Аналитическая химия. Хроматографические методы анализа

А.И. ЖЕБЕНТЯЕВ

АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ.
ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЕ 

МЕТОДЫ АНАЛИЗА

Допущено

Министерством образования Республики Беларусь

в качестве учебного пособия для студентов

учреждений высшего образования

по специальности «Фармация»
и химическим специальностям

2020

 Москва

 «ИНФРАМ»

УДК 543.544(075.8)
ББК 24.4я73
 
Ж44

Жебентяев, А.И.

Аналитическая химия. Хроматографические методы анализа : 
учебное пособие / А.И. Жебентяев. — Москва : 
ИНФРА-М, 2020. — 206 с. : ил. — (Высшее образование).

Ж44

Рецензенты:

кафедра общей химии Белорусского государственного медицинского 
университета;
доцент кафедры аналитической химии Белорусского государственного 
университета, кандидат химических наук, доцент В.А. Винарский

ФЗ 

№ 436-ФЗ

Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11

ISBN 978-5-16-006615-8 (print)

На современном научном уровне изложены основные понятия и 

термины, используемые в хроматографических методах. Рассмотрены 
наиболее широко используемые хроматографические методы в соответствии 
с общепринятой классификацией, отмечены их достоинства 
и недостатки.

Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по фармацевтическим 
и химическим специальностям.

УДК 543.544(075.8) 

ББК 24.4я73 

 
© Жебентяев А.И., 2013

 
© ООО «Новое знание», 2013

ISBN 978-5-16-111263-2 (onlinе)

ISBN 978-5-16-006615-8 (print)
ISBN 978-5-16-111263-2 (onlinе)

Оглавление

Предисловие........................................................................................................................6

Список основных сокращений и условных обозначений.......................................8

Введение.............................................................................................................................9

Глава 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЕ 
ХАРАКТЕРИСТИКИ.................................................................................................13

1.1..Классификация.хроматографических.методов..............................................13
1.2..Хроматографические.параметры.........................................................................16
1.3..Теории.хроматографического.разделения........................................................21

Глава 2. ГАЗОВАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ...........................................................27

2.1..Общая.характеристика............................................................................................27
2.2..Системы.ввода.пробы..............................................................................................29
2.3..Хроматографические.колонки..............................................................................32
2.4..Адсорбенты..................................................................................................................34
2.5..Твердые.носители.в.газожидкостной.хроматографии...............................39
2.6..Неподвижные.жидкие.фазы..................................................................................41
2.7..Подвижные.фазы.......................................................................................................45
2.8..Детекторные.системы..............................................................................................46
2.9..Качественный.анализ...............................................................................................54
2.10..Количественный.анализ.......................................................................................59

Глава 3. ЖИДКОСТНАЯ КОЛОНОЧНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ.........62

3.1..Общая.характеристика............................................................................................62
3.2..Жидкостная.адсорбционная.хроматография..................................................66

3.2.1..Варианты.жидкостной.адсорбционной.хроматографии.....................66
3.2.2..Жидкостный.хроматограф.............................................................................72
3.2.3..Колонки.................................................................................................................73
3.2.4..Адсорбенты..........................................................................................................74
3.2.5..Подвижные.фазы...............................................................................................78
3.2.6..Детекторы.............................................................................................................85

3.3..Распределительная.жидкостная.хроматография...........................................88

3.3.1..Неподвижные.фазы.и.носители...................................................................89
3.3.2..Подвижные.фазы...............................................................................................90

3.4..Ионообменная.хроматография.............................................................................94

3.4.1..Иониты..................................................................................................................94
3.4.2..Классификация.ионообменных.смол.........................................................99
3.4.3..Подвижные.фазы............................................................................................ 102

3.5..Ионная.хроматография........................................................................................ 103
3.6..Ионпарная.хроматография................................................................................ 105
3.7..Лигандообменная.хроматография.................................................................... 106

Оглавление

3.8. Эксклюзионная хроматография ....................................................................... 107
3.9. Аффинная хроматография ................................................................................. 112

Глава 4. ПЛАНАРНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ ..............................................114
4.1. Общая характеристика ........................................................................................ 114
4.2. Тонкослойная хроматография .......................................................................... 115

