Terdapat banyak kaedah berbeza untuk menganalisis komposisi dan mengkaji sifat pelbagai sebatian dan campuran bahan. Salah satu kaedah tersebut ialah kromatografi. Kepengarangan dalam ciptaan dan penggunaan kaedah itu adalah milik ahli botani Rusia M. S. Tsvet, yang pada awal abad ke-20 menjalankan pemisahan pigmen tumbuhan.
Definisi dan asas kaedah
Kromatografi ialah kaedah fizikokimia untuk mengasingkan campuran dan menentukan komponennya, berdasarkan taburan antara fasa mudah alih dan pegun bahan yang membentuk campuran (sampel). Fasa pegun ialah bahan pepejal berliang - sorben. Ia juga boleh menjadi filem cecair yang didepositkan pada permukaan pepejal. Fasa bergerak - eluen - mesti bergerak sepanjang fasa pegun atau mengalir melaluinya, ditapis oleh sorben.
Intipati kromatografi ialah komponen campuran yang berbeza semestinya dicirikan oleh sifat yang berbeza, seperti berat molekul, keterlarutan, kebolehjerap dan sebagainya. Oleh itu, kadar interaksi komponen fasa mudah alih - sorbates - dengan peguntidak sama. Ini membawa kepada perbezaan dalam halaju molekul campuran berbanding fasa pegun, akibatnya komponen diasingkan dan tertumpu di zon sorben yang berbeza. Sesetengah daripada mereka meninggalkan sorben bersama-sama dengan fasa mudah alih - ini adalah yang dipanggil komponen yang tidak dikekalkan.
Kelebihan istimewa kromatografi ialah ia membolehkan anda mengasingkan campuran bahan kompleks dengan cepat, termasuk yang mempunyai sifat yang serupa.
Kaedah untuk mengelaskan jenis kromatografi
Kaedah yang digunakan dalam analisis boleh dikelaskan mengikut pelbagai kriteria. Set utama kriteria tersebut adalah seperti berikut:
- keadaan agregat fasa pegun dan mudah alih;
- sifat fizikal dan kimia interaksi sorben dan sorbat;
- cara memperkenalkan eluen dan mengalihkannya;
- kaedah peletakan fasa pegun, iaitu teknik kromatografi;
- sasaran kromatografi.
Selain itu, kaedah boleh berdasarkan sifat proses penyerapan yang berbeza, pada keadaan teknikal pengasingan kromatografi (contohnya, tekanan rendah atau tinggi).
Mari kita lihat dengan lebih dekat kriteria utama di atas dan jenis kromatografi yang paling banyak digunakan yang dikaitkan dengannya.
Keadaan pengagregatan eluen dan sorben
Atas dasar ini, kromatografi dibahagikan kepada cecair dan gas. Nama kaedah menggambarkan keadaan fasa mudah alih.
Kromatografi cecair ialah teknik yang digunakandalam proses pengasingan campuran sebatian makromolekul, termasuk yang penting secara biologi. Bergantung pada keadaan pengagregatan sorben, ia dibahagikan kepada fasa cecair-cecair dan cecair-pepejal.
Kromatografi gas adalah daripada jenis berikut:
- Penjerapan gas (gas-pepejal-fasa), yang menggunakan sorben pepejal, seperti arang batu, gel silika, zeolit atau polimer berliang. Gas lengai (argon, helium), nitrogen, karbon dioksida bertindak sebagai eluen - pembawa campuran yang akan diasingkan. Pengasingan komponen meruap campuran dijalankan kerana tahap penjerapannya yang berbeza.
- Gas-cecair. Fasa pegun dalam kes ini terdiri daripada filem cecair yang dimendapkan pada asas lengai pepejal. Komponen sampel diasingkan mengikut kebolehjerap atau keterlarutannya.
Kromatografi gas digunakan secara meluas untuk analisis campuran sebatian organik (menggunakan hasil penguraian atau terbitannya dalam bentuk gas).
