История хроматографии

История хроматографии охватывает период с середины 19 века по 21 век. Хроматография , буквально «цветное письмо», [1] использовалась — и получила название — в первом десятилетии 20 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 спектра процессов разделения и задач химического анализа , особенно в биохимии .

Прекурсоры

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 капли различных неорганических химикатов на кружки фильтровальной бумаги, уже пропитанные другим химикатом, и реакции между различными химикатами создавали уникальные цветовые узоры. [2] Однако, согласно историческому анализу Л. С. Эттре , работа Рунге «не имела ничего общего с хроматографией» (и вместо этого должна считаться предшественником химических точечных тестов, таких как тест Шиффа ). [3]

В 1860-х годах Кристиан Фридрих Шёнбейн и его ученик Фридрих Гёппельсрёдер опубликовали первые попытки изучить различные скорости, с которыми различные вещества перемещаются через фильтровальную бумагу. [4] [5] [6] Шёнбейн, который считал, что капиллярное действие (а не адсорбция) отвечает за движение, назвал этот метод капиллярным анализом, и Гёппельсрёдер провел большую часть своей карьеры, используя капиллярный анализ для проверки скоростей движения самых разных веществ. В отличие от современной бумажной хроматографии, капиллярный анализ использовал 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-го века. Первые значительные достижения по сравнению с методами Гоппельсрёдера пришли с работой Рафаэля Э. Лизеганга : в 1927 году он поместил полоски фильтров в закрытые контейнеры с атмосферой, насыщенной растворителями, а в 1943 году он начал использовать дискретные пятна образца, адсорбированные на фильтровальной бумаге, смоченной в чистом растворителе, для достижения разделения. [9] [10] [11] Этот метод, по сути идентичный современной бумажной хроматографии, был опубликован как раз перед независимой — и гораздо более влиятельной — работой Арчера Мартина и его сотрудников, которая открыла широкое использование бумажной хроматографии. [12]

В 1897 году американский химик Дэвид Тэлбот Дэй (1859–1915), тогда служивший в Геологической службе США, заметил, что сырая нефть образует полосы цвета, просачиваясь вверх через мелкодисперсную глину или известняк. [13] В 1900 году он доложил о своих открытиях на Первом международном нефтяном конгрессе в Париже, где они произвели сенсацию. [14] [15]

Цветная и колоночная хроматография

Тонкослойная хроматография используется для разделения окрашенных компонентов растительного экстракта.

Первую настоящую хроматографию обычно приписывают российско-итальянскому ботанику Михаилу Цвету . Цвет применил свои наблюдения с извлечением фильтровальной бумаги к новым методам фракционирования колонок , которые были разработаны в 1890-х годах для разделения компонентов нефти . Он использовал жидкостно-адсорбционную колонку, содержащую карбонат кальция, для разделения желтых, оранжевых и зеленых растительных пигментов (которые сегодня известны как ксантофиллы , каротины и хлорофиллы соответственно). Метод был описан 30 декабря 1901 года на XI съезде естествоиспытателей и врачей в Санкт-Петербурге . Первое печатное описание было в 1903 году в Трудах Варшавского общества естествоиспытателей, секция биологии. Впервые он использовал термин хроматография в печати в 1906 году в двух своих 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» означает «цвет» на русском языке, поэтому есть вероятность, что его название «хроматография» (дословно «цветописание») было способом, которым он мог убедиться, что он, простолюдин в царской России, может быть увековечен. [ необходима цитата ]

В лекции 1903 года (опубликованной в 1905 году) Цвет также описал использование фильтровальной бумаги для аппроксимации 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 другие (такие как хлорофилл ) требуют полярных растворителей . Он рассуждал, что хлорофилл удерживается в растительной ткани путем адсорбции , и что для преодоления адсорбции необходимы более сильные растворители. Чтобы проверить это, он наносил растворенные пигменты на фильтровальную бумагу, позволял растворителю испариться, затем применял различные растворители, чтобы посмотреть, какой из них может извлечь пигменты из фильтровальной бумаги. Он обнаружил ту же закономерность, что и при экстракции листьев: каротин можно было извлечь из фильтровальной бумаги с помощью неполярных растворителей, но хлорофилл требовал полярных растворителей. [16]

Работы Цвета были мало востребованы до 1930-х годов. [17]

Мартин и Синг и распределительная хроматография

Методы хроматографии мало изменились после работы Цвета до взрыва исследований в середине 20-го века в области новых технологий, особенно благодаря работе Арчера Джона Портера Мартина и Ричарда Лоуренса Миллингтона Синджа . Путем «сочетания двух методов, хроматографии и противоточной экстракции растворителем» [18] Мартин и Синдж 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 E ), начал сотрудничать с Синджем в 1938 году, привнес свой опыт в проектировании оборудования в проект Синджа по разделению аминокислот . После неудачных экспериментов со сложными машинами для противоточной экстракции и методами жидкостно-жидкостной хроматографии, где 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 Синг продемонстрировали потенциал методов, разделив аминокислоты, отмеченные в колонке добавлением метилового красного . [21] В серии публикаций, начиная с 1941 года, они описали все более эффективные методы разделения аминокислот и других органических химикатов. [22]

В поисках лучших и более простых методов идентификации аминокислотных компонентов пептидов Мартин и Синг обратились также к другим хроматографическим средам. В кратком реферате 1943 года, за которым последовала подробная статья 1944 года, описывалось использование фильтровальной бумаги в качестве неподвижной фазы для проведения хроматографии аминокислот: бумажная хроматография . [23] К 1947 году Мартин, Синг и их сотрудники применили этот метод (вместе с реагентом Фреда Сэнгера для идентификации N-концевых остатков) для определения пентапептидной последовательности грамицидина S. Эти и связанные с ними методы бумажной хроматографии также стали основополагающими для усилий Фреда Сэнгера по определению аминокислотной последовательности инсулина . [24]

Совершенствование методов

Мартин в сотрудничестве с Энтони Т. Джеймсом продолжил разработку газовой хроматографии [25] (ГХ; принципы которой Мартин и Синг предсказали в своей эпохальной статье 1941 года), начиная с 1949 года. В 1952 году во время своей лекции для получения Нобелевской премии по химии (совместной с Сингом за их более раннюю работу по хроматографии) Мартин объявил об успешном разделении широкого спектра природных соединений с помощью газовой хроматографии. Ранее, Эрика Кремер заложила теоретическую основу ГХ в 1944 году, а австрийский химик Фриц Прайор под руководством Эрики Кремер построил в 1947 году первый прототип газового хроматографа [26] и добился разделения кислорода и углекислого газа в 1947 году во время своего докторского исследования. [27]

Простота и эффективность газовой хроматографии для разделения органических химикатов стимулировали быстрое принятие метода, а также быстрое развитие новых методов обнаружения для анализа выходных данных. Детектор теплопроводности , описанный в 1954 году NH Ray, стал основой для нескольких других методов: детектор пламенной ионизации был описан J. Harley, W. Nel и V. Pretorius в 1958 году, [28] а Джеймс Лавлок представил детектор электронного захвата в том же году. Другие представили масс-спектрометры для газовой хроматографии в конце 1950-х годов. [29]

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

Тонкослойная хроматография

Первые разработки в области тонкослойной хроматографии появились в 1940-х годах, а в 1950-х годах технологии стали быстро развиваться после появления относительно больших пластин и относительно стабильных материалов для сорбционных слоев. [31]

Дальнейшие события

В 1987 году Педро Куатрекасас и Меир Вильчек были удостоены премии Вольфа в области медицины за изобретение и разработку аффинной хроматографии и ее применение в биомедицинских науках. [ необходима ссылка ]