4.2.1. Механизмы разделения и выбор элюента ............................................ 116
4.2.2. Сорбенты ........................................................................................................... 117
4.2.3. Техника выполнения .................................................................................... 120
4.2.4. Хроматографические характеристики ................................................... 122
4.2.5. Типы элюирования ........................................................................................ 124
4.2.6. Способы детектирования ............................................................................ 126
4.2.7. Количественное определение .................................................................... 127
4.3. Хроматография на бумаге .................................................................................. 128

Глава 5. СВЕРХКРИТИЧЕСКАЯ ФЛЮИДНАЯ  
ХРОМАТОГРАФИЯ ...............................................................................................135

Глава 6. ХРОМАТОМАСССПЕКТРОМЕТРИЯ ......................................138
6.1. Аппаратура ............................................................................................................... 138
6.1.1. Хроматографы ................................................................................................. 139
6.1.2. Масс-спектрометры ...................................................................................... 140
6.1.3. Система газовый хроматограф — масс-спектрометр ........................ 148
6.1.4. Система жидкостный хроматограф — масс-спектрометр............... 153
6.2. Методы хромато-масс-спектрометрии ........................................................... 158
6.2.1. Ионная масс-хроматография ..................................................................... 158
6.2.2. Хромато-масс-спектрометрия высокого разрешения....................... 159
6.2.3. Получение производных анализируемых веществ ........................... 159
6.2.4. Идентификация соединений в смесях ................................................... 163
6.2.5. Количественный анализ .............................................................................. 167
6.3. Применение хроматомассспектрометрии .................................................. 169

6.3.1. Лекарственные вещества и их метаболиты ......................................... 169
6.3.2. Клиническая биохимия ............................................................................... 171
6.3.3. Определение токсикантов в пищевых продуктах и объектах 

окружающей среды ....................................................................................... 172

Глава 7. ЭЛЕКТРОФОРЕЗ ..................................................................................175
7.1. Общая характеристика ........................................................................................ 175
7.2. Методы электрофореза ........................................................................................ 176
7.3. Капиллярный электрофорез .............................................................................. 179

Заключение ....................................................................................................................183

Словарь основных терминов ...................................................................................186

Оглавление 
5

Приложения

1. Растворители и адсорбенты, применяемые в жидкостной 
адсорбционной хроматографии ................................................................................ 192
2. Параметры полярности растворителей при 25 °С ....................................... 194
3. Свойства растворителей, применяемых в жидкостной  
хроматографии ................................................................................................................ 196
4. Спектрофотометрическое детектирование 
модифицированных производных природных соединений .......................... 197
5. Спектральные характеристики флуоресцирующих 
лекарственных веществ ............................................................................................... 197
6. Соединения, обнаруживаемые флуориметрическим 
детектором после их химической модификации ............................................... 198
7. Миксотропная серия растворителей ................................................................. 198
8. Проявители для ТСХ .............................................................................................. 199

Литература .................................................................................................................204

Только самые мудрые и самые 

глупые не поддаются обучению.

Конфуций

Предисловие

Развитие науки и техники, а также подготовка высококвалифи-

цированных кадров невозможны без применения новых методов 
исследования и анализа.

Хроматография относится к современным методам анализа 

и позволяет успешно решать сложные задачи анализа различных 
объектов. Этот метод находит широкое применение в химии, био-
логии, фармации и других областях науки и техники. В настоящее 
время около 60 % всех анализов выполняется с использованием 
хроматографических методов.

Хроматография была и остается востребованным методом иден-

тификации, количественного анализа и физико-химических иссле-
дований. Успешно развиваются и новые варианты хроматографи-
ческих методов — хромато-масс-спектрометрия, сверхкритическая 
флюидная хроматография и др.

Хроматографические методы анализа широко используются 

как при создании новых лекарственных средств, так и при их стан-
дартизации и контроле качества.

Сегодня общепризнано, что проведение биоэквивалентных ис-

следований и решение задач химико-токсикологического анализа 
практически невозможно без использования хроматографических 
методов. Высокая чувствительность и избирательность, достаточ-
ная точность и скорость определения — основные достоинства хро-
матографических методов.

