Bileşimi analiz etmek ve çeşitli bileşiklerin ve madde karışımlarının özelliklerini incelemek için birçok farklı yöntem vardır. Böyle bir yöntem kromatografidir. Yöntemin icadı ve uygulanmasındaki yazarlık, 20. yüzyılın başında bitki pigmentlerinin ayrılmasını gerçekleştiren Rus botanikçi M. S. Tsvet'e aittir.
Yöntemin tanımı ve temelleri
Kromatografi, karışımı oluşturan maddelerin (numune) hareketli ve durağan fazları arasındaki dağılıma dayalı olarak karışımları ayırmak ve bileşenlerini belirlemek için kullanılan fizikokimyasal bir yöntemdir. Durağan faz, gözenekli bir katı maddedir - bir sorbent. Katı bir yüzey üzerinde biriken sıvı bir film de olabilir. Mobil faz - eluent - sorbent tarafından filtre edilerek sabit faz boyunca hareket etmeli veya içinden akmalıdır.
Kromatografinin özü, bir karışımın farklı bileşenlerinin zorunlu olarak moleküler ağırlık, çözünürlük, adsorbe edilebilirlik vb. gibi farklı özelliklerle karakterize edilmesidir. Bu nedenle, hareketli fazın bileşenlerinin - sorbatların - sabit faz ile etkileşim hızıaynı değil. Bu, sabit faza göre karışımın moleküllerinin hızlarında bir farklılığa yol açar, bunun sonucunda bileşenler sorbentin farklı bölgelerinde ayrılır ve konsantre edilir. Bazıları sorbenti mobil faz ile birlikte terk eder - bunlar sözde tutulmayan bileşenlerdir.
Kromatografinin özel bir avantajı, benzer özelliklere sahip olanlar da dahil olmak üzere karmaşık madde karışımlarını hızlı bir şekilde ayırmanıza izin vermesidir.
Kromatografi türlerini sınıflandırma yöntemleri
Analizde kullanılan yöntemler çeşitli kriterlere göre sınıflandırılabilir. Bu tür kriterlerin ana grubu aşağıdaki gibidir:
- sabit ve mobil fazların toplam durumu;
- sorbent ve sorbatların etkileşiminin fiziksel ve kimyasal yapısı;
- eluent nasıl tanıtılır ve taşınır;
- sabit faz yerleştirme yöntemi, yani kromatografi tekniği;
- kromatografi hedefleri.
Ayrıca, yöntemler, sorpsiyon işleminin farklı doğasına, kromatografik ayırmanın teknik koşullarına (örneğin, düşük veya yüksek basınç) dayanabilir.
Yukarıdaki ana kriterlere ve bunlarla ilişkili en yaygın kullanılan kromatografi türlerine daha yakından bakalım.
Eluent ve sorbent kümelenme durumu
Bu temelde kromatografi sıvı ve gaz olarak ikiye ayrılır. Yöntem adları, mobil fazın durumunu yansıtır.
Sıvı kromatografisi kullanılan bir tekniktirbiyolojik olarak önemli olanlar da dahil olmak üzere makromoleküler bileşiklerin karışımlarının ayrılması süreçlerinde. Sorbentin agregasyon durumuna bağlı olarak sıvı-sıvı ve sıvı-katı fazına ayrılır.
Gaz kromatografisi aşağıdaki tiplerdendir:
- Kömür, silika jel, zeolitler veya gözenekli polimerler gibi katı bir sorbent kullanan gaz adsorpsiyonu (gaz-katı fazı). Bir soy gaz (argon, helyum), nitrojen, karbon dioksit, ayrıştırılacak karışımın bir taşıyıcısı olarak işlev görür. Karışımın uçucu bileşenlerinin ayrılması, farklı adsorpsiyon dereceleri nedeniyle gerçekleştirilir.
- Gaz-sıvı. Bu durumda durağan faz, katı bir atıl taban üzerinde biriken bir sıvı filmden oluşur. Örnek bileşenler, adsorbe edilebilirlik veya çözünürlüklerine göre ayrılır.
