Maraming iba't ibang paraan para sa pagsusuri ng komposisyon at pag-aaral ng mga katangian ng iba't ibang compound at pinaghalong mga substance. Ang isang paraan ay ang chromatography. Ang may-akda sa pag-imbento at paggamit ng pamamaraan ay pag-aari ng Russian botanist na si M. S. Tsvet, na sa simula ng ika-20 siglo ay nagsagawa ng paghihiwalay ng mga pigment ng halaman.
Kahulugan at pangunahing kaalaman ng pamamaraan
Ang
Chromatography ay isang physicochemical na paraan para sa paghihiwalay ng mga mixture at pagtukoy ng mga bahagi ng mga ito, batay sa distribusyon sa pagitan ng mga mobile at stationary na phase ng mga substance na bumubuo sa mixture (sample). Ang nakatigil na yugto ay isang porous solid substance - isang sorbent. Maaari rin itong maging isang likidong pelikula na idineposito sa isang solidong ibabaw. Ang mobile phase - ang eluent - ay dapat gumalaw kasama ang nakatigil na bahagi o dumaloy dito, na sinasala ng sorbent.
Ang esensya ng chromatography ay ang iba't ibang bahagi ng isang timpla ay kinakailangang nailalarawan sa pamamagitan ng iba't ibang katangian, gaya ng timbang ng molekular, solubility, adsorbability, at iba pa. Samakatuwid, ang rate ng pakikipag-ugnayan ng mga bahagi ng mobile phase - sorbates - sa nakatigilay hindi pareho. Ito ay humahantong sa isang pagkakaiba sa mga bilis ng mga molekula ng pinaghalong may kaugnayan sa nakatigil na yugto, bilang isang resulta kung saan ang mga bahagi ay pinaghihiwalay at puro sa iba't ibang mga zone ng sorbent. Ang ilan sa mga ito ay iniiwan ang sorbent kasama ng mobile phase - ito ang tinatawag na mga unretained na bahagi.
Ang isang espesyal na bentahe ng chromatography ay binibigyang-daan ka nitong mabilis na paghiwalayin ang mga kumplikadong pinaghalong substance, kabilang ang mga may katulad na katangian.
Mga paraan para sa pag-uuri ng mga uri ng chromatography
Ang mga pamamaraan na ginamit sa pagsusuri ay maaaring uriin ayon sa iba't ibang pamantayan. Ang pangunahing hanay ng naturang pamantayan ay ang mga sumusunod:
- pinagsama-samang estado ng mga nakatigil at mobile phase;
- pisikal at kemikal na katangian ng interaksyon ng sorbent at sorbates;
- paano ipakilala ang eluent at ilipat ito;
- paraan ng paglalagay ng nakatigil na yugto, i.e. chromatography technique;
- chromatography target.
Bilang karagdagan, ang mga pamamaraan ay maaaring batay sa iba't ibang katangian ng proseso ng sorption, sa mga teknikal na kondisyon ng chromatographic separation (halimbawa, mababa o mataas na presyon).
Suriin natin ang mga pangunahing pamantayan sa itaas at ang pinakakaraniwang ginagamit na mga uri ng chromatography na nauugnay sa mga ito.
Eluent at sorbent na estado ng pagsasama-sama
Sa batayan na ito, ang chromatography ay nahahati sa likido at gas. Ipinapakita ng mga pangalan ng pamamaraan ang estado ng mobile phase.
Ang
Liquid chromatography ay isang teknik na ginamitsa mga proseso ng paghihiwalay ng mga mixtures ng mga macromolecular compound, kabilang ang mga biologically important. Depende sa estado ng pagsasama-sama ng sorbent, nahahati ito sa liquid-liquid at liquid-solid phase.
Ang chromatography ng gas ay sa mga sumusunod na uri:
- Gas adsorption (gas-solid-phase), na gumagamit ng solid sorbent, gaya ng coal, silica gel, zeolite o porous polymers. Ang isang inert gas (argon, helium), nitrogen, carbon dioxide ay gumaganap bilang isang eluent - isang carrier ng pinaghalong paghiwalayin. Ang paghihiwalay ng mga pabagu-bagong bahagi ng halo ay isinasagawa dahil sa iba't ibang antas ng kanilang adsorption.
- Gas-liquid. Ang nakatigil na yugto sa kasong ito ay binubuo ng isang likidong pelikula na idineposito sa isang solidong inert base. Ang mga sample na bahagi ay pinaghihiwalay ayon sa kanilang adsorbability o solubility.
Ang gas chromatography ay malawakang ginagamit para sa pagsusuri ng mga pinaghalong organic compound (gamit ang kanilang mga decomposition product o derivatives sa gaseous form).
