Kuna mbinu nyingi tofauti za kuchanganua utunzi na kusoma sifa za misombo mbalimbali na michanganyiko ya dutu. Njia moja kama hiyo ni chromatography. Uandishi katika uvumbuzi na utumiaji wa njia hiyo ni wa mwanasayansi wa mimea wa Urusi M. S. Tsvet, ambaye mwanzoni mwa karne ya 20 alifanya mgawanyo wa rangi ya mimea.
Ufafanuzi na misingi ya mbinu
Chromatography ni mbinu ya kifizikia ya kutenganisha michanganyiko na kubainisha viambajengo vyake, kulingana na mgawanyo kati ya awamu zinazohamishika na zisizosimama za dutu zinazounda mchanganyiko (sampuli). Awamu ya stationary ni dutu ya porous imara - sorbent. Inaweza pia kuwa filamu ya kioevu iliyowekwa kwenye uso imara. Awamu ya rununu - kielelezo - lazima isogee kando ya awamu ya tuli au itiririke ndani yake, ikichujwa na sorbent.
Kiini cha kromatografia ni kwamba viambajengo tofauti vya mchanganyiko lazima vibainishwe kwa sifa tofauti, kama vile uzani wa molekuli, umumunyifu, uwezaji, na kadhalika. Kwa hiyo, kiwango cha mwingiliano wa vipengele vya awamu ya simu - sorbates - na stationarysi sawa. Hii inasababisha tofauti katika kasi ya molekuli ya mchanganyiko kuhusiana na awamu ya stationary, kama matokeo ya ambayo vipengele vinatenganishwa na kujilimbikizia katika maeneo tofauti ya sorbent. Baadhi yao huacha sorbent pamoja na awamu ya simu - hivi ndivyo vipengele vinavyoitwa visivyohifadhiwa.
Faida maalum ya kromatografia ni kwamba hukuruhusu kutenganisha kwa haraka michanganyiko changamano ya vitu, ikiwa ni pamoja na vile vilivyo na sifa zinazofanana.
Mbinu za kuainisha aina za kromatografia
Njia zinazotumika katika uchanganuzi zinaweza kuainishwa kulingana na vigezo mbalimbali. Seti kuu ya vigezo hivyo ni kama ifuatavyo:
- jumla ya hali ya kusimama na awamu ya simu;
- asili ya kimwili na kemikali ya mwingiliano wa sorbent na sorbates;
- jinsi ya kutambulisha ufahamu na kuisogeza;
- njia ya uwekaji wa awamu ya kusimama, yaani mbinu ya kromatografia;
- lengo la kromatografia.
Aidha, mbinu zinaweza kutegemea asili tofauti ya mchakato wa uchakataji, kwa masharti ya kiufundi ya utengano wa kromatografia (kwa mfano, shinikizo la chini au la juu).
Hebu tuangalie kwa karibu vigezo kuu vilivyo hapo juu na aina zinazotumika sana za kromatografia zinazohusiana navyo.
Hali safi na nyororo ya mkusanyiko
Kwa msingi huu, kromatografia imegawanywa kuwa kioevu na gesi. Majina ya mbinu yanaonyesha hali ya awamu ya simu.
Kromatografia ya kioevu ni mbinu inayotumikakatika michakato ya mgawanyiko wa mchanganyiko wa misombo ya macromolecular, ikiwa ni pamoja na muhimu kwa biolojia. Kulingana na hali ya mkusanyiko wa sorbent, imegawanywa katika awamu ya kioevu-kioevu na kioevu-imara.
Kromatografia ya gesi ni ya aina zifuatazo:
- Adsorption ya gesi (gas-solid-awamu), ambayo hutumia sorbenti imara, kama vile makaa ya mawe, gel ya silika, zeolite au polima za vinyweleo. Gesi ya ajizi (argon, heliamu), nitrojeni, dioksidi kaboni hufanya kama kielelezo - mtoaji wa mchanganyiko unaotengwa. Mgawanyiko wa vipengele tete vya mchanganyiko hufanywa kwa sababu ya kiwango tofauti cha adsorption yao.
- Kioevu-gesi. Awamu ya kusimama katika kesi hii inajumuisha filamu ya kioevu iliyowekwa kwenye msingi wa inert imara. Vijenzi vya sampuli vinatenganishwa kulingana na uwezaji au umumunyifu wao.
Kromatografia ya gesi hutumika sana kwa uchanganuzi wa michanganyiko ya misombo ya kikaboni (kwa kutumia bidhaa zake za mtengano au viini vyake katika umbo la gesi).