Gaz kromatografisi, organik bileşiklerin karışımlarının analizi için yaygın olarak kullanılır (bunların bozunma ürünlerini veya gaz halindeki türevlerini kullanarak).
sorbent ve sorbatlar arasındaki etkileşim
Bu kritere göre, bu türler şu şekilde ayırt edilir:
- Maddelerin bir hareketsiz sorbent tarafından adsorpsiyon derecesindeki farklılıklar nedeniyle karışımların ayrıldığı adsorpsiyon kromatografisi.
- Dağıtım. Yardımı ile, karışımın bileşenlerinin farklı çözünürlükleri temelinde ayırma gerçekleştirilir. Çözünme ya hareketli ve durağan fazlarda (sıvı kromatografisinde) ya da sadece durağan fazda (gaz-sıvıda) meydana gelir.kromatografi).
- Sedimanter. Bu kromatografi yöntemi, ayrılacak maddelerin oluşan çökeltilerinin farklı çözünürlüklerine dayanmaktadır.
- Hariç tutma veya jel kromatografisi. Jel matrisi olarak adlandırılan emici maddenin gözeneklerine nüfuz etme kabiliyetlerinin değişmesi nedeniyle moleküllerin boyutundaki farklılığa dayanır.
- Afin. Ayrılmış safsızlıkların, durağan fazda inert bir taşıyıcı ile kompleks bir bileşik oluşturan bir ligand ile özel bir biyokimyasal etkileşimine dayanan bu spesifik yöntem. Bu yöntem protein-enzim karışımlarını ayırmada etkilidir ve biyokimyada yaygındır.
- İyon değişimi. Bir numune ayırma faktörü olarak, bu yöntem, karışımın bileşenlerinin sabit faz (iyon değiştirici) ile iyon değiştirme yeteneğindeki farkı kullanır. İşlem sırasında, durağan fazın iyonları, eluentin bileşimindeki maddelerin iyonları ile değiştirilirken, ikincisinin iyon değiştiriciye farklı afinitesi nedeniyle hareket hızlarında bir fark ortaya çıkar ve dolayısıyla karışım ayrılır. Sabit faz için en sık iyon değişim reçineleri kullanılır - özel sentetik polimerler.
İyon değişim kromatografisinin iki seçeneği vardır - anyonik (negatif iyonları tutar) ve katyonik (sırasıyla pozitif iyonları tutar). Bu yöntem son derece yaygın olarak kullanılmaktadır: elektrolitlerin, nadir toprak ve uranyumötesi elementlerin ayrılmasında, su arıtmada, ilaç analizinde.
Tekniğin yöntemlerindeki fark
Örneğin durağan faza göre hareket etmesinin iki ana yolu vardır:
- Sütun kromatografisi, ayırma işlemini özel bir cihazda - kromatografik bir kolonda - iç boşluğuna hareketsiz bir sorbentin yerleştirildiği bir tüpte gerçekleştirir. Doldurma yöntemine göre, kolonlar iki tipe ayrılır: dolgulu ("paketlenmiş" olarak adlandırılır) ve kapiler, burada bir katı sorbent tabakası veya sabit fazın sıvı filminin yüzeyine uygulanır. iç duvar. Dolgulu sütunlar farklı şekillerde olabilir: düz, U-şekilli, spiral. Kılcal kolonlar sarmaldır.
- Düzlemsel (düzlemsel) kromatografi. Bu durumda, üzerine ince bir sorbent tabakasının çökeltildiği sabit faz için bir taşıyıcı olarak özel kağıt veya bir levha (metal, cam veya plastik) kullanılabilir. Bu durumda kromatografi yöntemine sırasıyla kağıt veya ince tabaka kromatografisi adı verilir.
Kromatografik kolonların tekrar tekrar kullanıldığı kolon yönteminden farklı olarak, düzlemsel kromatografide, emici tabakaya sahip herhangi bir taşıyıcı yalnızca bir kez kullanılabilir. Ayırma işlemi, bir levha veya kağıt yaprağı, eluent içeren bir kaba daldırıldığında gerçekleşir.
