Jak funguje chromatografie?

Představte si chromatografii jako rasu a zjistíte, že je mnohem jednodušší, než zní. Čekáním na startovní čáře máte směs chemikálií v nějaké neidentifikované kapalině nebo plynu, stejně jako spousta běžců, kteří jsou všichni smíchaní a seskupení. Whena závod začíná, běžci se brzy roztáhnou, protože mají různé schopnosti. Přesně stejným způsobem , chemikálie v něčem jako směs kapalné směsi se šíří, protože se pohybují různými rychlostmi po stacionární pevné látce. Je třeba si pamatovat, že chromatografie je povrchový efekt.

Jakmile se kapalina začne pohybovat kolem pevné látky, některé z jeho molekul (energetické věci, které se neustále pohybují) se zaseknou směrem k povrchu pevné látky a dočasně se tam nalepí, než se znovu vytlačí zpět do kapaliny, ze které pocházejí. Tato výměna molekul mezi povrchem pevné látky a kapaliny je druh adhezivní orgulovací efekt zvaný adsorpce (s reklamou to nezaměňujte s absorpcí, s ab, kde jsou molekuly jedné látky trvale zachyceny uvnitř těla jiné). Nyní si pamatujte, že naše kapalina je ve skutečnosti směsí několika různých kapalin. Každý z nich podstoupí adsorpci trochu jiným způsobem a stráví více či méně času v pevné nebo kapalné fázi. Jedna z kapalin může v pevné fázi vydržet mnohem déle než v kapalině, takže by po pevné látce cestovala pomaleji; jiný by mohl strávit méně času v pevné látce a více v kapalině, takže by to šlo trochu rychleji. Jiným způsobem, jak se na to dívat, je myslet na kapalinu jako na směs kapalin podobných lepidlu, z nichž některé se lepí více na pevnou látku (andtravel pomaleji) než ostatní. To je důvod, proč se různé kapaliny v naší původní kapalné směsi šíří na pevnou látku.

Grafika: Jak funguje chromatografie: zde mobilní fáze je kapalná (modrá) a stacionární fáze je pevná (šedá). Zelená molekula tráví většinu času v kapalině, takže se pohybuje nejrychleji. Žlutá molekula tráví více času na povrchu pevné látky, takže se pohybuje pomaleji. Červená molekula tráví ještě více času na pevném povrchu, takže se pohybuje nejpomaleji.

Aby chromatografie fungovala efektivně, zjevně potřebujeme, aby se komponenty mobilní fáze co nejvíce oddělovaly, jak se pohybují kolem testovací fáze . Proto je stacionární fáze často něco s velkou povrchovou plochou, jako je list filtračního papíru, pevná látka vyrobená z jemně rozptýlených částic, kapalina usazená na povrchu pevné látky nebo nějaký jiný vysoce adsorpční materiál.

Jaké jsou různé typy chromatografie?

Existuje mnoho různých způsobů použití chromatografie. Jedná se o některé z nejznámějších:

Papírová chromatografie

Foto: Jednoduchá chromatografie na papíře. Nakreslete na papír kousky inkoustu (perfektní jsou dětská mycí pera Crayola), papír stočte do válce a vložte jej do sklenice na víno s malým množstvím vody. Jak voda plíží papír, barvy se rozdělí na jednotlivé součásti. To je chromatografie v akci!

Toto je experiment „spotu inkoustu na papíře“, který často děláte ve škole (také efekt, který jsme popsali na začátku, když si papíry namočíte). inkoustu blízko jednoho okraje nějakého filtračního papíru a poté papír svisle zavěsit tak, aby jeho spodní okraj (nejblíže k místu) byl ponořen do rozpouštědla, jako je alkohol nebo voda. rozpuštěný inkoust (mobilní fáze) pomalu prochází papírem (stacionární fáze) a rozděluje se na různé složky. Někdy jsou barevné; někdy je musíte vybarvit přidáním dalších látek (nazývaných vývojky nebo vyvíjející se tekutiny), které vám pomohou při identifikaci.

Sloupcová chromatografie

Místo papíru je stacionární fází vertikální skleněná nádoba (kolona) naplněná vysoce adsorpční pevnou látkou, jako jsou krystaly silikagelu nebo silikagelu, nebo pevná látka potažená kapalinou. mobilní fáze kape (nebo se čerpá při vysokém tlaku) skrz kolonu a rozděluje se na její součásti, které se potom odstraní a analyzují.

Existuje několik variant, včetně:

• kapalina- sloupcová chromatografie, kde je studovaná směs umístěna na jeden konec kolony a naleje se do ní extrahovaná látka zvaná eluant (někdy špalda), která jí usnadní průchod.
• Tenkovrstvá chromatografie je variací tato technika, ve které je „sloupec“ ve skutečnosti film ze skla, plastu nebo kovu potažený velmi tenkou vrstvou adsorpčního materiálu.
• Vysoce účinná kapalinová chromatografie (HPLC), kde je směs protlačována kolona při vysokém tlaku (zhruba 400násobku atmosférického tlaku).To je rychlejší, přesnější a citlivější.

Foto: Sloupcová chromatografie: Vezmete svůj sloupec obsahující stacionární fázi a naplňte ji vzorkem nahoře (tmavě šedá). Když do vzorku přidáte eluent (rozpouštědlo), rozdělí se na jeho složky (řekněme, že jsou zbarveny červeně, žlutě a modře). Ty se pohybují různými rychlostmi a přicházejí po jednom dole, kde je můžete sbírat v různých nádobách.

Plynová chromatografie

Dosud jsme uvažovali o chromatografii kapalin pohybujících se kolem pevných látek, ale jednou z nejpoužívanějších technik je typ kolonové chromatografie využívající jako mobilní fáze. Plynová chromatografie je převážně automatizovaný typ chemické analýzy, který můžete provádět se sofistikovaným laboratorním vybavením, které se nepřekvapivě nazývá plynový chromatograf.

Foto: Plynová chromatografie je z velké části automatizovaná, ale k tomu, aby jeden z těchto strojů fungoval, je stále zapotřebí vyškoleného operátora. Foto s laskavým svolením NASA Kennedy Space Center (NASA-KSC).

Nejprve se do stříkačky vloží malý vzorek směsi zkoumaných látek a vstříkne se do stroje. Složky směsi se zahřívají a okamžitě odpařují. Dále přidáme nosič (eluent), což je jednoduše neutrální plyn, jako je vodík nebo hélium, určený k tomu, aby pomáhal plynům v našem vzorku procházet kolonou. V tomto případě je kolonou tenká skleněná nebo kovová trubice obvykle naplněná kapalinou, která má vysokou teplotu varu (nebo někdy gel nebo adsorbent v pevné formě). Jak směs prochází kolonou, adsorbuje se a odděluje se do jejích složek. Každá složka se vynoří na konci kolony a pohybuje se kolem elektronického detektoru (někdy hmotnostního spektrometru), který ji identifikuje a vytiskne vrchol na Graf. Konečný graf obsahuje řadu vrcholů, které odpovídají všem látkám ve směsi. Plynová chromatografie se někdy nazývá vapor-phasechromatography (VPC) nebo plyn-kapalinová rozdělovací chromatografie (GLPC).