Хроматография

Хроматография или. Хроматография (Гръцки, на немски Цветно писане) В химията се нарича процес, който позволява разделянето на смес от вещества чрез различното разпределение на отделните й компоненти между стационарна и подвижна фаза. Този принцип е описан за първи път през 1901 г. от руския ботаник Михаил С. Цвет, през 1903 г. той е описан за първи път публично, а през 1906 г. той за първи път използва термина „хроматография“. Той изследва цветни билкови екстракти, например от листен материал, и успява да изолира различни багрила от тях чрез хроматография. Този метод се използва на практика от една страна при производството за изолиране или пречистване на вещества (= препаративна хроматография), от друга страна при химически анализ за разделяне на смеси от вещества в съставки, които са възможно най-еднакви за целите на идентификацията или количественото определяне. Хроматографията стана незаменима в днешната органична химия, биохимия, биотехнологии, микробиология, химия на храните, химия на околната среда и също така неорганична химия.

подвижната фаза

Допълнителни препоръчителни познания

По-висока производителност при претегляне в 6 лесни стъпки

Какъв е правилният начин за проверка на повторяемостта на везни?

Как да проверите бързо пипетите?

Съдържание

Описание на хроматографския процес

Най-лесният начин да обясните хроматографията е като я сравните:

Буйна река може да носи много отломки. Скоростта, с която се движат плаващите отломки, зависи

  • вида на плаващите отломки (зърната пясък се транспортират по-бързо от камъчетата),
  • естеството на речното корито (грубите повърхности увеличават триенето на плаващите отломки и по този начин намаляват скоростта на отстраняване) и
  • върху скоростта на потока.

При хроматографията се използват смеси от вещества (= плаващи отломки) в т.нар Мобилна фаза (= Вода) на един Стационарна фаза (= Речно корито) транспортирано на. Поради взаимодействията (виж разделянето при принципите на разделяне) между пробата, неподвижната фаза и подвижната фаза, отделните компоненти се транспортират с различна скорост и по този начин могат да бъдат разделени един от друг: На едно място се образува смес от пясък, много малки и малко по-големи камъчета донесени от реката; след сто метра, например, целият пясък пристига първо (разстила се на няколко метра) и след определено време на изчакване всички по-малки камъчета, а много по-късно и по-големите, всеки откъсва определено разстояние.

По-лесно е да се разбере на пример: Ако 45% от молекулите А са в подвижната фаза (средно), динамичното равновесие означава, че отделните молекули А също са в подвижната фаза 45% от времето Прекарайте фаза (средно). Следователно скоростта им ще бъде 45% от скоростта на мобилната фаза (средно). За добри резултати в хроматографията е от решаващо значение обменът на вещества между двете фази да се извършва много бързо, т.е. отделните молекули на пробата трябва много често да се превключват напред-назад между двете фази (дифузионни процеси, движение на топлината). Предпоставка за това е, че пътищата, които молекулите трябва да изминат от неподвижната фаза до подвижната фаза, са много кратки. Ако неподвижната фаза съдържа прах, размерът на зърната на този прах трябва да бъде много малък (например само няколко микрометра). По определени причини прахообразните зърна също трябва да бъдат оформени възможно най-равномерно и да имат възможно най-еднакъв размер (тясно разпределение на размера на зърната).

процес

За хроматографията са необходими установяването на потока на подвижната фаза, инжектирането на пробата, която трябва да се отдели, действителното разделяне и откриването. The Поток на мобилната фаза се постига или чрез налягане (хидравлична помпа, налягане на газа), капилярна сила или чрез прилагане на електрическо напрежение.

The инжекция (= Въвеждане на сместа от вещества в хроматографската система) се извършва или преди установяването на потока на подвижната фаза (например тънкослойна хроматография), или докато подвижната фаза вече тече. При голям брой проби се използват така наречените автосамплери с автоматизирани видове хроматография (заедно със собствени системи за събиране на данни), които инжектират пробите напълно автоматично.

Тогава действителното Разделяне на сместа от вещества на изолационното разстояние. Без Откриване Хроматографията не е възможна (= да стане ясно, когато дадено вещество преминава определена част от хроматографската система или когато веществото спира след завършване на процеса). За всеки тип хроматография се използват различни системи за откриване, или чрез използване на физични свойства (поглъщане на светлина, флуоресценция, разсейване на светлината, топлопроводимост ...) на веществата или чрез получаване на сигнал чрез химични реакции. Посредством химични реакции, напр. цвят се постига при равнинна хроматография (напр. аминокиселини с използване на нинхидрин) или се провеждат реакции преди разделяне (дериватизация преди колона) или след разделяне (дериватизация след колона) в колонна хроматография.

В препаративната хроматография a Фракционни колектори необходими за събиране на отделеното вещество.