Interaksi antara penjerap dan pesorben
Mengikut kriteria ini, jenis tersebut dibezakan sebagai:
- Kromatografi penjerapan, yang melaluinya campuran diasingkan kerana perbezaan tahap penjerapan bahan oleh sorben tidak bergerak.
- Pengagihan. Dengan bantuannya, pemisahan dilakukan berdasarkan keterlarutan yang berbeza bagi komponen campuran. Pelarutan berlaku sama ada dalam fasa bergerak dan pegun (dalam kromatografi cecair), atau hanya dalam fasa pegun (dalam gas-cecair.kromatografi).
- Sedimen. Kaedah kromatografi ini adalah berdasarkan keterlarutan berbeza bagi mendakan yang terbentuk bagi bahan yang akan diasingkan.
- Pengecualian, atau kromatografi gel. Ia berdasarkan perbezaan dalam saiz molekul, kerana keupayaan mereka untuk menembusi ke dalam liang sorben, yang dipanggil matriks gel, berbeza-beza.
- Affine. Kaedah khusus ini, yang berdasarkan jenis interaksi biokimia khas kekotoran yang dipisahkan dengan ligan yang membentuk sebatian kompleks dengan pembawa lengai dalam fasa pegun. Kaedah ini berkesan dalam mengasingkan campuran protein-enzim dan biasa dalam biokimia.
- Penukaran ion. Sebagai faktor pemisahan sampel, kaedah ini menggunakan perbezaan keupayaan komponen campuran untuk pertukaran ion dengan fasa pegun (penukar ion). Semasa proses itu, ion fasa pegun digantikan dengan ion bahan dalam komposisi eluen, manakala disebabkan pertalian yang berbeza antara yang terakhir dengan penukar ion, perbezaan timbul dalam kelajuan pergerakannya, dan dengan itu campuran diasingkan. Untuk fasa pegun, resin penukar ion paling kerap digunakan - polimer sintetik khas.
Kromatografi pertukaran ion mempunyai dua pilihan - anionik (mengekalkan ion negatif) dan kationik (mengekalkan ion positif, masing-masing). Kaedah ini digunakan secara meluas: dalam pengasingan elektrolit, unsur nadir bumi dan transuranium, dalam penulenan air, dalam analisis dadah.
Perbezaan kaedah teknik
Terdapat dua cara utama sampel bergerak secara relatif kepada fasa pegun:
- Kromatografi lajur menjalankan proses pengasingan dalam peranti khas - lajur kromatografi - tiub, di dalam rongga dalam yang mana sorben tak alih diletakkan. Mengikut kaedah pengisian, lajur dibahagikan kepada dua jenis: dibungkus (yang dipanggil "dibungkus") dan kapilari, di mana lapisan sorben pepejal atau filem cecair fasa pegun digunakan pada permukaan dinding dalam. Lajur yang dibungkus boleh mempunyai bentuk yang berbeza: lurus, berbentuk U, lingkaran. Lajur kapilari adalah heliks.
- Kromatografi planar (planar). Dalam kes ini, kertas khas atau plat (logam, kaca, atau plastik) boleh digunakan sebagai pembawa untuk fasa pegun, di mana lapisan nipis sorben didepositkan. Dalam kes ini, kaedah kromatografi dirujuk sebagai kertas atau kromatografi lapisan nipis, masing-masing.
Berbeza dengan kaedah lajur, di mana lajur kromatografi digunakan berulang kali, dalam kromatografi planar, mana-mana pembawa dengan lapisan sorben boleh digunakan sekali sahaja. Proses pengasingan berlaku apabila pinggan atau helaian kertas direndam dalam bekas dengan eluen.
