Գոյություն ունեն տարբեր միացությունների և նյութերի խառնուրդների բաղադրության վերլուծության և հատկությունների ուսումնասիրման բազմաթիվ տարբեր մեթոդներ: Այդպիսի մեթոդներից մեկը քրոմատոգրաֆիան է։ Մեթոդի գյուտի և կիրառման հեղինակությունը պատկանում է ռուս բուսաբան Մ. Ս. Ցվետին, ով 20-րդ դարի սկզբին իրականացրել է բույսերի պիգմենտների տարանջատումը։
Մեթոդի սահմանում և հիմունքներ
Քրոմատոգրաֆիան խառնուրդների առանձնացման և դրանց բաղադրիչների որոշման ֆիզիկաքիմիական մեթոդ է՝ հիմնված խառնուրդը կազմող նյութերի շարժական և անշարժ փուլերի միջև բաշխման վրա (նմուշ): Ստացիոնար փուլը ծակոտկեն պինդ նյութ է՝ սորբենտ։ Այն կարող է լինել նաև պինդ մակերեսի վրա դրված հեղուկ թաղանթ: Շարժական փուլը՝ էլուենտը, պետք է շարժվի ստացիոնար փուլով կամ հոսի դրա միջով՝ զտվելով սորբենտով:
Քրոմատոգրաֆիայի էությունն այն է, որ խառնուրդի տարբեր բաղադրիչներն անպայմանորեն բնութագրվում են տարբեր հատկություններով, ինչպիսիք են մոլեկուլային քաշը, լուծելիությունը, ներծծվողությունը և այլն: Հետևաբար շարժական փուլի բաղադրիչների` սորբատների փոխազդեցության արագությունը ստացիոնարի հետնույնը չէ. Սա հանգեցնում է խառնուրդի մոլեկուլների արագությունների տարբերության՝ համեմատած անշարժ ֆազի հետ, որի արդյունքում բաղադրիչները բաժանվում և կենտրոնանում են սորբենտի տարբեր գոտիներում։ Նրանցից ոմանք թողնում են սորբենտը շարժական փուլի հետ միասին. սրանք, այսպես կոչված, չպահպանված բաղադրիչներն են:
Քրոմատագրության առանձնահատուկ առավելությունն այն է, որ այն թույլ է տալիս արագորեն առանձնացնել նյութերի բարդ խառնուրդները, ներառյալ նմանատիպ հատկություններով:
Քրոմատոգրաֆիայի տեսակների դասակարգման մեթոդներ
Վերլուծության մեջ օգտագործվող մեթոդները կարելի է դասակարգել ըստ տարբեր չափանիշների: Նման չափանիշների հիմնական փաթեթը հետևյալն է.
- ստացիոնար և շարժական փուլերի ագրեգատային վիճակ;
- սորբենտի և սորբատների փոխազդեցության ֆիզիկական և քիմիական բնույթը;
- ինչպես ներմուծել էլյուենտ և տեղափոխել այն;
- ստացիոնար փուլի տեղադրման մեթոդ, այսինքն՝ քրոմատագրման տեխնիկա;
- քրոմատոգրաֆիայի թիրախներ։
Բացի այդ, մեթոդները կարող են հիմնված լինել սորբման գործընթացի տարբեր բնույթի, քրոմատոգրաֆիկ տարանջատման տեխնիկական պայմանների վրա (օրինակ՝ ցածր կամ բարձր ճնշում):
Եկեք ավելի սերտ նայենք վերը նշված հիմնական չափանիշներին և դրանց հետ կապված քրոմատոգրաֆիայի ամենատարածված տեսակներին:
Էլյուենտ և սորբենտ ագրեգացման վիճակ
Այս հիման վրա քրոմատագրությունը բաժանվում է հեղուկի և գազի: Մեթոդի անվանումները արտացոլում են շարժական փուլի վիճակը:
Հեղուկ քրոմատոգրաֆիան օգտագործվում է տեխնիկամակրոմոլեկուլային միացությունների, այդ թվում՝ կենսաբանորեն կարևոր միացությունների խառնուրդների տարանջատման գործընթացներում։ Կախված սորբենտի ագրեգացման վիճակից՝ այն բաժանվում է հեղուկ-հեղուկ և հեղուկ-պինդ փուլերի։
Գազային քրոմատոգրաֆիան հետևյալ տեսակներից է՝
