Хроматографические методы анализа

Хроматографические  

методы анализа

Практикум

Федеральное государственное бюджетное  

образовательное учреждение высшего образования  

«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана  

(национальный исследовательский университет)»

ISBN 978-5-7038-5138-8

© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2019
© Оформление. Издательство  
 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2019 

УДК 543.54(076)
ББК 24.58 
 
Х92

Издание доступно в электронном виде по адресу
ebooks.bmstu.press/catalog/111/book2016.html

Факультет «Фундаментальные науки»
Кафедра «Химия» 

Авторы:

П.В. Слитиков, В.Н. Горячева, М.П. Макарова, Ж.Н. Медных

Рекомендовано Научно-методическим советом  
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве практикума 

Х92

 
 
Хроматографические методы анализа : практикум / [П. В. Сли-

тиков и др.]. — Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 
2019. — 61, [3] с. : ил.

ISBN 978-5-7038-5138-8

В издании представлены 12 лабораторных работ практикума, охватывающего 
основные виды препаративной хроматографии — коло-

Теоретическая часть содержит базовые сведения об основных видах 
хроматографического анализа, применяемых в настоящее время в лабораторной 
практике. Приведены также контрольные вопросы, примеры 
решения практических задач и задачи для самостоятельного решения. 

Для студентов технических направлений и специальностей, изучающих 
курс «Аналитическая химия».

УДК 543.54(076)
ББК 24.58 

ночной, тонкослойной, ионообменной, осадочной, адсорбционной. 

Предисловие

Практикум «Хроматографические методы анализа» входит 

в комплекс учебно-методических материалов, подготовленных 
кафедрой химии МГТУ им. Н.Э. Баумана с целью методического 
обеспечения учебного процесса по модулю «Физико-химические 
методы анализа» дисциплины «Аналитическая химия». 
Хроматография — один из современных и высокочувствительных 
методов, широко применяемый как для выделения индивидуальных 
соединений высокой степени чистоты, так и для 
эффективного качественного и количественного химического 
анализа. Хроматографические методы анализа применяют в биохимии 
и молекулярной биологии, а также в газовой и нефтеперерабатывающей 
промышленности, в тонком органическом синтезе. 
Используются хроматографические методы и для мониторинга 
состояния окружающей среды. Студенты МГТУ им. Н.Э. Баумана, 
обучающиеся по направлению подготовки 01.03.02 «Технос-
ферная безопасность», должны владеть базовым объемом знаний 
и уметь применять их для получения сведений о состоянии изучаемого 
объекта.
Практикум содержит 12 работ, охватывающих основные виды 
препаративной хроматографии (распределительной, ионообменной, 
осадочной и др.). Помимо описания лабораторных работ 
приведены необходимые теоретические сведения, контрольные 
вопросы, примеры решения практических задач и задачи для самостоятельного 
решения.
Цель выполнения предлагаемых лабораторных работ — освоение 
практических навыков качественного и количественного 
хроматографического анализа. 
Планируемые результаты усвоения учебного материала — умение 
выбирать приемлемые методы хроматографического анализа 
и развитие творческого мышления.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1. ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ И ЕГО ВИДЫ

Хроматографический анализ является одним из наиболее 
эффективных и универсальных методов разделения смесей 
органических и неорганических веществ, их быстрой очистки, 
идентификации и концентрирования. Хроматография (от 
гр. χρῶμα — цвет) была открыта русский биологом М.С. Цветом 
в 1901–1903 гг. в процессе изучения состава хлорофилла и механизма 
фотосинтеза.
Хроматографией называют метод разделения, анализа и физико-
химического исследования веществ, основанный на их распределении 
между двумя фазами — подвижной и неподвижной. 
Этот процесс основан на многократном повторении актов сорбции 
и десорбции вещества при перемещении его в потоке подвижной 
фазы вдоль неподвижного сорбента. 
В качестве подвижной фазы выступает, как правило, газ или 
жидкость, которые содержат смесь разделяемых веществ (в этом 
случае говорят о газовой или жидкостной хроматографии соответственно). 
Подвижную фазу, вводимую в слой неподвижной фазы, 
называют элюентом. В качестве неподвижной фазы (сорбента) 
используют твердое вещество или жидкость, нанесенные на твердый 
инертный носитель. Неподвижная фаза обеспечивает разделение 
молекул, если она обладает хотя бы одним из приведенных 
ниже свойств: 
1) физически сорбирует (поглощает) растворенные вещества 
из раствора; 
2) химически сорбирует растворенные вещества из раствора; 
3) растворяет разделяемые вещества в определенном растворителе 
при контакте с растворами; 
4) имеет пористую структуру и не задерживает другие вещества 
в зависимости от размера и формы их молекул.
По механизму взаимодействия исследуемого вещества с неподвижной 
фазой выделяют следующие виды хроматографии: 

