Selgitame, mis on kromatograafia, kuidas seda segude eraldamiseks kasutatakse, millised on selle faasid, millised tüübid on olemas ja näiteid.
Mis on kromatograafia?
Kromatograafia on a segu eraldamise meetod kompleks, mida kasutatakse laialdaselt erinevates valdkondades teadus. Seda saab kasutada segu komponentide kvantifitseerimiseks, tuvastamiseks ja eraldamiseks. Selleks kasutab ta selektiivse säilitamise põhimõtet, mis seisneb elemendi komponentide erinevas käitumises. segu konkreetsel kandjal (näiteks paber, gaas, vedelik, vaik) ja vedelal või gaasilisel faasil, mis voolab läbi kande.
Sel viisil kasutatakse kromatograafias erinevaid tehnikaid, mis kasutavad ära iga komponendi peetumiskiiruse erinevusi ning suudavad neid eraldada, tuvastada ja kvantifitseerida.
Paljudel juhtudel võti adsorptsioon (erineb imendumine, mis viitab komponendi difusioonile ühest faasist teise), mõiste, mis viitab protsessile, mille käigus osakesed pinnale jäävad. Vastavalt segu komponentide adsorptsioonikiiruste erinevusele kandjal ja afiinsusele selle kandja suhtes saab neid eraldada ja seejärel kvantifitseerida või identifitseerida.
Üldiselt sõltuvad kõik kromatograafia tüübid paljudest instrumentidest, keemilised ühendid ja otsustanud tehnoloogia. Seetõttu on kromatograafiliste tehnikate toimimise mõistmiseks oluline teada mõningaid mõisteid:
- Statsionaarne faas. See on aine, mis jääb kromatograafia ajal liikumatuks.
- Mobiilne faas. See on aine, mis kromatograafia ajal liigub. See võib olla vedelik või gaas. Analüüti sisaldav proov manustatakse liikuvas faasis.
- Analüüdid. Need on ained, mida eraldatakse, kvantifitseeritakse ja/või identifitseeritakse kromatograafia abil, st need on ained, mida analüüsitakse.
- Näitab. See on analüüsitav segu. See võib koosneda ühest või mitmest analüüdist ja muudest komponentidest, mis ei pruugi huvi pakkuda, millest analüüdid eraldatakse.
- Hoidmise aeg. See on aeg, mis kulub analüüdi liikumiseks kolonnist või süsteemist, mida läbib liikuv faas, detektorisse (seade, mis suudab anda tuvastamissignaali, kasutades analüüdi mõnda omadust).
- Selektiivsus. See on võime eristada segu iga komponenti.
- Eluent See viitab ka liikuvale faasile, kui see väljub kromatograafilisest kolonnist.
Kromatograafiline meetod seisneb proovi inokuleerimises statsionaarses või liikuvas faasis (olenevalt kromatograafilise tehnika tüübist). Siis, kui näiteks mobiilne faas on see, mis sisaldab proovi, läbib see teatud statsionaarse faasi.
Analüütide eraldamine sõltub iga komponendi afiinsusest nii statsionaarse kui ka liikuva faasi suhtes. Olenevalt nende olemusest mõned ained nad kipuvad liikuma koos liikuva faasiga ja teised jääma statsionaarsesse faasi.
Kromatograafia tüübid
Sõltuvalt kasutatavast tehnoloogiast, kandja olemusest (statsionaarne faas) ja liikuv aine (liikuv faas) saab eristada järgmisi kromatograafia tüüpe:
- Kromatograafia paberil. Statsionaarne faas koosneb filterpaberi ribast. Analüüsitav proov asetatakse tilgana paberi ühte otsa. Seejärel kastetakse pabeririba anumasse, kus asub liikuv faas, arvestades, et ots, kuhu proov asetatakse, on paberi põhjas. Liikuv faas tõuseb kapillaarsuse teel, tõmmates proovi endaga kaasa ja eraldades iga komponendi vastavalt selle afiinsusele statsionaarse faasi suhtes. Seda tüüpi kromatograafiat kasutatakse peamiselt siis, kui proovi igal komponendil on a värvi erinevad, siis näete nende tuvastamiseks paberil kuvatavaid värve.
- Õhukese kihi kromatograafia. Selle tehnika tööpõhimõte on sarnane paberkromatograafia omaga, kuid sel juhul ehitatakse statsionaarne faas polaarvaigu (peaaegu alati silikageeli) sadestamisel klaas- või alumiiniumplaadile. Teatud kogus proovi asetatakse 1 cm kaugusele plaadi alumisest servast. Seejärel kastetakse see plaat, pidades meeles, et proovi sisaldav ots peab olema all, liikuvat faasi sisaldavasse anumasse. Liikuv faas tõuseb kapillaaride toimel, eraldades proovi komponendid.
- Kolonnkromatograafia. Statsionaarne faas asetatakse kolonni, mis võib muu hulgas olla valmistatud klaasist või roostevabast terasest. Liikuv faas võib olla vedel või gaasiline. Proov asetatakse kolonni ülaossa ja lastakse koos liikuva faasiga laskuda, kasutades gravitatsiooni. Seega võib kolonnkromatograafia klassifitseerida järgmiselt:
Teisest küljest, võttes arvesse statsionaarse ja liikuva faasi vahelise analüüdi interaktsiooni tüüpi, on meil järgmised kromatograafia tüübid:
- Adsorptsioonkromatograafia. Seda tüüpi kromatograafias on statsionaarne faas tahke aine, liikuv faas aga vedelik. Statsionaarset faasi moodustav aine võib olla alumiiniumoksiid (Al2O3), ränidioksiid (SiO2) või ioonivahetusvaigud (maatriksid, millel on elektrostaatiliselt aktiivsed kohad, mille tõttu analüüt elektrostaatilise interaktsiooni tõttu neis kinni jääb). Liikuva faasi võib moodustada a lahusti või lahustite segu. Mõned segu komponendid jäävad suurema jõuga kinni kui teised, sel viisil toimub eraldumine.