Ссылки

  1. ^ "хроматография". Онлайн-словарь этимологии .
  2. ^ Рунге поместил капли растворов реагентов на промокательную бумагу, а затем добавил каплю второго раствора реагента поверх первой капли. Растворы реагировали, распространяясь по промокательной бумаге, часто создавая цветные узоры. Его результаты были опубликованы в двух книгах:
    • Рунге, Ф.Ф. (1850) Фарбенхими. Musterbilder für Freunde des Schönen und zum Gebrauch für Zeichner, Maler, Verzierer und Zeugdrucker, dargestellt durch chemische Wechselwirkung [Химия цвета. Образцы изображений для любителей красоты и для использования эскизистами, художниками, декораторами и печатниками, подготовленные методом химического взаимодействия. Берлин, Германия, самостоятельное издание.
    • Рунге, Ф.Ф. (1855) Der Bildungstrieb der Stoffe, veranschaulicht in selbstständig gewachsenen Bilder [Тенденция к формированию веществ, иллюстрированная автономно развитыми изображениями]. Ораниенбург, Германия, самостоятельное издание.
  3. ^ Эттре, стр. 410. Л. С. Эттре (1922–2010) был венгерско-американским химиком и автором нескольких публикаций по истории хроматографии.
  4. ^ Шенбейн, Кристиан (1861). «Ueber einige durch die Haarröhrchenanziehung des Papiers hervorgebrachten Trennungswirkungen» [О некоторых эффектах разделения, вызываемых капиллярным притяжением бумаги]. Verhandlungen der Naturforschenden Gesellschaft zu Basel . 3 (2): 249–255.
  5. ^ Гоппельсрёдер, Фридрих (1861). «Ueber ein Verfahren, die Farbstoffe in ihren Gemischen zu erkennen» [О методе обнаружения красителей в их смесях]. Verhandlungen der Naturforschenden Gesellschaft zu Basel . 3 (2): 268–275.
  6. ^ Гоппельрёдер, Фридрих (1901) Capillaranalyse beruhend auf Capillaritäts- und Adsorbserscheinungen ... [Капиллярный анализ, основанный на явлениях капиллярности и адсорбции ...] Базель, Швейцария: Эмиль Биркхойзер.
  7. ↑ Эттре, стр. 411–412.
  8. ^ Однако в своей книге Capillaranalyse ... (1901) Гёппельсрёдер заявил (стр. 168), что он разделял растительные красители с 1880 года и что он добился полного разделения этих красителей. Со стр. 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 nur ein einziger Farbstoff, sondern mehrere Не следует использовать органические средства для работы, когда это необходимо, и с голубыми пятнами, когда дизельное топливо лучше всего подходит для работы с Фарбстоффом, а затем проводите капиллярный анализ в более различных зонах. Капиллярные магистрали в лучшем случае часто встречаются в дальних зонах без дополнительных условий. Das Chlorophyll или Blattgrün zB findet sich nicht nur in den grünen, sonder auch in ders 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 Rotal генерал, ден Флоридин. 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 рассмотрении различных органов растения глазу открывается удивительное разнообразие цветов и цветовых градаций, то для него остается скрытым важный факт: обычно в одних и тех же органах встречается не один, а несколько красителей. В то время как глаз воспринимает только один цвет, и мы считаем, что он принадлежит определенному индивидуальному красителю, капиллярный анализ [т. е. бумажная хроматография] позволяет нам обычно обнаруживать несколько зон разной окраски на капиллярных полосках в определенных последовательностях, [которые] очень часто прерываются бесцветными зонами. Хлорофилл или листовая зелень, например, обнаруживается не только в зеленых, но и в разной окраске органах; например, затемненный красным цветом протоплазмы в листьях медного бука вместе с красным антоцианом, а также вместе с красным фикоэритрином в красных водорослях, Florideae . Эти различные красители могут быть обнаружены капиллярным анализом в экстрактах, где они присутствуют в сочетании, без каких-либо других сопутствующих разделительных обработок. Если они разделены на зоны капиллярностью, то их спектроскопического и химического исследования достаточно для окончательного установления их природы.)