распределительная хроматография, основанная на различной 
растворимости компонентов смеси в двух несмешивающихся  
фазах;
ионообменная хроматография, основанная на способности 
компонентов смеси к ионному обмену с сорбентом; 
осадочная хроматография, основанная на различии в растворимости 
осадков, образуемых компонентами смеси с реагентом, 
нанесенным на сорбент;
адсорбционная хроматография, основанная на различии адсор-
бируемости компонентов смеси на носителе;
гель-хроматография (ситовая хроматография, гель-фильтра- 
ция), основанная на различии в проницаемости молекул компонентов 
смеси в неподвижной фазе.
Классификация методов хроматографического разделения 

в зависимости от агрегатного состояния подвижной и неподвижной 
фаз, а также принципа разделения приведена в табл. 1.

Таблица 1

Классификация методов хроматографического разделения

Вид  
хроматографии
Подвижная 
фаза

Неподвижная 

фаза

Принцип  
разделения

Газовая:
газоадсорбционная
газожидкостная
Газ
»
Твердая
Жидкая 
Адсорбционный
Распределительный 

Жидкостная: 
твердожидкостная
жидкостно жи костная
-
д
ионнообменная

Жидкость
»
»

Твердая
Жидкая
Твердая 

Адсорбционный
Распределительный
Ионный обмен

В связи с тем что большинство анализируемых или разделяемых 
методом хроматографии веществ не обладает летучестью, 
а многие из них к тому же неустойчивы при высоких температурах 
и разлагаются при переходе в газообразное состояние (особенно 
витамины, липиды, некоторые высокомолекулярные соединения 
и др.), газовая хроматография, в отличие от жидкостной хроматографии, 
применима для весьма ограниченного круга веществ. 
Поэтому в дальнейшем будем рассматривать только методы жидкостной 
хроматографии.

В зависимости от способа ввода смеси исследуемых веществ 
и способа перемещения хроматографических зон по слою сорбента (
неподвижной фазы) различают следующие варианты жидкостной 
хроматографии: элюентный (или проявительный), фронтальный 
и вытеснительный. 
Элюирование — процесс вымывания растворенного вещества 
растворителем. Рассмотрим поведение смеси растворенных веществ 
А и В, размещенных первоначально на одном конце слоя 
неподвижной фазы (рис. 1). Предположим, что А удерживается 
сорбентом сильнее, чем В. Если через слой пропускать подвижную 
фазу, которая удерживается еще слабее, чем А и В, то эта фаза 
будет вымывать вещества А и В со скоростями, пропорциональными 
степеням их удерживания. 

Рис. 1. Элюирование бинарной системы: 

а — положение хроматографических зон разделяемых компонентов через определенные 
интервалы времени; б — хроматограмма 

При достаточно большом различии в скоростях перемещения 
первоначально наложенные друг на друга хроматографические 
зоны А и В (см. рис. 1) будут постепенно разделяться и в итоге 
образуют две обособленные зоны, разделенные чистым элюен-
том. Причем зона В в силу худшей сорбции вещества будет продвигаться 
впереди зоны А.
Графическим результатом хроматографического процесса является 
хроматограмма — кривая, описывающая зависимость концентрации 
анализируемых веществ в элюате от времени. Хрома-
тограмма состоит из ряда пиков, каждый из которых при полном 
разделении смеси соответствует одному компоненту анализируемой 
пробы.
При фронтальном анализе смесь растворенных веществ непрерывно 
подают в начало слоя неподвижной фазы, что заставляет 
ее продвигаться к другому концу слоя (подвижной фазой является 
сама смесь разделяемых веществ). Если вещество В удерживается 
сильнее, чем вещество А, фронт растворенных веществ будет 
обедняться компонентом В и в конечном счете на другом конце 
слоя появится чистый компонент А. Тем временем произойдет 
насыщение слоя веществом В, которое начнет продвигаться вдоль 
слоя вместе с веществом А. В итоге через слой будет протекать 
смесь веществ. Указанным способом можно в чистом виде получить 
только наименее сорбируемое вещество (А). 
В случае использования вытеснительного метода, как и при 
элюировании, небольшую пробу помещают на одном конце слоя 
неподвижной фазы. Подаваемая подвижная фаза удерживается 
сильнее веществ А и В, поэтому она вытесняет и проталкивает 
эти вещества по всему слою. Поскольку В удерживается сильнее, 
чем А, то А движется перед В. Существуют также промежуточные 
зоны, составы которых изменяются от чистого А до чистого 
В и от чистого В до чистой подвижной зоны.
Аппаратные методы получения хроматограмм — колоночная 
хроматография и плоскостная хроматография.
Суть колоночной хроматографии заключается в том, что неподвижной 
фазой заполняют стеклянную, пластмассовую или металлическую 
трубку (колонку), через которую проходит подвижная 
фаза, несущая смесь анализируемых веществ (молекул, ионов 
и т. д.). На практике используют два вида колонок: набивные (весь 
объем трубок заполняется зернами сорбента) и капиллярные (сорбент 
наносят только на внутреннюю поверхность в виде тонкого 
слоя так, что центральная часть колонки остается пустой). 

