Ар кандай кошулмалардын жана заттардын аралашмаларынын курамын талдоо жана касиеттерин изилдөө үчүн көптөгөн ар кандай ыкмалар бар. Мындай ыкмалардын бири хроматография. Методду ойлоп табуунун жана колдонуунун автору 20-кылымдын башында өсүмдүк пигменттерин бөлүүнү жүргүзгөн орус ботаниги М. С. Цветке таандык.
Усулдун аныктамасы жана негиздери
Хроматография – аралашманы (үлгүнү) түзгөн заттардын кыймылдуу жана стационардык фазаларынын ортосундагы бөлүштүрүүгө негизделген аралашмаларды бөлүү жана алардын компоненттерин аныктоонун физика-химиялык ыкмасы. Стационардык фаза – бул көңдөйлүү катуу зат – сорбент. Ал ошондой эле катуу бетинде жайгашкан суюк пленка болушу мүмкүн. Мобилдик фаза - элюент - стационардык фаза боюнча жылышы керек же сорбент менен чыпкаланып, ал аркылуу агып өтүшү керек.
Хроматографиянын маңызы аралашманын ар кандай компоненттери сөзсүз түрдө молекулярдык масса, эригичтик, адсорбциялануу ж.б. Демек, кыймылдуу фазанын компоненттеринин – сорбаттардын стационар менен аракеттенүү ылдамдыгыОкшош эмес. Бул стационардык фазага салыштырмалуу аралашманын молекулаларынын ылдамдыктарынын айырмачылыгына алып келет, анын натыйжасында компоненттер бөлүнөт жана сорбенттин ар кандай зонасында топтолот. Алардын айрымдары мобилдик фаза менен бирге сорбенттен кетишет - бул кармалбаган компоненттер деп аталат.
Хроматографиянын өзгөчө артыкчылыгы - ал заттардын татаал аралашмаларын, анын ичинде окшош касиеттерге ээ болгон аралашмаларды тез бөлүп алууга мүмкүндүк берет.
Хроматографиянын түрлөрүн классификациялоо ыкмалары
Талдоодо колдонулган ыкмаларды ар кандай критерийлер боюнча классификациялоого болот. Мындай критерийлердин негизги топтому төмөнкүдөй:
- стационардык жана мобилдик фазалардын агрегаттык абалы;
- сорбент менен сорбаттардын өз ара аракеттенүүсүнүн физикалык жана химиялык табияты;
- элюентти кантип киргизүү жана аны жылдыруу;
- стационардык фазаны жайгаштыруу ыкмасы, б.а. хроматография техникасы;
- хроматография максаттары.
Мындан тышкары, методдор сорбция процессинин ар кандай мүнөзүнө, хроматографиялык бөлүүнүн техникалык шарттарына негизделиши мүмкүн (мисалы, төмөнкү же жогорку басым).
Жогорудагы негизги критерийлерди жана алар менен байланышкан хроматографиянын эң кеңири колдонулган түрлөрүн кененирээк карап чыгалы.
Элюент жана сорбенттик агрегаттын абалы
Ушунун негизинде хроматография суюк жана газ болуп бөлүнөт. Методдун аталыштары мобилдик фазанын абалын чагылдырат.
Суюк хроматография колдонулган ыкмамакромолекулярдык кошулмалардын, анын ичинде биологиялык жактан маанилүү болгон аралашмаларды бөлүү процесстеринде. Сорбенттин агрегаттык абалына жараша суюк-суюк жана суюк-катуу фаза болуп бөлүнөт.
Газ хроматографиясы төмөнкү түрлөргө кирет:
- Газдын адсорбциясы (газ-катуу фаза), анда көмүр, силикагель, цеолиттер же көзөнөктүү полимерлер сыяктуу катуу сорбент колдонулат. Элюенттин ролун инерттүү газ (аргон, гелий), азот, көмүр кычкыл газы - бөлүнүүчү аралашманын алып жүрүүчүсү аткарат. Аралашмадагы учуучу компоненттерди бөлүү алардын адсорбциясынын ар кандай даражасына байланыштуу жүргүзүлөт.
- Газ-суюктук. Бул учурда стационардык фаза катуу инерттүү негизге салынган суюк пленкадан турат. Үлгү компоненттери сиңирүү жөндөмдүүлүгүнө же эригичтигине жараша бөлүнөт.
Газ хроматографиясы органикалык кошулмалардын аралашмаларын анализдөө үчүн кеңири колдонулат (алардын ажыроо продуктыларын же газ түрүндөгү туундуларын колдонуу).
