Тонкослойная хроматография

хроматография

Хроматография — это метод, используемый в органической химии для разделения соединений в смеси на основе их разницы в растворимости между двумя различными фазами. Концепция похожа на экстракцию жидкость-жидкость, за исключением того, что в хроматографии две фазы состоят из стационарной фазы и подвижной фазы. Неподвижная фаза представляет собой твердое вещество — обычно микромасштабное гидрогелевое гранулирование, в то время как подвижная фаза является носителем растворителя.

В традиционной хроматографии неподвижная фаза упаковывается в вертикальную колонку, а смесь растворов вводится в верхнюю часть колонки. По мере того, как смесь протекает через стационарную фазу, соединения разделяются между стационарной фазой и подвижной фазой на основе их структуры и полярности, образуя дискретные полосы. Растворенные вещества, слабо взаимодействующие со стационарной фазой, быстрее перемещаются по столбу и выходят из него или элюируются первыми. Растворенные вещества, которые сильнее взаимодействуют со стационарной фазой, медленно движутся по столбу и позже элюируются. Ленты могут быть собраны по отдельности для выделения и очистки соединений в смеси.

Существует несколько типов хроматографии, каждый из которых использует различные химические свойства для достижения разделения. Например, в ионообменной хроматографии шарики неподвижной фазы могут быть положительно или отрицательно заряжены, привлекая молекулы только с противоположным зарядом. При эксклюзионной хроматографии пористая неподвижная фаза состоит из гранул, таких как агарозные полимеры или полимеры декстрана. Более мелкие молекулы могут легче проникать в поры, в то время как более крупные молекулы проходят мимо пор и вымываются быстрее.

Тонкослойная хроматография

Тонкослойная хроматография (ТСХ) — это метод хроматографии, при котором соединения разделяются на основе их полярности. Как и в традиционной хроматографии, система TLC состоит из трех компонентов: стационарной фазы, подвижной фазы и растворенного вещества. Однако, в отличие от традиционной хроматографии, неподвижная фаза располагается тонким слоем на пластине, а не упаковывается в колонку. TLC чаще всего использует полярный силикагель, форму диоксида кремния, в качестве стационарной фазы. Стационарная фаза образует водородные связи за счет OH-групп на своей поверхности.

Сначала с помощью карандаша в нижней части пластины TLC проводится начальная линия. Анализируемые соединения или смесь обнаруживаются на стартовой линии с помощью тонкого капилляра. Затем нижняя часть пластины погружается в подвижную фазу, которая обычно представляет собой органический растворитель, менее полярный, чем стационарная фаза. Растворитель движется вверх по пластине за счет капиллярного действия, проходя через места растворенного вещества и увлекая за собой часть каждого компонента.

По мере того, как растворитель перемещается вверх по пластине, компоненты разделяются либо на подвижную, либо на стационарную фазу. Если компонент полярный, он больше взаимодействует с полярной неподвижной фазой. Он движется медленно и перемещается только на небольшое расстояние по пластине TLC. Если компонент образца менее полярен и более растворим в подвижной фазе, чем в стационарной, он больше взаимодействует с подвижной фазой и перемещается дальше по пластине TLC. Степень полярности компонента и подвижной фазы имеет важное значение для понимания и прогнозирования разделения.

Пластины TLC обычно содержат УФ-реактивный флуоресцентный краситель, который будет светиться под воздействием источника ультрафиолета с яркостью 254 нанометра. Таким образом, пластины TLC можно анализировать, наблюдая за ними под ультрафиолетовым светом. Соединения внутри пластины TLC, такие как интересующие растворенные вещества, будут отображаться в виде темных пятен по сравнению с зеленым фоном. Обводя пятна графитовым карандашом, можно измерить расстояние, которое соединения прошли относительно фронта растворителя. Пятно органического соединения, если не флуоресцентное само по себе, маскирует флуоресценцию пластины и проявляется в виде темного пятна. Некоторые органические соединения активны к ультрафиолетовому излучению и излучают свет при воздействии ультрафиолетового излучения. Обычно это сопряженные соединения, то есть соединения с чередующимися двойными и одинарными связями, и их можно идентифицировать по длине излучаемой волны.

