1.1 Основные понятия и определения

Хроматография – метод разделения смесей веществ, основанный на последовательном многократном перераспределении компонентов смеси между  несмешивающимися неподвижной и подвижной фазами, движущимися относительно друг друга.

Это определение по смыслу довольно близко к  рекомендуемому Советом по хроматографии РАН, хотя многие специалисты настоятельно рекомендуют его расширить.

В качестве неподвижной фазы, как правило, выступает твердая или жидкая субстанция со специально подобранными или направленно сформированными физико-химическими свойствами. Подвижной фазой может быть газ, и тогда эту разновидность называют газовой хроматографией (ГХ), либо – жидкость, и соответственно, такая хроматография называется жидкостной (ЖХ). Эти два вида хроматографии, имея общий принцип, весьма сильно различаются по характеру процессов, происходящих на границе раздела фаз. Существенно отличаются также области применения, используемая аппаратура и основные закономерности этих разновидностей хроматографии.

При разделении хроматографии на виды по агрегатному состоянию подвижной фазы следует отметить и еще одну разновидность – сверхкритическую флюидную хроматографию (СКФХ), которая занимает промежуточное положение между газовой и жидкостной, поскольку подвижной фазой в этом случае является субстанция, обладающая свойствами газа и жидкости одновременно – флюид. Аппаратура для ее осуществления также представляет собой некий гибрид газового и жидкостного хроматографа.

 Реализация этого вида хроматографии сопряжена с рядом технических проблем, а его использование оправдано для решения довольно узкого круга задач. По этой причине этот метод не нашел столь широкого распространения, как газовая и жидкостная хроматографии.

Каждый из видов хроматографии имеет свою оптимальную область применения, где наиболее полно проявляются его преимущества, а ограничения и недостатки не столь значимы. Эти области применения довольно часто перекрываются, и тогда сам исследователь принимает решение об использовании того или иного вида хроматографии для решения конкретной научно-технической задачи, исходя, в первую очередь, из доступного ему на данный момент хроматографического оборудования, а также материальных и трудовых затрат на проведение хроматографического эксперимента.

Кроме приведенной классификации хроматографических методов, хроматографию разделяют, в зависимости от цели эксперимента, на препаративную и аналитическую.

Целью препаративной хроматографии, как следует из названия, является выделение в чистом виде некоторого количества вещества (веществ) из смеси, содержащей несколько компонентов, как правило, в соизмеримой концентрации, гораздо реже – в микроколичествах.

Аналитическая хроматография предполагает разделение веществ только для последующей их регистрации подходящим детектором или аналитическим методом и количественной оценки их содержания в смеси. Причем, часто аналитика интересуют компоненты, находящиеся в смеси в следовых концентрациях.

Эта классификация весьма условна, поскольку и в том, и в другом случае принципы хроматографического разделения совершенно одинаковы, а различия проявляются лишь в используемом хроматографическом оборудовании и методических приемах.

По способу ввода разделяемой смеси веществ (пробы) и организации движения подвижной фазы различают элютивную (проявительную),  фронтальную и  вытеснительную хроматографию. Фронтальная хроматография основана на последовательном насыщении неподвижной фазы компонентами пробы, как правило, без участия элюента. Вытеснительная хроматография предполагает использование для вымывания веществ с неподвижной фазы специального вещества – вытеснителя, сорбирующегося лучше всех остальных компонентов пробы. Эти разновидности хроматографии в настоящее время используются почти исключительно для изучения физико-химических процессов на границе раздела фаз и в некоторых частных приложениях хроматографии.

В аналитической и препаративной практике наибольшее применение нашла именно элютивная хроматография. Более того, когда в литературе речь идет о хроматографии без указания ее вида, по умолчанию подразумевается именно элютивная, которая и будет рассматриваться далее.

Жидкостная хроматография, по сравнению с газовой, безусловно, является более универсальной по потенциалу возможностей, и именно о ней в дальнейшем будет идти речь.

В жидкостной хроматографии неподвижной фазой является твердый сорбент, через который с определенной скоростью движется подвижная жидкая фаза – элюент.

По принципу организации контакта сорбента с элюентом и связанным с этим аппаратурным и методическим особенностям, в жидкостной хроматографии, независимо от целей, различают колоночную и планарную (плоскостную) ее разновидности.

Колоночная хроматография предполагает наличие колонки, трубки из инертного и прочного материала диаметром от миллиметра и более, куда и помещается (упаковывается) сорбент. Длина колонки, в зависимости от целей и условий хроматографического эксперимента, составляет от нескольких сантиметров, до десятков сантиметров, а иногда может достигать и нескольких метров. В колонку подается элюент, который протекает через слой частиц сорбента под действием внешней силы, чаще всего – давления, создаваемого насосом.

К колоночной хроматографии можно отнести и граничный вариант ее реализации – капиллярную хроматографию, когда внутренний диаметр колонки уменьшается до размеров капилляра (0,01 – 0,2 мм) при одновременном увеличении ее длины. В этом случае иногда сорбент как таковой отсутствует, а его роль выполняет внутренняя поверхность колонки, необходимые сорбционные свойства которой создают выбором материала колонки и специальными методами ее обработки. По сравнению с обычными колонками, капиллярные колонки, как правило, имеют гораздо большую разделительную способность – эффективность, о которой будет сказано далее.

Планарная хроматография и ее наиболее распространенная разновидность – тонкослойная хроматография (ТСХ), существенно отличается от колоночной. В этом варианте слой сорбента наносится на подходящую плоскую основу (стекло, полимерная пленка, алюминиевая фольга). Элюент продвигается по слою сорбента, в простейшем случае - под действием капиллярных сил или, в некоторых вариантах реализации этого метода - центробежной силы, либо другого внешнего воздействия. Этот метод благодаря технической простоте реализации и невысокой стоимости не теряет популярности вот уже много десятилетий. Тем не менее, он имеет ряд своих специфических особенностей в плане организации хроматографического эксперимента. Среди основных отличий от колоночной ЖХ, в первую очередь стоит отметить несколько другой ассортимент применяемых сорбентов и элюентов, а также принципиально иные условия установления равновесия сорбента с элюентом. По этой причине иногда сложно проводить прямые аналогии и параллели для хроматографического разделения на пластинке и в колонке. Хотя основные принципы и закономерности разделения веществ в ВЭЖХ и ТСХ практически одинаковы.

Для более детального ознакомления с этим вариантом ЖХ, его особенностями и возможностями можно рекомендовать весьма основательный труд [1]. В рамках же данной работы основное внимание будет уделено колоночной ЖХ и ее наиболее развитому и перспективному варианту – высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ).