Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

История хроматографии пролетов с серединой 19-го века до 21 - го. Хроматография , буквально «цветное письмо» [1], использовалась - и получила свое название - в первом десятилетии 20-го века, в первую очередь для разделения растительных пигментов, таких как хлорофилл (зеленый) и каротиноиды (оранжевый и желтый). . Новые формы хроматографии, разработанные в 1930-х и 1940-х годах, сделали эту технику полезной для широкого круга процессов разделения и задач химического анализа , особенно в биохимии .

Предшественники [ править ]

Самое раннее использование хроматографии - пропускание смеси через инертный материал для разделения компонентов раствора на основе дифференциальной адсорбции - иногда приписывают немецкому химику Фридлибу Фердинанду Рунге , который в 1855 году описал использование бумаги для анализа красителей . Рунге наносил пятна различных неорганических химических веществ на круги фильтровальной бумаги, уже пропитанной другим химическим веществом, и реакции между различными химическими веществами создавали уникальные цветовые узоры. [2] Однако, согласно историческому анализу LS Ettre , работа Рунге «не имела ничего общего с хроматографией» (и вместо этого должна рассматриваться как предшественник химических точечных тестов, таких какТест Шиффа ). [3]

В 1860-х годах Кристиан Фридрих Шёнбейн и его ученик Фридрих Гоппельсредер опубликовали первые попытки изучить различные скорости, с которыми различные вещества проходят через фильтровальную бумагу. [4] [5] [6] Шенбейн, который считал капиллярное действие (а не адсорбцию) ответственным за движение, назвал метод капиллярного анализа , и Гоппельсредер провел большую часть своей карьеры, используя капиллярный анализ, чтобы проверить скорость движения широкого разнообразие веществ. В отличие от современной бумажной хроматографии, капиллярный анализ использует резервуары анализируемого вещества, создавая перекрывающиеся зоны компонентов раствора, а не отдельные точки или полосы. [7][8]

Работа над капиллярным анализом продолжалась, но без особого технического развития, вплоть до 20 века. Первые значительные успехи по сравнению с методами Гоппельсредера были достигнуты в работах Рафаэля Э. Лизеганга : в 1927 году он поместил фильтрующие полоски в закрытые контейнеры с атмосферой, насыщенной растворителями, а в 1943 году он начал использовать отдельные пятна образца, адсорбированные на фильтровальной бумаге, погруженные в чистый растворитель для достижения разделения. [9] [10] [11] Этот метод, по сути идентичный современной бумажной хроматографии, был опубликован незадолго до независимой - и гораздо более влиятельной - работы Арчера Мартина и его сотрудников, положившей начало широкому использованию бумажной хроматографии. [12]

В 1897 году американский химик Дэвид Талбот Дэй (1859–1915), в то время работавший в Геологической службе США, заметил, что сырая нефть образует цветные полосы, просачиваясь вверх через мелкодисперсную глину или известняк. [13] В 1900 году он сообщил о своих открытиях на Первом международном нефтяном конгрессе в Париже, где они произвели фурор. [14] [15]

Цвет и колоночная хроматография [ править ]

Тонкослойная хроматография используется для разделения цветных компонентов растительного экстракта.

Первую настоящую хроматографию обычно приписывают русско-итальянскому ботанику Михаилу Цвету . Цвет применил свои наблюдения с экстракцией фильтровальной бумаги к новым методам колоночного фракционирования , которые были разработаны в 1890-х годах для разделения компонентов нефти . Он использовал жидкостную адсорбционную колонку, содержащую карбонат кальция, для разделения желтых, оранжевых и зеленых пигментов растений (которые сегодня известны как ксантофиллы , каротины и хлорофиллы соответственно). Метод был описан 30 декабря 1901 г. на 11-м съезде естествоиспытателей и врачей (XI съезд естествоиспытателей и врачей) в г.Санкт-Петербург . Первое напечатанное описание было в 1903 году в журнале Варшавского общества естествоиспытателей, раздел биологии. Он впервые использовал термин хроматография в печати в 1906 году в своих двух статьях о хлорофилле в немецком ботаническом журнале Berichte der Deutschen Botanischen Gesellschaft . В 1907 году он продемонстрировал свой хроматограф Немецкому ботаническому обществу. Фамилия Михаила «Цвет» в переводе с русского означает «цвет», поэтому существует вероятность, что он назвал методическую хроматографию (буквально «цветное письмо») способом, которым он мог удостовериться в том, что он, простолюдин из царской России, может быть увековечен. .