Pakikipag-ugnayan sa pagitan ng sorbent at sorbates
Ayon sa pamantayang ito, ang mga ganitong uri ay nakikilala bilang:
- Adsorption chromatography, kung saan pinaghihiwalay ang mga mixture dahil sa mga pagkakaiba sa antas ng adsorption ng mga substance sa pamamagitan ng immobile na sorbent.
- Pamamahagi. Sa tulong nito, ang paghihiwalay ay isinasagawa batay sa iba't ibang solubility ng mga bahagi ng pinaghalong. Ang paglusaw ay nangyayari alinman sa mga mobile at nakatigil na mga yugto (sa likidong kromatograpiya), o lamang sa nakatigil na yugto (sa gas-likidochromatography).
- Sedimentary. Ang paraan ng chromatography na ito ay batay sa iba't ibang solubility ng nabuong precipitates ng mga substance na paghihiwalayin.
- Pagbubukod, o gel chromatography. Ito ay batay sa pagkakaiba sa laki ng mga molekula, dahil sa kung saan ang kanilang kakayahang tumagos sa mga pores ng sorbent, ang tinatawag na gel matrix, ay nag-iiba.
- Affine. Ang tiyak na pamamaraan na ito, na batay sa isang espesyal na uri ng biochemical na pakikipag-ugnayan ng mga pinaghiwalay na impurities na may isang ligand na bumubuo ng isang kumplikadong tambalan na may isang inert carrier sa nakatigil na yugto. Ang pamamaraang ito ay epektibo sa paghihiwalay ng mga pinaghalong protina-enzyme at karaniwan sa biochemistry.
- Ion exchange. Bilang sample separation factor, ginagamit ng paraang ito ang pagkakaiba sa kakayahan ng mga bahagi ng pinaghalong pagpapalitan ng ion sa nakatigil na bahagi (ion exchanger). Sa panahon ng proseso, ang mga ions ng nakatigil na yugto ay pinalitan ng mga ions ng mga sangkap sa komposisyon ng eluent, habang dahil sa iba't ibang pagkakaugnay ng huli sa ion exchanger, isang pagkakaiba ang lumitaw sa bilis ng kanilang paggalaw, at sa gayon ang pinaghihiwalay ang timpla. Para sa nakatigil na yugto, ang mga resin ng pagpapalitan ng ion ay kadalasang ginagamit - mga espesyal na sintetikong polimer.
Ang
Ion-exchange chromatography ay may dalawang opsyon - anionic (nagpapanatili ng mga negatibong ion) at cationic (nagpapanatili ng mga positibong ion, ayon sa pagkakabanggit). Ang paraang ito ay napakalawak na ginagamit: sa paghihiwalay ng mga electrolyte, rare earth at transuranium elements, sa water purification, sa pagsusuri ng mga gamot.
Ang pagkakaiba sa mga pamamaraan ng teknik
Mayroong dalawang pangunahing paraan kung saan gumagalaw ang sample na nauugnay sa nakatigil na yugto:
- Isinasagawa ng chromatography ng column ang proseso ng paghihiwalay sa isang espesyal na device - isang chromatographic column - isang tubo, sa panloob na lukab kung saan inilalagay ang hindi natitinag na sorbent. Ayon sa paraan ng pagpuno, ang mga haligi ay nahahati sa dalawang uri: nakaimpake (ang tinatawag na "naka-pack") at maliliit na ugat, kung saan ang isang layer ng isang solidong sorbent o isang likidong pelikula ng nakatigil na yugto ay inilalapat sa ibabaw ng ang panloob na pader. Ang mga naka-pack na column ay maaaring magkaroon ng iba't ibang hugis: tuwid, U-shaped, spiral. Helical ang mga capillary column.
- Planar (planar) chromatography. Sa kasong ito, ang espesyal na papel o isang plato (metal, salamin, o plastik) ay maaaring gamitin bilang isang carrier para sa nakatigil na yugto, kung saan ang isang manipis na layer ng sorbent ay idineposito. Sa kasong ito, ang paraan ng chromatography ay tinutukoy bilang papel o thin-layer chromatography, ayon sa pagkakabanggit.
Hindi tulad ng paraan ng column, kung saan paulit-ulit na ginagamit ang mga column na chromatographic, sa planar chromatography, isang beses lang magagamit ang anumang carrier na may sorbent layer. Ang proseso ng paghihiwalay ay nangyayari kapag ang isang plato o sheet ng papel ay inilubog sa isang lalagyan na may eluent.
