Vysvetlíme, čo je to chromatografia, ako sa používa na separáciu zmesí, aké sú jej fázy, aké existujú typy a príklady.
Čo je to chromatografia?
Chromatografia je a metóda separácie zmesi komplex, ktorý je široko používaný v rôznych odvetviach veda. Môže sa použiť na kvantifikáciu, identifikáciu a separáciu zložiek zmesi. Využíva na to princíp selektívnej retencie, ktorý spočíva v rozdielnom správaní sa zložiek a zmes na špecifickom nosiči (ako je papier, plyn, kvapalina, živica) a kvapalná alebo plynná fáza, ktorá preteká nosičom.
Týmto spôsobom chromatografia využíva rôzne techniky, ktoré využívajú rozdiely v rýchlosti retencie každej zložky a môžu ich oddeliť, identifikovať a kvantifikovať.
V mnohých prípadoch kľúč adsorpcia (odlišné od absorpcia, ktorý sa týka difúzie zložky z jednej fázy do druhej), pojem, ktorý sa týka procesu, ktorým sú častice zadržiavané na povrchu. Podľa rozdielu v rýchlosti adsorpcie na nosiči a afinite zložiek zmesi k tomuto nosiču môžu byť separované a potom kvantifikované alebo identifikované.
Vo všeobecnosti všetky typy chromatografie závisia od množstva prístrojov, chemické zlúčeniny a odhodlaný technológie. Z tohto dôvodu je dôležité poznať niektoré pojmy, aby sme pochopili fungovanie chromatografických techník:
- Stacionárna fáza. Je to látka, ktorá zostáva nehybná, kým prebieha chromatografia.
- Mobilná fáza. Je to látka, ktorá sa počas chromatografie pohybuje. Môže to byť kvapalina alebo plyn. Vzorka obsahujúca analyt sa podáva v mobilnej fáze.
- Analytes. Sú to látky, ktoré sa budú separovať, kvantifikovať a/alebo identifikovať pomocou chromatografie, to znamená, že ide o látky, ktoré sa budú analyzovať.
- Relácie. Je to zmes, ktorá sa má analyzovať. Môže sa skladať z jedného alebo viacerých analytov a ďalších zložiek, ktoré nemusia byť zaujímavé, z ktorých sa analyty oddelia.
- Čas držania. Je to čas, ktorý analyt potrebuje na prechod z kolóny alebo systému, cez ktorý prechádza mobilná fáza, do detektora (zariadenia, ktoré môže poskytnúť detekčný signál pomocou niektorej vlastnosti analytu).
- Selektivita. Je to schopnosť odlíšiť každú zložku v zmesi.
- Eluent Vzťahuje sa tiež na mobilnú fázu, keď opúšťa chromatografickú kolónu.
Chromatografická metóda pozostáva z naočkovania vzorky v stacionárnej fáze alebo mobilnej fáze (v závislosti od typu chromatografickej techniky). Potom, ak je napríklad mobilná fáza tá, ktorá obsahuje vzorku, prechádza cez určitú stacionárnu fázu.
Separácia analytov bude závisieť od afinity každej zo zložiek tak pre stacionárnu fázu, ako aj pre mobilnú fázu. V závislosti od ich povahy, niektoré látok budú mať tendenciu pohybovať sa s mobilnou fázou a iné zostať na stacionárnej fáze.
Typy chromatografie
V závislosti od použitej technológie, povahy nosiča (stacionárna fáza) a mobilnej látky (mobilná fáza) možno rozlíšiť nasledujúce typy chromatografie:
- Chromatografia na papieri. Stacionárna fáza je tvorená pásom filtračného papiera. Vzorka, ktorá sa má analyzovať, sa umiestni ako kvapka na jeden koniec papiera. Potom sa pásik papiera ponorí do nádoby, kde sa nachádza mobilná fáza, pričom sa berie do úvahy, že koniec, kde je umiestnená vzorka, je na spodku papiera. Mobilná fáza vzlína vzlínavosťou, unáša so sebou vzorku a oddeľuje každú zložku podľa jej afinity k stacionárnej fáze. Tento typ chromatografie sa používa hlavne vtedy, keď každá zložka vzorky má a farba rôzne, potom môžete vidieť zobrazenie farieb na papieri, aby ste ich mohli identifikovať.
- Chromatografia na tenkej vrstve. Činnosť tejto techniky je podobná ako pri papierovej chromatografii, ale v tomto prípade je stacionárna fáza vytvorená nanesením polárnej živice (takmer vždy silikagélu) na sklenenú alebo hliníkovú platňu. Určité množstvo vzorky sa umiestni 1 cm od spodného okraja platne. Táto platňa sa potom ponorí, pričom treba mať na pamäti, že koniec, ktorý obsahuje vzorku, musí byť dole v nádobe, ktorá obsahuje mobilnú fázu. Mobilná fáza stúpa kapilárnym pôsobením, pričom sa oddeľujú zložky vzorky.
- Stĺpcová chromatografia. Stacionárna fáza je umiestnená vo vnútri kolóny, ktorá môže byť okrem iných materiálov vyrobená zo skla alebo nehrdzavejúcej ocele. Mobilná fáza môže byť kvapalná alebo plynná. Vzorka sa umiestni na hornú časť kolóny a nechá sa zostúpiť s mobilnou fázou pomocou gravitácia. Stĺpcovú chromatografiu možno teda klasifikovať ako:
- Chromatografia tuhá látka-kvapalina. Stacionárna fáza je pevný a mobil je tekutý.
- Kvapalina-kvapalina chromatografia. Obe fázy sú kvapalina.
- Kvapalino-plynová chromatografia. Stacionárna fáza je kvapalná a mobilná fáza je sóda.
