Pojasnimo, kaj je kromatografija, kako se uporablja za ločevanje zmesi, kakšne so njene faze, kakšne vrste obstajajo in primeri.
Kaj je kromatografija?
Kromatografija je a metoda ločevanja mešanice kompleks, ki se pogosto uporablja v različnih vejah znanost. Uporablja se lahko za kvantificiranje, identifikacijo in ločevanje sestavin zmesi. Za to uporablja načelo selektivnega zadrževanja, ki je sestavljeno iz različnega obnašanja komponent mešanica na določenem nosilcu (kot je papir, plin, tekočina, smola) in tekoči ali plinasti fazi, ki teče skozi podlago.
Na ta način kromatografija uporablja različne tehnike, ki izkoriščajo razlike v stopnji zadrževanja vsake komponente in jih lahko ločijo, identificirajo in količinsko opredelijo.
V mnogih primerih ključ adsorpcija (različno od absorpcija, ki se nanaša na difuzijo komponente iz ene faze v drugo), koncept, ki se nanaša na proces, s katerim se delci zadržijo na površini. Glede na razliko v stopnjah adsorpcije na nosilcu in afiniteto za to podlago komponent zmesi jih je mogoče ločiti in nato kvantificirati ali identificirati.
Na splošno so vse vrste kromatografije odvisne od številnih instrumentov, kemične spojine in odločen tehnologijo. Zaradi tega je za razumevanje delovanja kromatografskih tehnik pomembno poznati nekaj konceptov:
- Stacionarna faza. To je snov, ki med kromatografijo ostane nepremična.
- Mobilna faza. To je snov, ki se premika med kromatografijo. Lahko je tekočina ali plin. Vzorec, ki vsebuje analit, dajemo v mobilni fazi.
- Analiti. To so snovi, ki jih bomo ločili, kvantificirali in/ali identificirali s kromatografijo, torej so snovi, ki jih bomo analizirali.
- Oddaje. To je mešanica, ki jo je treba analizirati. Lahko je sestavljen iz enega ali več analitov in drugih komponent, ki morda niso zanimive, od katerih bodo analiti ločeni.
- Čas zadrževanja. To je čas, ki je potreben, da analit preide iz kolone ali sistema, skozi katerega prehaja mobilna faza, do detektorja (oprema, ki lahko da detekcijski signal z uporabo neke lastnosti analita).
- Selektivnost. To je sposobnost razlikovanja vsake komponente v mešanici.
- Eluent Nanaša se tudi na mobilno fazo, ko izstopa iz kromatografske kolone.
Kromatografska metoda je sestavljena iz inokulacije vzorca v stacionarni ali mobilni fazi (odvisno od vrste kromatografske tehnike). Potem, če je na primer mobilna faza tista, ki vsebuje vzorec, ta preide skozi določeno stacionarno fazo.
Ločitev analitov bo odvisna od afinitete vsake od komponent tako za stacionarno kot za mobilno fazo. Odvisno od njihove narave, nekatere snovi težijo k premikanju z mobilno fazo, drugi pa k temu, da ostanejo v stacionarni fazi.
Vrste kromatografije
Glede na uporabljeno tehnologijo, naravo nosilca (stacionarna faza) in mobilne snovi (mobilna faza) se lahko razlikujejo naslednje vrste kromatografije:
- Kromatografija na papirju. Stacionarna faza je sestavljena iz traku filtrirnega papirja. Vzorec, ki ga je treba analizirati, se položi kot kapljica na en konec papirja. Nato papirni trak potopimo v posodo, kjer se nahaja mobilna faza, pri čemer upoštevamo, da je konec, kjer je vzorec nameščen, na dnu papirja. Mobilna faza se dviga s kapilarnostjo, vleče vzorec s seboj in loči vsako komponento glede na njeno afiniteto do stacionarne faze. Ta vrsta kromatografije se uporablja predvsem, kadar ima vsaka komponenta vzorca a barva drugačno, potem lahko vidite prikaz barv na papirju, da jih prepoznate.
- Tankoplastna kromatografija. Delovanje te tehnike je podobno kot pri papirni kromatografiji, vendar je v tem primeru stacionarna faza zgrajena z nanosom polarne smole (skoraj vedno silikagela) na stekleno ali aluminijasto ploščo. Določeno količino vzorca položimo 1 cm od spodnjega roba plošče. To ploščo nato potopimo, pri čemer moramo upoštevati, da mora biti konec, ki vsebuje vzorec, spuščen, v posodo, ki vsebuje mobilno fazo. Mobilna faza se dvigne s kapilarnim delovanjem in loči komponente vzorca.
- Kolonska kromatografija. Stacionarna faza je nameščena v stebru, ki je med drugimi materiali lahko izdelan iz stekla ali nerjavnega jekla. Mobilna faza je lahko tekoča ali plinasta. Vzorec postavimo na vrh kolone in pustimo, da se spusti z mobilno fazo z uporabo gravitacija. Tako lahko kolonsko kromatografijo razvrstimo kot:
- Trdno-tekočinska kromatografija. Stacionarna faza je trdna in mobilnik je tekoč.
- Tekočinsko-tekočinska kromatografija. Obe fazi sta tekočina.
- Tekočinsko-plinska kromatografija. Stacionarna faza je tekoča, mobilna pa je soda.
- Kromatografija na trdnem plinu. Stacionarna faza je trdna, mobilna pa plinasta.