В лекции 1903 года (опубликованной в 1905 году) Цвет также описал использование фильтровальной бумаги для приближения свойств живых растительных волокон в своих экспериментах с растительными пигментами - предшественником бумажной хроматографии . Он обнаружил, что может извлекать некоторые пигменты (такие как оранжевые каротины и желтые ксантофиллы ) из листьев с помощью неполярных растворителей , но для других (например, хлорофилла ) требуются полярные растворители . Он предположил, что хлорофилл удерживается в тканях растений за счет адсорбции., и что для преодоления адсорбции необходимы более сильные растворители. Чтобы проверить это, он нанес растворенные пигменты на фильтровальную бумагу, дал растворителю испариться, а затем применил различные растворители, чтобы посмотреть, какие из них могут извлечь пигменты из фильтровальной бумаги. Он обнаружил ту же картину, что и при экстракции листьев: каротин можно извлечь из фильтровальной бумаги с использованием неполярных растворителей, но для хлорофилла необходимы полярные растворители. [16]

До 1930-х гг. Работы Цвета мало использовались. [17]

Мартин и Synge и распределительная хроматография [ править ]

Методы хроматографии мало изменились после работы Цвета до бурного роста исследований новых методов в середине 20-го века, особенно благодаря работам Арчера Джона Портера Мартина и Ричарда Лоуренса Миллингтона Синджа . Путем «сочетания двух методов, хроматографии и метода противоточной экстракции растворителем» [18] Мартин и Синг разработали распределительную хроматографию для разделения химических веществ с небольшими различиями в коэффициентах распределения между двумя жидкими растворителями. [19] Мартин, который ранее работал в области химии витаминов (включая попытки очистить витамин Е), начал сотрудничать с Synge в 1938 году, привнес свой опыт проектирования оборудования в проект Synge по разделению аминокислот . После неудачных экспериментов со сложными противоточными экстракционными машинами и методами жидкостно-жидкостной хроматографии, когда жидкости движутся в противоположных направлениях, [20] Мартин пришел к идее использования силикагеля в колонках для удержания воды в неподвижном состоянии, пока органический растворитель течет через колонку. Мартин и Синдж продемонстрировали потенциал этих методов, разделив аминокислоты, отмеченные в колонке, добавлением метилового красного . [21] В серии публикаций, начиная с 1941 года, они описывали все более эффективные методы разделения аминокислот и других органических химикатов. [22]

В поисках лучших и простых методов идентификации аминокислотных составляющих пептидов Мартин и Синдж обратились также к другим средам для хроматографии. В кратком резюме в 1943 году, за которым последовала подробная статья в 1944 году, описывалось использование фильтровальной бумаги в качестве стационарной фазы для проведения хроматографии на аминокислотах: бумажная хроматография . [23] К 1947 году, Мартин, Синг и их сотрудники были применили этот метод (наряду с реагентом Фред Сангера для идентификации N-концевых остатков) , чтобы определить последовательность пентапептида грамицидина S . Эти и связанные с ними методы бумажной хроматографии также легли в основу усилий Фреда Сэнгера по определениюаминокислотной последовательности от инсулина . [24]

Уточнение техники [ править ]

Мартин в сотрудничестве с Энтони Т. Джеймсом продолжил разработку газовой хроматографии [25] (ГХ; принципы, которые Мартин и Синдж предсказали в своей знаменательной статье 1941 года), начиная с 1949 года. В 1952 году во время своей лекции для Нобелевской премии. Приз по химии (разделенный с Synge за их предыдущие работы по хроматографии) Мартин объявил об успешном разделении широкого спектра природных соединений с помощью газовой хроматографии. Ранее Эрика Кремер заложила теоретические основы ГХ в 1944 году, а австрийский химик Фриц Приор под руководством Эрики Кремер построил в 1947 году первый прототип газового хроматографа [26] и добился разделения кислорода идвуокиси углерода , в 1947 году, когда он защитил докторскую диссертацию. исследование. [27]

Простота и эффективность газовой хроматографии для разделения органических химикатов стимулировали быстрое внедрение этого метода, а также быструю разработку новых методов обнаружения для анализа выходных данных. Детектор по теплопроводности , описанный в 1954 году NH Ray, является основой для ряда других методов: пламенно - ионизационный детектор был описан J. Harley, В. Nel и В. Преториуса в 1958, [28] и Джеймс Лавлок ввел детектор электронного захвата в том же году. Другие внедрили масс-спектрометры в газовую хроматографию в конце 1950-х годов. [29]

Работа Мартина и Синджа также заложила основу для высокоэффективной жидкостной хроматографии , предположив, что небольшие частицы сорбента и давление могут создавать методы быстрой жидкостной хроматографии. Это стало широко практичным к концу 1960-х годов (и этот метод использовался для разделения аминокислот еще в 1960 году). [30]

Тонкослойная хроматография [ править ]

Первые разработки в тонкослойной хроматографии произошли в 1940-х годах, а методы быстро развивались в 1950-х годах после появления относительно больших пластин и относительно стабильных материалов для слоев сорбента . [31]

Более поздние разработки [ править ]

В 1987 году Педро Куатрекасас и Меир Вилчек были удостоены премии Вольфа в области медицины за изобретение и развитие аффинной хроматографии и ее приложений в биомедицинских науках.