Необходимо отметить, что по ряду причин (дорогостоящие 

приборы и оборудование, специальная подготовка персонала и др.) 
достижения хроматографической науки используются пока не 
в полной мере.

В настоящее время издано много книг, как по отдельным мето-

дам хроматографического анализа, так и по общим вопросам хро-
матографии. Однако такая литература малодоступна широкому 
кругу студентов. 

Предисловие 
7

Решение аналитических задач с применением хроматографии 

невозможно без знания ее основ, которые по существу являются 
общими для всех хроматографических методов. 

Основы хроматографических методов студенты изучают на за-

нятиях по аналитической химии, а затем на старших курсах при 
изучении специальных дисциплин применяют хроматографиче-
ские методы для решения практических задач. Поэтому на стар-
ших курсах возникает потребность в восстановлении и углублении 
знаний теории и практики хроматографических методов.

В пособии даны основные понятия и термины, рассмотрены 

наиболее часто используемые хроматографические методы анали-
за, а также их достоинства и недостатки.

Автор искренне благодарен рецензентам: В.А. Винарскому — 

доценту БГУ и С.В. Ткачеву — доценту БГМУ за ценные советы 
и замечания.

Список основных сокращений и условных 

обозначений

ВЭТСХ – высокоэффективная тонкослойная хроматография
ВЭЖХ – высокоэффективная жидкостная хроматография
ГАХ – газоадсорбционная хроматография
ГЖХ – газо-жидкостная хроматография
ГХ – газовая хроматография
ГХ-МС – газовая хроматография-масс-спектрометрия
ЖАХ – жидкостная адсорбционная хроматография
ЖРХ – жидкостная распределительная хроматография
ЖХ – жидкостная хроматография
ЖХ-МС – жидкостная хроматография-масс-спектрометрия
ИМХ – ионная масс-хроматография
КЭ – капиллярный электрофорез
МС – масс-спектрометрия
МСВР – масс-спектрометрия высокого разрешения
НЖФ – неподвижная жидкая фаза
НФ – неподвижная фаза
НФХ – нормально-фазовая хроматография
ОФХ – обращенно-фазовая хроматография
ПФ – подвижная фаза
СФХ – сверхкритическая флюидная хроматография
ТСХ – тонкослойная хроматография 
ХИ – химическая ионизация
ХМС – хромато-масс-спектрометрия
ЭУ – электронный удар
tR – время удерживания
VR – удерживаемый объем
Rf –подвижность
Rs – критерий разделения (разрешение)
α – фактор (коэффициент) разделения (селективности)
k′ – коэффициент емкости
N – число теоретических тарелок
H – высота, эквивалентная теоретической тарелке (ВЭТТ)

Ему дано открыть хроматографию — 

разделяющую молекулы, объединяющую 
людей.

Из эпитафии, посвященной М.С. Цвету

ВВЕДЕНИЕ

Хроматография — это метод разделения веществ или частиц, 

основанный на физических и химических взаимодействиях, отно-
сящийся к инструментальным методам анализа и исследования ве-
ществ. При перемещении смеси через слой неподвижной фазы 
в результате повторения многократных актов сорбции и десорбции 
происходит разделение ее компонентов, основанное на разнице 
констант распределения веществ между фазами.

Основное преимущество хроматографических методов — воз-

можность проводить одновременно разделение, идентификацию 
и количественное определение веществ.

Хроматографию рассматривают как науку, процесс и метод.
Хроматография — наука о межмолекулярных взаимодействиях 

и переносе молекул или частиц в системе несмешивающихся и дви-
жущихся относительно друг друга фаз.

Хроматография — процесс дифференцированного многократного 

перераспределения веществ или частиц между несмешивающимися 
и движущимися относительно друг друга фазами, приводящий к обо-
соблению концентрационных зон индивидуальных компонентов ис-
ходных смесей этих веществ или частиц.

Хроматография — метод разделения смесей веществ, основанный 

на различии в скоростях их перемещения в системе несмешивающих-
ся и движущихся относительно друг друга фаз.