Разделяемую смесь веществ помещают в верхнюю часть заполненной 
трубки и через колонку пропускают подвижную 
фазу — элюент, который движется под действием гидростатического 
давления; если необходимо более высокое давление, то используют 
насос. Компоненты пробы выходят из колонки в виде 
разбавленного раствора в подвижной фазе. 
Если неподвижную фазу распределяют в виде тонкого открытого 
слоя (плоскостная хроматография), то слой либо удерживается 
на стеклянной, металлической или пластмассовой подложке 
(хроматография в тонком слое, или тонкослойная хроматография), 
либо сам является подложкой (хроматография на бумаге, или бумажная 
хроматография). Во втором случае пробу наносят около 
одного края слоя, который затем погружают в подвижную фазу. 
Растворитель проходит через неподвижную фазу под действием капиллярных 
сил (восходящая, или горизонтальная, хроматография) 

Рис. 2. Общий вид газового хроматографа  
(модель «Хроматэк-Кристалл 5000») 

или под действием силы тяжести (нисходящая хроматография). 
Компоненты пробы мигрируют через слой, но хроматографический 
процесс обычно прекращают до того, как растворенные вещества 
достигнут внешнего края слоя.
Некоторые виды хроматографии осуществляются с помощью 
приборов, называемых хроматографами (рис. 2). Основными 
узлами хроматографа являются хроматографическая колонка, 
детектор, а также устройство для ввода пробы. Колонка, содержащая 
сорбент, выполняет функцию разделения анализируемой 
смеси на составные компоненты, а детектор — функцию их количественного 
определения. Детектор, расположенный на выходе из 
колонки, автоматически непрерывно определяет концентрацию 
разделяемых соединений в потоке подвижной фазы. В настоящее 
время наиболее разработанным прибором является газовый хроматограф.


2. РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ

Метод распределительной хроматографии заключается в распределении 
компонентов смеси между двумя несмешивающимися 
фазами — носителем (сорбентом) и растворителем (элюентом). 
Процесс хроматографирования обусловлен прохождением подвижной 
фазы вдоль неподвижной и переносом компонента разделяемой 
смеси по слою с различными скоростями. 

2.1. Методика распределительной хроматографии  
в колонках

Вначале в колонку с носителем (сорбентом) вводят небольшой 
объем концентрированного раствора смеси разделяемых компонентов, 
а затем промывают колонку подвижным растворителем 
(элюентом). Фильтрат собирают отдельными порциями (фракциями) 
и анализируют в них содержание компонентов (рис. 3).
Хроматографическую колонку можно представить как ряд 
элементарных участков — «тарелок» (в соответствии с теорией 
теоретических тарелок Мартина и Синджа), на каждой из которых 
очень быстро устанавливается равновесие между сорбентом 
и подвижной фазой. Каждая новая порция подвижной фазы 
вызывает смещение этого равновесия, вследствие чего часть  

вещества переносится на следующую 
тарелку, на которой, в свою 
очередь, 
устанавливается 
новое 
равновесное распределение, затем 
происходит перенос вещества на 
последующую тарелку.
В результате этих процессов 
хроматографируемое вещество рас- 
пределяется на нескольких тарелках. 

Следует отметить, что перемещение 
подвижной фазы в колонке 
обеспечено как силами межмолекулярных 
взаимодействий, так 
и силами гравитации.

В распределительной хроматографии 
в качестве носителей могут 
применяться различные вещества, 
которые должны отвечать следующим 
требованиям: 
• плотно удерживать на поверхности 
водную или органическую 
фазу; 
• быть инертными по отношению 
к разделяемым (анализируемым) 
веществам — никакие химические 
и адсорбционные процессы 
на них (по возможности) не должны 
происходить; 
• быть нерастворимыми в при- 

меняющихся 
растворителях 
— 

элюентах. 
В качестве носителей используют силикагель SiO2 ⋅ nH2O, оксид 
алюминия Al2O3, очищенный крахмал, целлюлозу и др.
Подвижный и неподвижный растворители подбирают в зависимости 
от природы разделяемых веществ, носителя и его полярности. 
Так, если носителем служит гидрофильное вещество, 
то неподвижным растворителем является вода, а подвижным 
растворителем — органический растворитель (хлороформ, бутиловый 
спирт и др.). Если носитель гидрофобное вещество, то неподвижный 
растворитель — неполярные органические вещества 

Рис. 3. Хроматографическая 
колонка