Ka shumë metoda të ndryshme për analizimin e përbërjes dhe studimin e vetive të përbërjeve dhe përzierjeve të ndryshme të substancave. Një metodë e tillë është kromatografia. Autorësia në shpikjen dhe zbatimin e metodës i përket botanistit rus M. S. Tsvet, i cili në fillim të shekullit të 20-të kreu ndarjen e pigmenteve bimore.
Përkufizimi dhe bazat e metodës
Kromatografia është një metodë fiziko-kimike për ndarjen e përzierjeve dhe përcaktimin e përbërësve të tyre, bazuar në shpërndarjen ndërmjet fazave të lëvizshme dhe të palëvizshme të substancave që përbëjnë përzierjen (kampion). Faza e palëvizshme është një substancë e ngurtë poroze - një sorbent. Mund të jetë gjithashtu një film i lëngshëm i depozituar në një sipërfaqe të fortë. Faza e lëvizshme - eluenti - duhet të lëvizë përgjatë fazës stacionare ose të rrjedhë përmes saj, duke u filtruar nga sorbent.
Thelbi i kromatografisë është se përbërës të ndryshëm të një përzierjeje karakterizohen domosdoshmërisht nga veti të ndryshme, si pesha molekulare, tretshmëria, absorbueshmëria, etj. Prandaj, shkalla e ndërveprimit të përbërësve të fazës së lëvizshme - sorbatet - me stacionarenuk është e njëjtë. Kjo çon në një ndryshim në shpejtësitë e molekulave të përzierjes në lidhje me fazën e palëvizshme, si rezultat i së cilës përbërësit ndahen dhe përqendrohen në zona të ndryshme të sorbentit. Disa prej tyre e lënë sorbentin së bashku me fazën e lëvizshme - këto janë të ashtuquajturat përbërës të pambajtur.
Një avantazh i veçantë i kromatografisë është se ju lejon të ndani shpejt përzierjet komplekse të substancave, duke përfshirë ato me veti të ngjashme.
Metodat për klasifikimin e llojeve të kromatografisë
Metodat e përdorura në analizë mund të klasifikohen sipas kritereve të ndryshme. Grupi kryesor i kritereve të tilla është si më poshtë:
- gjendja agregate e fazave stacionare dhe të lëvizshme;
- natyra fizike dhe kimike e ndërveprimit të sorbentit dhe sorbateve;
- si të futni eluent dhe ta lëvizni atë;
- metoda e vendosjes së fazës stacionare, pra teknika e kromatografisë;
- objektivat e kromatografisë.
Përveç kësaj, metodat mund të bazohen në natyrën e ndryshme të procesit të thithjes, në kushtet teknike të ndarjes kromatografike (për shembull, presioni i ulët ose i lartë).
Le t'i hedhim një vështrim më të afërt kritereve kryesore të mësipërme dhe llojeve më të përdorura të kromatografisë që lidhen me to.
Gjendja e grumbullimit eluent dhe sorbent
Mbi këtë bazë, kromatografia ndahet në lëng dhe gaz. Emrat e metodave pasqyrojnë gjendjen e fazës së lëvizshme.
Kromatografia e lëngshme është një teknikë e përdorurnë proceset e ndarjes së përzierjeve të përbërjeve makromolekulare, duke përfshirë ato biologjikisht të rëndësishme. Në varësi të gjendjes së grumbullimit të sorbentit, ai ndahet në fazë të lëngët-lëng dhe të lëngët-ngurtë.
Kromatografia me gaz është e llojeve të mëposhtme:
- Adsorbimi i gazit (faza e ngurtë e gazit), i cili përdor një sorbent të ngurtë, si qymyri, xhel silicë, zeolite ose polimere poroze. Një gaz inert (argon, helium), azoti, dioksidi i karbonit vepron si një eluent - një bartës i përzierjes që do të ndahet. Ndarja e përbërësve të paqëndrueshëm të përzierjes kryhet për shkak të shkallës së ndryshme të absorbimit të tyre.
- Gaz-lëng. Faza e palëvizshme në këtë rast përbëhet nga një film i lëngshëm i depozituar në një bazë të fortë inerte. Komponentët e mostrës ndahen sipas përthithshmërisë ose tretshmërisë së tyre.