Впервые процесс разделения красителей методом фронтально-

го проявления на бумаге описал в 1850 г. немецкий химик Рунге. 
Однако основателем хроматографии справедливо считают русско-
го ботаника-физиолога и биохимика Михаила Семёновича Цвета 
(1872–1919). Родился он в итальянском городе Асти. Его мать — 
итальянка Мария Де Дороцца — приемная дочь в семье писателей 
братьев Алексея, Александра и Владимира Жемчужниковых (ли-
тературный псевдоним Козьма Прутков). Отец — Семён Николае-
вич Цвет — государственный служащий, уроженец г. Чернигова. 

Введение

М.С. Цвет окончил Женевский университет (
1893) и в 1896 г. защитил 
магистерскую диссертацию «Исследование 
физиологии клетки».

C 1903 по 1916 г. он жил в Варшаве, 
где работал сначала в университете, 
а с 1908 г. — в Политехническом 
институте. В 1910 г. защитил докторскую 
диссертацию в Варшавском университете. 
В 1916–1918 гг. Цвет жил 
и работал в Москве, Нижнем Новгороде 
и Тарту. Умер 26 июня 1919 г. 
в Воронеже и похоронен на кладбище 
Алексеевского монастыря (разрушен 
в годы Второй мировой войны).

Магистерская диссертация ученого 
посвящена исследованию строения 
хлорофильного зерна, и уже в этой работе 
видны зачатки хроматографического 
метода, хотя в первых опубликованных работах термина 
«хроматография» нет.

В докторской диссертации «Хромофиллы в растительном и животном 
мире» Цвет излагает основные результаты исследований 
с применением хроматографии. Он вводит новые термины: хроматография (
от греч. chrōma — цвет и graphō — пишу), хроматограм-
ма, проявление, вытеснение. Основная заслуга Цвета в том, что он 
открыл проявительный вариант хроматографии, создал основы 
сорбционного разделения сложных смесей. В своих опытах Цвет 
использовал хроматографический метод и для количественного 
анализа (он разбивал стеклянную колонку и разделял адсорбент 
на слои). Метод, разработанный Цветом, получил название «коло-
ночная хроматография». Однако довольно длительное время (око-
ло 20 лет) хроматография использовалась редко. Только в 1931 г. 
Р. Кун, А. Винтерштейн и Е. Ледерер, ознакомившись с книгой 
Цвета на немецком языке, воспроизвели его первоначальные опы-
ты (разделили каротины моркови, лепестков одуванчика и желтка 
куриного яйца).

Цвет Михаил Семёнович 
(1872–1919)

Введение 
11

Значительный вклад в развитие хроматографии внесли совет-

ские ученые Н.А. Измайлов и М.С. Шрайбер, предложившие 
в 1938 г. разделять вещество на пластинке, покрытой тонким сло-
ем сорбента. Так возникла тонкослойная хроматография. В 1940–
1942 гг. А. Тизелиус и С. Клессон предложили фронтальный и вы-
теснительный методы хроматографии.

В 1952–1953 гг. А.Дж. Мартин и А. Джеймс разделили смеси на 

сорбенте из силикона и стеариновой кислоты, используя вариант 
газовой распределительной хроматографии. С этого времени ме-
тод газовой хроматографии интенсивно развивается. В качестве 
подвижной фазы используют азот, водород, гелий, аргон и другие 
газы. Разделение летучих соединений основано на различии в ле-
тучести и адсорбируемости основных компонентов смеси. Основ-
ным недостатком газовой хроматографии является то, что этот ме-
тод позволяет разделять летучие вещества с относительно низкими 
молекулярными массами (≤ 400–500).

В 1952 г. А.Дж. Мартин и Р. Синг получили Нобелевскую пре-

мию за исследования в области распределительной хроматогра-
фии. Следует отметить, что за разработки различных вариантов 
хроматографии, а также за исследования в области химии, физио-
логии и медицины, в которых широко применялась хроматогра-
фия, присуждено 14 Нобелевских премий.

Период развития жидкостной хроматографии начинается с се-

редины 70-х гг. XX в. Метод жидкостной хроматографии позволя-
ет разделять как неорганические ионы, так и тяжелые органиче-
ские молекулы, полимеры, вирусы и  частицы с молекулярной мас-
сой до 107. При оптимальном выборе подходящего сорбента и си-
стемы растворителей возможно разделение любых объектов. Од-
нако широкое использование метода жидкостной хроматографии 
не ущемляет позиций газовой хроматографии. Соединения с молекулярной 
массой до 500 — основные объекты анализа методом газовой 
хроматографии — составляют около 5 % от общего количества 
известных соединений, но около 70–80 % соединений, используемых 
в промышленности и в быту, как раз и являются объектами 
газовой хроматографии.