Ссылки [ править ]

  1. ^ «хроматография» . Интернет-словарь этимологии .
  2. ^ Рунге поместил капли раствора реагента на промокательную бумагу, а затем добавил каплю второго раствора реагента поверх первой капли. Растворы будут реагировать по мере их распространения по промокательной бумаге, часто образуя цветные узоры. Его результаты опубликованы в двух книгах:
    • Рунге, FF (1850) Farbenchemie. Musterbilder für Freunde des Schönen und zum Gebrauch für Zeichner, Maler, Verzierer und Zeugdrucker, dargestellt durch chemische Wechselwirkung [Цветовая химия. Образцы изображений для друзей красоты и для эскизов, художников, декораторов и печатников, подготовленные путем химического взаимодействия]. Берлин, Германия, самоиздан.
    • Рунге, Ф. Ф. (1855) Der Bildungstrieb der Stoffe, veranschaulicht in selbstständig gewachsenen Bilder [Тенденция к образованию субстанций, иллюстрированная автономно созданными изображениями]. Ораниенбург, Германия, самоиздание.
  3. ^ Ettre , стр. 410. LS Ettre (1922–2010) был венгерско-американским химиком и автором нескольких публикаций по истории хроматографии.
  4. ^ Schönbein, Кристиан (1861). "Ueber einige durch die Haarröhrchenanziehung des Papiers hervorgebrachten Trennungswirkungen" [О некоторых эффектах разделения, вызванных капиллярным притяжением бумаги]. Verhandlungen der Naturforschenden Gesellschaft zu Basel . 3 (2): 249–255.
  5. ^ Goppelsröder, Фридрих (1861). "Ueber ein Verfahren, die Farbstoffe in ihren Gemischen zu erkennen" [О методе обнаружения окраски в их смесях]. Verhandlungen der Naturforschenden Gesellschaft zu Basel . 3 (2): 268–275.
  6. ^ Goppelsroeder, Фридрих (1901) Capillaranalyse beruhend auf Capillaritäts- und Adsorptionserscheinungen … [Капиллярный анализ, основанный на явлениях капиллярности и адсорбции…] Базель, Швейцария: Эмиль Биркхойзер.
  7. ^ Ettre , стр. 411-412.
  8. ^ Однако в своей книге « Капилляранализ» (1901) Гоппельсредер заявил (стр. 168), что он разделял растительные красители с 1880 года и что он достиг полного разделения этих красителей. С п. 166:
    "Bietet sich auch dem Auge bei Betrachtung der verschiedenen Pflanzenorgane eine wunderbare Mannigfaltigkeit der Farben und Farbenabstufungen dar, so bleibt ihm doch die wichtige Thatsache verborgen, dass meist nicht nichtben mein einzörönder. Färbung erkennt und wir desshalb glauben, dass dieselbe einem bestimmten einzelnen Farbstoff angehöre, lässt uns die Capillaranalyse meist mehrere verschieden gefärbte Zonen auf den Capillarstreifen in bestimmer, unsehr oft zonen auf den Capillarstreifen in bestimmmer, unsehr oft den zenchengen. grünen, sonder auch in anders gefärbten Organen, beispielsweise verdeckt durch die rote Färbung des Zellsafts in den Blättern der Blutbuche neben dem roten Anthokyan,sowie neben roten Phycoerythrin in den Rotalgen, den Florideen. Diese verschiedenen Farbstoffe lassen sich durch Capillaranalyse in den gemeinschaftlichen Auszügen, ohne irgend welche sonstige Trennungsmanipulationen nebeneinander nachweisen. Sind sie capillarisch in Zonen getrennt, dann genügt deren spectroscopische und chemische Prüfung zur endgiltigen Feststellung ihrer Natur ".
    (Если при взгляде на различные органы растения перед глазом предстает удивительное разнообразие цветов и цветовых градаций, то важный факт остается для него скрытым: обычно не только один краситель, но и несколько красителей встречаются бок о бок в одних и тех же органах. В то время как глаз воспринимает только один цвет, и поэтому мы считаем, что он принадлежит определенному индивидуальному красителю, капиллярный анализ [например, бумажная хроматография] позволяет нам обычно обнаруживать несколько разноцветных зон на капиллярных полосках в определенных последовательностях [которые] очень часто прерываются бесцветными зонами.