Kromatografia e gazit përdoret gjerësisht për analizën e përzierjeve të përbërjeve organike (duke përdorur produktet e tyre të dekompozimit ose derivatet në formë të gaztë).
Ndërveprimi ndërmjet sorbentit dhe sorbateve
Sipas këtij kriteri dallohen lloje të tilla si:
- Kromatografia adsorbuese, përmes së cilës ndahen përzierjet për shkak të ndryshimeve në shkallën e përthithjes së substancave nga një sorbent i palëvizshëm.
- Shpërndarja. Me ndihmën e tij, ndarja kryhet në bazë të tretshmërisë së ndryshme të përbërësve të përzierjes. Shpërbërja ndodh ose në fazën e lëvizshme dhe të palëvizshme (në kromatografinë e lëngshme), ose vetëm në fazën e palëvizshme (në gaz-lëng.kromatografia).
- Sedimentar. Kjo metodë kromatografie bazohet në tretshmërinë e ndryshme të precipitateve të formuara të substancave që do të ndahen.
- Përjashtim, ose kromatografi me xhel. Ajo bazohet në ndryshimin në madhësinë e molekulave, për shkak të së cilës aftësia e tyre për të depërtuar në poret e sorbentit, e ashtuquajtura matricë xhel, ndryshon.
- Affine. Kjo metodë specifike, e cila bazohet në një lloj të veçantë të ndërveprimit biokimik të papastërtive të ndara me një ligand që formon një përbërje komplekse me një bartës inert në fazën stacionare. Kjo metodë është efektive në ndarjen e përzierjeve të protein-enzimave dhe është e zakonshme në biokimi.
- Shkëmbimi i joneve. Si faktor i ndarjes së mostrës, kjo metodë përdor ndryshimin në aftësinë e përbërësve të përzierjes për të shkëmbyer jonik me fazën stacionare (shkëmbyes jonesh). Gjatë procesit, jonet e fazës stacionare zëvendësohen nga jonet e substancave në përbërjen e eluentit, ndërsa për shkak të afinitetit të ndryshëm të këtij të fundit me shkëmbyesin e joneve, lind një ndryshim në shpejtësinë e lëvizjes së tyre, dhe kështu përzierja është e ndarë. Për fazën e palëvizshme, më së shpeshti përdoren rrëshirat e shkëmbimit të joneve - polimere speciale sintetike.
Kromatografia me shkëmbim jonesh ka dy opsione - anionike (ruan jonet negative) dhe kationike (ruan respektivisht jonet pozitive). Kjo metodë përdoret jashtëzakonisht gjerësisht: në ndarjen e elektroliteve, elementëve të tokës të rrallë dhe transuraniumit, në pastrimin e ujit, në analizën e barnave.
Dallimi në metodat e teknikës
Ka dy mënyra kryesore në të cilat kampioni lëviz në lidhje me fazën stacionare:
- Kromatografia me kolonë e kryen procesin e ndarjes në një pajisje të veçantë - një kolonë kromatografike - një tub, në zgavrën e brendshme të së cilës vendoset një sorbent i palëvizshëm. Sipas metodës së mbushjes, kolonat ndahen në dy lloje: të paketuara (të ashtuquajturat "të paketuara") dhe kapilare, në të cilat një shtresë e një sorbent të ngurtë ose një film i lëngshëm i fazës së palëvizshme aplikohet në sipërfaqen e muri i brendshëm. Kolonat e paketuara mund të kenë forma të ndryshme: të drejta, në formë U, spirale. Kolonat kapilare janë spirale.
- Kromatografi planare (planare). Në këtë rast, letër speciale ose një pllakë (metal, qelq ose plastikë) mund të përdoret si bartës për fazën e palëvizshme, mbi të cilën depozitohet një shtresë e hollë sorbent. Në këtë rast, metoda e kromatografisë quhet përkatësisht si kromatografi letre ose me shtresë të hollë.
Ndryshe nga metoda e kolonës, ku kolonat kromatografike përdoren në mënyrë të përsëritur, në kromatografinë planare, çdo bartës me një shtresë sorbente mund të përdoret vetëm një herë. Procesi i ndarjes ndodh kur një pjatë ose fletë letre zhytet në një enë me eluent.