Introduction and transfer of eluent
Tinutukoy ng salik na ito ang katangian ng paggalaw ng mga chromatographic zone sa kahabaan ng sorbent layer, na nabuo sa panahon ng paghihiwalay ng mixture. Mayroong mga sumusunod na mahusay na paraan ng paghahatid:
- harap. Ang pamamaraang ito ay ang pinakasimplengpamamaraan ng pagpapatupad. Ang mobile phase ay direktang ang sample mismo, na patuloy na pinapakain sa column na puno ng sorbent. Sa kasong ito, ang hindi bababa sa napanatili na bahagi, na na-adsorbed na mas masahol kaysa sa iba, ay gumagalaw sa kahabaan ng sorbent nang mas mabilis kaysa sa iba. Bilang isang resulta, ang unang bahagi lamang na ito ay maaaring ihiwalay sa purong anyo, na sinusundan ng mga zone na naglalaman ng mga pinaghalong bahagi. Ang sample distribution ay ganito ang hitsura: A; A+B; A+B+C at iba pa. Samakatuwid, ang frontal chromatography ay hindi kapaki-pakinabang para sa paghihiwalay ng mga mixture, ngunit ito ay epektibo sa iba't ibang proseso ng purification, sa kondisyon na ang substance na ihihiwalay ay may mababang retention.
- Ang paraan ng displacement ay naiiba dahil pagkatapos na ipasok ang pinaghalong paghiwalayin, ang isang eluent na may espesyal na displacer ay ipinapasok sa column - isang substance na nailalarawan sa pamamagitan ng mas mataas na sorbability kaysa sa alinman sa mga bahagi ng mixture. Inililipat nito ang pinaka-napanatili na bahagi, na pinapalitan ang susunod, at iba pa. Ang sample ay gumagalaw sa kahabaan ng column sa bilis ng displacer at bumubuo ng mga katabing zone ng konsentrasyon. Sa ganitong uri ng chromatography, ang bawat bahagi ay maaaring makuha nang paisa-isa sa anyo ng likido sa labasan ng column.
- Ang eluent (developing) na paraan ay ang pinakakaraniwan. Sa kaibahan sa paraan ng displacement, ang eluent (carrier) sa kasong ito ay may mas mababang sorbability kaysa sa mga sample na bahagi. Ito ay patuloy na dumaan sa sorbent layer, hinuhugasan ito. Paminsan-minsan, sa mga bahagi (pulso), ang halo na ihihiwalay ay ipinapasok sa daloy ng eluent, pagkatapos kung saan ang purong eluent ay pinapakain muli. Kapag naghuhugas (elution), ang mga bahagi ay pinaghihiwalay,bukod pa rito, ang kanilang mga concentration zone ay pinaghihiwalay ng mga eluent zone.
Ang
Eluent chromatography ay ginagawang posible na halos ganap na paghiwalayin ang nasuri na pinaghalong substance, at ang mixture ay maaaring multicomponent. Gayundin, ang mga bentahe ng pamamaraang ito ay ang paghihiwalay ng mga sangkap mula sa bawat isa at ang pagiging simple ng dami ng pagsusuri ng pinaghalong. Kabilang sa mga disadvantage ang isang mataas na pagkonsumo ng eluent at isang mababang konsentrasyon ng mga sample na bahagi dito pagkatapos ng paghihiwalay sa outlet ng column. Ang eluent na paraan ay malawakang ginagamit sa parehong gas at likidong chromatography.
Chromatographic na proseso depende sa mga layunin
Ang pagkakaiba sa mga layunin sa chromatography ay ginagawang posible na makilala ang mga pamamaraan tulad ng analytical, preparative at industrial.
Sa pamamagitan ng analytical chromatography, isinasagawa ang qualitative at quantitative analysis ng mga mixture. Kapag sinusuri ang mga sample na bahagi, kapag umaalis sa column ng chromatograph, pumunta sila sa detector - isang device na sensitibo sa mga pagbabago sa konsentrasyon ng isang substance sa eluent. Ang oras na lumipas mula sa sandaling ang sample ay ipinakilala sa column hanggang sa pinakamataas na peak concentration ng substance sa detector ay tinatawag na retention time. Sa kondisyon na ang temperatura ng column at ang eluent rate ay pare-pareho, ang halagang ito ay pare-pareho para sa bawat substance at nagsisilbing batayan para sa isang qualitative analysis ng mixture. Isinasagawa ang quantitative analysis sa pamamagitan ng pagsukat sa lugar ng mga indibidwal na peak sa chromatogram. Bilang panuntunan, ang eluent na paraan ay ginagamit sa analytical chromatography.