- Գազի կլանումը (գազի պինդ փուլ), որն օգտագործում է պինդ սորբենտ, ինչպիսիք են ածուխը, սիլիկա գելը, ցեոլիտները կամ ծակոտկեն պոլիմերները: Իներտ գազը (արգոն, հելիում), ազոտը, ածխաթթու գազը գործում է որպես տարանջատվող խառնուրդի կրող: Խառնուրդի ցնդող բաղադրիչների տարանջատումն իրականացվում է դրանց կլանման տարբեր աստիճանի պատճառով։
- Գազ-հեղուկ. Ստացիոնար փուլն այս դեպքում բաղկացած է հեղուկ թաղանթից, որը դրված է ամուր իներտ հիմքի վրա: Նմուշի բաղադրիչները բաժանվում են ըստ դրանց կլանման կամ լուծելիության:
Գազային քրոմատագրությունը լայնորեն օգտագործվում է օրգանական միացությունների խառնուրդների վերլուծության համար (օգտագործելով դրանց տարրալուծման արտադրանքները կամ ածանցյալները գազային տեսքով):
Փոխազդեցությունը սորբենտի և սորբատների միջև
Ըստ այս չափանիշի՝ առանձնանում են հետևյալ տեսակները՝
- Ադսորբցիոն քրոմատոգրաֆիա, որի միջոցով խառնուրդները բաժանվում են անշարժ սորբենտի կողմից նյութերի կլանման աստիճանի տարբերության պատճառով:
- Բաշխում. Նրա օգնությամբ տարանջատումն իրականացվում է խառնուրդի բաղադրիչների տարբեր լուծելիության հիման վրա։ Լուծումը տեղի է ունենում կամ շարժական և անշարժ փուլերում (հեղուկ քրոմատագրության մեջ), կամ միայն անշարժ փուլում (գազ-հեղուկում):քրոմատոգրաֆիա).
- Նստվածքային. Քրոմատոգրաֆիայի այս մեթոդը հիմնված է տարանջատվող նյութերի ձևավորված նստվածքների տարբեր լուծելիության վրա:
- Բացառում, կամ գելային քրոմատոգրաֆիա: Այն հիմնված է մոլեկուլների չափերի տարբերության վրա, որի պատճառով տատանվում է սորբենի, այսպես կոչված, գելային մատրիցայի ծակոտիներ ներթափանցելու նրանց կարողությունը։
- Աֆին. Այս հատուկ մեթոդը, որը հիմնված է առանձնացված կեղտերի կենսաքիմիական փոխազդեցության հատուկ տեսակի վրա, լիգանդի հետ, որը կայուն փուլում իներտ կրիչով բարդ միացություն է կազմում: Այս մեթոդը արդյունավետ է սպիտակուց-ֆերմենտների խառնուրդները բաժանելու համար և տարածված է կենսաքիմիայում:
- Իոնների փոխանակում. Որպես նմուշի տարանջատման գործոն, այս մեթոդը օգտագործում է խառնուրդի բաղադրիչների իոնափոխանակման ունակության տարբերությունը ստացիոնար փուլի (իոնափոխանակիչի) հետ: Գործընթացի ընթացքում անշարժ փուլի իոնները փոխարինվում են էլուենտի բաղադրության մեջ գտնվող նյութերի իոններով, մինչդեռ վերջիններիս իոնափոխանակիչին տարբեր մերձավորության պատճառով առաջանում է տարբերություն դրանց շարժման արագության մեջ, և հետևաբար՝ խառնուրդն առանձնացված է. Ստացիոնար փուլի համար առավել հաճախ օգտագործվում են իոնափոխանակման խեժեր՝ հատուկ սինթետիկ պոլիմերներ:
Իոնափոխանակման քրոմատոգրաֆիան ունի երկու տարբերակ՝ անիոնային (պահպանում է բացասական իոնները) և կատիոնային (համապատասխանաբար պահպանում է դրական իոնները): Այս մեթոդը չափազանց լայնորեն կիրառվում է՝ էլեկտրոլիտների, հազվագյուտ հողային և տրանսուրանի տարրերի տարանջատման, ջրի մաքրման, դեղերի վերլուծության մեջ։
Տեխնիկայի մեթոդների տարբերությունը
Կա երկու հիմնական եղանակ, որոնցով նմուշը շարժվում է ստացիոնար փուլի համեմատ.