Сорбент менен сорбаттардын өз ара аракети
Бул критерийге ылайык мындай түрлөр төмөнкүчө бөлүнөт:
- Адсорбциялык хроматография, ал аркылуу кыймылсыз сорбент менен заттардын адсорбциялануу даражасынын айырмачылыгынан улам аралашмалар бөлүнөт.
- Бөлүштүрүү. Анын жардамы менен бөлүү аралашманын компоненттеринин ар кандай эригичтигинин негизинде жүргүзүлөт. Эрүү кыймылдуу жана стационардык фазада (суюк хроматографияда), же стационардык фазада (газ суюктукта) болот.хроматография).
- Чөкмө. Бул хроматография ыкмасы бөлүнө турган заттардын пайда болгон чөкмөлөрүнүн ар кандай эригичтигине негизделген.
- Чыгуу, же гел хроматографиясы. Ал молекулалардын өлчөмдөрүндөгү айырмачылыкка негизделген, ошонун аркасында гел матрицасы деп аталган сорбенттин тешиктерине кирүү жөндөмдүүлүгү өзгөрөт.
- Афин. Бул спецификалык ыкма, стационардык фазада инерттүү алып жүрүүчү менен комплекстүү кошулманы түзүүчү лиганд менен бөлүнгөн аралашмалардын биохимиялык өз ара аракеттенүүсүнүн өзгөчө түрүнө негизделген. Бул ыкма протеин-ферменттердин аралашмаларын бөлүүдө натыйжалуу жана биохимияда кеңири таралган.
- Ион алмашуу. Үлгү бөлүү коэффициенти катары бул ыкма аралашма компоненттеринин стационардык фаза (ион алмаштыргыч) менен ион алмашуу жөндөмдүүлүгүндөгү айырманы колдонот. Процесстин жүрүшүндө стационардык фазадагы иондор элюенттин курамындагы заттардын иондору менен алмашат, ал эми акыркысынын ион алмаштыргычка ар түрдүү жакындыгынан алардын кыймылынын ылдамдыгында айырмачылык пайда болот, демек аралашмасы бөлүнөт. Стационардык фаза үчүн көбүнчө ион алмаштыруучу чайырлар колдонулат - атайын синтетикалык полимерлер.
Ион алмашуу хроматографиясынын эки варианты бар - аниондук (терс иондорду кармайт) жана катиондук (тиешелүүлүгүнө жараша оң иондорду кармап турат). Бул ыкма өтө кеңири колдонулат: электролиттерди, сейрек кездешүүчү жерди жана трансуран элементтерин бөлүп алууда, сууну тазалоодо, дарыларды анализдөөдө.
Техникадагы айырмачылык
Үлгү стационардык фазага салыштырмалуу жылышынын эки негизги жолу бар:
- Колонналык хроматография бөлүү процессин атайын түзүлүштө - хроматографиялык колонкада - түтүктө жүргүзөт, анын ички көңдөйүнө кыймылсыз сорбент салынган. Толтуруу ыкмасы боюнча колонкалар эки түргө бөлүнөт: таңгакталган («пакеттелген» деп аталган) жана капиллярдык, мында катуу сорбенттин катмары же стационардык фазадагы суюк пленка капталган. ички дубал. Пакталган мамычалар ар кандай формада болушу мүмкүн: түз, U түрүндөгү, спираль. Капилляр мамычалары спиралдуу.
- Тегиздик (тегиздик) хроматография. Мында стационардык фазаны алып жүрүүчү катары атайын кагаз же табак (металл, айнек же пластмасса) колдонулушу мүмкүн, анын үстүнө жука сорбент катмары чөктүрүлөт. Бул учурда хроматография ыкмасы тиешелүүлүгүнө жараша кагаз же жука катмар хроматография деп аталат.
Хроматографиялык мамычалар кайра-кайра колдонулуучу колонна ыкмасынан айырмаланып, тегиздик хроматографияда сорбент катмары бар каалаган алып жүрүүчүнү бир гана жолу колдонууга болот. Бөлүп алуу процесси табак же кагаз баракты элюент кошулган идишке батырганда ишке ашат.
