Основы хроматографических методов анализа

Многозональное; проявление возможно в случаях, когда подвижная  фаза, состоящая из нескольких растворителей различной полярности, расслаивается с образованием второго фронта растворителя, который богаче менее полярными компонентами.

Детектирование  пятен на хроматографической пластинке. Разделенные на хроматограмме вещества детектируются при рассмотрении пластинки в УФ-свете при использовании ламп с эмиссионным максимумом при 365 и 254 нм или при опрыскивании пластинки химическими реагентами общего и специального назначения. Шталь и Кирхнер приводят соответственно 266 и 276 окрашивающих реагентов для проявления бесцветных пятен исследуемых веществ. Ниже приведены обнаруживающие реагенты общего и специального назначения, которые могут быть использованы при анализе загрязнений воздуха..

Реагенты общего назначения.

1. Пары иода. Пластинку помещают в закрытую камеру, содержащую несколько кристаллов иода. Так как пары иода растворяются во многих органических соединениях, последние окрашиваются в коричневый цвет на слабожелтом фоне сорбента. Для повышения чувствительности можно опрыскать пластинку 7,8-бензофлавоном (0,3 г реагента растворяют в растворе 95 мл этанола+5 мл 30%-ной серной кислоты). При этом появляется интенсивное голубое окрашивание с иодом.

2. Бихромат — серная кислота. Растворяют 5 г бихромата натрия в 100 мл 
   40%-ной   серной   кислоты.   После   опрыскивания   пластинку   нагревают   при 
   0°С. При этом многие органические вещества обнаруживаются в виде светло-голубых пятен на оранжевом фоне сорбента. Методика непригодна, если адсорбент содержит органические связующие, а также в случае, если подложка металлическая или пластмассовая.
3. Фосфорномолибденовая кислота. Опрыскивают пластинки 5%-ным раствором  кислоты  в  изопропаноле. После  нагревания  до   110°С  появляются темно-голубые пятна на желтом фоне сорбента. Обработка пластинки парами аммиака обесцвечивает фон пластинки. Окраска стабильна, и хроматограммы можно сохранять в течение нескольких лет.
4. Родамин В. Растворяют 50 мг красителя в 100 мл этанола. При обработке реактивом многие органические вещества дают розовато-лиловые пятна  на   розовом  фоне,  которые  можно  усилить,  обдувая  пластинку  парами брома до обесцвечивания фона. При наблюдении пластинки в длинноволновом УФ-свете видны оранжевые флуоресцентные пятна на темном фоне.
5. Хлорид сурьмы(III)  или   (V). Опрыскивают пластинку .10—20%-ным 
   раствором реагента в хлороформе или тетрахлориде углерода. После кратко 
   временного нагревания до 110 ^СС многие органические вещества дают пятна 
   различного цвета на белом фоне. Цвет окрашенных зон может быть использован для характеристики определенных классов компонентов.

Вода. При орошении пластинки  водой гидрофобные вещества проступают в виде опаловых пятен на полупрозрачном фоне.

Токсичные вещества, определяемые методом тонкослойной хроматографии.

Полициклические ароматические углеводороды.

Состав полициклических  ароматических углеводородов (ПАУ) в твердых частицах дыма асфальта исследуют методами тонкослойной и  колоночной хроматографии, флуориметрии, газожидкостной хроматографии и  масс-опектрометрии. Дым улавливают на фильтр из стекловолокна диаметром 3,8 см при скорости аспирирования 1,9 л/мин в течение 1 ч. Хлороформный экстракт хроматографируют на оксиде алюминия    в системе    растворителей    циклогексан — ацетон — эфир (60:30:5). Полученные зоны ПАУ снимают с пластинки, элюируют метанолом, центрифугируют, фильтруют и послеупаривания 20 мкл экстракта хроматографируют на колонке (25 смХ4,6 мм), заполненной зорбаксом ODS при давлении 12—14 МПа, скорости элюирования 0,8—0,9 л/мин. В качестве подвижной фазы используют 96%-ный раствор метанола. Для идентификации выделенных ПАУ снимают спектры их флуоресценции и проводят газохроматографический анализ программированием температуры до 250 °С на капиллярной колонке длиной 34 м, содержащей неподвижную фазу OV-101. В работе рассмотрена возможность определения ПАУ в атмосферном воздухе с использованием тонкослойной и газожидкостной хроматографии. Эффективным методом количественного анализа ПАУ авторы считают газовую хроматографию на стеклянных капиллярных колонках с использованием пламенно-ионизационного и электроннозахватного детектора, а для идентификации — применение масс-спектрометрии. Максимальное содержание бенз[а]пирена в атмосферном воздухе, по данным этих авторов, составляло 10-3 мг/куб. м.