Eluent'in tanıtılması ve aktarılması
Bu faktör, karışımın ayrılması sırasında oluşan sorbent tabakası boyunca kromatografik bölgelerin hareketinin doğasını belirler. Aşağıdaki eluent dağıtım yöntemleri vardır:
- Ön. Bu yöntem en basitiyürütme tekniği. Mobil faz, doğrudan sorbent ile doldurulmuş kolona sürekli olarak beslenen numunenin kendisidir. Bu durumda, diğerlerinden daha kötü adsorbe edilen en az tutulan bileşen, sorbent boyunca diğerlerinden daha hızlı hareket eder. Sonuç olarak, yalnızca bu birinci bileşen saf biçimde izole edilebilir, ardından bileşenlerin karışımlarını içeren bölgeler gelir. Örnek dağılımı şöyle görünür: A; A+B; A+B+C vb. Frontal kromatografi bu nedenle karışımları ayırmak için kullanışlı değildir, ancak izole edilecek maddenin düşük tutma özelliğine sahip olması koşuluyla çeşitli saflaştırma işlemlerinde etkilidir.
- Yer değiştirme yöntemi, ayrılacak karışıma girdikten sonra, kolona özel bir yer değiştiriciye sahip bir eluent beslenmesiyle farklılık gösterir - bu, karışımın herhangi bir bileşeninden daha fazla emilebilirlik ile karakterize edilen bir maddedir. Bir sonrakini değiştiren en çok tutulan bileşenin yerini alır ve bu böyle devam eder. Numune, yer değiştirici hızında kolon boyunca hareket eder ve bitişik konsantrasyon bölgeleri oluşturur. Bu tip kromatografi ile her bir bileşen kolonun çıkışında sıvı halde ayrı ayrı elde edilebilir.
- Eluent (gelişen) yöntemi en yaygın olanıdır. Yer değiştirme yönteminin aksine, bu durumda eluent (taşıyıcı), numune bileşenlerine göre daha düşük bir emilebilirliğe sahiptir. Sürekli olarak sorbent tabakasından geçirilerek yıkanır. Periyodik olarak, kısımlar halinde (darbeler) ayrılacak karışım, eluent akışına verilir, ardından saf eluent tekrar beslenir. Yıkarken (elüsyon), bileşenler ayrılır,ayrıca, konsantrasyon bölgeleri eluent bölgeleriyle ayrılır.
Eluent kromatografisi, analiz edilen madde karışımını neredeyse tamamen ayırmayı mümkün kılar ve karışım çok bileşenli olabilir. Ayrıca bu yöntemin avantajları, bileşenlerin birbirinden izolasyonu ve karışımın kantitatif analizinin basit olmasıdır. Dezavantajları, yüksek bir eluent tüketimi ve kolon çıkışında ayrıldıktan sonra içinde düşük konsantrasyonda numune bileşenleri içerir. Eluent yöntemi hem gaz hem de sıvı kromatografisinde yaygın olarak kullanılmaktadır.
Amaca göre kromatografik işlemler
Kromatografi hedeflerindeki fark, analitik, hazırlayıcı ve endüstriyel gibi yöntemleri ayırt etmeyi mümkün kılar.
Analitik kromatografi sayesinde karışımların kalitatif ve kantitatif analizi yapılır. Numune bileşenlerini analiz ederken, kromatografın sütunundan ayrılırken, eluentteki bir maddenin konsantrasyonundaki değişikliklere duyarlı bir cihaz olan dedektöre giderler. Numunenin kolona girdiği andan dedektör üzerindeki maddenin maksimum pik konsantrasyonuna kadar geçen süreye alıkonma süresi denir. Kolon sıcaklığı ve eluent hızının sabit olması koşuluyla, bu değer her madde için sabittir ve karışımın kalitatif analizi için temel teşkil eder. Kantitatif analiz, kromatogramdaki bireysel tepe noktalarının alanı ölçülerek gerçekleştirilir. Kural olarak, analitik kromatografide eluent yöntemi kullanılır.
Hazırlayıcı kromatografi, bir karışımdan saf maddeleri izole etmeyi amaçlar. Hazırlayıcı sütunlar çok daha büyükanalitikten daha çap.