Muingiliano kati ya sorbent na sorbate
Kulingana na kigezo hiki, aina kama hizi zinatofautishwa kama:
- Kromatografia ya adsorption, ambayo kwayo michanganyiko hutenganishwa kutokana na tofauti za kiwango cha adsorption ya dutu na kisorbenti isiyohamishika.
- Usambazaji. Kwa msaada wake, kujitenga hufanyika kwa misingi ya umumunyifu tofauti wa vipengele vya mchanganyiko. Utengano hutokea ama katika awamu ya simu na stationary (katika kromatografia ya kioevu), au tu katika awamu ya stationary (katika gesi-kioevu.kromatografia).
- Sedimentary. Mbinu hii ya kromatografia inategemea umumunyifu tofauti wa vimumunyisho vilivyoundwa vya dutu itakayotenganishwa.
- Kutengwa, au kromatografia ya jeli. Inategemea tofauti katika ukubwa wa molekuli, kutokana na ambayo uwezo wao wa kupenya ndani ya pores ya sorbent, kinachojulikana kama matrix ya gel, inatofautiana.
- Shirikiana. Njia hii maalum, ambayo inategemea aina maalum ya mwingiliano wa biochemical wa uchafu uliotenganishwa na ligand ambayo huunda kiwanja tata na carrier wa inert katika awamu ya stationary. Mbinu hii ni nzuri katika kutenganisha michanganyiko ya vimeng'enya vya protini na ni ya kawaida katika biokemia.
- Kubadilisha ion. Kama kipengee cha utengano cha sampuli, njia hii hutumia tofauti katika uwezo wa vipengele vya mchanganyiko kwa kubadilishana ioni na awamu ya stationary (kibadilishaji cha ioni). Wakati wa mchakato, ioni za awamu ya stationary hubadilishwa na ioni za vitu katika muundo wa eluent, wakati kwa sababu ya mshikamano tofauti wa mwisho na mchanganyiko wa ion, tofauti hutokea katika kasi ya harakati zao, na hivyo mchanganyiko umetengwa. Kwa awamu ya kusimama, resini za kubadilishana ioni hutumiwa mara nyingi - polima maalum za sintetiki.
Kromatografia ya kubadilishana-Ion ina chaguo mbili - anionic (hubakisha ioni hasi) na cationic (hubakisha ayoni chanya, mtawalia). Njia hii hutumiwa kwa upana sana: katika mgawanyo wa elektroliti, ardhi adimu na vitu vya transuranium, katika utakaso wa maji, katika uchanganuzi wa dawa.
Tofauti ya mbinu za mbinu
Kuna njia kuu mbili ambazo sampuli husogea kulingana na awamu ya tuli:
- Kromatografia ya safu wima hutekeleza mchakato wa kutenganisha katika kifaa maalum - safu wima ya kromatografia - mrija, kwenye matundu ya ndani ambayo sorbenti isiyohamishika huwekwa. Kulingana na njia ya kujaza, nguzo zimegawanywa katika aina mbili: zimefungwa (kinachojulikana kama "packed") na capillary, ambayo safu ya sorbent imara au filamu ya kioevu ya awamu ya stationary inatumika kwenye uso wa ukuta wa ndani. Nguzo zilizofungwa zinaweza kuwa na maumbo tofauti: sawa, U-umbo, ond. Safu wima za kapilari ni za helical.
- Kromatografia iliyopangwa (iliyopangwa). Katika kesi hii, karatasi maalum au sahani (chuma, kioo, au plastiki) inaweza kutumika kama carrier wa awamu ya stationary, ambayo safu nyembamba ya sorbent imewekwa. Katika hali hii, mbinu ya kromatografia inajulikana kama kromatografia ya karatasi au safu nyembamba, mtawalia.
Tofauti na mbinu ya safu wima, ambapo safu wima za kromatografia hutumiwa mara kwa mara, katika kromatografia iliyopangwa, mtoa huduma yeyote aliye na safu ya sorbent inaweza kutumika mara moja pekee. Mchakato wa utenganisho hutokea wakati sahani au karatasi inapotumbukizwa kwenye chombo chenye maarifa mengi.