Элюентти киргизүү жана өткөрүү
Бул фактор аралашманы бөлүү учурунда пайда болгон хроматографиялык зоналардын сорбент катмары боюнча кыймылынын мүнөзүн аныктайт. Төмөнкү элюент жеткирүү ыкмалары бар:
- Алдыңкы. Бул ыкма эң жөнөкөйаткаруу техникасы. Мобилдик фаза – бул сорбент менен толтурулган колонкага үзгүлтүксүз берилүүчү үлгүнүн өзү. Мында башкаларга караганда азыраак адсорбцияланган компонент сорбент боюнча башкаларга караганда тезирээк жылат. Натыйжада, бул биринчи компонентти гана таза түрүндө бөлүп алууга болот, андан кийин компоненттердин аралашмаларын камтыган зоналар. Үлгү бөлүштүрүү төмөнкүдөй көрүнөт: A; A+B; A+B+C жана башкалар. Ошондуктан фронталдык хроматография аралашмаларды бөлүү үчүн пайдалуу эмес, бирок изоляциялануучу зат аз кармалуу шартында ар кандай тазалоо процесстеринде эффективдүү болот.
- Жылдыруу ыкмасы бөлүнө турган аралашмага киргенден кийин колоннага атайын орун алмаштыруучу элюент - аралашманын бардык компоненттерине караганда көбүрөөк сорбациялоо жөндөмдүүлүгү менен мүнөздөлгөн заттын берилиши менен айырмаланат. Ал эң сакталган компонентти, ал кийинкисин алмаштырат ж.б.у.с. Үлгү мамычаны бойлой жылдыргычтын ылдамдыгы менен жылып, концентрациянын чектеш аймактарын түзөт. Хроматографиянын бул түрү менен ар бир компонентти суюк формада колоннанын чыгышынан өз алдынча алууга болот.
- Элюент (иштеп чыгуу) ыкмасы эң кеңири таралган. Жылытуу ыкмасынан айырмаланып, бул учурда элюент (ташуучу) үлгү компоненттерине караганда сорббилдүүлүккө ээ. Ал сорбент катмарынан үзгүлтүксүз өтүп, аны жууп турат. Мезгил-мезгили менен порцияларда (импульстар) бөлүнүүчү аралашма элюент агымына киргизилет, андан кийин таза элюент кайра берилет. жууп жатканда (элюция) компоненттери бөлүнөт,анын үстүнө, алардын концентрациялуу зоналары элюенттик зоналар менен бөлүнгөн.
Элюенттик хроматография заттардын анализделген аралашмасын дээрлик толугу менен бөлүп алууга мүмкүндүк берет жана аралашма көп компоненттүү болушу мүмкүн. Ошондой эле, бул ыкманын артыкчылыктары компоненттерди бири-биринен обочолонтуу жана аралашманы сандык анализдөөнүн жөнөкөйлүгү болуп саналат. Кемчиликтерге элюенттин көп чыгымдалышы жана мамычанын чыгуучу жеринде бөлүнгөндөн кийин андагы үлгү компоненттеринин аз концентрациясы кирет. Элюент ыкмасы газ жана суюк хроматографияда кеңири колдонулат.
Максаттарга жараша хроматографиялык процесстер
Хроматография максаттарындагы айырма аналитикалык, препараттык жана өнөр жайлык сыяктуу ыкмаларды айырмалоого мүмкүндүк берет.
Аналитикалык хроматографиянын жардамы менен аралашмалардын сапаттык жана сандык анализи жүргүзүлөт. Үлгү компоненттерин талдоодо, хроматографтын колоннасынан чыгууда алар детекторго - элюенттеги заттын концентрациясынын өзгөрүшүнө сезгич түзүлүшкө барат. Үлгү колонкага киргизилген учурдан тартып детектордогу заттын эң жогорку концентрациясына чейин өткөн убакыт кармап калуу убактысы деп аталат. Колонна температурасы жана элюенттин ылдамдыгы туруктуу болгон шартта, бул чоңдук ар бир зат үчүн туруктуу болот жана аралашманы сапаттык анализдөө үчүн негиз болуп кызмат кылат. Сандык талдоо хроматограммадагы жеке чокулардын аянтын өлчөө жолу менен жүргүзүлөт. Эреже катары, элюент ыкмасы аналитикалык хроматографияда колдонулат.
Даярдоочу хроматография аралашмадан таза заттарды бөлүп алууга багытталган. Даярдоо колонналары бир кыйла чоңураакдиаметри аналитикалык караганда.
Өнөр жай хроматографиясы, биринчиден, белгилүү бир өндүрүшкө керектүү көп сандагы таза заттарды алуу үчүн колдонулат. Экинчиден, бул технологиялык процесстерди башкаруунун жана жөнгө салуунун заманбап системаларынын маанилүү бөлүгү.