- Սյունակային քրոմատոգրաֆիան տարանջատման գործընթացն իրականացնում է հատուկ սարքում՝ քրոմատոգրաֆիկ սյունակում՝ խողովակում, որի ներքին խոռոչում տեղադրվում է անշարժ սորբենտ։ Ըստ լցման եղանակի՝ սյուները բաժանվում են երկու տեսակի՝ փաթեթավորված (այսպես կոչված՝ «փաթեթավորված») և մազանոթ, որոնցում մակերևույթի վրա կիրառվում է պինդ սորբենտի շերտ կամ ստացիոնար փուլի հեղուկ թաղանթ։ ներքին պատը. Փաթեթավորված սյուները կարող են ունենալ տարբեր ձևեր՝ ուղիղ, U-աձև, պարույր: Մազանոթային սյուները պարուրաձև են։
- Պլանային (հարթական) քրոմատոգրաֆիա. Այս դեպքում որպես ստացիոնար փուլի կրող կարող է օգտագործվել հատուկ թուղթ կամ թիթեղ (մետաղ, ապակի կամ պլաստմաս), որի վրա նստած է սորբենտի բարակ շերտը։ Այս դեպքում քրոմատոգրաֆիայի մեթոդը համապատասխանաբար կոչվում է թղթային կամ բարակ շերտով քրոմատագրություն։
Ի տարբերություն սյունակային մեթոդի, որտեղ քրոմատոգրաֆիկ սյունակները բազմիցս օգտագործվում են, հարթ քրոմատագրության մեջ սորբենտ շերտ ունեցող ցանկացած կրիչ կարող է օգտագործվել միայն մեկ անգամ: Բաժանման գործընթացը տեղի է ունենում, երբ ափսեը կամ թղթի թերթիկը ընկղմվում է տարայի մեջ՝ լուծիչով:
Էլյուենտի ներդրում և փոխանցում
Այս գործոնը որոշում է սորբենտ շերտի երկայնքով քրոմատոգրաֆիկ գոտիների շարժման բնույթը, որոնք առաջանում են խառնուրդի անջատման ժամանակ։ Գոյություն ունեն էլուենտի առաքման հետևյալ մեթոդները՝
- Ճակատ. Այս մեթոդը ամենապարզն էկատարման տեխնիկա. Շարժական փուլն ուղղակիորեն ինքնին նմուշն է, որն անընդհատ սնվում է սորբենտով լցված սյունակի մեջ: Այս դեպքում ամենաքիչ պահպանված բաղադրիչը, որը կլանված է մյուսներից ավելի վատ, շարժվում է սորբենտի երկայնքով ավելի արագ, քան մյուսները: Արդյունքում, միայն այս առաջին բաղադրիչը կարող է մեկուսացվել մաքուր տեսքով, որին հաջորդում են բաղադրիչների խառնուրդներ պարունակող գոտիները: Նմուշի բաշխումն ունի հետևյալ տեսքը. A + B; A+B+C և այլն: Հետևաբար, ճակատային քրոմատոգրաֆիան օգտակար չէ խառնուրդների տարանջատման համար, սակայն այն արդյունավետ է տարբեր մաքրման գործընթացներում, պայմանով, որ մեկուսացված նյութը ցածր պահպանում ունի:
- Տեղաշարժման մեթոդը տարբերվում է նրանով, որ տարանջատվող խառնուրդը մտնելուց հետո սյունակ է ներծծվում հատուկ տեղահանող նյութ՝ նյութ, որը բնութագրվում է ավելի մեծ կլանողությամբ, քան խառնուրդի ցանկացած բաղադրիչ: Այն տեղահանում է ամենաշատ պահվող բաղադրիչը, որը տեղահանում է հաջորդը և այլն: Նմուշը շարժվում է սյունակի երկայնքով տեղահանողի արագությամբ և կազմում է հարակից կենտրոնացման գոտիներ: Այս տեսակի քրոմատոգրաֆիայի միջոցով յուրաքանչյուր բաղադրիչ կարելի է առանձին-առանձին հեղուկ տեսքով ստանալ սյունակի ելքի մոտ:
- Էլյուենտի (զարգացող) մեթոդը ամենատարածվածն է: Ի տարբերություն տեղաշարժման մեթոդի, էլուենտը (կրիչը) այս դեպքում ունի ավելի ցածր սորբություն, քան նմուշի բաղադրիչները: Անընդհատ անցնում են սորբենտային շերտով, այն լվանում։ Պարբերաբար, չափաբաժիններով (զարկերակներով) տարանջատվող խառնուրդը ներմուծվում է էլուենտի հոսքի մեջ, որից հետո մաքուր լուծիչը նորից սնվում է: Լվացվելիս (էլյուցիան) բաղադրիչներն առանձնանում են. Ավելին, դրանց կոնցենտրացիայի գոտիները բաժանված են էլուենտ գոտիներով։