Pengenalan dan pemindahan eluen
Faktor ini menentukan sifat pergerakan zon kromatografi sepanjang lapisan sorben, yang terbentuk semasa pengasingan campuran. Terdapat kaedah penyampaian eluen berikut:
- Depan. Kaedah ini adalah yang paling mudahteknik pelaksanaan. Fasa mudah alih adalah secara langsung sampel itu sendiri, yang secara berterusan dimasukkan ke dalam lajur yang diisi dengan sorben. Dalam kes ini, komponen yang paling kurang dikekalkan, terserap lebih teruk daripada yang lain, bergerak sepanjang sorben lebih cepat daripada yang lain. Akibatnya, hanya komponen pertama ini boleh diasingkan dalam bentuk tulen, diikuti dengan zon yang mengandungi campuran komponen. Taburan sampel kelihatan seperti ini: A; A+B; A+B+C dan seterusnya. Oleh itu, kromatografi hadapan tidak berguna untuk mengasingkan campuran, tetapi ia berkesan dalam pelbagai proses penulenan, dengan syarat bahan yang akan diasingkan mempunyai pengekalan yang rendah.
- Kaedah anjakan berbeza kerana selepas memasukkan campuran yang akan diasingkan, eluen dengan penyesaran khas dimasukkan ke dalam lajur - bahan yang dicirikan oleh kebolehsorbanan yang lebih besar daripada mana-mana komponen campuran. Ia menggantikan komponen yang paling dikekalkan, yang menggantikan yang seterusnya, dan seterusnya. Sampel bergerak di sepanjang lajur pada kelajuan penyesar dan membentuk zon kepekatan bersebelahan. Dengan jenis kromatografi ini, setiap komponen boleh didapati secara individu dalam bentuk cecair di salur keluar lajur.
- Kaedah eluen (berkembang) adalah yang paling biasa. Berbeza dengan kaedah anjakan, eluen (pembawa) dalam kes ini mempunyai kebolehsorbanan yang lebih rendah daripada komponen sampel. Ia berterusan melalui lapisan sorben, membasuhnya. Secara berkala, dalam bahagian (nadi), campuran yang akan diasingkan dimasukkan ke dalam aliran eluen, selepas itu eluen tulen disuap semula. Apabila mencuci (elusi), komponen dipisahkan,lebih-lebih lagi, zon kepekatannya dipisahkan oleh zon eluen.
Kromatografi eluen membolehkan hampir sepenuhnya mengasingkan campuran bahan yang dianalisis, dan campuran boleh berbilang komponen. Selain itu, kelebihan kaedah ini adalah pengasingan komponen antara satu sama lain dan kesederhanaan analisis kuantitatif campuran. Kelemahan termasuk penggunaan eluen yang tinggi dan kepekatan komponen sampel yang rendah di dalamnya selepas diasingkan di saluran keluar lajur. Kaedah eluen digunakan secara meluas dalam kromatografi gas dan cecair.
Proses kromatografi bergantung pada tujuan
Perbezaan dalam matlamat kromatografi memungkinkan untuk membezakan kaedah seperti analitikal, persediaan dan perindustrian.
Dengan cara kromatografi analitik, analisis kualitatif dan kuantitatif bagi campuran dijalankan. Apabila menganalisis komponen sampel, apabila meninggalkan lajur kromatografi, mereka pergi ke pengesan - peranti yang sensitif terhadap perubahan dalam kepekatan bahan dalam eluen. Masa berlalu dari saat sampel dimasukkan ke dalam lajur sehingga kepekatan puncak maksimum bahan pada pengesan dipanggil masa pengekalan. Dengan syarat bahawa suhu lajur dan kadar eluen adalah malar, nilai ini adalah malar untuk setiap bahan dan berfungsi sebagai asas untuk analisis kualitatif campuran. Analisis kuantitatif dijalankan dengan mengukur kawasan puncak individu dalam kromatogram. Sebagai peraturan, kaedah eluen digunakan dalam kromatografi analitik.
Kromatografi persediaan bertujuan untuk mengasingkan bahan tulen daripada campuran. Lajur persediaan mempunyai lebih besardiameter daripada analitik.
Kromatografi industri digunakan, pertama sekali, untuk mendapatkan sejumlah besar bahan tulen yang diperlukan dalam pengeluaran tertentu. Kedua, ia merupakan bahagian penting dalam sistem kawalan dan kawal selia moden untuk proses teknologi.