Po drugi strani pa ob upoštevanju vrste interakcije analita med stacionarno in mobilno fazo imamo naslednje vrste kromatografije:
- Adsorpcijska kromatografija. Pri tej vrsti kromatografije je stacionarna faza trdna, mobilna faza pa tekoča. Snov, ki tvori stacionarno fazo, je lahko aluminijev oksid (Al2O3), silicijev dioksid (SiO2) ali ionske izmenjevalne smole (matrice, ki imajo elektrostatično aktivna mesta, zaradi katerih se analit v njih zadrži z elektrostatično interakcijo). Mobilna faza je lahko sestavljena iz a topilo ali mešanica topil. Nekatere sestavine mešanice se bodo obdržale z večjo silo kot druge, na ta način pride do ločitve.
- Razdelitvena kromatografija. Pojavi se, ko pride do ločitve analitov iz zmesi zaradi razlik v njihovi topnosti ali polarnosti med stacionarno in mobilno fazo, pri čemer sta obe fazi tekoči, ki se ne mešata. Tehnologija stacionarnih faz je napredovala in že obstajajo vrste tekočin, vgrajenih v trdne snovi in smole, ki se uporabljajo v ta namen. V tem smislu obstajata dve vrsti kormatografije, odvisno od polarnosti stacionarne faze in mobilne faze:
- V normalni fazi. Stacionarna faza je polarna, mobilna faza pa apolarna.
- V obratni fazi. Stacionarna faza je apolarna, mobilna faza pa polarna.
- Ionska izmenjevalna kromatografija. Ko je stacionarna faza trdna in ima ionizirajoče funkcionalne skupine, torej nabite, ki so sposobne izmenjati svoj naboj z analitom. Lahko ga razvrstimo v:
- Kationska izmenjevalna kromatografija. Stacionarna faza vsebuje negativno nabite funkcionalne skupine, zato zadržuje katione (pozitivno nabite).
- Anionska izmenjevalna kromatografija. Stacionarna faza vsebuje pozitivno nabite funkcionalne skupine in tako zadrži (negativno nabite) anione.
- Kromatografija izključitve velikosti. Stacionarna faza je porozen material, skozi katerega se eluirajo analiti, odvisno od njihove velikosti. Pri tej vrsti kromatografije ni fizikalne ali kemične interakcije med analiti in stacionarno fazo. Večji analiti se najprej eluirajo, to pomeni, da se ne zadržijo v stacionarni fazi. Medtem ko se manjši analiti ujamejo v pore stacionarne faze in jo zapustijo, ko prehaja mobilna (tekoča) faza.
Z napredovanjem znanje in tehnologijo so se kromatografske tehnike izpopolnjevale in vsakič je bilo mogoče natančneje ločiti, identificirati in količinsko opredeliti snovi, prisotne v zmesi. Dva primera napredne kromatografije sta HPLC (visokozmogljiva tekoča kromatografija) in GC (plinska kromatografija).
- HPLC. Sestavljen je iz vrste kolonske kromatografije, katere mobilna faza se črpa pri visokih tlakih skozi stacionarno fazo znotraj kolone. Uporaba visokega tlaka zmanjša difuzijo analitov skozi stacionarno fazo in tako dosega boljše rezultate, poleg tega pa skrajša delovne čase.
- GC. Mobilna faza je plin, nepremična faza pa je lahko trdna ali tekoča. Vzorec se hlapi, preden ga vbrizga v kromatografsko kolono, saj mora biti plinast, da ga lahko prenaša nosilni plin.
Primeri kromatografije
Nekateri vsakodnevni primeri uporabe kromatografije so:
- Razlito vino na bel prt. Nesreča v času večerje nam bo omogočila opazovanje, kdaj se vino posuši ob stiku z zrak, različne snovi, ki ga sestavljajo. Vsaka bo obarvala belo tkanine v drugačnem tonu ali barvi in jih je mogoče identificirati ločeno, kar bi bilo običajno nemogoče.
- Krvni test. Kromatografija vzorcev krvi se pogosto izvaja za identifikacijo snovi, ki jih vsebuje, ki so običajno neopazne, saj gre za zelo zapleteno zmes. Da bi to naredili, barva, ki jo kri odseva na nosilcu ali podvržena a svetloba specifične.
- Testi urina. Tako kot kri je tudi urin mešanica različnih spojin, nekaterih trdnih snovi in drugih tekočin, katerih prisotnost ali odsotnost lahko razkrije podrobnosti o delovanju telesa. Kromatografsko ločevanje se lahko izvede za odkrivanje nenavadnih ostankov, kot so kri, soli, glukoza ali prepovedane snovi.
- Pregled kraja zločina. Nekaj, kar pogosto vidimo v filmih: raziskovalci vzamejo tkanine, vlakna, tkanine ali druge podpore in opazujejo ločitev z lepljenjem različnih snovi, ki se nanje razlijejo, na primer seme ali kri, tudi če bi s prostim očesom lahko minile neopaženo.
- Sanitarni pregledi hrane. Ob predpostavki, da strokovnjaki v hrano poznajo reakcijo sestavin hrane, ko so izpostavljene kromatografskemu spektru, se lahko s to tehniko v vzorcu podrobno opredeli, če je v vzorcu kakšna vrsta neustrezne snovi, produkt mikrobnih sredstev ali kakšna vrsta onesnaževanje, pred njim izdelek pojdi na trg in daj tveganje the zdravje od ljudi.