- Pevná plynová chromatografia. Stacionárna fáza je pevná látka a mobilná fáza je plynná.
Na druhej strane, berúc do úvahy typ interakcie analytu medzi stacionárnou a mobilnou fázou, máme nasledujúce typy chromatografie:
- Adsorpčná chromatografia. Pri tomto type chromatografie je stacionárna fáza pevná látka, zatiaľ čo mobilná fáza je kvapalina. Látkou, ktorá tvorí stacionárnu fázu, môže byť oxid hlinitý (Al2O3), oxid kremičitý (SiO2) alebo iónomeničové živice (matrice, ktoré majú elektrostaticky aktívne miesta, vďaka čomu je v nich analyt elektrostatickou interakciou zadržaný). Mobilná fáza môže byť tvorená a solventný alebo zmes rozpúšťadiel. Niektoré zložky zmesi budú zadržané väčšou silou ako iné, týmto spôsobom dôjde k oddeleniu.
- Deliaca chromatografia. Nastáva vtedy, keď k separácii analytov zo zmesi dochádza v dôsledku rozdielov v ich rozpustnosti alebo polarite medzi stacionárnou fázou a mobilnou fázou, pričom obe fázy sú nemiešateľnou kvapalinou. Technológia stacionárnych fáz pokročila a už existujú rôzne druhy kvapalín zaliatych do pevných látok a živíc, ktoré sa používajú na tento účel. V tomto zmysle existujú dva typy kormatografie v závislosti od polarity stacionárnej fázy a mobilnej fázy:
- V normálnej fáze. Stacionárna fáza je polárna a mobilná fáza je nepolárna.
- V reverznej fáze. Stacionárna fáza je nepolárna a mobilná fáza je polárna.
- Chromatografia na iónovej výmene. Keď je stacionárna fáza pevná a má ionizovateľné funkčné skupiny, to znamená nabité, ktoré sú schopné vymieňať svoj náboj s analytom. Dá sa rozdeliť na:
- Katiónová výmenná chromatografia. Stacionárna fáza obsahuje negatívne nabité funkčné skupiny, preto si zachováva katióny (kladne nabité).
- Aniónová výmenná chromatografia. Stacionárna fáza obsahuje kladne nabité funkčné skupiny, čím si zachováva (záporne nabité) anióny.
- Veľkostná vylučovacia chromatografia. Stacionárna fáza je porézny materiál, cez ktorý sa analyty eluujú v závislosti od ich veľkosti. Pri tomto type chromatografie neexistuje žiadny typ fyzikálnej alebo chemickej interakcie medzi analytmi a stacionárnou fázou. Väčšie analyty sa eluujú ako prvé, to znamená, že nie sú zadržané v stacionárnej fáze. Zatiaľ čo menšie analyty sú zachytené v póroch stacionárnej fázy a opúšťajú ju pri prechode mobilnej (kvapalnej) fázy.
S predstihom vedomosti a technológie sa zdokonaľovali chromatografické techniky a zakaždým bolo možné oddeliť, identifikovať a presnejšie kvantifikovať látky prítomné v zmesi. Dva príklady pokročilej chromatografie sú HPLC (High Performance Liquid Chromatography) a GC (Gas Chromatography).
- HPLC. Pozostáva z typu stĺpcovej chromatografie, ktorej mobilná fáza sa však čerpá pri vysokých tlakoch cez stacionárnu fázu vo vnútri kolóny. Aplikácia vysokého tlaku znižuje difúziu analytov cez stacionárnu fázu, čím sa okrem skrátenia pracovného času dosahujú lepšie výsledky.
- GC. Mobilná fáza je plyn a stacionárna fáza môže byť pevná látka alebo kvapalina. Vzorka sa pred vstreknutím do chromatografickej kolóny vyparí, pretože musí byť plynná, aby ju nosný plyn transportoval.
Príklady chromatografie
Niektoré každodenné príklady použitia chromatografie sú:
- Rozliate víno na bielom obruse. Nehoda v čase večere nám umožní pozorovať, kedy sa víno vysuší kontaktom s vzduchu, rôzne látky, ktoré ho tvoria. Každý z nich zafarbí bielu látku v inom tóne alebo farbe a možno ich identifikovať samostatne, čo by za normálnych okolností nebolo možné.
- Krvný test. Chromatografia vzoriek krvi sa často vykonáva na identifikáciu látok v nej obsiahnutých, ktoré sú bežne nepostrehnuteľné, pretože ide o veľmi zložitú zmes. Aby to bolo možné, farba, ktorú krv odráža na podpore alebo vystavená a svetlo špecifické.
- Testy moču. Rovnako ako krv, aj moč je zmesou rôznych zlúčenín, niektorých pevných látok a iných tekutín, ktorých prítomnosť alebo neprítomnosť môže odhaliť podrobnosti o fungovaní tela. Chromatografická separácia sa môže vykonávať na detekciu neobvyklých zvyškov, ako je krv, soli, glukóza alebo nelegálne látky.
- Prehľad miesta činu. Niečo, čo často vidíme vo filmoch: výskumníci berú látky, vlákna, látky alebo iné podpery a pozorujú oddeľovanie priľnutím rôznych látok, ktoré sa na ne rozliali, ako je sperma alebo krv, aj keď ich voľným okom mohli prejsť bez povšimnutia.
- Hygienické kontroly potravín. Za predpokladu, že špecialisti v jedlo poznať reakciu potravinových zložiek, keď sú podrobené chromatografickému spektru, túto techniku možno použiť na detailovanie vzorky, ak je vo vzorke nejaký typ nevhodnej látky, produkt mikrobiálnych činidiel alebo nejaký typ znečistenie, pred ním produkt ísť na trh a dať tam riziko a zdravie od ľudí.