Kromatografi industri mempunyai skala kepekatan satu atau komponen lain dan dilengkapi dengan penderia, serta sistem kawalan dan pendaftaran. Sampel dihantar ke kromatografi sedemikian secara automatik dengan frekuensi tertentu.
Peralatan Kromatografi Pelbagai fungsi
Kromatografi moden ialah peranti berteknologi tinggi yang kompleks yang mampu digunakan dalam pelbagai bidang dan untuk pelbagai tujuan. Peranti ini memungkinkan untuk menganalisis campuran berbilang komponen yang kompleks. Ia dilengkapi dengan pelbagai jenis pengesan: konduktometri terma, optik, pengionan, spektrometri jisim dan sebagainya.
Selain itu, kromatografi moden menggunakan sistem kawalan automatik untuk analisis dan pemprosesan kromatogram. Kawalan boleh dilakukan dari komputer atau terus dari peranti.
Contoh peranti sedemikian ialah kromatografi gas pelbagai fungsi "Crystal 5000". Ia mempunyai satu set empat pengesan yang boleh diganti, termostat lajur, tekanan elektronik dan sistem kawalan aliran, dan kawalan injap gas. Untuk menyelesaikan pelbagai masalah, peranti mempunyaikeupayaan untuk memasang kedua-dua lajur padat dan kapilari.
Kromatografi dikawal menggunakan papan kekunci berciri penuh dan paparan kawalan atau (dalam pengubahsuaian lain) daripada komputer peribadi. Peranti generasi baharu ini boleh digunakan dengan berkesan dalam pengeluaran dan dalam pelbagai makmal penyelidikan: perubatan, forensik, alam sekitar.
Kromatografi tekanan tinggi
Menjalankan kromatografi lajur cecair dicirikan oleh tempoh proses yang agak panjang. Untuk mempercepatkan pergerakan eluen cecair, bekalan fasa bergerak ke lajur di bawah tekanan digunakan. Kaedah moden dan sangat menjanjikan ini dipanggil kaedah kromatografi cecair prestasi tinggi (HPLC).
Sistem pengepaman kromatografi cecair HPLC menyalurkan eluen pada kadar tetap. Tekanan masuk yang dibangunkan boleh mencapai 40 MPa. Kawalan komputer membolehkan anda menukar komposisi fasa mudah alih mengikut atur cara tertentu (kaedah elusi ini dipanggil kecerunan).
HPLC boleh digunakan pelbagai kaedah berdasarkan sifat interaksi sorben dan sorbat: pengedaran, penjerapan, pengecualian saiz, kromatografi pertukaran ion. Jenis HPLC yang paling biasa ialah kaedah fasa terbalik, berdasarkan interaksi hidrofobik fasa mudah alih kutub (berair) dan sorben bukan kutub, seperti gel silika.
Kaedah ini digunakan secara meluas untuk pengasingan, analisis,kawalan kualiti bahan tidak meruap, tidak stabil secara haba yang tidak boleh ditukar kepada keadaan gas. Ini ialah agrokimia, ubat-ubatan, komponen makanan dan bahan kompleks lain.
Kepentingan kajian kromatografi
Jenis kromatografi yang berbeza digunakan secara meluas dalam pelbagai bidang:
- kimia tak organik;
- petrokimia dan perlombongan;
- biokimia;
- ubat dan farmaseutikal;
- industri makanan;
- ekologi;
- kriminologi.
Senarai ini tidak lengkap, tetapi menggambarkan liputan industri yang tidak boleh dilakukan tanpa kaedah analisis kromatografi, pengasingan dan penulenan bahan. Dalam semua bidang aplikasi kromatografi, daripada makmal saintifik kepada pengeluaran perindustrian, peranan kaedah ini semakin meningkat apabila teknologi moden untuk pemprosesan maklumat, pengurusan dan kawalan proses yang kompleks diperkenalkan.
