khimie.ru

Рождение хроматографии связано с именем русскою биолога Михаила Семеновича Цвета (1872-1920). Свои первые хроматографические эксперименты он поставил для того, чтобы разделить на отдельные пигменты хлорофилл — растительный экстракт, окрашенный в зеленый цвет. Ученый предположил, что хлорофилл представляет собой не индивидуальное соединение, а смесь нескольких компонентов. Вот в чем заключались его опыты по хроматографии.

Прежде всего он очень мелко растер сухие зеленые листья, полученный порошок обработал этанолом, и вскоре спиртовая вытяжка (т.е. спиртовой раствор над твердым остатком) окрасилась в зеленый цвет, потому что этанол извлек хлорофилл. Затем он взял стеклянную трубку, заполнил ее толченым мелом и сверху налил только что полученную окрашенную в зеленый цвет спиртовую вытяжку, содержащую хлорофилл (рис.1).

Рис. 1. Хроматографическая колонка Цвета

Верхний слой мела в трубке окрасился в зеленый цвет, получилось зеленое кольцо, а снизу из трубки начал капать бесцветный этанол. Затем в трубку был налит чистый бензол; по мере прохождения бензола зеленая кольцевая зона сначала увеличивалась, а затем разделилась на несколько разноцветных колец. Постепенно по длине трубки сверху вниз образовалось шесть самостоятельных кольцевых зон: желтая, желто-зеленая, темно-зеленая и три желтых кольца.

Что же произошло в трубке? Насыпанный в трубку мел (карбонат кальция СаСО₃) задержал или, на языке химиков, адсорбировал из раствора отдельные компоненты смеси, которая придает листьям зеленую окраску. Напомним, что адсорбцией называется концентрирование вещества из объема фаз на поверхности раздела твердого тела с газами, парами или жидкими растворами (рис. 2).

 Рис. 2. Адсорбция на поверхности твердого тела

В результате адсорбции вещества, находившиеся в растворе, могут полностью перейти на поверхность твердого тела. Такой переход хлорофилла на поверхность твердого тела (здесь мела) и наблюдал цвет в своем эксперименте.

Если через слой адсорбированного вещества пропускать соответствующий растворитель, начнется процесс, обратный адсорбции, и часть адсорбированных молекул вновь перейдет с поверхности адсорбента в раствор. Подобный процесс называется десорбцией. В реальных экспериментах процессы адсорбции и десорбции разделить во времени нельзя, потому что они протекают параллельно друг другу. Однако, правильно подобрав условия эксперимента, можно добиться того, что определяющую роль станет играть лишь один из этих процессов, поскольку скорость протекания этого процесса значительно превысит скорость другого, конкурентного. Если проследить за перемещением вещества по длине трубки или, что терминологически более правильно, по высоте хроматографической колонки, окажется, что на своем пути оно то задерживается на поверхности адсорбента, то вновь переходит в раствор. О чем говорит такое поведение молекул этого вещества? Вещество, которое в виде раствора перемещается под действием силы тяжести по колонке, распределяется между поверхностью твердого тела (здесь мела) и растворителем (здесь бензолом). В результате одна часть молекул этого вещества как бы закрепляется на твердой поверхности, а другая остается в растворе. Вопрос о том, сколько адсорбируемого вещества окажется на поверхности, а сколько в растворе, зависит от свойств этого вещества, а также от свойств твердого тела и особенностей его поверхности, от природы растворителя и количественного соотношения фаз, т.е. твердого вещества — мела, растворителя-бензола и разделяемого вещества хлорофилла, и, конечно, от температуры колонки.