Например, хлорофилл или зелёный лист обнаруживается не только в зелёном, но и в органах разного цвета; например, скрывается красным цветом протоплазмы в листьях медного бука вместе с красным антоцианом. ,а также вместе с красным фикоэритрином в красных водоросляхFlorideae . Эти различные красители могут быть обнаружены капиллярным анализом в экстрактах, где они присутствуют в комбинации, без каких-либо других одновременных обработок разделения. Если они разделены на зоны по капиллярности, то их спектроскопического и химического исследования будет достаточно для окончательного установления их природы.)
  9. ^ Liesegang, RE (1943). «Capillaranalyse» [Капиллярный анализ]. Zeitschrift für Analytische Chemie . 126 (5): 172–177. DOI : 10.1007 / BF01391549 .
  10. ^ Liesegang, RE (1943). «Капиллярный анализ. II» [Капиллярный анализ II]. Zeitschrift für Analytische Chemie . 126 (9): 334–336. DOI : 10.1007 / BF01461120 . S2CID 93590051 . 
  11. ^ Liesegang, RE (1943). «Кройц-Капилларанализ» [Кросс-капиллярный анализ]. Naturwissenschaften . 31 (29): 348. Bibcode : 1943NW ..... 31..348L . DOI : 10.1007 / BF01475425 .
  12. ^ Ettre , стр. 412.
  13. ^ День, Дэвид Т. (1897). «Предположение о происхождении Пенсильванской нефти» . Труды Американского философского общества . 36 (154): 112–115. JSTOR 983464 . п. 115… экспериментальной работой можно легко продемонстрировать, что если мы пропитаем известняк, такой как известняк Трентон, маслами, характерными для этой породы, и окажем на него небольшое давление, чтобы он мог течь вверх через мелкодисперсную глину, то легко изменить его цвет… 
  14. ^ Дэй, Дэвид Талбот (1900) «Вариация характера животных из Пенсильвании и Огайо» (Вариация характера сырой нефти из Пенсильвании и Огайо), Международный конгресс петролей, премьерная сессия, Париж, 1900. Примечания, воспоминания и документы , Париж, 1  : 52–56. Перепечатано в: Day, David F. (ноябрь 1901 г.). « Вариация характеристик сырой нефти из Пенсильвании и Огайо » [Вариация характера сырой нефти из Пенсильвании и Огайо]. Revue de Chimie Industrielle . 12 (143): 308–310.Перепечатано на английском языке в Day, David T. (1900). «Различия в характере сырой нефти Пенсильвании и Огайо» . Нефтяное обозрение . 3 супп .: 9–10.
  15. ^ Вскоре после открытия Дэвида Т. Дэя другие исследователи исследовали диффузию нефти через мелкодисперсные земли; а именно, немецкий химик-органик Карл Энглер (1842–1925) из Технического университета Карлсруэ и американский химик Джозеф Эллиот Гилпин (1866–1924) из Университета Джона Хопкинса:
    • Ettre, LS (февраль 1995 г.). «Ранние нефтехимики и зачатки хроматографии». Хроматография . 40 (3–4): 207–216. DOI : 10.1007 / BF02272173 . S2CID  97078778 .
    • Вейл, Герберт и Уильямс, Тревор I. (1950). «История хроматографии». Природа . 166 (4232): 1000–1001. Bibcode : 1950Natur.166.1000W . DOI : 10.1038 / 1661000b0 . PMID  14796675 . S2CID  4297568 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
    • Энглер, К. и Альбрехт, Э. (1901). «О фильтрации нефти фуллеровой землей» . Нефтяное обозрение . 5 : 354–357.CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
    • Энглер, Карл Освальд Виктор и фон Хеймхальт, Ханс Хёфер (1913) Das Erdöl: seine Physik, Chemie, Geologie, Technologie und Wirtschaftsbetrieb (Нефть: ее физика, химия, геология, технология и коммерческая эксплуатация), т. 1. Лейпциг, Германия: С. Хирцель; п. 130: «Die Dayschen Versuche erregten damals Aufsehen, da er sie in Beziehung zur Genesis der Erdöle brachte,…» (эксперименты Дэя произвели сенсацию в то время, поскольку он связал их [то есть свои эксперименты] с созданием нефти, ... )
