Elmagyarázzuk, mi az a kromatográfia, hogyan használják keverékek szétválasztására, mik a fázisai, milyen típusai léteznek, és példákat mutatunk be.
Mi a kromatográfia?
A kromatográfia a keverék elválasztási módszer komplex, amelyet széles körben használnak a különböző ágakban tudomány. Használható a keverék összetevőinek számszerűsítésére, azonosítására és elkülönítésére. Ehhez a szelektív visszatartás elvét alkalmazza, amely a komponensek eltérő viselkedéséből áll. keverék meghatározott hordozón (például papíron, gázon, folyadékon, gyantán) és a hordozón átfolyó folyékony vagy gáznemű fázison.
Ily módon a kromatográfia különféle technikákat alkalmaz, amelyek kihasználják az egyes komponensek retenciós arányában mutatkozó különbségeket, és elválaszthatják, azonosíthatják és mennyiségileg meghatározhatják azokat.
Sok esetben a kulcs adszorpció (eltérő a abszorpció, amely egy komponens diffúziójára utal az egyik fázisból a másikba), ez a fogalom arra a folyamatra utal, amelynek során a részecskék a felületen maradnak. A hordozón lévő adszorpciós sebességek különbsége és a keverék komponenseinek affinitása ehhez a hordozóhoz, ezek elválaszthatók, majd mennyiségileg meghatározhatók vagy azonosíthatók.
Általában a kromatográfia minden típusa számos műszertől függ, kémiai vegyületek és elhatározta technológia. Emiatt fontos ismerni néhány fogalmat a kromatográfiás technikák működésének megértéséhez:
- Állófázis. Ez egy olyan anyag, amely a kromatográfia futása közben mozdulatlan marad.
- Mobil fázis. Ez az az anyag, amely a kromatográfia során mozog. Lehet folyadék vagy gáz. Az analitot tartalmazó mintát a mozgó fázisban adjuk be.
- Analitok. Ezek azok az anyagok, amelyeket kromatográfiával szétválasztanak, mennyiségileg meghatároznak és/vagy azonosítanak, vagyis ezek azok az anyagok, amelyeket elemezni fognak.
- Műsorok. Ezt a keveréket kell elemezni. Egy vagy több analitból és egyéb, esetleg nem érdekes komponensekből állhat, amelyektől az analitokat elválasztják.
- Tartási idő. Ez az az idő, ameddig a vizsgálandó anyag átjut az oszlopból vagy rendszerből, amelyen a mozgófázis áthalad, a detektorhoz (olyan berendezéshez, amely az analit valamely tulajdonságát felhasználva képes érzékelési jelet adni).
- Szelektivitás. Ez az a képesség, hogy megkülönböztessük a keverék egyes összetevőit.
- Eluens A kromatográfiás oszlopból kilépő mozgófázisra is utal.
A kromatográfiás módszer a mintának állófázisba vagy mozgófázisba történő beoltásából áll (a kromatográfiás technika típusától függően). Ekkor, ha például a mozgófázis az, amelyik tartalmazza a mintát, az átmegy egy bizonyos állófázison.
Az analitok elválasztása az egyes komponensek affinitásától függ mind az állófázis, mind a mozgófázishoz. Természetüktől függően néhány anyagokat hajlamosak a mozgó fázissal együtt mozogni, míg mások az állófázisban maradnak.
A kromatográfia típusai
Az alkalmazott technológiától, a hordozó (állófázis) és a mozgó anyag (mobilfázis) jellegétől függően a következő kromatográfiás típusokat lehet megkülönböztetni:
- Kromatográfia papíron. Az állófázis egy szűrőpapírcsíkból áll. Az elemezni kívánt mintát cseppként a papír egyik végére helyezzük. Ezután a papírcsíkot egy edénybe merítik, ahol a mozgófázis található, figyelembe véve, hogy a minta vége a papír alján van. A mozgófázis kapillárissal felemelkedik, magával rántva a mintát, és az egyes komponenseket az állófázishoz való affinitása szerint választja el. Ezt a fajta kromatográfiát főleg akkor alkalmazzák, ha a minta minden komponense rendelkezik a szín eltérő, akkor láthatja a színek megjelenítését a papíron, hogy azonosítsa őket.
- Vékonyréteg-kromatográfia. Ennek a technikának a működése hasonló a papírkromatográfiáéhoz, de ebben az esetben az állófázis felépítése poláris gyanta (majdnem mindig szilikagél) üveg- vagy alumíniumlemezre történő felhordásával történik. A minta bizonyos mennyiségét a lemez alsó szélétől 1 cm-re helyezzük el. Ezt a lemezt ezután bemerítjük, szem előtt tartva, hogy a mintát tartalmazó végnek lefelé kell lennie, egy tartályba, amely tartalmazza a mozgó fázist. A mozgófázis kapilláris hatására felemelkedik, elválasztva a minta komponenseit.
- Oszlopkromatográfia. Az állófázis egy oszlop belsejében van elhelyezve, amely többek között üvegből vagy rozsdamentes acélból készülhet. A mozgó fázis lehet folyékony vagy gáznemű. A mintát az oszlop tetejére helyezzük, és a mozgófázissal együtt hagyjuk leereszkedni a gravitáció. Így az oszlopkromatográfiát a következőkre oszthatjuk:
Másrészt figyelembe véve az analit álló és mozgó fázis közötti kölcsönhatásának típusát, a következő kromatográfiás típusaink vannak:
- Adszorpciós kromatográfia. Ennél a típusú kromatográfiánál az állófázis szilárd, míg a mozgófázis folyadék. Az állófázist alkotó anyag lehet alumínium-oxid (Al2O3), szilícium-dioxid (SiO2) vagy ioncserélő gyanták (olyan mátrixok, amelyek elektrosztatikusan aktív helyekkel rendelkeznek, amelyeknek köszönhetően az analit elektrosztatikus kölcsönhatás révén megmarad bennük). A mobil fázist a oldószer vagy oldószerek keveréke. A keverék egyes komponensei nagyobb erővel maradnak vissza, mint mások, így a szétválás megtörténik.
