Решение: Части хроматографического прибора

Прочитайте текст и выполните задания.

Текст 1

Хроматография – это область физико-химических методов анализа, которая занимается разработкой методов разделения сложных по составу многокомпонентных смесей. Одна из основных задач, которые решаются с помощью хроматографических методов, – контроль различных производств.

В основе хроматографических методов лежит явление адсорбции – поглощение какого-либо вещества из газообразной среды или раствора поверхностным слоем жидкости или твёрдого тела. Это явление присутствует всегда и везде, где есть поверхность раздела между фазами.

Текст 2

Немного истории

Применять адсорбцию для разделения смесей на компоненты впервые предложил в 1903 г. русский учёный М.С. Цвет. Разработанный им способ разделения смесей был назван хроматографией.

Михаил Семёнович Цвет (1872–1919) – русский ботаник-физиолог и биохимик. Основные работы М.С. Цвета относятся к исследованию хлорофилла. Ему удалось показать, что в пластиде содержится не один зелёный пигмент, а два, и что, в сущности, только один из них зелёного цвета, а другой – синего цвета. Кроме того, он показал, что в спиртовой вытяжке из зелёного листа, кроме уже известного жёлтого пигмента, имеется целый ряд других, жёлтых и оранжевых пигментов.

Считая недопустимым подвергать исследуемые вещества сильным химическим воздействиям, М.С. Цвет упорно искал способы физического выделения из смеси отдельных компонентов. Метод, который он создал для исследования хлорофилла, называется адсорбционной хроматографией.

Метод хроматографического анализа осуществляет заветную мечту химиков – разделить смесь на компоненты до её анализа. Он даёт возможность открыть искомое вещество в смеси многих родственных химических веществ там, где обычные химические методы оказываются совершенно бессильными: в промышленности органических соединений, в биохимии и в других отраслях науки и техники.

В 1950-е гг. метод начали успешно применять и для анализа газовых смесей. С помощью хроматографического адсорбционного метода проводится определение степени чистоты индивидуальных продуктов, установление тождественности или различия весьма родственных веществ, контроль продуктов и товаров и т.д.

Текст 3

Метод адсорбционной хроматографии

Идея, на которой основывается хроматографический адсорбционный метод, очень проста. Раствор смеси веществ, которые желают разделить, пропускают через стеклянную трубку, заполненную веществом, различно адсорбирующим эти вещества – адсорбентом.

В качестве адсорбентов могут выступать разнообразные материалы с высокой удельной площадью поверхности: активированный уголь, силикагели, цеолиты, а также некоторые другие группы природных минералов и синтетических веществ.

Составные части смеси по-разному взаимодействуют с адсорбентом – те из них, у которых адсорбционное сродство с адсорбентом больше, будут поглощены раньше; вещество, менее адсорбирующееся, будет поглощаться в более удалённых слоях адсорбента. В результате вдоль адсорбента, находящегося в трубочке, отдельные пигменты расположатся слоями, образуя окрашенные зоны.

Затем через эту же трубочку несколько раз пропускают чистый растворитель. В результате зоны отдельных пигментов смещаются вдоль трубки и совсем отделяются друг от друга.

Столбик адсорбента, в котором поперечными полосками распределены отдельные пигменты, называется хроматограммой. Удалив растворитель, полученную хроматограмму разделяют на части, соответствующие отдельным пигментам, и исследуют каждый из них в отдельности.

Текст 4

Газовая хроматография

В 50-х годах прошлого века был разработан метод газовой хроматографии, различные варианты которого наиболее широко используются во многих областях науки, медицины и промышленного производства для анализа и разделения многокомпонентных смесей.

Для проведения экспресс-анализов микроколичеств смесей наиболее часто используется газожидкостная хроматография. Сорбентом в ней служит нелетучая жидкость, которой смочена, например, растёртая в порошок керамика (иногда – обыкновенный кирпич), а движущейся средой – любой инертный газ. При помощи этого метода исследуют сложные смеси, содержащие десятки или сотни компонентов. При этом весь процесс занимает от одной минуты до полутора часов. Первым из хроматографической колонки выходит газ-носитель. С этого момента и идёт отсчёт времени разделения смеси.

Газ с постоянной скоростью проходит через трубку (колонку) с адсорбентом и постепенно «выносит» из неё компоненты смеси. На выходе газа из хроматографической колонки установлен анализирующий прибор, позволяющий по ходу разделения смеси идентифицировать (качественно оценить) её компоненты. Современные приборы позволяют вести непрерывную запись их показаний в течение всего процесса разделения на специальной диаграммной ленте. Диаграмма, полученная таким способом, называется хроматограммой, каждый пик которой соответствует определённому компоненту смеси (см. рисунок).

Хроматограмма разделения трёхкомпонентной смеси

На данной диаграмме все пики одинаковой высоты, что свидетельствует о равных массовых долях этих компонентов в исследуемой смеси. Чем выше пик на диаграмме, тем выше массовая доля компонента.

Чертёж перерисован вручную — открыть оригинал из банка

Чертёж перерисован вручную — открыть оригинал из банка