Kuinka kromatografia toimii?

Ajattele kromatografiaa kilpailuna ja löydät sen paljon yksinkertaisemmalta kuin miltä se kuulostaa. Odottaessasi käynnistyslinjaa, sinulla on sekoitus kemikaaleja eräässä tunnistamattomassa nesteessä tai kaasussa, aivan kuten kuormitus juoksijoista, jotka kaikki ovat sekoittuneet ja niputettu yhteen. Whena-kilpailu alkaa, juoksijat leviävät pian, koska heillä on erilainen ominaisuus. Aivan samalla tavalla , kemikaalit jossakin kuten liikkuvassa nesteseoksessa leviävät, koska ne kulkevat eri nopeuksilla paikallaan olevan kiinteän aineen yli. Avaintekijä on muistaa, että kromatografia on pintavaikutus.

Kun neste alkaa liikkua kiinteän aineen ohi, jotkut sen molekyylit (energiset asiat, jotka liikkuvat jatkuvasti) putoavat kiinteän aineen pintaan ja pysyvät siellä väliaikaisesti, ennen kuin ne vedetään takaisin takaisin nesteeseen, josta ne ovat peräisin. Tämä molekyylien vaihto kiinteän aineen pinnan ja nesteen välillä on eräänlainen liima- tai liimavaikutus, jota kutsutaan adsorptioksi (ad-kanssa – älä sekoita sitä imeytymiseen ab: n kanssa, jossa yhden aineen molekyylit ovat pysyvästi loukussa toisen kehon sisällä). Muista nyt, että nesteemme on tosiasiallisesti useiden erilaisten nesteiden seos. Kukin niistä imeytyy hieman eri tavalla ja viettää enemmän tai vähemmän aikaa joko kiinteässä tai nestefaasissa. Yksi nesteistä viettää paljon kauemmin kiinteässä faasissa kuin neste, joten se kulkisi hitaammin kiintoaineen yli; toinen saattaa viettää vähemmän aikaa kiinteässä aineessa ja enemmän nesteessä, joten se menisi vähän nopeammin. Toinen tapa tarkastella sitä on ajatella nestettä liimamaisten nesteiden seoksena, joista osa tarttuu enemmän kiinteään aineeseen (ja matkustaa hitaammin) kuin toiset. Tämä saa alkuperäisen nesteseoksen erilaiset nesteet leviämään kiinteälle aineelle.

Taideteos: Kuinka kromatografia toimii: täällä liikkuva vaihe on nestemäinen (sininen) ja kiinteä vaihe on kiinteä (harmaa). Vihreä molekyyli viettää eniten aikaa nesteessä, joten liikkuu nopeimmin. Keltainen molekyyli viettää enemmän aikaa kiinteän aineen pinnalla, joten liikkuu hitaammin. Punainen molekyyli viettää vieläkin enemmän aikaa kiinteällä pinnalla, joten liikkuu hitaimmin.

Jotta kromatografia toimisi tehokkaasti, tarvitsemme tietysti mobilefaasin komponentit erottumaan mahdollisimman paljon niiden siirtyessä stationaarisen vaiheen ohi . Siksi kiinteä vaihe on usein jotain, jolla on suuri pinta-ala, kuten suodatinpaperiarkki, hienojakoisista hiukkasista valmistettu kiinteä aine, kiinteän aineen pinnalle kerrostunut neste tai jokin muu erittäin adsorboiva materiaali.

Mitkä ovat erityyppiset kromatografiatyypit?

Kromatografiaa voidaan käyttää monella eri tavalla. Nämä ovat tunnetuimpia:

paperikromatografia

Valokuva: Yksinkertainen paperikromatografia. Piirrä mustepaloja paperille (Crayolan pestävien lasten kuituvihjeet ovat täydellisiä), kierrä paperi sylinteriin ja aseta se viinilasiin, jossa on pieni määrä vettä. Kun vesi hiipii paperia, värit erottuvat osiksi. Se on kromatografia toiminnassa!