  9. ^ Лизеганг, RE (1943). «Капиллярный анализ» [Капиллярный анализ]. Zeitschrift für Analytische Chemie . 126 (5): 172–177. дои : 10.1007/BF01391549.
  10. ^ Лизеганг, RE (1943). «Капилляр-Анализ. II» [Капиллярный анализ II]. Zeitschrift für Analytische Chemie . 126 (9): 334–336. дои : 10.1007/BF01461120. S2CID  93590051.
  11. ^ Лизеганг, RE (1943). «Кройц-капиллярный анализ» [Перекрестный капиллярный анализ]. Naturwissenschaften . 31 (29): 348. Бибкод : 1943NW.....31..348L. дои : 10.1007/BF01475425. S2CID  264036131.
  12. ↑ Эттре, стр. 412.
  13. ^ Дей, Дэвид Т. (1897). «Предположение о происхождении нефти Пенсильвании». Труды Американского философского общества . 36 (154): 112–115. JSTOR  983464. стр. 115 ... экспериментальным путем можно легко продемонстрировать, что если мы пропитаем известняк, такой как известняк Трентона, маслами, характерными для этой породы, и окажем на него небольшое давление, так чтобы он мог течь вверх через мелкодисперсную глину, то его цвет легко изменится ...
  14. ^ Дэй, Дэвид Талбот (1900) «Lavariation des caracteres des huiles brutes de Pensylvanie et de l'Ohio» (Вариация характера сырой нефти из Пенсильвании и Огайо), Международный нефтяной конгресс, премьерная сессия, Париж, 1900. Заметки, мемуары и документы , Париж, 1  : 52–56. Перепечатано в: Дэй, Дэвид Ф. (ноябрь 1901 г.). «Lavariation des caracteres des huiles brutes de Pensylvanie et de l'Ohio» [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). «Изменение характера сырой нефти Пенсильвании и Огайо». The Petroleum Review . 3 supp: 9–10.
  15. ^ Вскоре после открытия Дэвида Т. Дэя другие исследователи изучали 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 Джонса Хопкинса:
    • Эттре, Л.С. (февраль 1995 г.). «Ранние нефтехимики и начало хроматографии». Chromatographia . 40 (3–4): 207–216. doi :10.1007/BF02272173. S2CID  97078778.
    • Weil, Herbert и Williams, Trevor I. (1950). «История хроматографии». Nature . 166 (4232): 1000–1001. Bibcode :1950Natur.166.1000W. doi :10.1038/1661000b0. PMID  14796675. S2CID  4297568.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
    • Энглер, К. и Альбрехт, Э. (1901). «О фильтрации нефти с помощью валяльной земли». The Petroleum Review . 5 : 354–357.{{cite journal}}: 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: физика, химия, геология, технология и коммерческая эксплуатация), vol. 1. Лейпциг, Германия: С. Хирцель; п. 130: «Die Dayschen Versuche erregten damals Aufsehen, da er sie in Beziehung zur Genesis der Erdöle brachte,...» (Опыты Дэя произвели в то время сенсацию, поскольку он связал их [т. е. свои эксперименты] с созданием нефти , ... )
    • Гилпин, Дж. Эллиотт и Крам, Маршалл П. (1908). «Фракционирование сырой нефти капиллярной диффузией». Бюллетень Геологической службы США . 365 .{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )Перепечатано в Gilpin, J. Elliott, and Cram, Marshall P. (1908). «Фракционирование сырой нефти капиллярной диффузией». American Chemical Journal . 40 (6): 495–537.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )и у Эренберга (1910). «Фракционирование сырой нефти путем капиллярной диффузии». Zeitschrift für Chemie und Industrie der Kolloide . 7 (4): 232. дои : 10.1007/BF01510156. S2CID  91783346.