Futja dhe transferimi i eluentit
Ky faktor përcakton natyrën e lëvizjes së zonave kromatografike përgjatë shtresës sorbente, të cilat formohen gjatë ndarjes së përzierjes. Ekzistojnë metodat e mëposhtme të shpërndarjes së eluentit:
- Përpara. Kjo metodë është më e thjeshtateknika e ekzekutimit. Faza e lëvizshme është drejtpërdrejt vetë kampioni, i cili futet vazhdimisht në kolonën e mbushur me sorbent. Në këtë rast, përbërësi më pak i mbajtur, i përthithur më keq se të tjerët, lëviz përgjatë sorbentit më shpejt se të tjerët. Si rezultat, vetëm ky komponent i parë mund të izolohet në formë të pastër, i ndjekur nga zona që përmbajnë përzierje përbërësish. Shpërndarja e mostrës duket kështu: A; A+B; A+B+C e kështu me radhë. Prandaj, kromatografia frontale nuk është e dobishme për ndarjen e përzierjeve, por është efektive në procese të ndryshme pastrimi, me kusht që substanca që do të izolohet të ketë mbajtje të ulët.
- Metoda e zhvendosjes ndryshon në atë që pas hyrjes në përzierjen që do të ndahet, një eluent me një zhvendosës të veçantë futet në kolonë - një substancë e karakterizuar nga një absorbueshmëri më e madhe se çdo përbërës i përzierjes. Zhvendos komponentin më të mbajtur, i cili zhvendos tjetrin, e kështu me radhë. Mostra lëviz përgjatë kolonës me shpejtësinë e zhvendosësit dhe formon zonat ngjitur të përqendrimit. Me këtë lloj kromatografie, çdo komponent mund të merret individualisht në formë të lëngshme në daljen e kolonës.
- Metoda eluent (zhvilluese) është më e zakonshme. Në ndryshim nga metoda e zhvendosjes, eluenti (bartësi) në këtë rast ka një absorbueshmëri më të ulët se përbërësit e mostrës. Kalohet vazhdimisht nëpër shtresën sorbente duke e larë. Periodikisht, në porcione (pulse), përzierja që do të ndahet futet në rrjedhën e eluentit, pas së cilës eluenti i pastër ushqehet përsëri. Kur lani (elucionin), përbërësit ndahen,për më tepër, zonat e tyre të përqendrimit janë të ndara nga zona eluente.
Kromatografia me eluent bën të mundur ndarjen pothuajse plotësisht të përzierjes së analizuar të substancave dhe përzierja mund të jetë shumëkomponente. Gjithashtu, avantazhet e kësaj metode janë izolimi i përbërësve nga njëri-tjetri dhe thjeshtësia e analizës sasiore të përzierjes. Disavantazhet përfshijnë një konsum të lartë të eluentit dhe një përqendrim të ulët të përbërësve të mostrës në të pas ndarjes në daljen e kolonës. Metoda e eluentit përdoret gjerësisht si në kromatografinë e gazit ashtu edhe në atë të lëngët.
Proceset kromatografike në varësi të qëllimeve
Dallimi në qëllimet e kromatografisë bën të mundur dallimin e metodave si ato analitike, përgatitore dhe industriale.
Me anë të kromatografisë analitike bëhet analiza cilësore dhe sasiore e përzierjeve. Kur analizohen përbërësit e mostrës, kur largohen nga kolona e kromatografit, ato shkojnë në detektor - një pajisje që është e ndjeshme ndaj ndryshimeve në përqendrimin e një substance në eluent. Koha e kaluar nga momenti kur kampioni futet në kolonë deri në kulmin maksimal të përqendrimit të substancës në detektor quhet koha e mbajtjes. Me kusht që temperatura e kolonës dhe shpejtësia e eluentit të jenë konstante, kjo vlerë është konstante për secilën substancë dhe shërben si bazë për një analizë cilësore të përzierjes. Analiza sasiore kryhet duke matur sipërfaqen e majave individuale në kromatogram. Si rregull, metoda e eluentit përdoret në kromatografinë analitike.
Kromatografia përgatitore synon të izolojë substancat e pastra nga një përzierje. Kolonat përgatitore kanë një shumë më të madhediametri se sa analitik.
Kromatografia industriale përdoret, së pari, për të marrë sasi të mëdha të substancave të pastra të nevojshme në një prodhim të caktuar. Së dyti, është një pjesë e rëndësishme e sistemeve moderne të kontrollit dhe rregullimit për proceset teknologjike.
