Hvordan fungerer kromatografi?

Tænk på kromatografi som et løb, og du finder det meget enklere, end det lyder. Når du venter på startlinjen, har du en blanding af kemikalier i noget uidentificeret flydende eller gas, ligesom en masse løbere blandet sammen og samlet. Når et løb starter, spreder løbere sig hurtigt, fordi de har forskellige muligheder. , kemikalier i noget som flydende flydende blanding spredes, fordi de bevæger sig med forskellige hastigheder over et stationært fast stof. Det vigtigste at huske er, at kromatografi er en overfladeeffekt.

Når væsken begynder at bevæge sig forbi det faste stof, nogle af dets molekyler (energiske ting, der konstant bevæger sig rundt) suges mod overfladen af det faste stof og holder sig der midlertidigt, før de trækkes tilbage i væsken, de kom fra. Denne udveksling af molekyler mellem overfladen af det faste stof og væsken er en slags klæbende organiserende virkning kaldet adsorption (med ad – ikke forveksle det med absorption, med ab, hvor molekyler af et stof permanent fanges inde i kroppen af et andet). Husk nu, at vores væske faktisk er blanding af en hel del forskellige væsker. Hver enkelt undergår adsorption på en lidt anden måde og bruger mere eller mindre tid i enten den faste eller den flydende fase. En af væskerne bruges meget længere i den faste fase end i væsken, så den ville bevæge sig langsommere over det faste stof; en anden bruger måske mindre tid i det faste stof og mere i væsken, så det går lidt hurtigere. En anden måde at se på det er at tænke på væsken som en blanding af limlignende væsker, hvoraf nogle holder sig mere til det faste stof (og rejser langsommere) end andre. Dette er årsagen til, at de forskellige flydende stoffer i vores oprindelige flydende blanding spreder sig på det faste stof.

Illustrationer: Hvordan kromatografi fungerer: her den mobile fase er en væske (blå) og den stationære fase er en fast (grå). Det grønne molekyle bruger mest tid i væsken, så bevæger sig hurtigst. Det gule molekyle bruger mere tid på overfladen af det faste stof, så bevæger sig langsommere. Det røde molekyle bruger endnu mere tid på den faste overflade, så bevæger sig langsomt.

For at kromatografi kan fungere effektivt, har vi naturligvis brug for komponenterne i mobilfasen til at adskille sig så meget som muligt, når de bevæger sig forbi testfasen . Derfor er den stationære fase ofte noget med et stort overfladeareal, såsom et ark filterpapir, et fast stof fremstillet af findelte partikler, en væske afsat på overfladen af et fast stof eller et andet stærkt adsorberende materiale.

Hvad er de forskellige typer kromatografi?

Der er mange forskellige måder at bruge kromatografi på. Disse er nogle af de bedst kendte:

Papirkromatografi

Foto: Enkel papirkromatografi. Tegn nogle klatter blæk på papir (Crayola-vaskbare børns fibertip er perfekte), rul papiret ind i en cylinder , og læg den i et vinglas med en lille mængde vand. Når vandet kryber papiret, adskiller farverne sig i deres komponenter. Denne “kromatografi i aktion!

Dette er det” blækplet på papir “-eksperiment, du ofte gør i skolen (også den effekt, vi beskrev i starten, når du får dine papirer våde). Typisk placerer du et sted blæk nær den ene kant af noget filterpapir, og hæng derefter papiret lodret med dets nedre kant (nærmest stedet) dyppet i et opløsningsmiddel, såsom alkohol eller vand. Kapillærvirkning får opløsningsmidlet til at bevæge sig op ad papiret, hvor det møder og opløser blinken. opløst blæk (den mobile fase) bevæger sig langsomt op ad papiret (den stationære fase) og adskilles i forskellige komponenter. Nogle gange er disse farvede; nogle gange er du nødt til at farve dem ved at tilføje andre stoffer (kaldet udviklere eller udviklende væsker), der hjælper dig med identifikation.

Søjlekromatografi

I stedet for papir er den stationære fase en lodret glaskrukke (søjlen) pakket med et stærkt adsorberende fast stof, såsom krystaller af silica eller silicagel, eller en fast belagt med en væske Den mobile fase drypper (eller pumpes ved højt tryk) gennem søjlen og opdeles i dens komponenter, som derefter fjernes og analyseres.

Der er en hel del variationer, herunder:

• Væske- søjlekromatografi, hvor blandingen, der undersøges, placeres i den ene ende af søjlen, og et ekstra tilsat stof kaldet et elueringsmiddel (undertiden stavet eluent) hældes ind for at hjælpe det med at komme igennem.
• Tyndfilmskromatografi er en variation af denne teknik, i hvilken “søjlen” faktisk er en film af glas, plast eller metal overtrukket med et meget tyndt lag adsorberende materiale.
• Højtydende væskekromatografi (HPLC), hvor blandingen tvinges gennem søjle ved højt tryk (ca. 400 gange atmosfærisk tryk).Dette er hurtigere, mere præcist og mere følsomt.

Foto: Kolonnekromatografi: Du tager din kolonne , der indeholder den stationære fase, og læg den med din prøve øverst (mørkegrå). Når du tilføjer elueringsmiddel (opløsningsmiddel) til prøven, opdeles den i dens komponenter (lad os sige, at de er farvede rød, gul og blå). Disse bevæger sig i forskellige hastigheder og kommer en ad gangen i bunden, hvor du kan samle dem i forskellige beholdere.

Gaskromatografi

Indtil videre har vi overvejet kromatografi af væsker, der kører forbi faste stoffer, men en af de mest anvendte teknikker er en type søjlekromatografi, der bruger gasser som den mobile fase. Gaskromatografi er en stort set automatisk type kemisk analyse, du kan gøre med et sofistikeret stykke laboratorieudstyr kaldet, ikke overraskende, en gaskromatografmaskine.

Foto: Gaskromatografi er stort set automatiseret, men det kræver stadig en uddannet operatør at arbejde på en af disse maskiner. Foto med tilladelse fra NASA Kennedy Space Center (NASA-KSC).

Først placeres en lille prøve af blandingen af stoffer, der undersøges, i en sprøjte og injiceres i maskinen. Blandingens komponenter opvarmes og fordampes øjeblikkeligt. Dernæst tilføjer vi en bærer (elueringsmidlet), som simpelthen er en neutral gas såsom hydrogen eller helium, der er designet til at hjælpe gasserne i vores prøve med at bevæge sig gennem søjlen. I dette tilfælde er kolonnen et tyndt glas- eller metalrør, der normalt er fyldt med en væske, der har et højt kogepunkt (eller nogle gange en gel eller et adsorberende fast stof). Når blandingen bevæger sig gennem søjlen, adsorberes den og adskilles ud i dens komponenter. Hver komponent kommer frem fra slutningen af søjlen og bevæger sig forbi en elektronisk detektor (undertiden et massespektrometer), som identificerer den og udskriver en top på en Det endelige diagram har en række toppe, der svarer til alle stoffer i blandingen. Gaskromatografi kaldes undertiden damp-fasechromatografi (VPC) eller gas-væske-partitionskromatografi (GLPC).