Курсовая работа: Методы газо-жидкостной хроматографии и ее применение в анализе лекарственных средств класса терпенов

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра фармацевтической химии

КУРСОВАЯ РАБОТА

Методы газо-жидкостной хроматографии и ее применение в анализе лекарственных средств класса терпенов

Содержание

Введение

1. История развития хроматографии

2. Основы хроматографии

3. Газожидкостная хроматография

3.1 Газовый хроматограф

3.2 Детекторы

3.3 Хроматограмма

3.4 Параметры удерживания

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Одна из важных задач современной химии - надежный и точный анализ органических веществ, часто близких по строению и свойствам. Без этого невозможно проведение химических, биохимических и медицинских исследований, на этом в значительной степени базируются экологические методы анализа окружающей среды, криминалистическая экспертиза, а также химическая, нефтяная, газовая, пищевая, медицинская отрасли промышленности и многие другие отрасли народного хозяйства.

Один из наиболее чувствительных методов - хроматографический анализ, впервые предложенный российским ученым М.С.Цветом в начале XX в. и к концу века превратившийся в мощнейший инструмент, без которого уже не могут обходиться как синтетики, так и химики, работающие в других областях. Наибольшее значение приобрели тонкослойная, газожидкостная и высокоэффективная жидкостная и ионная хроматография. Будучи несложной по технике выполнения, тонкослойная хроматография хороша при определении пестицидов и других органических соединений-загрязнителей. Газожидкостная хроматография эффективна при анализе многокомпонентных смесей летучих органических веществ.

1. История развития хроматографии

Впервые термин "хроматография" был использован российским биологом Михаилом Семеновичем Цветом для описания разработанного им метода разделения компонентов хлорофилла на бумаге. Это произошло 21 марта 1903 г, когда Михаил Семенович Цвет, в то время работавший в должности ассистента (официально - в должности внештатного лаборанта) кафедры анатомии и физиологии растений Варшавского университета, прочитал свой знаменательный доклад "О новой категории адсорбционных явлений и о применении их к биологическому анализу". Эксперименты в области адсорбции, приведшие в итоге к открытию хроматографии, ученый начал двумя годами раньше - в возрасте 28 лет. Подробное изложение принципов и возможностей своего хроматографического метода он дал в 1906 г . в двух статьях на немецком языке и в книге 1910 г . "Хромофиллы в растительном и животном мире".

По экспертным оценкам, хроматография относится к 20 выдающимся открытиям прошедшего столетия, которые в наибольшей степени преобразовали науку, а через нее определили уровень развития техники и промышленности, цивилизации в целом. Хотя по образованию и роду занятий Цвет был ботаником, результаты его открытия столь значимы для всех естественных наук, что Федерация европейских химических обществ, например, приводит имя Цвета, наряду с четырьмя другими русскими именами - Ломоносова, Менделеева, Бутлерова и Семенова, - в числе ста выдающихся химиков прошлого.

В конце своего 100-летия хроматография представляет собой:

· самый распространенный и совершенный метод разделения смесей атомов, изотопов, молекул, всех типов изомерных молекул, включая и оптические изомеры, макромолекул (синтетических полимеров и биополимеров), ионов, устойчивых свободных радикалов, комплексов, ассоциатов, микрочастиц;

· уникальный метод качественного и количественного анализа сложных многокомпонентных смесей:

· самостоятельное научное направление и важный физико-химический метод исследования и измерения;

· препаративный и промышленный метод выделения веществ в чистом виде;

· мощную отрасль научного приборостроения.

Ни один аналитический метод не может конкурировать с хроматографией по универсальности применения и эффективности разделения самых сложных многокомпонентных смесей. На современных газохроматографических капиллярных колонках в одном эксперименте могут быть разделены, количественно и качественно определены более 1000 индивидуальных компонентов, например, в бензиновых фракциях нефти; двумерный электрофорез позволяет увидеть до 2000 белков в биологических объектах или пептидов в гидролизатах белков.

Только благодаря сочетанию разнообразных методов хроматографии и капиллярного электрофореза стала возможной расшифровка нуклеотидной последовательности ДНК и завершение работ по программе "Геном человека". Используя хроматографию, можно определить содержание супертоксикантов, в частности, полихлорированных диоксинов в объектах окружающей среды при крайне низких концентрациях этих веществ (10-10%). ^[1]

2. Основы хроматографии

Хроматография [гр. сhrцmatos ? цвет + graphц ? пишу] -- метод разделения, анализа и физико-химических исследований веществ, основанный на перемещении зоны вещества вдоль слоя сорбента в потоке подвижной фазы с многократным повторением сорбционных и десорбционных актов. При этом разделяемые вещества распределяются между двумя несмешивающимися фазами (в зависимости от их относительной растворимости в каждой фазе): подвижной и неподвижной. ^[2]

Сущность метода заключается в различной скорости перемещения веществ некоторой анализируемой смеси вдоль слоя сорбента (неподвижной фазы - НФ) в потоке элюента (подвижной фазы - ПФ). Скорость перемещения веществ связана с различным распределением разделяемых веществ между двумя фазами из-за неодинакового взаимодействия с ними. В результате исходная смесь разделяется на слои, содержащие более или менее чистые вещества, которые могут быть проанализированы.