Өнөр жай хроматографы тигил же бул компоненттин концентрациясынын шкаласына ээ жана сенсор, ошондой эле башкаруу жана каттоо системалары менен жабдылган. Үлгүлөр мындай хроматографтарга белгилүү бир жыштык менен автоматтык түрдө жеткирилет.
Көп функциялуу хроматография жабдыгы
Заманбап хроматографтар ар түрдүү тармактарда жана ар кандай максаттарда колдонууга жөндөмдүү татаал жогорку технологиялык түзүлүштөр. Бул приборлор татаал көп компоненттүү аралашмаларды анализдөөгө мүмкүндүк берет. Алар детекторлордун кеңири спектри менен жабдылган: жылуулук өткөргүчтүк, оптикалык, иондоштуруу, масс-спектрометрдик жана башкалар.
Мындан тышкары, заманбап хроматография хроматограммаларды анализдөө жана иштетүү үчүн автоматтык башкаруу системаларын колдонот. Башкаруу компьютерден же түз эле түзмөктөн аткарылат.
Мындай түзүлүштүн мисалы катары көп функционалдуу газ хроматографы "Crystal 5000" болуп саналат. Анын төрт алмаштырыла турган детекторлор, мамычалар термостат, электрондук басым жана агымын башкаруу системалары жана газ клапан башкаруу элементтери бар. ар кандай маселелерди чечүү үчүн, аппарат барпакеттелген жана капиллярдык мамычаларды орнотуу мүмкүнчүлүгү.
Хроматограф толук функциялуу клавиатура жана башкаруу дисплейи же (башка модификацияда) жеке компьютерден башкарылат. Бул жаңы муундагы аппарат өндүрүштө жана ар кандай изилдөө лабораторияларында эффективдүү колдонулушу мүмкүн: медициналык, соттук, экологиялык.
Жогорку басымдагы хроматография
Суюк колонна хроматографиясын жүргүзүү процесстин бир кыйла узакка созулушу менен мүнөздөлөт. Суюк элюенттин кыймылын тездетүү үчүн колоннага басым астында кыймылдуу фазаны берүү колдонулат. Бул заманбап жана абдан келечектүү ыкма жогорку натыйжалуу суюк хроматография (HPLC) ыкмасы деп аталат.
HPLC суюк хроматографынын насостук системасы элюентти туруктуу ылдамдыкта жеткирет. Иштеп чыгуучу басым 40 МПа жетиши мүмкүн. Компьютердик башкаруу берилген программага ылайык мобилдик фазанын курамын өзгөртүүгө мүмкүндүк берет (элюциянын бул ыкмасы градиент деп аталат).
HPLC сорбент менен сорбаттын өз ара аракеттенүүсүнүн мүнөзүнө негизделген ар кандай ыкмаларды колдонсо болот: бөлүштүрүү, адсорбциялоо, өлчөмдөрдөн чыгаруу, ион алмашуу хроматографиясы. HPLCтин эң кеңири таралган түрү полярдык (суу) кыймылдуу фаза менен полярдуу эмес сорбенттин, мисалы, силикагельдин гидрофобдук өз ара аракетине негизделген тескери фазалык ыкма.
Метод бөлүү, анализдөө үчүн кеңири колдонулат,газ абалына айландыруу мүмкүн эмес, учуучу эмес, термикалык жактан туруксуз заттардын сапатын көзөмөлдөө. Бул агрохимикаттар, дары-дармектер, тамак-аш компоненттери жана башка татаал заттар.
Хроматографиялык изилдөөлөрдүн мааниси
Хроматографиянын ар кандай түрлөрү ар кандай тармактарда кеңири колдонулат:
- органикалык химия;
- нефтехимия жана тоо-кен;
- биохимия;
- дары жана фармацевтика;
- тамак-аш өнөр жайы;
- экология;
- криминология.
Бул тизме толук эмес, бирок заттарды анализдөөнүн, бөлүүнүн жана тазалоонун хроматографиялык ыкмаларынсыз кыла албаган тармактарды камтууну чагылдырат. Хроматографияны колдонуунун бардык тармактарында, илимий лабораториялардан өнөр жай өндүрүшүнө чейин, бул ыкмалардын ролу информацияны иштеп чыгуунун, башкаруунун жана татаал процесстерди башкаруунун заманбап технологиялары ишке киргизилгендиктен ого бетер өсүүдө.
