Cum funcționează cromatografia?

Gândiți-vă la cromatografie ca la o rasă și „o veți găsi” mult mai simplă decât pare. Așteptând linia inițială, aveți un amestec de substanțe chimice în lichid sau gaz neidentificat, la fel ca o mulțime de alergători toți amestecați și grupați împreună. Când începe cursa, alergătorii se împrăștie curând pentru că au diferențieri. Exact în același mod , substanțele chimice dintr-un amestec lichid amovibil se răspândesc deoarece călătoresc la viteze diferite peste un solid staționar. Lucrul cheie de reținut este că cromatografia este un efect de suprafață.

Pe măsură ce lichidul începe să treacă peste solid, unele dintre moleculele sale (lucruri energetice care se mișcă constant) sunt aspirate spre suprafața solidului și rămân acolo temporar înainte de a fi aduse din nou în lichidul din care provin. Acest schimb de molecule între suprafața solidului și lichidul este un fel de efect adeziv sau lipicios numit adsorbție (cu ad – nu confundați cu absorbția, cu ab, unde moleculele unei substanțe sunt prinse permanent în corpul alteia). Acum amintiți-vă că lichidul nostru este de fapt un amestec de câteva lichide diferite. Fiecare suferă absorbție într-un mod ușor diferit și petrece mai mult sau mai puțin timp, fie în faza solidă, fie în cea lichidă. Unul dintre lichide ar putea cheltui mult mai mult în faza solidă decât în lichid, deci ar circula mai lent peste solid; un altul ar putea petrece mai puțin timp în solid și mai mult în lichid, deci ar merge puțin mai repede. Un alt mod de a-l privi este să gândiți la lichid ca la un amestec de lichide asemănătoare lipiciului, dintre care unele se lipesc mai mult de solid. (și călătoriți mai încet) decât alții. Acesta este motivul pentru care diferiții lichizi din amestecul nostru lichid original se răspândesc pe solid.

Lucrare: Cum funcționează cromatografia: aici faza mobilă este un lichid (albastru), iar faza staționară este solidă (gri). Molecula verde petrece cel mai mult timp în lichid, astfel încât se mișcă cel mai repede. Molecula galbenă petrece mai mult timp pe suprafața solidului, deci se mișcă mai lent. Molecula roșie petrece și mai mult timp pe suprafața solidă, deci se mișcă cel mai lent.

Pentru ca cromatografia să funcționeze eficient, avem nevoie, evident, de componentele fazei mobile pentru a se separa cât mai mult posibil pe măsură ce trec peste faza staționară. . Acesta este motivul pentru care faza staționară este adesea ceva cu o suprafață mare, cum ar fi o foaie de hârtie de filtru, un solid realizat din particule fin divizate, un lichid depus pe suprafața unui solid sau un alt material foarte adsorbant.

Care sunt diferitele tipuri de cromatografie?

Există multe moduri diferite de utilizare a cromatografiei. Acestea sunt unele dintre cele mai cunoscute:

Cromatografia pe hârtie

Foto: Cromatografie simplă pe hârtie. Desenați câteva pete de cerneală pe hârtie (vârfurile fibroase ale copiilor lavabili Crayola sunt perfecte), rulați hârtia într-un cilindru , și puneți-l într-un pahar de vin cu o cantitate mică de apă. Pe măsură ce apa se strecoară pe hârtie, culorile se vor separa în componentele lor. Acea „cromatografie în acțiune!

Acesta este experimentul„ pete de cerneală pe hârtie ”pe care îl faceți adesea la școală (de asemenea, efectul pe care l-am descris la început când vă udați hârtiile). De obicei, puneți un loc de cerneală lângă o margine a unei hârtii de filtru și apoi înlocuiți hârtia vertical cu marginea inferioară (cea mai apropiată de fața locului) scufundată într-un solvent, cum ar fi alcoolul sau apa. Acțiunea capilară face ca solventul să călătorească hârtia, unde se întâlnește și dizolvă cerneala dizolvată (faza mobilă) călătorește încet hârtia (faza staționară) și se separă în diferite componente. Uneori acestea sunt colorate; uneori trebuie să le colorați adăugând alte substanțe (numite dezvoltatori sau fluide în curs de dezvoltare) care vă ajută cu identificarea.

Cromatografia pe coloană

În loc de hârtie, faza staționară este un borcan de sticlă vertical (coloana) ambalat cu un solid foarte adsorbant, cum ar fi cristale de siliciu sau silicagel, sau un solid acoperit cu un lichid.Faza mobilă picură (sau este pompat la presiune înaltă) prin coloană și se împarte în componentele sale, care apoi sunt eliminate și analizate.

Există destul de puține variații, inclusiv:

• Lichid- cromatografia pe coloană, unde amestecul studiat este plasat la un capăt al coloanei și o substanță adăugată numită eluant (uneori eluent ortografiat) este turnată pentru a-l ajuta să se deplaseze prin intermediul.
• Cromatografia cu film subțire este o variație a această tehnică în care „coloana” este de fapt un film de sticlă, plastic sau metal acoperit cu un strat foarte subțire de material adsorbant.
• Cromatografie lichidă de înaltă performanță (HPLC), unde amestecul este forțat prin coloană la presiune ridicată (de aproximativ 400 de ori presiunea atmosferică).Aceasta este mai rapidă, mai precisă și mai sensibilă.

Foto: Cromatografie pe coloană: luați coloana , conținând faza staționară și încărcați-o cu proba dvs. în partea de sus (gri închis). Pe măsură ce adăugați eluant (solvent) la eșantion, acesta se împarte în componentele sale (să spunem că sunt colorate în roșu, galben și albastru). Acestea se deplasează la viteze diferite și se formează unul câte unul în partea de jos, unde le puteți colecta în diferite recipiente.

Cromatografia gazelor

Până acum am considerat cromatografia lichidelor care trec prin solide, dar una dintre cele mai utilizate tehnici este un tip de cromatografie pe coloană folosind gaze ca mobil fază. Cromatografia gazoasă este un tip de analiză chimică în mare măsură automatizată, pe care o puteți face cu o piesă sofisticată de echipament de laborator numită, deloc surprinzător, o mașină de cromatografie cu gaze.

Foto: cromatografia gazoasă este în mare măsură automatizată, dar este nevoie de un operator instruit să lucreze una dintre aceste mașini. Fotografie prin amabilitatea NASA Kennedy Space Center (NASA-KSC).

În primul rând, o mică probă din amestecul de substanțe studiate este plasată într-o seringă și injectată în mașină. Componentele amestecului sunt încălzite și se evaporă instantaneu. Apoi, adăugăm un purtător (eluantul), care este pur și simplu un gaz neutru, cum ar fi hidrogenul sau heliul, conceput pentru a ajuta gazele din eșantionul nostru să se miște prin coloană. În acest caz, coloana este un tub subțire de sticlă sau metal umplut de obicei cu un lichid care are un punct de fierbere ridicat (sau uneori un gel sau un adsorbant solid). Pe măsură ce amestecul se deplasează prin coloană, se adsorbe și se separă în componentele sale. Fiecare componentă iese la rândul său de la capătul coloanei și trece pe lângă un detector electronic (uneori un spectrometru de masă), care îl identifică și imprimă un vârf pe un Diagrama finală are o serie de vârfuri care corespund tuturor substanțelor din amestec. Cromatografia gazoasă se numește uneori cromatografie cu fază-vapori (VPC) sau cromatografie de partiție gaz-lichid (GLPC).