Применение методов хроматографии в аналитической химии

Московский государственный технический университет  
имени  Н.Э. Баумана 
 
 
 
 
 
 
 
 ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ХРОМАТОГРАФИИ 
В АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ 
 
 
 
 
 
Методические указания к выполнению лабораторных работ  
по курсу «Аналитическая химия» 
 
 

 

 

 
 
 
 
 
 
 
М о с к в а 
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 
2 0 0 7 

УДК 543.54(076) 
ББК  24.58 
          X94 
 
 
 
Рецензент  В.О. Гладышев 

  
Применение методов хроматографии в аналитической 
химии: Метод. указания к выполнению лабораторных работ 
по курсу «Аналитическая химия» / П.В. Слитиков, Ж.Н. Каб-
лучая, В.Н. Горячева, И.В. Татьянина. –  М.: Изд-во МГТУ 
им. Н.Э. Баумана, 2007. – 40 с.: ил. 

 

Рассмотрен один из физико-химических методов количественного 
и качественного анализа – хроматография. Описаны хроматографические 
методы анализа, хроматографические параметры, анализ 
и методы расчета хроматограмм. Приведены опыты лабораторного 
практикума, а также примеры решения задач и задачи 
для самостоятельной работы студентов. 
Для студентов 2-го курса экологической специализации факультета «
Энергомашиностроение», изучающих курс «Аналитическая 
химия». 
Ил. 9. Табл. 4.  Библиогр. 20 назв. 
 
                                     УДК 543.54(076) 
                                                                                                     ББК 24.58 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

 
 © МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007  

X94 

Предисловие 

Хроматография является одним из основных методов количественного 
и качественного анализа органических и неорганических 
веществ. Хроматографию  применяют в различных отраслях 
науки и техники: в молекулярной биологии, в биохимии, в газовой 
и нефтеперерабатывающей промышленности, для мониторинга 
окружающей среды, автоматизации технических процессов, определения 
физико-химических характеристик веществ, как метод 
исследования кинетики гомогенных и гетерогенных реакций и т. д. 
Поэтому современный инженер должен владеть базовым объемом 
знаний в этой области. 
Настоящие методические указания, предназначенные для студентов 
нехимических вузов, составлены так, чтобы облегчить усвоение 
теоретического материала. Поэтому краткое изложение 
теоретических основ каждого метода хроматографического анализа 
предшествует описанию лабораторных работ. Приведены примеры 
решения задач и необходимых при проведении анализа расчетов, 
а также примеры аналитических определений. В конце  
методических указаний даны задачи для самостоятельного решения 
и список рекомендуемой литературы. Список лабораторных 
работ составлен таким образом, чтобы наиболее полно охватить 
рассматриваемые теорией или имеющие практическое значение 
вопросы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

1. КЛАССИФИКАЦИЯ ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИХ 
МЕТОДОВ 

Хроматографический анализ является одним из наиболее эффективных 
и универсальных методов разделения смесей органических 
и неорганических веществ, быстрой очистки, идентификации 
и концентрирования. Он был разработан русским биологом  
М.С. Цветом в 1901−1903 гг. в процессе изучения состава хлорофилла 
и механизма фотосинтеза. 
Хроматография как метод разделения и анализа веществ основана 
на их распределении между двумя фазами − подвижной и 
неподвижной. Подвижной фазой служит газ или жидкость, которые 
содержат смесь разделяемых веществ (в этом случае говорят о 
газовой или жидкостной хроматографии). Подвижную фазу, вводимую 
в слой неподвижной фазы, часто называют элюентом. В 
качестве неподвижной фазы используют твердое вещество или 
жидкость, нанесенную на твердый инертный носитель. Неподвижная 
фаза обеспечивает разделение молекул, если она обладает хотя 
бы одним из нижеприведенных свойств: 1) физически сорбирует 
(поглощает) растворенные вещества из раствора; 2) химически 
сорбирует растворенные вещества из раствора; 3) растворяет разделяемые 
вещества в несмешивающемся растворителе при контакте 
с растворами; 4) имеет пористую структуру и задерживает частицы 
только определенных размеров и форм. 
По механизму взаимодействия веществ с неподвижной фазой 
выделяют несколько видов хроматографии:  
распределительная хроматография, которая основана на различии 
в растворимостях компонентов смеси в двух несмешивающихся 
жидких фазах;  
осадочная, основанная на различии в растворимостях осадков, 
образуемых компонентами смеси с реагентом, нанесенным на сорбент; 

ионообменная хроматография, которая основана на различии в 
способностях компонентов смеси к ионному обмену;  
эксклюзионная, или молекулярно-ситовая – на разных проницаемостях 
молекул компонентов смеси в неподвижную фазу; 
адсорбционная – на различии в адсорбируемостях компонентов 
смеси.  