- Jaotuskromatograafia. See ilmneb siis, kui analüütide eraldumine segust toimub nende lahustuvuse või polaarsuse erinevuste tõttu statsionaarse faasi ja liikuva faasi vahel, kusjuures mõlemad faasid on segunematud vedelikud. Statsionaarsete faaside tehnoloogia on arenenud ja selleks kasutatakse juba erinevaid tahketesse ainetesse ja vaikudesse manustatud vedelikke. Selles mõttes on olenevalt statsionaarse faasi ja liikuva faasi polaarsusest kahte tüüpi kormatograafiat:
- Normaalses faasis. Statsionaarne faas on polaarne ja liikuv faas on apolaarne.
- Pöördfaasis. Statsionaarne faas on apolaarne ja liikuv faas on polaarne.
- Ioonivahetuskromatograafia. Kui statsionaarne faas on tahke ja sellel on ioniseeritavad funktsionaalsed rühmad, st laetud, mis on võimelised analüüdiga oma laengut vahetama. Seda saab liigitada:
- Katioonvahetuskromatograafia. Statsionaarne faas sisaldab negatiivselt laetud funktsionaalrühmi, seetõttu säilitab see katioone (positiivselt laetud).
- Anioonivahetuskromatograafia. Statsionaarne faas sisaldab positiivselt laetud funktsionaalrühmi, säilitades seega (negatiivselt laetud) anioone.
- Suuruskromatograafia. Statsionaarne faas on poorne materjal, mille kaudu analüüdid elueeruvad olenevalt nende suurusest. Seda tüüpi kromatograafias puudub analüütide ja statsionaarse faasi vahel füüsiline või keemiline interaktsioon. Suuremad analüüdid elueeruvad esimesena, see tähendab, et nad ei jää statsionaarsesse faasi. Samal ajal kui väiksemad analüüdid jäävad statsionaarse faasi pooridesse ja lahkuvad sellest liikuva (vedela) faasi möödudes.
Koos ettemaksega teadmisi ja tehnoloogia, täiustati kromatograafilisi tehnikaid ning iga kord on olnud võimalik segus sisalduvaid aineid eraldada, identifitseerida ja kvantifitseerida täpsemalt. Kaks täiustatud kromatograafia näidet on HPLC (High Performance Liquid Chromatography) ja GC (gaasikromatograafia).
- HPLC. See koosneb teatud tüüpi kolonnkromatograafiast, kuid mille liikuv faas pumbatakse kõrgel rõhul läbi kolonnis oleva statsionaarse faasi. Kõrgsurve rakendamine vähendab analüütide difusiooni läbi statsionaarse faasi, saavutades nii lisaks tööaja lühendamisele ka paremaid tulemusi.
- GC. Liikuv faas on gaas ja statsionaarne faas võib olla tahke või vedel. Proov lendub enne selle süstimist kromatograafilisse kolonni, kuna see peab olema gaasiline, et kandegaas saaks seda transportida.
Kromatograafia näited
Mõned igapäevased näited kromatograafia rakendamisest on järgmised:
- Valgele laudlinale valgunud vein. Õhtusöögi ajal juhtunud õnnetus võimaldab meil jälgida, millal vein kokkupuutel veiniga kuivab õhku, erinevad ained, millest see koosneb. Igaüks neist värvib kanga valge erineva tooni või värviga ning neid saab eraldi tuvastada, mis tavaliselt poleks võimalik.
- Vereanalüüsi. Vereproovide kromatograafiat tehakse sageli selles sisalduvate ainete tuvastamiseks, mis on tavaliselt märkamatud, kuna tegemist on väga keerulise seguga. Selleks värvi, mida veri peegeldab toel või allutatakse a valgus spetsiifiline.
- Uriini analüüsid. Nagu veri, on ka uriin segu erinevatest ühenditest, mõnedest tahketest ainetest ja muudest vedelikest, mille olemasolu või puudumine võib paljastada üksikasju keha toimimise kohta. Ebatavaliste jääkide, nagu veri, soolad, glükoos või ebaseaduslikud ained, tuvastamiseks saab läbi viia kromatograafilise eraldamise.
- Ülevaade kuriteopaigast. Midagi, mida me sageli filmides näeme: teadlased võtavad kangaid, kiude, kangaid või muid tugesid ja jälgivad eraldumist nende peale voolanud erinevate ainete, näiteks sperma või vere kleepumise teel, isegi kui need palja silmaga märkamatult mööduvad.
- Toidu sanitaarkontroll. Eeldusel, et spetsialistid toit teavad toidu komponentide reaktsiooni kromatograafilise spektriga, seda tehnikat saab kasutada proovide üksikasjade selgitamiseks, kui neis on teatud tüüpi sobimatuid aineid, mikroobsete ainete saadusi või mõnda tüüpi reostus, enne teda toode mine turule ja pane sisse risk a Tervis inimeste käest.