В зависимости от выполняемых задач хроматография бывает:

· аналитической, когда производится исследование физико-химических характеристик веществ при использовании хроматографической аппаратуры и на основании параметров хроматографических зон;

· препаративной, используемой для выделения небольших количеств чистых компонентов в лабораторных условиях;

· промышленной, применяемой для получения чистых веществ в значительных количествах.

Распространены также комплексные (гибридные) методы. В настоящее время получили распространение следующие виды хроматографии:

1. Газовая. Производится разделение и анализ газообразных веществ в потоке элюента-газа (водород, гелий, азот).

2. Жидкостная. Разделение веществ производится в потоке жидкого элюента (н-гексан, диметилформамид, ацетонитрил и т.д.).

Более подробная классификация вариантов хроматографического анализа в зависимости от используемых подвижной и неподвижной фаз и характера межмолекулярных взаимодействий дана в таблицах 1-3.

Таблица 1. Варианты хроматографии по фазовым состояниям

Таблица 2. Варианты хроматографии по характеру взаимодействий

Таблица 3. Варианты хроматографии по способу проведения процесса

В зависимости от способа перемещения разделяемой смеси вдоль слоя сорбента различают следующие варианты хроматографии: фронтальный, проявительный и вытеснительный. При фронтальном варианте в слой сорбента непрерывно вводится разделяемая смесь, состоящая из газа-носителя и разделяемых компонентов, например 1, 2, 3, 4, которая сама является подвижной фазой. Через некоторое время после начала процесса наименее сорбируемый компонент (например, 1) опережает остальные и выходит в виде зоны чистого вещества раньше всех, а за ним в порядке сорбируемости последовательно располагаются зоны смесей компонентов: 1 + 2, 1 + 2 + 3, 1 + 2 + 3 + 4.

Проявительный (элюационный) метод заключается в том, что компоненты смеси (сорбаты) переносятся через сорбционный слой потоком вещества (элюента), сорбирующегося хуже любого из сорбатов. В ходе проявительного анализа разделенные компоненты анализируемой смеси выходят из хроматографической колонки в потоке элюента отдельными зонами, между которыми (при достаточно четком разделении) из колонки выходит чистый элюент. Это наиболее употребительный употребительный вариант хроматографии.

Вытеснительный метод заключается в переносе разделяемой смеси потоком вещества (вытеснителя), сорбирующегося сильнее любого из компонентов смеси. В ходе вытеснительного анализа образуются отдельные примыкающие друг к другу зоны компонентов, между которыми окажутся зоны их смеси. Порядок элюирования компонентов характеризует их физико-химические свойства, а ширина полосы (не высота!) пропорциональна концентрации данного компонента. Вытеснительный анализ как метод разделения имеет весьма ограниченное применение и крайне редко используется в количественном анализе. Существуют два основных метода хроматографического определения состава смесей:

1) метод выходной кривой (применяется в основном, в колоночной и капиллярной хроматографии); основан на непрерывном определении свойства выходящего из колонки потока как функции времени или объема пропущенного вещества;

2) метод слоя, заключающийся в определении изменения свойства смеси по длине сорбционного слоя.

В первом варианте проба, растворённая в подвижной фазе, вводится в верхнюю часть колонки. Затем с использованием подвижной фазы осуществляется элюирование разделяемых веществ до тех пор, пока они не будут детектированы в конце колонки.

Поясним принцип элюирования на примере разделения веществ А и В.

После того как проба введена в колонку, её компоненты распределяются между подвижной и неподвижной фазами. Если подвижная фаза после этого непрерывно поступает в форме элюента, вещества распределяются вдоль колонки между порциями подвижной и новыми частями неподвижной фаз. Для соединений, удерживающихся сильнее на неподвижной фазе, требуется больше времени для разделения, чем для веществ, взаимодействующих слабее. В идеале вещества разделяются после соответствующего времени элюирования и индивидуально детектируются в конце колонки. Хроматограммой называется запись сигнала детектора как функции времени элюирования. ^[3]

3. Газожидкостная хроматография

Газовая хроматография - группа хроматографических методов, в которых подвижная фаза газообразна (находится в состоянии газа или пара). В соответствии с типом используемых неподвижных фаз газохроматографические методы подразделяются на газо-адсорбционный и газо-жидкостный. Разделение компонентов анализируемой смеси в газо-адсорбционном варианте основано на различии разделяемых веществ в величинах адсорбции на поверхности адсорбента, а в случае газожидкостной хроматографии на различии в растворимости компонентов анализируемой смеси в неподвижной жидкой фазе. Принцип разделения веществ в газовой хроматографии - неодинаковое сродство веществ к летучей подвижной фазе и стационарной фазе в колонке. После прохождения колонки вещества последовательно выходят из неё и регистрируются детектором. Сигнал детектора записывается в виде хроматограммы автоматическим потенциометром (самописцем) или же регистрируется компьютером. ^[4]

3.1 Газовый хроматограф

Газовый хроматограф представляет собой прибор, использующий принцип хроматографии в системах газ - адсорбент или газ - жидкость. В аппаратурном оформлении это совокупность нескольких самостоятельных, параллельно функционирующих систем: источник газа-носителя и блок подготовки газов, испаритель, термостат колонок и сами хроматографические колонки, детектор, система регистрации и обработки данных. В ГАХ и ГЖХ используется один и тот же прибор. Типичная блок-схема газового хроматографа изображена на рисунке 4.