Поради дизайна, хроматографските процеси на пречистване винаги са периодични процеси. Това означава, че само определено количество вещество може да бъде приложено и разделено, преди да се пристъпи към следващото количество. Това е особено проблематично при обработка на големи количества, така че са разработени някои процеси, за да може да се работи с хроматография непрекъснато: пръстеновидна хроматография, TMB (True Moving Bed) хроматография и SMB (Simulated Moving Bed) хроматография.

Определение на някои термини

Стационарна фаза

Фаза, която взаимодейства с отделните вещества от сместа от вещества и не се движи. Престоят на аналитите по време на тяхното задържане се редува между подвижната и неподвижната фаза (произволно ходене) и причинява характерното за веществото време на задържане.

Мобилна фаза

Фаза, в която сместа от вещества се въвежда в началото на системата за разделяне и която се премества (фаза върху твърдо или течно вещество). Подвижните фази се различават по способността си за елуиране ("Сила" виж по-долу "Обхват на елутропите"), това изисква различно време на задържане и често различна селективност.

Задържане

Забавяне на отделни вещества от сместа от вещества чрез взаимодействие със стационарната фаза.

Време на задържане

Време, през което молекулите на чисто вещество трябва да мигрират през колоната (от инжектиране до откриване).

Време на потока (мъртво време)

Времето на потока (по-рано също „мъртво време“) показва времето, през което подвижната фаза или вещество, което не се задържа, трябва да мигрира през колоната. Вещество, което не се задържа (Инертно вещество) е само в пренебрежимо ниска концентрация в неподвижната фаза и следователно преминава през колоната по същото време като подвижната фаза.

Елуиране

Елуиране (от лат. елюират "Измиване") е разтварянето или изместването на адсорбираните вещества от твърди или напоени с течност адсорбенти и йонообменници чрез непрекъснато добавяне на разтворител (Елуент = мобилна фаза). Разтворът, изтичащ от сепарационната колона, става Елюирайте Наречен.

Този процес е от особено значение при екстракция в твърда фаза.

Елуент

Подвижна фаза, преминала изолационното разстояние.

Елуотропни серии

Подреждане на разтворителите, често използвани като подвижни фази, в съответствие с тяхната елуираща способност с еталонно вещество (обикновено силикагел или алуминиев оксид). Поръчката може да бъде избрана във възходящ или низходящ ред.

Хроматография

Колона: При хроматографията колона е куха тръба с диаметър от няколко микрометра до няколко метра. Тази тръба е или напълно запълнена с неподвижната фаза (опакована колона), или тънко покрита от вътрешната страна (капилярна колона).

Механизъм с обърната фаза

Има два начина за разделяне на веществена смес при адсорбционна хроматография:

  1. Нормална фаза: полярна неподвижна фаза (като силикагел, алуминиев оксид), неполярна до среднополярна подвижна фаза (като HC вещества, диоксан, етилацетат.) или
  2. Обърната фаза (Обърната фаза): неполярна неподвижна фаза (като модифициран силикагел) и полярна подвижна фаза (като буферирана вода).

В първия случай липофилните вещества лесно се елуират, полярните вещества са трудни, а в обратния случай полярните вещества се елуират лесно ("similia similibus solvuntur").

В HPLC често се използва градиентно елуиране (обърната фаза), при което съставът на разтворителя бавно се променя (например от 80% до 20% водно съдържание). Алканите излизат от колоната много късно и аминокиселините се появяват много рано и тези фракции могат да бъдат изрязани.

Методите за хроматографско разделяне могат да бъдат класифицирани според различни аспекти:

Класификация според принципа на разделяне

Основният принцип на всички хроматографски процеси е често повтарящото се установяване на равновесие между стационарна фаза и движеща се фаза. Равновесието може да се развие поради различни физико-химични ефекти.

Класификация според използваните фази

Поради подвижните фази, хроматографията може да бъде разделена на три области, които могат да бъдат подразделени на различни групи според носителите на неподвижните фази или физическото състояние на неподвижните фази.

Параметри на хроматографията

  • Дължина на колоната L.
  • Време на потокат0
  • Време на задържанетR.
  • u се нарича линейна Дебит подвижната фаза през колоната, тя се определя като:
  • на Коефициент на задържанек се определя от
  • The Фактор на разделяне α показва качеството на разделянето на две вещества. Базира се на времето на задържане тR. на компонентите в колоната. Времето на задържане е времето, през което разглежданият компонент се нуждае, за да премине колоната и се нанася в пиковия максимум:
  • R., на хроматографска разделителна способност (резолюция) на два пика се изчислява от:
или

  • н, на Брой етапи на разделяне или Брой тави описва броя на равновесните настройки на веществото, което трябва да бъде разделено между неподвижната и подвижната фаза в колоната. Колкото по-голям е N, толкова по-равновесни корекции могат да бъдат направени с определена дължина, което води до по-добро разделяне на колоната. N се изчислява по формулата:
или

бБ.: Базова ширина

F.W.З.М.: "Пълна ширина на половина максимум" Fwhm

н: Максимален капацитет; Показва колко пика в интервал между т0 и k-стойността на определен пик теоретично могат да бъдат разделени една от друга с резолюция R = 1.