При определении ПАУ в объектах окружающей среды  исследовано предварительное их фракционирование в тонком слое алюминия. Идентификацию проводят по ряду 
наиболее интенсивных линий в спектрах флуоресценции и фосфоресценции ПАУ, а количественный анализ — методом добавок и комбинированным методом добавок и внутреннего стандарта. Чувствительность определения для ряда ПАУ составляла от до г/мл,погрешность метода ±10%. Метод является высокочувствительным, селективным, но трудоемким. Для анализа бенз[а]пирена в воздухе имеется стандартная методика , основанная на измерении относительной интесивности люминесценции бенз[а]пирена и других ПАУ при температуре —196°С после предварительного разделения исследуемых ПАУ в тонком незакрепленном слое оксида алюминия. Отбор проб осуществляют на фильтры АФА-В-10. Предел обнаружения бенз[а]пирена 0,5 104 мкг/мл.

Гликоли

Для определения этиленгликоля  и метакриловой кислоты в воздухе  предложена методика их разделения на пластинках силуфол без люминесцентных добавок в системе растворителей хлороформ — этанол (4:1). Обнаруживают пятна при опрыскивании 0,1%-ным раствором периодата калия и бензидином Полученные значения Rf составляют 0,18 и 0,65 соответственно для этиленгликоля и метакриловой кислоты. Предел обнаружения на пластинке составляет 1 мкг для каждого соединения. Для поглощения из воздуха используют специальные сорбционные трубки  при     скорости  аспирирования 2 л/мин. Водные смывы с трубок концентрируют упариванием при 80—90 °С, растворяют в 0,5 мл этанола и наносят на пластинку для проявления. Предел обнаружения при протягивании 10 л воздуха составил 1 мг/м3.

Определение этилен-, диэтилен- и триэтиленгликоля в воздухе  проводили на оксиде алюминия в системе  растворителей хлороформ — метанол (9:1) . Для обнаружения зон гликолей использована реакция их комплексообразования сводом и последующее проявление 1%-ным раствором крахмала. Значение Rf для указанных гликолей составляет 0,23+0,02; 0,41 ±0,03 и 0,53±0,02.Предел обнаружения на пластинке составляет 2—7 мкг.

Альдегиды

Для определения формальдегида  в воздухе использован метод  тонкослойной хроматографии на пластинках силуфол или на силикагеле КСК, закрепленном крахмалом, после переведения формальдегида в нелетучее производное Открываемый минимум формальдегида на пластинке 0,02 мкг.     Как указывают авторы работы метод может быть использован и для определения формальдегида в воде, почве, биоматериала.

Для определения акролеина  в воздухе при санитарном контроле рекомендован стандартный метод , основанный на переведении акролеина в нелетучее производное с м-фенилендиамином и выделении полученного соединения на тонком слое силикагель — гипс или на пластинках силуфол.

Значения Rf акролеина, полученные в разных системах растворителей, следующие: диметилформамид—бензол (1:2) — 0,7; этиловый эфир — хлороформ (1:4)—0,7; тетрахлорид углерода— этиловый спирт (1:5)—0,34; этиловый спирт — хлороформ (4:1) —0,34.

Количественное определение  акролеина проводили измерением интенсивности флуоресценции с  использованием желтого фильтра. Предел обнаружения 0,1 мкг акролеина в 5 мл элюата. Метод специфичен в присутствии других алифатических альдегидов, кетонов, оксидов азота. Отбор проб проводят в поглотительные приборы с 0,25%-ным раствором гидроксиламина.

Фенолы

Методика для анализа  фенола, фурфурола и фурилового спирта в воздухе  основана на хроматографировании  этих соединений на пластинках силуфол  в системе растворителей    н-гексан — хлороформ — уксусная кислота (6:3:1) с последующим обнаружением зон локализации в парах иода или серной кислоты. Значения Rf составляют 0,20, 0,28 и 0,38 соответственно для фурилового спирта, фенола и фурфурола. Количественное определение проводили по измерению площади пятна или спектрофотометрическим анализом полученных элюатов. Предел обнаружения 0,5—1 мкг. Отбор проводят на 2 г силикагеля, помещенного в гофрированную трубку.

В качестве стандартного метода для раздельного определения  фенола, о-, м- и п-крезолов в воздухе  рекомендуется высокочувствительный селективный метод , основанный на поучении азокрасителей при взаимодействии с п-нитрофенилдиазонием в щелочной среде с последующим разделением их хлороформных экстрактов в системе растворителей бензол—метанол — диэтиламин (10:1,5:1). Полученные значения Rf составляют 0,20, 0,26, 0,33  и 0,95 соответственно для фенола,. м-, о- и п-крезола.

Предел обнаружения  элюатов 0,1—0,3 мкг. Для поглощения крезолов из воздуха используют поглотительный прибор с пористой пластинкой, содержащий 0,01 н. раствор гидроксида натрия.