Utangulizi na uhamishaji wa mambo muhimu
Kipengele hiki huamua asili ya kusogea kwa kanda za kromatografia kando ya safu ya sorbent, ambayo huundwa wakati wa kutenganishwa kwa mchanganyiko. Kuna mbinu zifuatazo zinazoeleweka:
- Mbele. Njia hii ndiyo rahisi zaidimbinu ya utekelezaji. Awamu ya simu ni moja kwa moja sampuli yenyewe, ambayo inaendelea kulishwa kwenye safu iliyojaa sorbent. Katika kesi hiyo, sehemu ndogo zaidi iliyohifadhiwa, iliyopigwa mbaya zaidi kuliko wengine, huenda pamoja na sorbent kwa kasi zaidi kuliko wengine. Matokeo yake, sehemu hii ya kwanza tu inaweza kutengwa kwa fomu safi, ikifuatiwa na kanda zilizo na mchanganyiko wa vipengele. Usambazaji wa sampuli unaonekana kama hii: A; A+B; A+B+C na kadhalika. Kwa hivyo kromatografia ya mbele haifai kwa kutenganisha michanganyiko, lakini inafaa katika michakato mbalimbali ya utakaso, mradi tu dutu itakayotenganishwa ina uhifadhi mdogo.
- Mbinu ya uhamishaji hutofautiana kwa kuwa baada ya kuingia kwenye mchanganyiko utakaotenganishwa, kielekezi chenye kihafidhina maalum hulishwa ndani ya safu - dutu inayojulikana kwa kumeza zaidi kuliko viambajengo vyovyote vya mchanganyiko. Inahamisha sehemu iliyohifadhiwa zaidi, ambayo huondoa inayofuata, na kadhalika. Sampuli husogea kando ya safu kwa kasi ya mtoaji na kuunda maeneo ya karibu ya mkusanyiko. Kwa aina hii ya kromatografia, kila kijenzi kinaweza kupatikana kikiwa katika hali ya kioevu kwenye sehemu ya nje ya safu wima.
- Njia ya maarifa (inayokuza) ndiyo inayojulikana zaidi. Kinyume na njia ya uhamishaji, kielelezo (carrier) katika kesi hii ina unyeti wa chini kuliko sehemu za sampuli. Inaendelea kupitia safu ya sorbent, kuosha. Mara kwa mara, kwa sehemu (mapigo), mchanganyiko unaotenganishwa huletwa ndani ya mtiririko wa ufahamu, baada ya hapo msukumo safi hulishwa tena. Wakati wa kuosha nje (elution), vifaa vinatenganishwa;zaidi ya hayo, maeneo yao ya mkusanyiko yanatenganishwa na maeneo mahiri.
Kromatografia safi huwezesha karibu kutenganisha kabisa mchanganyiko uliochanganuliwa wa dutu, na mchanganyiko huo unaweza kuwa na viambajengo vingi. Pia, faida za njia hii ni kutengwa kwa vipengele kutoka kwa kila mmoja na unyenyekevu wa uchambuzi wa kiasi cha mchanganyiko. Hasara ni pamoja na matumizi ya juu ya ufahamu na mkusanyiko mdogo wa vipengele vya sampuli ndani yake baada ya kujitenga kwenye duka la safu. Mbinu ya maarifa hutumika sana katika kromatografia ya gesi na kioevu.
Michakato ya kromatografia kulingana na madhumuni
Tofauti ya malengo ya kromatografia huwezesha kutofautisha mbinu kama vile uchanganuzi, maandalizi na viwanda.
Kwa njia ya uchanganuzi wa kromatografia, uchanganuzi wa ubora na wingi wa mchanganyiko unafanywa. Wakati wa kuchambua vipengele vya sampuli, wakati wa kuacha safu ya chromatograph, huenda kwa detector - kifaa ambacho ni nyeti kwa mabadiliko katika mkusanyiko wa dutu katika eluent. Muda uliopita kutoka wakati sampuli inapoletwa kwenye safu hadi kiwango cha juu cha mkusanyiko wa dutu kwenye kigunduzi kiitwacho muda wa kubaki. Isipokuwa kwamba halijoto ya safu wima na kasi ya ufahamu haibadilika, thamani hii haibadilika kwa kila dutu na hutumika kama msingi wa uchanganuzi wa ubora wa mchanganyiko. Uchambuzi wa kiasi unafanywa kwa kupima eneo la kilele cha mtu binafsi kwenye chromatogram. Kama kanuni, mbinu mahiri hutumiwa katika kromatografia ya uchanganuzi.
Kromatografia tayarisho inalenga kutenga vitu safi kutoka kwa mchanganyiko. Nguzo za maandalizi zina kubwa zaidikipenyo kuliko uchanganuzi.
Kromatografia ya viwandani hutumiwa, kwanza, kupata kiasi kikubwa cha dutu safi zinazohitajika katika uzalishaji fulani. Pili, ni sehemu muhimu ya mifumo ya kisasa ya udhibiti na udhibiti kwa michakato ya kiteknolojia.