    • Гилпин, Дж. Эллиотт и Брански, Оскар Э. (1911). «Диффузия сырой нефти через фуллерову землю с заметками о ее геологическом значении». Бюллетень Геологической службы США . 475 .{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) Перепечатано в Gilpin, J. Elliott и Bransky, Oscar E. (1910). «Диффузия сырой нефти через фуллерову землю». American Chemical Journal . 44 (3): 251–303.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
    • Гилпин, Дж. Эллиотт и Шнеебергер, П. (1913). «Фракционирование калифорнийской нефти путем диффузии через фуллерову землю». American Chemical Journal . 50 (2): 59–100.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  16. ↑ Эттре, стр. 412–413.
  17. ^ Мартин, стр. 359
  18. ^ Мартин
  19. ^ Эттре, К. (2001). "Вехи в хроматографии: рождение распределительной хроматографии" (PDF) . LCGC . 19 (5): 506–512. Архивировано из оригинала (PDF) 2016-03-04 . Получено 2016-02-26 .
  20. ^ Мартин, А. Дж. П.; Синг, Р. Л. М. (1941). «Разделение высших моноаминокислот методом противоточной экстракции жидкость-жидкость: аминокислотный состав шерсти». Biochemical Journal . 35 (1–2): 91–121. doi :10.1042/bj0350091. ISSN  0264-6021. PMC 1265473 . PMID  16747393. 
  21. ↑ Мартин, стр. 362–366.
  22. ^ Мартин, А. Дж. П.; Синг, Р. Л. М. (1941). «Новая форма хроматограммы с использованием двух жидких фаз. Теория хроматографии. 2. Применение к микроопределению высших моноаминокислот в белках». Biochemical Journal . 35 (12): 1358–1368. doi :10.1042/bj0351358. PMC 1265645 . PMID  16747422. 
  23. ^ Уилан, У. Дж. (1995). «Появление бумажной хроматографии». Журнал FASEB . 9 (2): 287–288. doi : 10.1096/fasebj.9.2.7781933 . PMID  7781933. S2CID  20183786.
  24. ^ Sanger, Frederick (1988). «Последовательности, последовательности и последовательности». Annual Review of Biochemistry . 57 : 1–28 (9). doi : 10.1146/annurev.bi.57.070188.000245 . PMID  2460023.
  25. ^ Джонс, Марк. "Газовая хроматография-масс-спектрометрия". Американское химическое общество . Получено 19 ноября 2019 г.
  26. ^ Пул, Колин; Дженнингс, Уолтер (2012). «Вехи в развитии газовой хроматографии». Газовая хроматография . Elsevier. стр. 2. ISBN 9780123855404.
  27. ^ Лесни, Марк С. (1998). «Создание центральной науки: краткая история «цветного письма»». Today's Chemist at Work . 7 (8): 71–72. Архивировано из оригинала 2005-09-03.
  28. ^ Эттре, Л. С. (2008). "Гл. 17. Изобретение, разработка и триумф пламенно-ионизационного детектора" (PDF) . В John V Hinshaw (ред.). Главы в эволюции хроматографии . Imperial College Press. стр. 171–180. doi :10.1142/p529. ISBN 9781860949432. Архивировано из оригинала (PDF) 2016-03-05 . Получено 2012-12-02 .
  29. ↑ Оселок, стр. 1650
  30. ↑ Оселок, стр. 1655–1656
  31. ↑ Оселок, стр. 1651–1652

Цитируемые источники

  • Мартин, Арчер Дж. П. (12 декабря 1952 г.). «Развитие распределительной хроматографии. Нобелевская лекция» (PDF) . Нобелевские лекции по химии 1942–1962 гг . Амстердам: Elsevier.
  • Эттре, Лесли Стивен (2001). «Предрассветная бумажная хроматография». Chromatographia . 54 (5–6): 409–414. doi :10.1007/BF02492694. S2CID  95357195.
  • Тачстоун, Джозеф К. (1993). «История хроматографии». Журнал жидкостной хроматографии . 16 (8): 1647–1665. doi :10.1080/10826079308021679.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=История_хроматографии&oldid=1240521629"