Сложные эфиры

Для анализа фталатных  пластификаторов использован метод  тонкослойной хроматографии , основанный на их разделении в тонком слое силикагеля КСК, закрепленного гипсом, с использованием следующих систем растворителей: изо-октан — этилацетат (9:1), бензол — этилацетат (95:5), дибутиловый эфир — гексан (8 : 2) или метиленхлорид. Для обнаружения фталатов пластинку опрыскивают 20%-ным раствором резорцина, 4 н. раствором серной кислоты и 40%-ным раствором щелочи. Количественное определение проводят измерением интенсивности флуоресценции щелочных растворов элюатов. Пределы обнаружения для фталатов составляют 5—7 мкг. Накопление фталатов из воздуха проводят в поглотительные пробирки с пористой пластинкой, наполненные этанолом.

Для определения о-, м- и п-трикрезилфосфата и трифенилфосфата описана стандартная методика , основанная на омылении трикрезилфосфата и трифенилфосфата щелочью, сочетании полученного фенола и изомеров крезола с диазотированным п-нитроанилином в щелочной среде и последующем разделении этой смеси на пластинках силуфол в системе растворителей бензол — метанол — диэтиламин (10:1,5:1). Предел обнаружения эфиров — 0,3 мкг. Отбор проб проводят в этиловый спирт.

Методика для анализа  бутилового эфира акриловой кислоты  основана на его переведении в нелетучее ацетатпроизводное в процессе поглощения с последующим проявлением на ТСХ-пластинке в системе бензол — метанол (4: 1). Минимально определяемое количество бутилакрилата при опрыскивании пластинки 0,025%-ным раствором дитизона в тетрахлориде углерода составляет 0,2 мкг

Пестициды

Методики для, анализа  фосфорорганических и хлорорганических ядохимикатов, карбаматов и дитиокарбаматов, гербицидов и других ядохимикатов подробно изложены в монографии . В нашей стране разработаны и применяются на практике стандартные методы анализа ядохимикатов в воздухе с помощью тонкослойной хроматографии . Они являются нормативным документом при санитарном контроле воздуха рабочей зоны. Для улавливания паров и аэрозолей пестицидов из воздуха чаще всего используют комбинированную систему отбора проб, состоящую из фильтра и ловушки с адсорбентом или органическим растворителем . Для экстракции пестицидов с фильтров применяют н-гексан, ацетон, петролейный эфир, бензол, а также тетрахлорид углерода, диэтиловый эфир и др. Полученные экстракты, как правило, концентрируют упариванием до 0,2—0,5 мл и подвергают хроматографическому разделению на пластинке. При этом следует учесть, что температура и продолжительность нагревания экстракта имеет существенное значение, так как при длительном нагревании может произойти термическое разрушение исследуемых пестицидов. Особенно это относится к фосфорорганическим ядохимикатам.

Другие органические соединения

Анализ микроконцентраций  триэтиламина в воздухе методом  тонкослойной хроматографии  проводят на слое силикагеля КСК, закрепленном гипсом, в системе растворителей ацетон — вода — уксусная кислота (19:3:0,5). Для обнаружения зоны триэтиламина применяют пары иода. Предел обнаружения 0,9 мкг. Количественный анализ осуществляет по площади пятен. Для отбора проб применяют поглотительные сосуды с пористой пластинкой, наполненные 0,01%-ньгм раствором хлороводородной кислоты для образования нелетучей соли триэтиламина в процессе поглощения.

Анализ метилртутных соединений проводят на закрепленном слое силикагеля в системе растворителей петролейный эфир — ацетон (9:1) с последующим количественным определением элюатов методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии.

6. Задача

Для определения диоксидифенилметана (ДДМ) в пищевых продуктах использовали метод тонкослойной хроматографии (ТСХ). Для стандартных образцов получены следующие результаты:

Концентрация ДДМ,

С, мкг/ 0,02 мл                 5,0  10,0 15,0 35,0

Площадь пятна, мм         7,94 12,59   15,85    27,10

Для построения градуировочного графика использовали зависимость lgS-lgC. Навеску овощей массой 250 г обработали объемом V мл спирта, который затем упарили до 5,0 мл. Затем 0,02 мл его хроматографировали ТСХ и получили пятно площадью 26,55 мм . Определите концентрацию ДДТ в овощах (мг/кг).

Рис. 6.1. Зависимость площади пятна  от концентрации ДДМ

 

 

 

 

7. Библиографический список
1. Васильев В.П. Аналитическая химия. В 2 кн.: Кн.2: Физико-химические методы анализа:      Учеб.  для студ. вузов, обучающихся по химико-технол. спец. – 4-е изд., стереотип.- М.: Дрофа, 2004. – 384 с.: ил.
2. Методы анализа загрязнений воздуха / Ю.С. Другов, А.Б. Беликов, Г.А. Дьякова, В.М. Тульчинский – М.: Химия, 1984
3. Сборник вопросов и задач по аналитической химии: Учеб. Пособие для вузов/ Под ред. В.П. Васильева: - М.: Высш. шк., 1976. – 215с.