Chromatograph ya viwanda ina kipimo cha ukolezi wa sehemu moja au nyingine na ina kitambuzi, pamoja na mifumo ya udhibiti na usajili. Sampuli huwasilishwa kwa kromatografia kama hizo kiotomatiki kwa masafa fulani.
Vifaa vya Chromatografia vinavyofanya kazi nyingi
Kromatografu za kisasa ni vifaa changamano vya teknolojia ya juu vinavyoweza kutumika katika nyanja mbalimbali na kwa madhumuni mbalimbali. Vifaa hivi hufanya iwezekanavyo kuchambua mchanganyiko wa multicomponent tata. Zina vifaa vingi vya kugundua: conductometric ya joto, macho, ionization, spectrometric ya wingi na kadhalika.
Aidha, kromatografia ya kisasa hutumia mifumo ya udhibiti otomatiki kwa uchanganuzi na uchakataji wa kromatogramu. Udhibiti unaweza kufanywa kutoka kwa kompyuta au moja kwa moja kutoka kwa kifaa.
Mfano wa kifaa kama hicho ni kromatografu ya gesi yenye kazi nyingi "Crystal 5000". Ina seti ya vigunduzi vinne vinavyoweza kubadilishwa, thermostat ya safuwima, mifumo ya udhibiti wa shinikizo la kielektroniki na mtiririko, na vidhibiti vya vali za gesi. Ili kutatua matatizo mbalimbali, kifaa kinauwezo wa kusakinisha safu wima zilizopakiwa na kapilari.
Chromatograph inadhibitiwa kwa kutumia kibodi iliyoangaziwa kamili na onyesho la udhibiti au (katika urekebishaji mwingine) kutoka kwa kompyuta ya kibinafsi. Kifaa hiki cha kizazi kipya kinaweza kutumika kwa ufanisi katika uzalishaji na katika maabara mbalimbali za utafiti: matibabu, mahakama, mazingira.
chromatography ya shinikizo la juu
Kutekeleza kromatografia ya safu wima ya kioevu ina sifa ya muda mrefu wa mchakato. Ili kuharakisha harakati ya kioevu cha kioevu, ugavi wa awamu ya simu kwenye safu chini ya shinikizo hutumiwa. Mbinu hii ya kisasa na inayotia matumaini sana inaitwa mbinu ya utendakazi wa hali ya juu ya kromatografia kioevu (HPLC).
Mfumo wa kusukuma maji wa kromatografu ya kioevu ya HPLC hutoa maarifa kwa kasi isiyobadilika. Shinikizo la kuingiza lililotengenezwa linaweza kufikia MPa 40. Udhibiti wa kompyuta huwezesha kubadilisha muundo wa awamu ya rununu kulingana na programu fulani (njia hii ya elution inaitwa gradient).
HPLC inaweza kutumika mbinu mbalimbali kulingana na asili ya mwingiliano wa sorbent na sorbate: usambazaji, adsorption, kutengwa kwa ukubwa, kromatografia ya kubadilishana ioni. Aina inayojulikana zaidi ya HPLC ni mbinu ya awamu iliyogeuzwa, kulingana na mwingiliano wa haidrofobi wa awamu ya rununu ya polar (yenye maji) na sorbent isiyo ya polar, kama vile gel ya silika.
Njia hii inatumika sana kutenganisha, kuchanganua,udhibiti wa ubora wa dutu zisizo tete, zisizo na utulivu wa joto ambazo haziwezi kubadilishwa kuwa hali ya gesi. Hizi ni kemikali za kilimo, dawa, viambajengo vya chakula na vitu vingine changamano.
Umuhimu wa masomo ya kromatografia
Aina tofauti za kromatografia hutumika sana katika nyanja mbalimbali:
- kemia isokaboni;
- kemikali ya petroli na madini;
- biokemia;
- dawa na dawa;
- sekta ya chakula;
- ikolojia;
- criminology.
Orodha hii haijakamilika, lakini inaonyesha huduma ya sekta ambazo haziwezi kufanya bila mbinu za kromatografia za uchanganuzi, utengano na utakaso wa dutu. Katika maeneo yote ya utumiaji wa kromatografia, kutoka kwa maabara za kisayansi hadi uzalishaji wa viwandani, jukumu la mbinu hizi linaongezeka zaidi kadiri teknolojia za kisasa za usindikaji wa habari, usimamizi na udhibiti wa michakato changamano inavyoanzishwa.