Kromatograf industrial ka një shkallë përqendrimi të një ose një komponenti tjetër dhe është i pajisur me një sensor, si dhe me sisteme kontrolli dhe regjistrimi. Mostrat u dorëzohen kromatografëve të tillë automatikisht me një frekuencë të caktuar.
Pajisje kromatografie shumëfunksionale
Kromatografët modernë janë pajisje komplekse të teknologjisë së lartë që mund të përdoren në fusha të ndryshme dhe për qëllime të ndryshme. Këto pajisje bëjnë të mundur analizimin e përzierjeve komplekse me shumë përbërës. Ato janë të pajisura me një gamë të gjerë detektorësh: përcjellës termik, optik, jonizues, spektrometrik masiv e kështu me radhë.
Përveç kësaj, kromatografia moderne përdor sisteme automatike të kontrollit për analizën dhe përpunimin e kromatogrameve. Kontrolli mund të kryhet nga një kompjuter ose direkt nga pajisja.
Një shembull i një pajisjeje të tillë është kromatografi shumëfunksional i gazit "Crystal 5000". Ka një grup prej katër detektorësh të zëvendësueshëm, një termostat kolone, sisteme elektronike të kontrollit të presionit dhe rrjedhës dhe kontrolle të valvulave të gazit. Për të zgjidhur probleme të ndryshme, pajisja kaaftësia për të instaluar kolona të mbushura dhe kapilare.
Kromatografi kontrollohet duke përdorur një tastierë me funksione të plota dhe ekran kontrolli ose (në një modifikim tjetër) nga një kompjuter personal. Kjo pajisje e gjeneratës së re mund të përdoret në mënyrë efektive në prodhim dhe në laboratorë të ndryshëm kërkimor: mjekësor, mjeko-ligjor, mjedisor.
Kromatografia me presion të lartë
Kryerja e kromatografisë me kolonë të lëngshme karakterizohet nga një kohëzgjatje mjaft e gjatë e procesit. Për të përshpejtuar lëvizjen e eluentit të lëngshëm, përdoret furnizimi i fazës së lëvizshme në kolonë nën presion. Kjo metodë moderne dhe shumë premtuese quhet metoda e kromatografisë së lëngshme me performancë të lartë (HPLC).
Sistemi i pompimit të kromatografit të lëngshëm HPLC jep eluent me një shpejtësi konstante. Presioni i zhvilluar i hyrjes mund të arrijë 40 MPa. Kontrolli kompjuterik bën të mundur ndryshimin e përbërjes së fazës së lëvizshme sipas një programi të caktuar (kjo metodë elucioni quhet gradient).
HPLC mund të përdoret metoda të ndryshme bazuar në natyrën e ndërveprimit të sorbentit dhe sorbatit: shpërndarja, adsorbimi, përjashtimi i madhësisë, kromatografia e shkëmbimit të joneve. Lloji më i zakonshëm i HPLC është metoda e fazës së kundërt, e bazuar në ndërveprimin hidrofobik të një faze polare (ujore) të lëvizshme dhe një sorbent jopolar, siç është xhel silicë.
Metoda përdoret gjerësisht për ndarje, analizë,kontrolli i cilësisë së substancave jo të paqëndrueshme, termikisht të paqëndrueshme që nuk mund të shndërrohen në gjendje të gaztë. Këto janë agrokimikat, ilaçet, përbërësit ushqimorë dhe substanca të tjera komplekse.
Rëndësia e studimeve kromatografike
Lloje të ndryshme kromatografie përdoren gjerësisht në fusha të ndryshme:
- kimi inorganike;
- petrokimike dhe miniera;
- biokimi;
- ilaçe dhe farmaceutike;
- industria ushqimore;
- ekologji;
- kriminologji.
Kjo listë është e paplotë, por pasqyron mbulimin e industrive që nuk mund të bëjnë pa metoda kromatografike të analizës, ndarjes dhe pastrimit të substancave. Në të gjitha fushat e aplikimit të kromatografisë, që nga laboratorët shkencorë e deri te prodhimi industrial, roli i këtyre metodave po rritet edhe më shumë pasi futen teknologjitë moderne për përpunimin e informacionit, menaxhimin dhe kontrollin e proceseve komplekse.