- Megoszlási kromatográfia. Ez akkor fordul elő, ha az analitok elválasztása a keverékből az állófázis és a mozgófázis közötti oldhatóságuk vagy polaritásuk különbségei miatt következik be, mivel mindkét fázis nem elegyedő folyékony. Az állófázisok technológiája fejlődött, és már léteznek különféle szilárd anyagokba és gyantákba ágyazott folyadékok, amelyeket erre a célra használnak. Ebben az értelemben az állófázis és a mozgófázis polaritásától függően kétféle kormatográfia létezik:
- Normál fázisban. Az állófázis poláris, a mozgófázis apoláris.
- Fordított fázisban. Az állófázis apoláris, a mozgófázis pedig poláris.
- Ioncserélő kromatográfia. Ha az állófázis szilárd és ionizálható funkciós csoportokkal, azaz töltéssel rendelkezik, amelyek képesek töltésüket kicserélni az analittal. Besorolható:
- Kationcserélő kromatográfia. Az állófázis negatív töltésű funkciós csoportokat tartalmaz, ezért megtartja a kationokat (pozitív töltésű).
- Anioncserélő kromatográfia. Az állófázis pozitív töltésű funkciós csoportokat tartalmaz, így visszatartja a (negatív töltésű) anionokat.
- Méretkizárásos kromatográfia. Az állófázis egy porózus anyag, amelyen keresztül az analitok eluálódnak, méretüktől függően. Az ilyen típusú kromatográfiában nincs fizikai vagy kémiai kölcsönhatás az analitok és az állófázis között. A nagyobb analitok eluálódnak először, vagyis nem maradnak vissza az állófázisban. Míg a kisebb analitok az állófázis pórusaiban csapdába esnek, és a mozgó (folyékony) fázis áthaladásával távoznak.
Előrelépésével tudás A technológia és a technológia, a kromatográfiás technikák tökéletesítése folyamatban volt, és minden alkalommal lehetővé vált a keverékben jelenlévő anyagok elkülönítése, azonosítása és pontosabb mennyiségi meghatározása. A fejlett kromatográfia két példája a HPLC (High Performance Liquid Chromatography) és a GC (gázkromatográfia).
- HPLC. Ez egyfajta oszlopkromatográfiából áll, de amelynek mozgófázisát nagy nyomással szivattyúzzák át az oszlopon belüli állófázison. A nagy nyomás alkalmazása csökkenti az analitok diffúzióját az állófázison keresztül, így jobb eredményeket ér el, amellett, hogy csökkenti a munkaidőt.
- GC. A mozgó fázis gáz, az állófázis pedig lehet szilárd vagy folyékony halmazállapotú. A minta elpárolog, mielőtt a kromatográfiás oszlopba fecskendezné, mivel gáz halmazállapotúnak kell lennie ahhoz, hogy a vivőgáz el tudja szállítani.
Kromatográfiás példák
Néhány hétköznapi példa a kromatográfia alkalmazására:
- Kiömlött a bor egy fehér terítőre. Egy vacsoraidőben bekövetkezett baleset lehetővé teszi számunkra, hogy megfigyeljük, mikor szárad ki a bor a borral érintkezve levegő, az azt alkotó különféle anyagok. Mindegyik más-más tónusra vagy színre festi a szövet fehérjét, és külön-külön is azonosíthatók, ami normális esetben lehetetlen lenne.
- Vérvizsgálat. A vérminták kromatográfiáját gyakran végzik a benne lévő anyagok azonosítására, amelyek általában észrevehetetlenek, mivel nagyon összetett keverékről van szó. Ehhez a szín, amit a vér tükröz egy támasztékon vagy alávetjük a fény különleges.
- Vizeletvizsgálatok. A vérhez hasonlóan a vizelet is különféle vegyületek, egyes szilárd anyagok és egyéb folyadékok keveréke, amelyek jelenléte vagy hiánya részleteket tárhat fel a szervezet működéséről. A kromatográfiás elválasztás elvégezhető a szokatlan maradványok, például vér, sók, glükóz vagy illegális anyagok kimutatására.
- Egy tetthely áttekintése. Valami olyasmit, amit gyakran látunk a filmekben: a kutatók szöveteket, szálakat, szöveteket vagy egyéb hordozóanyagokat vesznek elő, és megfigyelik a rájuk ömlött különböző anyagok, például sperma vagy vér tapadásával történő szétválást, még akkor is, ha szabad szemmel észrevétlenül elhaladnának.
- Az élelmiszerek egészségügyi ellenőrzése. Feltéve, hogy a szakemberek étel ismeri az élelmiszer-összetevők reakcióját kromatográfiás spektrumnak kitéve, ezzel a technikával részletezhető a mintában, ha valamilyen nem megfelelő anyag, mikrobiális anyagok terméke vagy valamilyen környezetszennyezés, előtte termék menj ki a piacra és tedd be kockázat a Egészség az emberektől.