Хроматографические методы разделения в зависимости от агрегатного 
состояния подвижной и неподвижной фаз и принципа 
разделения описаны в табл. 1. 

Таблица 1 

Основные виды хроматографии 

Вид 
Подвижная 
фаза 
Неподвижная 
фаза 
Принцип  
разделения 

Газовая: 
газоадсорбционная 
газожидкостная 

 
Газ 
Газ 

 
Твердая 
Жидкость 

 
Адсорбционный 
Распределительный 

Жидкостная: 
твердожидкостная 
жидкостножидко-
стная 
ионообменная 

 
Жидкость 
Жидкость 
 
Жидкость 

 
Твердая 
Жидкость 
 
Твердая 

 
Адсорбционный 
Распределительный 
 
Ионный обмен 

 
Метод жидкостной хроматографии применим для разделения 
более широкого круга веществ, чем метод газовой хроматографии, 
поскольку большинство веществ не обладает летучестью, многие 
из них неустойчивы при высоких температурах (особенно высокомолекулярные 
соединения) и разлагаются при переведении в газообразное 
состояние. Поэтому в дальнейшем мы будем рассматривать 
только разновидности жидкостной хроматографии. 
В зависимости от способа ввода смеси исследуемых веществ и 
способа перемещения хроматографических зон по слою сорбента 
(неподвижной фазы) различают следующие методы хроматографии: 
проявительный (или элюентный), 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 
слоем сильнее, чем В. Если через слой пропускать подвижную фазу, 
которая удерживается слабее, чем А и В, то эта фаза будет вымывать 
вещества А и В со скоростями, соответствующими степени 
их удерживания. При достаточно большом различии в скоростях 
перемещения первоначально наложенные друг на друга зоны А и 
В будут постепенно разделяться и в итоге образуют две обособленные 
зоны, разделенные чистым элюентом, причем зона В будет 
продвигаться впереди зоны А. 

Рис. 1. Элюирование бинарной системы: 
а – положение хроматографических зон разлеляемых компонентов через 
определенные интервалы времени; б – хроматограмма 

Графическим результатом хроматографического процесса является 
хроматограмма − кривая, описывающая зависимость концентрации 
анализируемых веществ в элюате от времени. Она состоит 
из ряда пиков, каждый из которых при полном разделении 
соответствует одному компоненту анализируемой пробы. 
При фронтальном анализе смесь растворенных веществ непрерывно 
подают в начало слоя неподвижной фазы и заставляют продвигаться 
к другому концу слоя (подвижной фазой является сама 
смесь разделяемых веществ). Если В удерживается сильнее, чем 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 компонентом В, и он 
начнет продвигаться вдоль слоя вместе с компонентом А. В итоге 
через слой будет протекать смесь веществ. Указанным способом 
можно в чистом виде получить только наименее сорбируемое вещество (
компонент 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 
компоненты по всему слою. Так как В удерживается сильнее,  
чем А, А движется перед В. Существуют также промежуточные 
зоны, составы которых меняются от чистого А до чистого В и от 
чистого В до чистой подвижной зоны. 
Аппаратурные методы получения хроматограмм – это колоночная 
хроматография и плоскостная хроматография (тонкослойная 
и бумажная хроматографии). 
Суть колоночной хроматографии заключается в том, что неподвижной 
фазой заполняют стеклянную, пластмассовую или металлическую 
трубку (колонку). На практике используют набивные 
(весь объем трубок заполняется зернами сорбента) и капиллярные 
колонки (сорбент наносят только на внутреннюю поверхность в 
виде тонкого слоя так, что центральная часть колонки остается 
пустой). Исследуемую пробу помещают в верхнюю часть заполненной 
трубки и через колонку из резервуара с элюентом пропускают 
подвижную фазу. Подвижная фаза движется под действием 
гидростатического давления; если же необходимо более высокое 
давление, то используют насос. Компоненты пробы выходят из 
колонки в виде разбавленного раствора в подвижной фазе. 
Если же неподвижную фазу распределяют в виде тонкого открытого 
слоя, то слой либо удерживается на стеклянной, металлической 
или пластмассовой подложке (хроматография в тонком 
слое), либо сам является подложкой (хроматография на бумаге). В 
этом 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) 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. 
Ряд видов хроматографии осуществляется с помощью приборов, 
называемых хроматографами. 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 определе-

ния. Детектор, расположенный на выходе из колонки, автоматически 
непрерывно определяет концентрацию разделяемых соединений 
в потоке подвижной фазы.  

2. РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ 

Распределительно-хроматографический метод заключается в 
распределении компонентов смеси между двумя несмешивающимися 
жидкими фазами − растворителями. 

2.1. Методика распределительной хроматографии в колонках 

В колонку с носителем вводят небольшой объем раствора смеси 
компонентов, а затем промывают колонку подвижным растворителем. 
Фильтрат собирают отдельными порциями, анализируют 
в них содержание компонентов (рис. 2). 
Хроматографическую колонку можно 
представить как ряд элементарных 
участков, называемых тарелками (по 
теории теоретических тарелок Мартина 
– Синджа), на каждой из которой 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 и 
происходит перенос вещества на последующую 
тарелку. В результате этих 
процессов хроматографируемое вещество 
распределяется на нескольких тарелках. 

В качестве носителей в распределительной 
хроматографии могут применяться 
различные вещества, которые 
должны отвечать следующим требованиям: 
а) плотно удерживать на поверхности 
водную или органическую фазу; 

Рис. 2. Хроматографическая 
колонка 

б) быть инертными − никакие химические и адсорбционные процессы 
на них по возможности не должны происходить; в) быть 
нерастворимыми в применяющихся растворителях. Носителями 
часто служат силикагель, очищенный крахмал, целлюлоза и др. 
Подвижный и неподвижный растворители подбирают в зависимости 
от природы разделяемых веществ, от природы носителя и 
его полярности. Так, если носитель – гидрофильное вещество, то 
неподвижным растворителем является вода, а подвижным растворителем − 
органический растворитель (хлороформ, бутиловый 
спирт и др.). Если же носитель – гидрофобное вещество, то неподвижный 
растворитель − неполярное органическое вещество (бензол, 
керосин и т. д.), подвижный растворитель − полярное органическое 
вещество (метиловый спирт, нитрометан), вода, серная кислота 
и др. Следует отметить, что добавляемая к растворителям 
минеральная кислота должна иметь тот же анион, что и анион 
хроматографируемого соединения, так как иначе может произойти 
размывание зон. 
Основная искомая характеристика вещества при колоночной 
хроматографии (если температура колонки, состав подвижной фазы 
и ее скорость постоянны) − объем удерживания (или время 
удерживания в случае жидкостной хроматографии), который для 
каждого компонента смеси зависит от его коэффициента распределения: 

 
,

r
m
s
V
V
KV
=
+
    
 (1) 

где Vr − объем удерживания (объем подвижной фазы, необходимый 
для элюирования данного вещества через слой неподвижной 
фазы); Vm − объем подвижной фазы, содержащийся в слое при насыщении; 
Vs − объем неподвижной фазы при насыщении. 
Коэффициент распределения растворенного вещества K выражается 
отношением концентрации вещества в неподвижной фазе 
Cs к концентрации вещества в подвижной фазе Cm в равновесных 
условиях: 

          
.
s

m

C
K
C
=
  
(2) 

На рис. 3 показан хроматографический пик кривой элюирова-
ния: точка A′ соответствует вводу пробы; А − выходу несорби-

рующего компонента; B − появлению анализируемого вещества; 
пик ВDЕ (называют хроматографическим пиком) соответствует 
выходу анализируемого компонента. Линия A AB
′
 и ее продолжение 
BE представляет собой нулевую линию. 

Рис. 3. Хроматографический пик 

Хроматографический пик характеризуется высотой, шириной и 
площадью. С удовлетворительной точностью контур пика описывается 
уравнением Гаусса 

 

2
0
2
 ст

(
)

2
max
,

m
m
V
V

C
C
e

−
−
μ
=
 
(3) 

где Vm − объем подвижной фазы; Vm0 − объем подвижной фазы, 
соответствующий Сmax; μст − стандартное отклонение, равное по-

луширине пика при 
1/ 2
max
.
С
e
C
=
 

Высотой пика считают h (или 
)
h′  − расстояние от нулевой линии 
до точки пересечения касательных, проведенных к кривой в 
точках перегиба). Шириной пика ω  называют расстояние между 
точками контура на половине его высоты (FH = μ0,5), либо рас-