5.3.5. Хроматография
Разделение смесей веществ необходимо всем. На нашей планете все, что находится вокруг нас (т.е. вся органическая и неорганическая природа), так основательно перемешана, что техника явно или неявно только и делает, что выделяет из этой смеси нужные для человека вещества. Правда, потом их снова смешивают, но уже в необходимых пропорциях.
| Рис.1.54.Хроматограмма хлорофилла (Опыт М. С. Цвета) Слои: I-бесцветный, II- ксантофилл b (желтый); III- хлорофиллинb -(желто-зеленый); IV- хлорофиллин (зелено-синий); V- ксантофилл (желтый); VI- ксантофилл a’(желтый); VII- ксантофилл a (желтый); VIII-хлорофиллин (серо-стальной) |
Русский ученый Цвет в 1903 г., разделяя хлорофилл на колонке с адсорбентом и цветными зонами (рис. 1.54.), выделил основные составляющие сложной смеси и положил начало новому методу физико-химического анализа и препаративного разделения смесей, названному хроматографией. Этот метод нашел широчайшее применение среди других процессов разделения веществ, но теперь уже не гамма цветов определяет ход разделения в колонке: радиометрия, спектрофотометрия, масс-спектрометрия и весь арсенал физических и физико-химических методов контролируют хроматографию. Да и сама колонка из маленькой стеклянной трубочки выросла в многометровые стальные колонны. Хроматоргафия (цветописание) основана на динамическом процессе адсорбции-десорбции компонентов смеси с различной адсорбционной способностью.
Хроматография прославилась, прежде всего, как аналитический метод. По тонкости, гибкости и универсальности с ней вряд ли может конкурировать другой физико-химический метод. Если разделяемая смесь может быть обращена в пар, применяют газовую хроматографию. В этом случае через поглотительную колонку проходит уже не раствор, а смесь паров или газов, и на ее выходе при помощи чувствительных анализаторов могут быть обнаружены отдельные компоненты смеси.
При разделении, к примеру, многокомпонентной смеси все ее составляющие могут быть получены отдельно, в чистейшем виде. Газоанализаторы такого типа, применяемые в промышленности, нередко представляют собою автоматические системы, управляющие технологическим процессом переработки газовой смеси.
Жидкостная хроматография - могучее средство разделения химических элементов. Можно считать, что она поставила своеобразный рекорд: при ее помощи был открыт и опознан новый элемент периодической системы - менделевий. Здесь хроматография шла впереди всех известных методов. Особо надо отметить, что открыто было всего семнадцать атомов нового элемента.
Хроматографическое разделение производится в динамических условиях - при течении смеси веществ через слой поглотителя. Часто и колонка, и трубочка здесь вовсе не обязательны, наверное каждый их нас замечал, как расплываются чернильные кляксы на бумаге или пролитый за обедом соус по костюму. Можно провести простейший опыт хроматографического разделения смеси красных и синих чернил на фильтровальной бумаге. Следует нанести на бумагу крошечную каплю смеси, капнуть в середину водой и по бумаге расползутся два круга, окрашенные по-разному. Смесь разделилась. Всего по одной капле мочи с помощью хроматографии можно определить пятидневную беременность (появление прегнандиола).
А что дает хроматография промышленности?
Жидкостная хроматография применяется впромышленности редкоземельных элементов, при добыче урановых солей — вообще гидрометаллургии. Применяется она и для выделения ценных веществ из сточных вод, для удаления солей жесткости из свежей воды на текстильных предприятиях и электростанциях с помощью ионообменных смол или волокон и тканей. Такой способ хроматографии называют ионообменным.
Во всех этих случаях в качестве сорбентов применяют, так называемые, ионообменные смолы - полимеры, которые в результате особой обработки обрели способность поглощать либо катионы, либо анионы.
Газоваяпрепаративная хроматография позволяет уже сейчас получать вполне ощутимые количества газообразных и жидких компонентов из сложной газовой смеси. Это - путь получения сверхчистых веществ, которые раньше ценились на вес золота. Теперь, в эпоху развития газовой препаративной хроматографии, производство сверхчистых веществ не является проблемой.
В настоящее время внимание сосредоточено на поглотителях с избирательной способностью: адсорбирующих соли урана и пропускающих через себя хлористый натрий, хлористый магний и другие соли. Возможно ли это? Да, сейчас уже известны сорбенты, селективно (избирательно) поглощающие соли тяжелых металлов, например, железа, кобальта или меди.