Էլյուենտային քրոմատոգրաֆիան հնարավորություն է տալիս գրեթե ամբողջությամբ առանձնացնել վերլուծված նյութերի խառնուրդը, և խառնուրդը կարող է լինել բազմաբաղադրիչ: Նաև այս մեթոդի առավելություններից են բաղադրիչների մեկուսացումը միմյանցից և խառնուրդի քանակական վերլուծության պարզությունը: Թերությունները ներառում են էլուենտի մեծ սպառումը և դրա մեջ նմուշի բաղադրիչների ցածր կոնցենտրացիան սյունակի ելքի մոտ բաժանվելուց հետո: Էլուենտի մեթոդը լայնորեն կիրառվում է ինչպես գազային, այնպես էլ հեղուկ քրոմատագրության մեջ։
Քրոմատոգրաֆիկ գործընթացներ՝ կախված նպատակներից
Քրոմատոգրաֆիայի նպատակների տարբերությունը հնարավորություն է տալիս տարբերակել մեթոդները, ինչպիսիք են վերլուծական, նախապատրաստական և արդյունաբերական:
Անալիտիկ քրոմատագրության միջոցով կատարվում է խառնուրդների որակական և քանակական անալիզ։ Նմուշի բաղադրիչները վերլուծելիս քրոմատոգրաֆի սյունակից հեռանալիս նրանք գնում են դետեկտոր՝ սարք, որը զգայուն է էլուենտում նյութի կոնցենտրացիայի փոփոխության նկատմամբ: Նմուշը սյունակ մուտքագրվելու պահից անցած ժամանակը մինչև դետեկտորի վրա նյութի առավելագույն առավելագույն կոնցենտրացիան կոչվում է պահպանման ժամանակ: Պայմանով, որ սյունակի ջերմաստիճանը և լուծիչի արագությունը հաստատուն են, այս արժեքը հաստատուն է յուրաքանչյուր նյութի համար և հիմք է հանդիսանում խառնուրդի որակական վերլուծության համար: Քանակական վերլուծությունը կատարվում է քրոմատոգրամում առանձին գագաթների տարածքի չափման միջոցով: Որպես կանոն, անալիտիկ քրոմատագրության մեջ օգտագործվում է էլուենտի մեթոդը։
Նախապատրաստական քրոմատոգրաֆիան նպատակ ունի մեկուսացնել մաքուր նյութերը խառնուրդից: Նախապատրաստական սյունակներն ունեն շատ ավելի մեծտրամագիծը, քան անալիտիկ։
Արդյունաբերական քրոմատոգրաֆիան օգտագործվում է առաջին հերթին որոշակի արտադրության մեջ անհրաժեշտ մաքուր նյութերի մեծ քանակություն ստանալու համար: Երկրորդ, դա տեխնոլոգիական գործընթացների ժամանակակից կառավարման և կարգավորման համակարգերի կարևոր մասն է։
Արդյունաբերական քրոմատոգրաֆն ունի այս կամ այն բաղադրիչի կոնցենտրացիայի սանդղակ և հագեցած է սենսորով, ինչպես նաև կառավարման և գրանցման համակարգերով։ Այդպիսի քրոմատոգրաֆներին նմուշները հանձնվում են ավտոմատ կերպով՝ որոշակի հաճախականությամբ:
Բազմաֆունկցիոնալ քրոմատագրման սարք
Ժամանակակից քրոմատոգրաֆները բարդ բարձր տեխնոլոգիական սարքեր են, որոնք կարող են օգտագործվել տարբեր ոլորտներում և տարբեր նպատակներով: Այս սարքերը հնարավորություն են տալիս վերլուծել բարդ բազմաբաղադրիչ խառնուրդները։ Դրանք հագեցած են դետեկտորների լայն տեսականիով՝ ջերմահաղորդական, օպտիկական, իոնացնող, զանգվածային սպեկտրաչափական և այլն։
