стандарту является совпадение величин Rf

I/ОJfученных на одной хроматограмме, а не путем сопоставления

со справочными данными. е этой целью вещество известного

строения, называемое свидетелем, хроматографируют

одновременно с анализируемым веществом ИJlИ смесью.

Несовпадение величин Rf анализируемого вещества и свидетеля

полностью исключает их тождественность, в то же время

совпадение еще не является полной гарантией идентичности

двух веществ. Надежность идентификации значительно повышается, если одинаковые значения Rf анализируемого вещества и свидетеля получены при хроматографировании в

нескольких различных растворителях.

Обнаруженне веществ на хроматограммах осуществляют по пятнам при хроматорафировании окрашенных веществ. Однако большинство органических веществ бесцветны, поэтому

70

www.mitht.ru/e-library