"Хроматография" означает "цветопись"

В 1903 г. русский ботаник М. С. Цвет сделал изобретение, которое много лет оставалось незамеченным, но затем приобрело такое значение, что сейчас невозможно представить себе, как бы химики работали, не будь этого открытия.

Изобретение называется хроматографией, что буквально означает "цветопись". Но название это происходит не от фамилии изобретателя. Поясним суть этого открытия.

Возьмем длинную стеклянную трубку, укрепим ее вертикально и заполним порошком оксида алюминия, смоченным какой-нибудь жидкостью, например бензолом. Теперь приготовим смесь двух веществ (назовем их А и Б). Пусть эти вещества будут по свойствам похожи друг на друга, но будут отличаться, например, размером молекул (Б больше А).?

Растворим нашу смесь в небольшом количестве бензола и нанесем ее сверху в трубку с оксидом алюминия (этот прибор называется хроматографической колонкой). Оба вещества осядут на зернах носителя - в нашем случае оксида алюминия, адсорбируются; но адсорбируемость у веществ А и Б будет различной. Это свойство молекул зависит от многих факторов: от способности образовывать связи с веществом носителя (например, водородные связи), от геометрии молекулы, от ее электрических, магнитных свойств. Конечно, адсорбируемость в наибольшей мере определяется наличием функциональных групп. Но если в двух молекулах содержатся одинаковые группы, то обычно чем крупнее молекула, тем она прочнее удерживается носителем. Это понятно - чем больше поверхность молекулы, тем большей площадью она соприкасается с носителем, тем сильнее ее взаимодействие с оксидом алюминия. И, кроме того, заметим: чем больше молекула, тем труднее ее "смыть" с зерна носителя.

Добавим теперь сверху в колонку растворитель бензол. Он потечет между зернами оксида алюминия вниз, увлекая за собой молекулы веществ А и Б. Но перемещаться вместе с растворителем молекулы А и Б будут по-разному; вещество А - легко, а молекулы Б - гораздо труднее. Результат - полоса вещества Б движется позже полосы вещества А. Хроматография позволяет разделить вещества, которые другими способами разделить подчас не удается.

Конечно, очень удобно, когда вещества окрашены (Цвет впервые применил хроматографию для разделения зеленых хлорофиллов). Поэтому, например, метод широко применяется в химии ферроцена, все производные которого ярко окрашены. Но все сказанное относится и к неокрашенным веществам. Здесь, конечно, сложнее увидеть полосы или пятна, но некоторые соединения светятся под действием ультрафиолетовых лучей. Или наоборот - светится носитель, а места колонки, где "сидят" полосы веществ, кажутся темными.

Хроматографию можно проводить даже на обычной фильтровальной бумаге. В данном случае носителем будет обычная клетчатка. Очень широко применяется этот вид хроматографии для идентификации отдельных аминокислот в природных смесях. При этом растворитель пропускают несколько раз в различных направлениях. Полученную хроматограмму потом проявляют, опрыскивая специальным раствором.

Здесь условно показан принцип хроматографического разделения веществ. Большие белые кружки -это зерна оксида алюминия, мелкие черные кружочки - маленькие молекулы вещества А, заштрихованные кружки -более крупные молекулы вещества Б

Мы остановились только на одном способе хроматографического разделения, когда разделяемые вещества отличаются друг от друга способностью сорбироваться твердым носителем. Возможны и другие принципы разделения, например, основанные на различиях в растворимости, прочности связей, образуемых разделяемыми веществами и некоторыми носителями, например, ионообменными смолами. Важная ветвь хроматографии - гель-фильтрация - основана на том, что раствор, содержащий вещества различной молекулярной массы, пропускают через колонку с пористыми зернами геля. При этом крупные молекулы, не умещающиеся в порах, проходят свободно между зерен, а мелкие задерживаются гелем, Именно так проводят разделение и очистку белков.

Даже если вещества по своей способности связываться с носителем различаются очень незначительно, увеличивая длину колонки и варьируя растворители (элюенты), можно добиться исключительно высокого разрешения-. Внедрение хроматографических методов в химическую практику создало совершенно новую ситуацию. Раньше синтез считался неудачным;, когда в результате эксперимента получалось' несколько веществ, скажем, более трех-четырех, так что выход каждого из них не превышал 20-30% и возникали иногда непреодолимые трудности при разделении и идентификации продуктов: теперь и десяток компонентов в смеси - не беда. Все они могут быть разделены, очищены и идентифицированы. Более того, разделяя смесь, мы узнаем относительный выход различных продуктов, что чисто позволяет судить о механизме химических превращений, природе отдельных стадий и промежуточных продуктов.