Tämä on ”mustepisteen paikka paperilla” -kokeilu, jota teet usein koulussa (myös vaikutus, joka on kuvattu alussa, kun paperit kastuvat). Tyypillisesti laitat paikan mustetta jonkin suodatinpaperin yhden reunan lähellä ja työnnä paperi sitten pystysuoraan siten, että sen alareuna (lähin kohta) on kastettu liuottimeen, kuten alkoholiin tai veteen. Kapillaarivaikutus saa liuottimen kulkemaan ylöspäin paperia kohti, missä se kohtaa ja liuottaa linkin. liuennut muste (liikkuva vaihe) kulkee hitaasti paperia ylöspäin (liikkumaton vaihe) ja erottuu eri osiksi, joskus ne ovat värillisiä; joskus sinun on väritettävä niitä lisäämällä muita aineita (kehittäjiksi kutsuttuja tai kehittäviä nesteitä), jotka auttavat sinua tunnistamisessa.

Pylväskromatografia

Paperin sijaan kiinteä faasi on pystysuora lasipurkki (pylväs), joka on pakattu erittäin adsorboivaan kiinteään aineeseen, kuten piidioksidin tai silikageelin kiteisiin tai kiinteä nesteellä päällystetty, liikkuva faasi tippuu (tai pumpataan suurpaineessa) pylvään läpi ja jakautuu komponentteihinsa, jotka poistetaan ja analysoidaan.

Muunnelmia on melko paljon, mukaan lukien:

• neste- pylväskromatografia, jossa tutkittava seos sijoitetaan pylvään toiseen päähän ja kaadetaan ylimääräinen aine, jota kutsutaan eluentiksi (joskus speltti-eluentti), jotta se kulkisi läpi.
• Ohutkalvokromatografia on muunnos tämä tekniikka, jossa ”pylväs” on itse asiassa lasi-, muovi- tai metallikalvo, joka on päällystetty erittäin ohuella kerroksella adsorboivaa materiaalia.
• Suuritehoinen nestekromatografia (HPLC), jossa seos pakotetaan kolonnissa korkeassa paineessa (noin 400 kertaa ilmakehän paine).Tämä on nopeampaa, tarkempaa ja herkempiä.

Kuva: Sarakekromatografia: Otat sarakkeen , joka sisältää kiinteän vaiheen, ja lataa se näytteesi yläosaan (tummanharmaa). Kun lisäät eluenttia (liuotinta) näytteeseen, se hajoaa komponentteihinsa (sanotaan, että ne ovat punaisia, keltaisia ja sinisiä) .Nämä kulkevat eri nopeuksilla ja nousevat yksi kerrallaan alareunaan, johon voit kerätä ne eri säiliöissä.

Kaasukromatografia

Toistaiseksi olemme harkinneet kiintoaineen ohi kulkevien nesteiden kromatografiaa, mutta yksi yleisimmin käytetyistä tekniikoista on pylväskromatografia, jossa kaasuja käytetään liikkuvana aineena. vaihe. Kaasukromatografia on suurimmaksi osaksi automaattinen kemiallisen analyysin tyyppi, jonka voit tehdä hienostuneella laboratoriolaitteella, jota ei ole yllättävää nimeltään kaasukromatografikone.

Kuva: Kaasukromatografia on pitkälti automatisoitua, mutta se vie silti koulutetun käyttäjän työskentelemään jollakin näistä koneista. Kuva: NASA Kennedy Space Center (NASA-KSC).

Ensinnäkin pieni näyte tutkittavasta aineiden seoksesta laitetaan ruiskuun ja ruiskutetaan koneeseen. Seoksen komponentit kuumennetaan ja haihtuvat välittömästi. Seuraavaksi lisätään kantaja (eluentti), joka on yksinkertaisesti neutraali kaasu, kuten vety tai helium, joka on suunniteltu auttamaan näytteessä olevia kaasuja liikkumaan pylvään läpi. Tässä tapauksessa kolonni on ohut lasi- tai metalliputki, joka on yleensä täytetty nesteellä, jolla on korkea kiehumispiste (tai joskus geelillä tai adsorbenttikiinteällä aineella). Kun seos kulkee pylvään läpi, se adsorboituu ja erottuu komponentteihinsa. Kukin komponentti nousee vuorostaan pylvään päästä ja siirtyy elektronisen ilmaisimen (joskus massaspektrometrin) ohi, joka tunnistaa sen ja tulostaa piikin Kaavio. Lopullisessa kaaviossa on sarja piikkejä, jotka vastaavat kaikkia seoksessa olevia aineita. Kaasukromatografiaa kutsutaan joskus höyryfaasikromatografiaksi (VPC) tai kaasu-neste-jakautumiskromatografiaksi (GLPC).