Endüstriyel kromatografi, öncelikle belirli bir üretimde ihtiyaç duyulan büyük miktarlarda saf madde elde etmek için kullanılır. İkincisi, teknolojik süreçler için modern kontrol ve düzenleme sistemlerinin önemli bir parçasıdır.
Endüstriyel kromatograf, bir veya daha fazla bileşenin bir konsantrasyon ölçeğine sahiptir ve bir sensör ile kontrol ve kayıt sistemleri ile donatılmıştır. Numuneler bu tür kromatograflara belirli bir frekansta otomatik olarak iletilir.
Çok İşlevli Kromatografi Ekipmanı
Modern kromatograflar, çeşitli alanlarda ve çeşitli amaçlarla kullanılabilen karmaşık yüksek teknolojili cihazlardır. Bu cihazlar, karmaşık çok bileşenli karışımları analiz etmeyi mümkün kılar. Çok çeşitli dedektörlerle donatılmıştır: termal kondüktometrik, optik, iyonizasyon, kütle spektrometrik vb.
Ayrıca modern kromatografi, kromatogramların analizi ve işlenmesi için otomatik kontrol sistemleri kullanır. Kontrol bir bilgisayardan veya doğrudan cihazdan gerçekleştirilebilir.
Böyle bir cihaza bir örnek, çok işlevli gaz kromatografı "Crystal 5000"dir. Dört değiştirilebilir dedektör seti, bir kolon termostatı, elektronik basınç ve akış kontrol sistemleri ve gaz valfi kontrolleri vardır. Çeşitli sorunları çözmek için cihazdahem paketlenmiş hem de kapiler kolonları kurma yeteneği.
Kromatograf, tam özellikli bir klavye ve kontrol ekranı kullanılarak veya (başka bir modifikasyonda) kişisel bir bilgisayardan kontrol edilir. Bu yeni nesil cihaz, üretimde ve çeşitli araştırma laboratuvarlarında etkin bir şekilde kullanılabilir: tıbbi, adli, çevresel.
Yüksek basınçlı kromatografi
Sıvı kolon kromatografisinin gerçekleştirilmesi, işlemin oldukça uzun sürmesi ile karakterize edilir. Sıvı eluentin hareketini hızlandırmak için hareketli fazın basınç altında kolona beslenmesi kullanılır. Bu modern ve çok umut verici yöntem, yüksek performanslı sıvı kromatografisi (HPLC) yöntemi olarak adlandırılır.
HPLC sıvı kromatografının pompalama sistemi, eluenti sabit bir hızda iletir. Geliştirilen giriş basıncı 40 MPa'ya ulaşabilir. Bilgisayar kontrolü, belirli bir programa göre mobil fazın bileşimini değiştirmeyi mümkün kılar (bu elüsyon yöntemine gradyan denir).
HPLC, sorbent ve sorbat etkileşiminin doğasına bağlı olarak çeşitli yöntemler kullanılabilir: dağılım, adsorpsiyon, boyut dışlama, iyon değişim kromatografisi. HPLC'nin en yaygın türü, polar (sulu) bir mobil fazın ve silika jel gibi polar olmayan bir sorbentin hidrofobik etkileşimine dayanan ters faz yöntemidir.
Yöntem ayırma, analiz,gaz haline dönüştürülemeyen uçucu olmayan, termal olarak kararsız maddelerin kalite kontrolü. Bunlar zirai kimyasallar, ilaçlar, gıda bileşenleri ve diğer karmaşık maddelerdir.
Kromatografi çalışmalarının önemi
Farklı kromatografi türleri çeşitli alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır:
- inorganik kimya;
- petrokimya ve madencilik;
- biyokimya;
- tıp ve eczacılık;
- gıda endüstrisi;
- ekoloji;
- kriminoloji.
Bu liste eksiktir, ancak maddelerin kromatografik analiz, ayırma ve saflaştırma yöntemleri olmadan yapamayan endüstrilerin kapsamını yansıtır. Bilimsel laboratuvarlardan endüstriyel üretime kadar kromatografinin tüm uygulama alanlarında, bilgi işleme, yönetim ve karmaşık süreçlerin kontrolü için modern teknolojiler tanıtıldıkça bu yöntemlerin rolü daha da artmaktadır.