Preparative chromatography ay naglalayong ihiwalay ang mga purong substance mula sa isang timpla. Ang mga hanay ng paghahanda ay may mas malakidiameter kaysa analytical.
Industrial chromatography ay ginagamit, una, upang makakuha ng malaking dami ng purong substance na kailangan sa isang partikular na produksyon. Pangalawa, ito ay isang mahalagang bahagi ng modernong mga sistema ng kontrol at regulasyon para sa mga teknolohikal na proseso.
Ang pang-industriyang chromatograph ay may sukat ng konsentrasyon ng isa o iba pang bahagi at nilagyan ng sensor, pati na rin ang mga sistema ng kontrol at pagpaparehistro. Awtomatikong inihahatid ang mga sample sa mga naturang chromatograph na may partikular na dalas.
Multifunction Chromatography Equipment
Ang mga modernong chromatograph ay mga kumplikadong high-tech na device na may kakayahang magamit sa iba't ibang larangan at para sa iba't ibang layunin. Ginagawang posible ng mga device na ito na pag-aralan ang mga kumplikadong multicomponent mixtures. Nilagyan ang mga ito ng malawak na hanay ng mga detector: thermal conductometric, optical, ionization, mass spectrometric at iba pa.
Sa karagdagan, ang modernong chromatography ay gumagamit ng mga awtomatikong control system para sa pagsusuri at pagproseso ng mga chromatograms. Maaaring isagawa ang kontrol mula sa isang computer o direkta mula sa device.
Ang isang halimbawa ng naturang device ay ang multifunctional gas chromatograph na "Crystal 5000". Mayroon itong hanay ng apat na mapapalitang detector, isang column thermostat, electronic pressure at flow control system, at mga kontrol ng gas valve. Upang malutas ang iba't ibang mga problema, mayroon ang deviceang kakayahang mag-install ng parehong naka-pack at capillary na mga column.
Ang chromatograph ay kinokontrol gamit ang full-feature na keyboard at control display o (sa ibang pagbabago) mula sa isang personal na computer. Mabisang magagamit ang bagong henerasyong device na ito sa produksyon at sa iba't ibang laboratoryo ng pananaliksik: medikal, forensic, kapaligiran.
High pressure chromatography
Ang pagsasagawa ng liquid column chromatography ay nailalarawan sa pamamagitan ng medyo mahabang tagal ng proseso. Upang mapabilis ang paggalaw ng likidong eluent, ginagamit ang supply ng mobile phase sa column sa ilalim ng pressure. Ang moderno at napaka-promising na paraan na ito ay tinatawag na high performance liquid chromatography (HPLC) method.
Ang pumping system ng HPLC liquid chromatograph ay naghahatid ng eluent sa pare-parehong bilis. Ang nabuong inlet pressure ay maaaring umabot sa 40 MPa. Ginagawang posible ng kontrol ng computer na baguhin ang komposisyon ng mobile phase ayon sa isang partikular na programa (tinatawag na gradient ang paraan ng elution na ito).
HPLC ay maaaring gamitin ng iba't ibang paraan batay sa likas na katangian ng interaksyon ng sorbent at sorbate: distribution, adsorption, size exclusion, ion-exchange chromatography. Ang pinakakaraniwang uri ng HPLC ay ang reversed-phase method, batay sa hydrophobic interaction ng isang polar (aqueous) mobile phase at isang non-polar sorbent, gaya ng silica gel.
Ang paraan ay malawakang ginagamit para sa paghihiwalay, pagsusuri,kontrol sa kalidad ng mga di-pabagu-bago, hindi matatag na mga sangkap na hindi maaaring ma-convert sa isang gas na estado. Ito ay mga agrochemical, gamot, bahagi ng pagkain at iba pang kumplikadong substance.
Ang kahalagahan ng pag-aaral ng chromatography
Malawakang ginagamit ang iba't ibang uri ng chromatography sa iba't ibang larangan:
- inorganic chemistry;
- petrochemicals at pagmimina;
- biochemistry;
- gamot at mga parmasyutiko;
- industriya ng pagkain;
- ecology;
- criminology.
Ang listahang ito ay hindi kumpleto, ngunit sumasalamin sa saklaw ng mga industriya na hindi magagawa nang walang chromatographic na pamamaraan ng pagsusuri, paghihiwalay at paglilinis ng mga sangkap. Sa lahat ng larangan ng aplikasyon ng chromatography, mula sa mga siyentipikong laboratoryo hanggang sa pang-industriyang produksyon, ang papel ng mga pamamaraang ito ay lalo pang tumataas habang ipinakilala ang mga makabagong teknolohiya para sa pagproseso ng impormasyon, pamamahala at kontrol ng mga kumplikadong proseso.