    • Гилпин, Дж. Эллиотт, и Крам, Маршалл П. (1908). «Фракционирование сырой нефти капиллярной диффузией» . Бюллетень Геологической службы США . 365 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )Перепечатано в Gilpin, J. Elliott, and Cram, Marshall P. (1908). «Фракционирование сырой нефти капиллярной диффузией» . Американский химический журнал . 40 (6): 495–537.CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )и у Эренберга (1910). «Фракционирование сырой нефти капиллярной диффузией». Zeitschrift für Chemie und Industrie der Kolloide . 7 (4): 232. DOI : 10.1007 / BF01510156 . S2CID 91783346 . 
    • Гилпин, Дж. Эллиотт и Брански, Оскар Э. (1911). «Распространение сырой нефти через землю Фуллера с примечаниями о ее геологическом значении» . Бюллетень Геологической службы США . 475 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) Перепечатано в Gilpin, J. Elliott and Bransky, Oscar E. (1910). «Распространение сырой нефти через землю Фуллера» . Американский химический журнал . 44 (3): 251–303.CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
    • Гилпин, Дж. Эллиотт и Шнибергер, П. (1913). «Фракционирование калифорнийской нефти путем диффузии через землю Фуллера» . Американский химический журнал . 50 (2): 59–100.CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  16. ^ Ettre , стр. 412-413.
  17. ^ Мартин , стр. 359
  18. ^ Мартин
  19. ^ Ettre, C. (2001). "Вехи в хроматографии: рождение разделенной хроматографии" (PDF) . LCGC . 19 (5): 506–512 . Проверено 26 февраля 2016 .
  20. ^ Мартин, AJP; Synge, RLM (1941). «Разделение высших моноаминокислот путем противоточной жидкостно-жидкостной экстракции: аминокислотный состав шерсти» . Биохимический журнал . 35 (1–2): 91–121. DOI : 10.1042 / bj0350091 . ISSN 0264-6021 . PMC 1265473 . PMID 16747393 .   
  21. ^ Мартин , стр. 362-366
  22. ^ Мартин, AJP; Synge, RLM (1941). «Новая форма хроматограммы с использованием двух жидких фаз. Теория хроматографии. 2. Применение к микроопределению высших моноаминокислот в белках» . Биохимический журнал . 35 (12): 1358–1368. DOI : 10.1042 / bj0351358 . PMC 1265645 . PMID 16747422 .  
  23. Перейти ↑ Whelan, WJ (1995). «Появление бумажной хроматографии». Журнал FASEB . 9 (2): 287–288. DOI : 10.1096 / fasebj.9.2.7781933 . PMID 7781933 . S2CID 20183786 .  
  24. ^ Сэнгер, Фредерик (1988). «Последовательности, последовательности и последовательности» . Ежегодный обзор биохимии . 57 : 1–28 (9). DOI : 10.1146 / annurev.bi.57.070188.000245 . PMID 2460023 . 
  25. ^ Джонс, Марк. «Газовая хроматография-масс-спектрометрия» . Американское химическое общество . Проверено 19 ноя 2019 .
  26. ^ Пул, Колин; Дженнингс, Уолтер (2012). «Вехи развития газовой хроматографии» . Газовая хроматография . Эльзевир. п. 2. ISBN 9780123855404.
  27. ^ Лесни, Марк С. (1998). «Создание центральной науки: краткая история« цветного письма » » . Сегодняшний химик за работой . 7 (8): 71–72. Архивировано из оригинала на 2005-09-03.
  28. ^ Ettre, LS (2008). "Глава 17. Изобретение, разработка и триумф пламенного ионизационного детектора" (PDF) . В Джоне V Хиншоу (ред.). Главы эволюции хроматографии . Imperial College Press. С. 171–180. DOI : 10,1142 / p529 . ISBN  9781860949432.
  29. ^ Пробный камень , стр. 1650
  30. Перейти ↑ Touchstone , pp. 1655–1656
  31. Перейти ↑ Touchstone , pp. 1651–1652

Цитированные источники [ править ]

  • Мартин, Арчер JP (12 декабря 1952 г.). «Развитие распределительной хроматографии. Нобелевская лекция» (PDF) . Нобелевские лекции по химии 1942–1962 гг . Амстердам: Эльзевир.
  • Эттре, Лесли Стивен (2001). «Предрассветная бумажная хроматография». Хроматография . 54 (5–6): 409–414. DOI : 10.1007 / BF02492694 . S2CID  95357195 .
  • Пробный камень, Джозеф К. (1993). «История хроматографии». Журнал жидкостной хроматографии . 16 (8): 1647–1665. DOI : 10.1080 / 10826079308021679 .