Разделение смеси ионов в растворе возможно методом ионообменной 
хроматографии, при котором происходят обменные реакции 
между ионами сорбента и ионами, находящимися в растворе. Зна-

Введение

чительный вклад в развитие этого метода внесли Т.Б. Гапон, Е.Н. Гапон 
и Ф.М. Шемякин, которые впервые применили метод ионнооб-
менной хроматографии (1947). В 1948 г. Т.Б. Гапон и Е.Н. Гапон 
предложили метод осадочной хроматографии, основанный на различии 
растворимости труднорастворимых осадков.

В 1957 г. М. Голей предложил метод капиллярной хроматографии 

(сорбент наносится на внутренние стенки капиллярной трубки).

В 60-х гг. ХХ в. было открыто еще одно направление хроматографии — 
гель-хроматография (разделение смеси веществ основано 
на различии их способности проникать в гель). Вещества, име-
ющие различную молекулярную массу, легко разделяются этим 
методом. 

Интенсивно развивающаяся с 60-х гг. XX в. высокоэффектив-

ная жидкостная хроматография обязана своими успехами теорети-
ческим, методическим и аппаратурным достижениям, накоплен-
ным в процессе развития газовой хроматографии.

Основными достоинствами хроматографического метода явля-

ются высокая чувствительность, избирательность, высокая эффек-
тивность, отсутствие в большинстве случаев химических измене-
ний в разделяемых веществах.

Хроматографические методы относятся к гибридным методам. 

Понятие и термин «гибридные методы» ввел в 1977 г. академик 
РАН Ю.А. Золотов: «…гибридными мы считаем способы анализа, 
в которых органически объединено разделение и определение». 
Известны и другие гибридные методы: экстракционно-фо-
тометрический, экстракционно-люминесцентный, экстракционно-
атомно-абсорбционный и др.

Любые варианты хроматографического метода основываются 

на общем принципе, сформулированном М.С. Цветом, — компо-
ненты разделяемой смеси распределяются между двумя фазами 
(подвижной и неподвижной). Наряду с М.В. Ломоносовым 
и Д.И. Менделеевым, М.С. Цвет считается самым известным 
в мире русским ученым.

Основная теоретическая и методическая информация, необхо-

димая для сознательного освоения хроматографических методов 
анализа, будет рассмотрена далее.

Глава 1

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ 

И ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЕ 

ХАРАКТЕРИСТИКИ

1.1. Классификация хроматографических методов

Хроматографические методы классифицируют по различным 
признакам:

• агрегатное состояние подвижной и неподвижной фаз;
• механизм взаимодействия сорбент — сорбат;
• техника выполнения;
• цель проведения хроматографии и др.
В зависимости от агрегатного состояния подвижной фазы 

различают газовую и жидкостную хроматографию; неподвижная 
фаза может быть как твердая, так и жидкая.

Основные разновидности газовой хроматографии — газо-

адсорбционная (газотвердофазная) и газо-жидкостная. К жидкост-
ной хроматографии относятся жидкотвердофазная, жидко-жидко-
фазная (распределительная), жидко-гелевая.
По агрегатному состоянию фаз хроматографической си-
стемы различают газомезофазную и полифазную хроматографии. 

Газомезофазная хроматография — хроматографический метод, 

в котором подвижной фазой служит газ или пар, а неподвижной — 
вещество в жидкокристаллическом состоянии (мезофаза).

Полифазная хроматография — хроматографический метод, 

в котором в качестве подвижной и/или неподвижной фазы используются 
гетерогенные системы. Разновидностями полифазной 
хроматографии являются полифазная жидкостная (в качестве 
подвижной фазы используется эмульсия или суспензия) и полифазная 
газовая (неподвижной фазой служит эмульсия).
Классификация хроматографических методов по механизму 

взаимодействия сорбента и сорбата является весьма условной, так 
как обычно процесс разделения компонентов протекает по не-