Բացի այդ, ժամանակակից քրոմատոգրաֆիան օգտագործում է ավտոմատ կառավարման համակարգեր քրոմատոգրամների վերլուծության և մշակման համար: Կառավարումը կարող է իրականացվել համակարգչից կամ անմիջապես սարքից:
Նման սարքի օրինակ է «Crystal 5000» բազմաֆունկցիոնալ գազային քրոմատոգրաֆը։ Այն ունի չորս փոխարինելի դետեկտորների հավաքածու, սյունակային թերմոստատ, ճնշման և հոսքի վերահսկման էլեկտրոնային համակարգեր և գազի փականի կառավարիչներ: Տարբեր խնդիրներ լուծելու համար սարքն ունիինչպես փաթեթավորված, այնպես էլ մազանոթ սյունակներ տեղադրելու ունակություն:
Քրոմատոգրաֆը կառավարվում է լիարժեք ստեղնաշարի և կառավարման էկրանի միջոցով կամ (մեկ այլ փոփոխության դեպքում) անհատական համակարգչից: Այս նոր սերնդի սարքը կարող է արդյունավետորեն օգտագործվել արտադրության մեջ և տարբեր հետազոտական լաբորատորիաներում՝ բժշկական, դատաբժշկական, բնապահպանական:
Բարձր ճնշման քրոմատոգրաֆիա
Հեղուկ սյունակային քրոմատոգրաֆիայի իրականացումը բնութագրվում է գործընթացի բավականին երկար տևողությամբ: Հեղուկ էլուենտի շարժումն արագացնելու համար օգտագործվում է շարժական փուլի մատակարարումը սյունին ճնշման տակ։ Այս ժամանակակից և շատ խոստումնալից մեթոդը կոչվում է բարձր արդյունավետության հեղուկ քրոմատոգրաֆիայի (HPLC) մեթոդ:
HPLC հեղուկ քրոմատոգրաֆի պոմպային համակարգը լուծույթ է հաղորդում հաստատուն արագությամբ: Մշակված մուտքային ճնշումը կարող է հասնել 40 ՄՊա: Համակարգչային կառավարումը հնարավորություն է տալիս փոխել շարժական փուլի կազմը ըստ տվյալ ծրագրի (էլյուցիայի այս մեթոդը կոչվում է գրադիենտ):
HPLC-ն կարող է օգտագործվել տարբեր մեթոդների հիման վրա՝ հիմնված սորբենտի և սորբատի փոխազդեցության բնույթի վրա՝ բաշխում, կլանում, չափերի բացառում, իոնափոխանակման քրոմատագրություն: HPLC-ի ամենատարածված տեսակը հակադարձ փուլային մեթոդն է, որը հիմնված է բևեռային (ջրային) շարժական փուլի և ոչ բևեռային սորբենտի հիդրոֆոբ փոխազդեցության վրա, ինչպիսին է սիլիկա գելը:
:
Մեթոդը լայնորեն կիրառվում է տարանջատման, վերլուծության,ոչ ցնդող, ջերմային անկայուն նյութերի որակի վերահսկում, որոնք չեն կարող վերածվել գազային վիճակի. Սրանք ագրոքիմիական նյութեր, դեղամիջոցներ, սննդի բաղադրիչներ և այլ բարդ նյութեր են։
Քրոմատոգրաֆիայի ուսումնասիրությունների կարևորությունը
Քրոմատոգրաֆիայի տարբեր տեսակներ լայնորեն կիրառվում են տարբեր ոլորտներում.
- անօրգանական քիմիա;
- նավթաքիմիա և հանքարդյունաբերություն;
- կենսաքիմիա;
- բժշկություն և դեղագործություն;
- սննդի արդյունաբերություն;
- էկոլոգիա;
- քրեագիտություն.
Այս ցանկը թերի է, սակայն արտացոլում է այն ոլորտների ընդգրկվածությունը, որոնք չեն կարող անել առանց նյութերի վերլուծության, տարանջատման և մաքրման քրոմատոգրաֆիկ մեթոդների: Քրոմատոգրաֆիայի կիրառման բոլոր ոլորտներում՝ գիտական լաբորատորիաներից մինչև արդյունաբերական արտադրություն, այս մեթոդների դերն ավելի է մեծանում, քանի որ ներդրվում են տեղեկատվության մշակման, բարդ գործընթացների կառավարման և վերահսկման ժամանակակից տեխնոլոգիաներ։
