Hvordan fungerer kromatografi?

Tenk på kromatografi som et løp, og du vil finne det mye enklere enn det høres ut. Når du venter på startlinjen, har du en blanding av kjemikalier i noe uidentifisert væske eller gass, akkurat som en mengde løpere som alle er blandet sammen og samlet. Når et løp starter, sprer løpere seg raskt fordi de har forskjellige funksjoner. På nøyaktig samme måte , kjemikalier i noe som amoving flytende blanding spres ut fordi de beveger seg med forskjellige hastigheter over et stasjonært fast stoff. Det viktigste å huske er at kromatografi er en overflateeffekt.

Når væsken begynner å bevege seg forbi det faste stoffet, noen av dets molekyler (energiske ting som hele tiden beveger seg rundt) suges mot overflaten av det faste stoffet og stikker der midlertidig før de blir trukket tilbake i væsken de kommer fra. Denne utvekslingen av molekyler mellom overflaten til det faste stoffet og væsken er en slags klebende organiserende effekt som kalles adsorpsjon (med ad – ikke forveksle den med absorpsjon, med ab, hvor molekyler av ett stoff blir permanent fanget inne i kroppen til et annet). Husk nå at væsken vår faktisk er blanding av ganske mange forskjellige væsker. Hver og en gjennomgår adsorpsjon på en litt annen måte og bruker mer eller mindre tid i enten den faste eller den flytende fasen. En av væskene tilbringer mye lenger i den faste fasen enn i væsken, så den vil bevege seg saktere over det faste stoffet; en annen kan bruke mindre tid på det faste stoffet og mer i væsken, så det vil gå litt raskere. En annen måte å se på det er å tenke på væsken som en blanding av limlignende væsker, hvorav noen holder seg mer til det faste stoffet (og reiser saktere) enn andre. Dette er det som får de forskjellige væskene i vår opprinnelige flytende blanding til å spre seg ut på det faste stoffet.

Kunstverk: Hvordan kromatografi fungerer: her mobilfasen er en væske (blå) og den stasjonære fasen er en fast (grå). Det grønne molekylet tilbringer mest tid i væsken, så beveger seg raskest. Det gule molekylet bruker mer tid på overflaten av det faste stoffet, så beveger seg saktere. Det røde molekylet bruker enda mer tid på den faste overflaten, så beveger seg sakte.

For at kromatografi skal fungere effektivt, trenger vi åpenbart komponentene i mobilfasen for å skille seg ut så mye som mulig når de beveger seg forbi testfasen . Derfor er den stasjonære fasen ofte noe med et stort overflateareal, for eksempel et ark med filterpapir, et fast stoff laget av findelte partikler, en væske avsatt på overflaten av et fast stoff eller noe annet sterkt adsorberende materiale.

Hva er de forskjellige typene kromatografi?

Det er mange forskjellige måter å bruke kromatografi på. Dette er noen av de mest kjente:

Papirkromatografi

Foto: Enkel papirkromatografi. Tegn noen klatt blekk på papir (Crayola-vaskbare barns fibertupper er perfekte), rull papiret inn i en sylinder , og legg den i et vinglass med en liten mengde vann. Når vannet kryper opp papiret, vil fargene skille seg ut i komponentene. Det er kromatografi i aksjon!

Dette er eksperimentet med «blekkflekk på papir» du ofte gjør på skolen (også den effekten vi beskrev i begynnelsen når du blir våt). blekk nær den ene kanten av noe filterpapir og heng deretter papiret vertikalt med den nedre kanten (nærmest stedet) dyppet i et løsningsmiddel som alkohol eller vann. Kapillærvirkning gjør at løsningsmidlet beveger seg oppover papiret, der det møter og løser opp blinken. oppløst blekk (den mobile fasen) beveger seg sakte opp papiret (den stasjonære fasen) og skiller seg ut i forskjellige komponenter. Noen ganger er disse farget, noen ganger må du farge dem ved å legge til andre stoffer (kalt utviklere eller utviklende væsker) som hjelper deg med identifikasjon.

Kolonnekromatografi

I stedet for papir er den stasjonære fasen en vertikal glasskrukke (kolonnen) pakket med et sterkt adsorberende fast stoff, for eksempel krystaller av silisiumdioksyd eller silikagel, eller et fast belagt med en væske. Den mobile fasen drypper (eller pumpes ved høyt trykk) gjennom kolonnen og deler seg i komponentene, som deretter fjernes og analyseres.

Det er ganske mange variasjoner, inkludert:

• Væske- kolonnekromatografi, der blandingen som studeres, plasseres i den ene enden av kolonnen, og en ekstra tilsatt substans kalt et elueringsmiddel (noen ganger stavet elueringsmiddel) helles inn for å hjelpe den gjennom.
• Tynnfilmkromatografi er en variant av denne teknikken der «kolonnen» egentlig er en film av glass, plast eller metall belagt med et veldig tynt lag av adsorberende materiale.
• Høyytelses væskekromatografi (HPLC), hvor blandingen blir presset gjennom kolonne ved høyt trykk (omtrent 400 ganger atmosfæretrykk).Dette er raskere, mer presist og mer følsomt.

Foto: Kolonnekromatografi: Du tar kolonnen din , som inneholder den stasjonære fasen, og last den med prøven din øverst (mørk grå). Når du tilsetter elueringsmiddel (løsemiddel) i prøven, deler den seg i komponentene (la oss si at de er farget rød, gul og blå). Disse beveger seg i forskjellige hastigheter og kommer en om gangen nederst, hvor du kan samle dem i forskjellige beholdere.

Gasskromatografi

Så langt har vi vurdert kromatografi av væsker som går forbi faste stoffer, men en av de mest brukte teknikkene er en type kolonnekromatografi som bruker gasser som den mobile fase. Gasskromatografi er en stort sett automatisk type kjemisk analyse du kan gjøre med et sofistikert stykke laboratorieutstyr som ikke overraskende kalles en gasskromatografmaskin.

Foto: Gasskromatografi er i stor grad automatisert, men det tar fortsatt en utdannet operatør å jobbe en av disse maskinene. Foto med tillatelse fra NASA Kennedy Space Center (NASA-KSC).

Først plasseres en liten prøve av blandingen av stoffer som studeres i en sprøyte og injiseres i maskinen. Komponentene i blandingen varmes opp og fordamper umiddelbart. Deretter legger vi til en bærer (elueringsmidlet), som ganske enkelt er en nøytral gass som hydrogen eller helium, designet for å hjelpe gassene i prøven vår med å bevege seg gjennom kolonnen. I dette tilfellet er kolonnen et tynt glass- eller metallrør som vanligvis er fylt med en væske som har et høyt kokepunkt (eller noen ganger en gel eller et adsorberende fast stoff). Når blandingen beveger seg gjennom kolonnen, adsorberes den og skilles ut i komponentene. Hver komponent dukker opp fra slutten av kolonnen og beveger seg forbi en elektronisk detektor (noen ganger et massespektrometer), som identifiserer den og skriver ut en topp på en Det endelige diagrammet har en rekke topper som tilsvarer alle stoffene i blandingen. Gasskromatografi kalles noen ganger damp-fasekromatografi (VPC) eller gass-væske-partisjonskromatografi (GLPC).