Hur fungerar kromatografi?

Tänk på kromatografi som ett lopp och du kommer att tycka att det är mycket enklare än det låter. Väntar på startlinjen har du en blandning av kemikalier i någon oidentifierad vätska eller gas, precis som en massa löpare som är sammanblandade och hopade ihop. När ett lopp startar sprider löpare sig snart eftersom de har olika möjligheter. På exakt samma sätt , kemikalier i något som amoving flytande blandning sprids ut eftersom de rör sig med olika hastigheter över en stationär fast substans. Det viktigaste att komma ihåg är att kromatografi är en yteffekt.

När vätskan börjar röra sig förbi det fasta ämnet, några av dess molekyler (energiska saker som hela tiden rör sig om) sugs mot ytan på det fasta ämnet och fastnar där tillfälligt innan de åter dras tillbaka i vätskan de kom ifrån. Detta utbyte av molekyler mellan ytan på det fasta ämnet och vätskan är ett slags självhäftande orgluingeffekt som kallas adsorption (med ad – förväxla den inte med absorption, med ab, där molekyler av ett ämne permanent förts in i en annans kropp). Kom nu ihåg att vår vätska faktiskt är en blandning av en hel del olika vätskor. Var och en genomgår adsorption på något annorlunda sätt och spenderar mer eller mindre tid i antingen den fasta eller den flytande fasen. En av vätskorna spenderas mycket längre i den fasta fasen än i vätskan, så den skulle gå långsammare över det fasta ämnet; en annan kan tillbringa mindre tid i det fasta ämnet och mer i vätskan, så det skulle gå lite snabbare. Ett annat sätt att se på det är att tänka på vätskan som en blandning av limliknande vätskor, av vilka en del fäster mer fast (och resa långsammare) än andra. Det är detta som gör att de olika vätskorna i vår ursprungliga vätskeblandning sprids ut på fastämnet.

Konstverk: Hur kromatografi fungerar: här den mobila fasen är en vätska (blå) och den stationära fasen är en fast (grå). Den gröna molekylen tillbringar mest tid i vätskan så rör sig snabbast. Den gula molekylen spenderar mer tid på ytan av det fasta ämnet, så rör sig långsammare. Den röda molekylen spenderar ännu mer tid på den fasta ytan, så rör sig långsammast.

För att kromatografi ska fungera effektivt behöver vi uppenbarligen komponenterna i mobilfasen för att separera så mycket som möjligt när de rör sig förbi testfasen . Det är därför den stationära fasen ofta är något med en stor yta, såsom ett filterpapper, ett fast ämne av finfördelade partiklar, en vätska som avsatts på ytan av ett fast ämne eller något annat mycket adsorberande material.

Vilka är de olika typerna av kromatografi?

Det finns många olika sätt att använda kromatografi. Dessa är några av de mest kända:

Papperskromatografi

Foto: Enkel papperskromatografi. Rita några bläckfärger på papper (Crayola-tvättbara barns fibertips är perfekta), rulla papperet i en cylinder och placera den i ett vinglas med en liten mängd vatten. När vattnet kryper upp papperet kommer färgerna att delas ut i sina komponenter. Det här är kromatografi i aktion!

Det här är ”bläckfläck på papper” -experiment som du ofta gör i skolan (också den effekt som vi beskrev i början när du får dina papper blöta). bläck nära ena kanten av något filterpapper och häng sedan papperet vertikalt med dess nedre kant (närmast platsen) doppad i ett lösningsmedel som alkohol eller vatten. Kapillärverkan gör att lösningsmedlet rör sig uppåt papperet, där det möter och löser upp bläcket. upplöst bläck (den mobila fasen) rör sig långsamt upp på papperet (den stationära fasen) och delas ut i olika komponenter. Ibland är dessa färgade; ibland måste du färga dem genom att lägga till andra ämnen (kallas framkallare eller vätskor) som hjälper dig med identifiering.

Kolonnkromatografi

I stället för papper är den stationära fasen en vertikal glasburk (kolonnen) packad med ett starkt adsorberande fast ämne, såsom kristaller av kiseldioxid eller kiselgel, eller en fast belagt med en vätska. Den mobila fasen droppar (eller pumpas med högt tryck) genom kolonnen och delas i dess komponenter, som sedan avlägsnas och analyseras.

Det finns en hel del variationer, inklusive:

• Vätska- kolonnkromatografi, där blandningen som studeras placeras i ena änden av kolonnen och ett extra tillfört ämne som kallas ett elueringsmedel (ibland stavat elueringsmedel) hälls in för att hjälpa den att gå igenom.
• Tunnfilmskromatografi är en variant av denna teknik där ”kolonnen” faktiskt är en film av glas, plast eller metall belagd med ett mycket tunt lager adsorberande material.
• Högpresterande vätskekromatografi (HPLC), där blandningen tvingas genom kolumn vid högt tryck (ungefär 400 gånger atmosfärstryck).Detta är snabbare, mer exakt och känsligare.

Foto: Kolumnkromatografi: Du tar din kolumn , som innehåller den stationära fasen och ladda den med ditt prov högst upp (mörkgrå). När du tillsätter elueringsmedel (lösningsmedel) i provet delas det upp i dess komponenter (låt oss säga att de är färgade röda, gula och blåa). Dessa rör sig i olika hastigheter och kommer en i taget i botten, där du kan samla dem i olika behållare.

Gaskromatografi

Hittills har vi övervägt kromatografi av vätskor som går förbi fasta ämnen, men en av de mest använda teknikerna är en typ av kolonnkromatografi som använder gaser som den mobila fas. Gaskromatografi är en till stor del automatiserad typ av kemisk analys som du kan göra med en sofistikerad del av laboratorieutrustning som inte överraskande kallas en gaskromatografmaskin.

Foto: Gaskromatografi är till stor del automatiserat, men det tar fortfarande en utbildad operatör att arbeta på en av dessa maskiner. Foto med tillstånd av NASA Kennedy Space Center (NASA-KSC).

Först placeras ett litet prov av blandningen av ämnen som studeras i en spruta och injiceras i maskinen. Blandningens komponenter värms upp och förångas omedelbart. Därefter lägger vi till en bärare (elueringsmedlet), som helt enkelt är en neutral gas som väte eller helium, utformad för att hjälpa gaserna i vårt prov att röra sig genom kolonnen. I detta fall är kolonnen ett tunt glas- eller metallrör som vanligtvis är fyllt med en vätska som har en hög kokpunkt (eller ibland en gel eller ett adsorptionsmedel). När blandningen färdas genom kolonnen adsorberas den och separeras ut i dess komponenter. Varje komponent dyker upp i sin tur från slutet av kolonnen och rör sig förbi en elektronisk detektor (ibland en masspektrometer), som identifierar den och skriver ut en topp på en Det slutliga diagrammet har en serie toppar som motsvarar alla ämnen i blandningen. Gaskromatografi kallas ibland ångfaskromatografi (VPC) eller gas-vätskefördelningskromatografi (GLPC).