Фактор замедления

Анализируя фактор замедления (R_f) компонента с конкретным растворителем, неизвестное растворенное вещество может быть определено с помощью TLC. Коэффициент запаздывания — это отношение расстояния, пройденного компонентом, к расстоянию, пройденному подвижной фазой.

Расстояние, пройденное растворенным веществом, измеряют от начальной линии до центральной точки пятна, а расстояние, пройденное подвижной фазой, измеряют от той же стартовой линии до фронта растворителя. Коэффициент замедления соединения зависит от используемой подвижной фазы. Коэффициент запаздывания велик для соединений, которые являются сильно неполярными с неполярной подвижной фазой. Низкие значения коэффициента запаздывания наблюдаются для полярных компонентов с неполярной подвижной фазой.

В случае сильно неполярной подвижной фазы некоторые полярные компоненты могут вообще не двигаться. Это приводит к чрезвычайно низкому коэффициенту замедления и недостаточному отделению. Высокополярная подвижная фаза заставляет соединение двигаться вместе с растворителем и дает чрезвычайно высокий коэффициент замедления. Это приводит к очень небольшому разделению между компонентами.

Чтобы разделение было эффективным, коэффициенты замедления компонентов должны быть примерно на расстоянии 0,3 - 0,7 друг от друга. Чтобы найти эффективную мобильную фазу, мы используем метод проб и ошибок. Часто наиболее эффективной оказывается смесь двух растворителей.

Ссылки

1. Harris, D.C. (2015). Количественный химический анализ. Нью-Йорк, Нью-Йорк: W.H. Freeman and Company.

Тонкослойная хроматография, или ТСХ, — это метод, используемый для разделения органических соединений на основе различий в их полярности. Система TLC состоит из трех компонентов: стационарной фазы, растворенного вещества и растворителя для проявления.

Стационарная фаза — это поверхность, на которой будут разделены соединения, обычно состоящая из чрезвычайно полярного силикагеля. Анализируемые соединения или смеси являются растворенными веществами. Разбавленные растворы растворенных веществ пятнистые на одном краю пластины с помощью тонких капилляров.

Затем нижняя часть пластины погружается в проявочный растворитель, который обычно представляет собой органический растворитель, менее полярный, чем стационарная фаза. Растворитель перемещается вверх по планшету за счет капиллярного действия. Когда растворитель проходит через места растворенного вещества, он переносит с собой часть каждого растворенного вещества. Эта смесь растворенного вещества и растворителя является подвижной фазой.

Вершина подвижной фазы называется фронтом растворителя. По мере того, как подвижная фаза движется вверх по пластине, молекулы растворенного вещества и растворителя временно прилипают к стационарной фазе в зависимости от их полярности.

Большее количество полярных растворенных веществ сильно притягивается к стационарной фазе, поэтому они прилипают чаще и остаются на некоторое время. Менее полярные растворенные вещества прилипают реже и не задерживаются надолго. Это означает, что меньшее количество полярных растворенных веществ проводит больше времени в подвижной фазе, чем большее количество полярных растворенных веществ. Другими словами, меньшее количество полярных растворенных веществ распространяется быстрее, чем большее количество полярных растворенных веществ.

Для достижения хорошего разделения между соединениями растворитель должен быть достаточно полярным, чтобы перемещать наиболее полярное растворенное вещество. Вот некоторые распространенные растворители в порядке возрастания полярности. Иногда два растворителя объединяют для достижения желаемой полярности.

Поскольку большинство органических соединений имеют белый цвет или бесцветность, пластины TLC обычно содержат флуоресцентное соединение. Под воздействием ультрафиолетового излучения органические соединения будут выглядеть как темные пятна на светящейся пластине.

После того, как соединения визуализированы, вы можете измерить, как далеко они прошли, и рассчитать коэффициент замедления, или R_f, для каждого из них. Эта величина представляет собой расстояние, пройденное растворенным веществом, разделенное на общее расстояние, пройденное подвижной фазой.

Если растворитель выбран правильно, каждое растворенное вещество будет иметь совершенно различное R_f. Это позволяет нам идентифицировать входящие в состав соединения в смесях путем сопоставления значений R_f с известными соединениями.

В этой лабораторной работе вы будете использовать TLC для определения R_f нескольких известных соединений, а затем вы будете использовать эти значения R_f для определения идентичности неизвестного соединения.