  • З. обозначава Височина на разделителната стъпка (или теоретична височина на пода) на теоретична тава (HETP) и е връзката между дължината на колоните и броя на тавите:
Практическите стойности са в диапазона от 0,1 до 0,5 mm.

Височина на преградата H

Височината на стъпката на разделяне на хроматографската колона е мярка за ефективността на разделяне на колоната. Въображаемият участък на сепарационната колона, върху който се установява хроматографското равновесие, може да се представи като етап на разделяне. Колкото повече такива равновесни настройки „имат място върху колоната“, толкова по-ниска е височината на етапа на разделяне и толкова по-висока е ефективността на разделяне на колоната. За постигане на ниска височина на разделяне стъпка са под аналитичен условия необходими са следните изисквания:

  1. Очаква се бързо равновесие на адсорбция или разпределение. Следователно диаметърът на частиците трябва да бъде възможно най-малък.
  2. Постоянна температура в цялата колона. За това може да се използва колонен термостат.
  3. Постоянен дебит: За това се използва бутална помпа с до 400 бара.
  4. Диапазон на линейна адсорбция: Неподвижната фаза не трябва да се претоварва по време на хроматографията.
  5. Пренебрежимо малка дифузия би била желателна, но за съжаление не може да се постигне експериментално. Следователно се използват възможно най-редовни опаковки с частици с особено малък диаметър.

Така нареченото уравнение на Van Deemter за HPLC може да се използва за определяне на височината на етапа на разделяне като функция от дебита на елуента:

  • З. височината на стъпката на разделяне,
  • uх е линейният дебит.
  • А. -срок взема предвид вихровата дифузия, която възниква от различни пътища на потока през опаковката. Прилага се следното: където
    • стр коефициентът на опаковане,
    • д обозначава диаметъра на частиците.
  • The Б. -срок взема предвид надлъжната дифузия. Надлъжната дифузия е дифузията на молекулите на аналита в двете посоки на етапа на разделяне. Прилага се следното: където:
    • Д. константата на дифузия в подвижната фаза и
    • L. е фактор лабиринт. Лабиринтният фактор взема предвид структурата на порите на стационарната фаза.
  • на ° С. -срок отчита върховото разширяване поради бавното установяване на равновесие между подвижната и стационарната фаза. Тук е и дифузионната константа Д.с да се наблюдава по порите на неподвижната фаза. Прилага се

Пикова симетрия

Теоретично всяко вещество трябва да напуска хроматографска колона като остра елуираща се линия. По различни причини обаче хроматографските пикове винаги имат определена ширина. В идеалния случай те имат формата на крива на Гаус. На практика обаче често се случва върховете да се отклоняват от тази идеална форма и да изглеждат повече или по-малко асиметрични. Асиметрия, при която предното издигане на върха е по-стръмно от върховото падане, е известна като „опашка”, докато ефектът, че възходът е по-малко стръмен от падането, е известен като „предни”. Коефициентът на опашка, който е мярка за симетрията на пика, се определя чрез изпускане на перпендикуляра от максимума на пика до базовата линия и на определена височина, обикновено 10% от височината на пика, разстоянията до фронта на пика (a) и края на пика (b ) определено. След това се формира коефициентът на двете стойности, при което се използват различни формули за изчисление (напр. Съгласно IUPAC или USP):


Идеалният "гаусов връх" достига стойността 1, стойностите над 1 означават "опашка", стойностите под 1 означават "предна част".

Практически експеримент

Хроматографията може да се извърши у дома, като се използват налични в търговската мрежа средства. Нуждаете се от:

  • филтърна торба, по възможност бяла или черна
  • някои цветни моливи от водоразтворимия сорт и определено маркери, които не са водоразтворими.

Боята се нанася върху долния ръб на филтъра за кафе и хартията се поставя в купа с вода, така че хартията да попие с вода.

Тъй като цветът на пастелите е водоразтворим, водата сега пренася цвета нагоре.

Напр. Червеният молив по принцип не е червен, а се състои от смес от различни цветове, които заедно изглеждат червени. В експеримента различните цветни пигменти взаимодействат с хартията в различна степен и по този начин се транспортират повече или по-бързо от водата.

В резултат на това скоро можете да видите няколко различни цветни петна, цветовете на пастелите са разделени с хроматография.

За да се тества зависимостта на разделянето от разтворителя, може да се извърши този експеримент отново със същата писалка с водка, бензин за почистване или денатуриран алкохол и да се наблюдават различните резултати. (Това обаче трябва да се прави само в добре проветриви помещения, тъй като изпаренията от почистващия бензин са токсични.)