ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы К истории хроматографического метода из "Хроматография в биологии" Анализ продуктов жизнедеятельности организмов является одной из самых трудных задач биологии, химии и физики. В живом организме в процессе обмена веществ синтезируются и распадаются сложнейшие соединения (белки, углеводы, жиры, ферменты, витамины, гормоны и т. д.). Для очистки и разделения веществ в органической химии и биохимии широко применяются методы, основанные на различиях в упругости пара (обычная перегонка, перегонка с водяным паром, фракционная перегонка, перегонка в вакууме, сублимация и др.) и растворимости веществ (распределение между двумя несмешивающимися жидкостями, экстракция, осаждение специально подобранными веществами или изменением pH раствора и другие приемы). Бурное развитие химии в XX в. вызвало необходимость создания принципиально нового метода выделения и очистки природных веществ, применяемого в тех случаях, когда приведенные выше приемы вызывают глубокие изменения состава выделяемых веществ и когда последние находятся в природном материале в сложных смесях или в ничтожном количестве. Новый метод разделения веществ был открыт в 1903 г. выдающимся русским ученым М. С. Цветом и назван им хроматографическим методом. [c.5] Будучи по специальности ботаником, Цвет посвятил свою научную деятельность исследованию растительных пигментов. Особенно интересовал его вопрос о природе и физиологической роли хлорофилла. Приступая к изучению этой трудной и важной проблемы. Цвет столкнулся с необходимостью разработки надежного и эффективного метода разделения и выделения в чистом виде растительных пигментов. [c.5] Цвет провел систематическое исследование адсорбции пигментов на различных адсорбентах, стремясь найти практические пути использования адсорбционных явлений для разделения пигментов. [c.6] Необходимо отметить, что в то время, когда Цвет производил свои исследования (1899—1914 гг.), адсорбенты уже широко использовались в науке и в особенности в технике. Известны были два способа применения адсорбентов для очистки веществ— в статических и в динамических условиях. В последнем случае адсорбенты применялись в виде адсорбционных фильтров. Техника применения адсорбционных фильтров впервые была разработана в 1785 г. русским академиком Т. Е. Ловицем. Изобретенные им угольные фильтры использовались для очистки загрязненных вод и растворов. На русских сахарных заводах угольные фильтры применялись для удаления из сахарных растворов красящих веществ. В первом десятилетии нашего века в русской промышленности, кроме угольных фильтров, стали применяться и ионообменные адсорбенты. При помощи цеолитовых и шабазитовых фильтров производили, например, удаление калия из сахарных растворов путем обменного замещения его на кальций. Ионообменные фильтры стали применяться также для умягчения воды (Н. Н. Зимин, 1909). [c.6] Таким образом. Цвет в своих исследованиях мог опираться на богатый опыт русской науки и техники но применению адсорбентов. [c.6] Многочисленными опытами он показал, что хлорофилл адсорбируется из петролейного эфира очень многими веществами органической и неорганической природы. [c.6] Различия в адсорбируемости были успешно пспользованы в биохимических исследованиях до Цвета только один раз -— русским ученым А. И. Данилевским (1862) для отделения амилазы от трипсина. [c.7] В 1903 г. Цвет опубликовал работу О новой категории адсорбционных явлений и о применении их к биохимическому анализу В этой работе он указывает, что им были испытаны два способа использования различий в адсорбируемости для разделения пигментов — в статических и в динамических условиях. Цвет показал, что динамический способ наиболее эффективен. По этому методу раствор, содержащий смесь пигментов, пропускается через слой адсорбента. Вследствие различий в адсорбируемости отдельных пигментов последние располагаются в колонке адсорбента в виде отдельных, различно окрашенных зон при промывании колонки чистым растворителем зоны, передвигаясь вниз колонки с различной скоростью, все более и более обособляются, и, наконец, происходит их полное разделение, когда каждая из зон будет содержать только один пигмент. В дальнейшем можно механически разделить колонку на части и из каждой выделить адсорбированное вещество в чистом виде. Этот новый метод разделения смесей веществ Цвет назвал хроматографическим методом. [c.7] Таким образом, 1903 год нужно считать годом создания хроматографического анализа. [c.7] На рис. 1 представлена полученная Цветом хроматограмма хлорофиллового. экстракта. В качестве адсорбента использовались углекислый кальций, сахар и инулин. Растворителями были петролейный эфир, бензол и сероуглерод. После промывания бензолом получилась хроматограмма, содержащая, как видно из рисунка, восемь зон. [c.8] Цвет разработал технику хроматографического анализа смеси веществ, дал наименование основных процедур и на ряде блестящих экспериментов показал исключительную эффективность открытого им метода в области разделения пигментов. [c.9] Лишь в 30-х годах сложились условия, вызвавшие возрождение хроматографического метода и дальнейшее его развитие. Хроматографический метод из области биохимии стал довольно быстро проникать в органическую, неорганическую и аналитическую химию, химическую технологию и смежные с ними отрасли науки и техники. С хроматографическим методом связаны успехи в области изучения хлорофилла, каротинопдов, аминокислот, витаминов, гормонов, ферментов, антибиотиков, алкалоидов, углеводородов, редкоземельных элементов, изотопов и пр. [c.10] В настоящее время хроматографический метод является одним из основных методов разделения смесей. О том, насколько велико его значение для современной науки и техники, можно удить хотя бы по тому факту, что новые радиоактивные трансурановые элементы были выделены в чистом виде благодаря применению хроматографического метода (см. статью Дж. Шуберта в сб. Ионный обмен , 1951 г.). [c.10] Научная заслуга Цвета состоит в том, что он не только разработал весьма важный новый метод разделения смесей веществ, но и правильно предвидел перспективы его развития. В классическом хроматографическом методе для целей разделения веществ используются различия в адсорбируемости компонентов смеси. Однако в работах Цвета имеются указания на то, что разделение веществ в динамических условиях может происходить и в результате иных явлений. Действительно, за последние годы разработаны новые варианты хроматографического метода, в которых для разделения веществ при помощи колонок пористых материалов используются такие физико-химические явления, как ионный обмен, распределение между несмешивающимися жидкими фазами и образование осадков. [c.10] Сущность хроматографического метода в современном понимании можно сформулировать следующим образом любая жидкая или газообразная смесь веществ может быть разделена на составные части путем фильтрации ее через колонку пористого материала, если имеют место качественные или количественные различия во взаимодействии компонентов смеси с материалом колонки. [c.10] В молекулярной хроматографии (классический метод Цвета) вещества адсорбируются на материале колонки под действием межмолекулярных сил. В ионообменной хроматографии для целей разделения ионов используется процесс обмена ионов между раствором и ионообменным адсорбентом. [c.11] В целом ряде случаев разделение веществ может происходить в результате нескольких одновременных физико-химических явлений. Это приводит к образованию хроматограмм смешанного типа. Природа смешанных хроматограмм не может быть часто сразу выяснена, и поэтому требуется проведение дополнительных исследований. [c.11] Непосредственное отношение к адсорбционной хроматографии имеют также работы Ф. Г. Прохорова, Ю. М. Кострикина, К. А. Янковского, А. С. Смирнова, В. А. Клячко и многих других советских исследователей. [c.11] Вернуться к основной статье