Har xil birikmalar va moddalar aralashmalarining tarkibini tahlil qilish va xossalarini o'rganish uchun juda ko'p turli xil usullar mavjud. Shunday usullardan biri xromatografiyadir. Usulni ixtiro qilish va qo'llash muallifligi 20-asr boshlarida o'simlik pigmentlarini ajratish bilan shug'ullangan rus botaniki M. S. Tsvetga tegishli.
Usulning ta'rifi va asoslari
Xromatografiya aralashmalarni (namuna) tashkil etuvchi moddalarning harakatchan va statsionar fazalari orasidagi taqsimotiga asoslangan aralashmalarni ajratish va ularning tarkibiy qismlarini aniqlashning fizik-kimyoviy usulidir. Statsionar faza g'ovakli qattiq modda - sorbentdir. Bundan tashqari, qattiq yuzaga yotqizilgan suyuq plyonka bo'lishi mumkin. Mobil faza - eluent - statsionar faza bo'ylab harakatlanishi yoki sorbent tomonidan filtrlangan holda u orqali oqishi kerak.
Xromatografiyaning mohiyati shundan iboratki, aralashmaning turli komponentlari, albatta, molekulyar og'irlik, eruvchanlik, adsorbtsiya va boshqalar kabi har xil xususiyatlar bilan tavsiflanadi. Shuning uchun mobil faza komponentlari - sorbatlarning statsionar bilan o'zaro ta'sir qilish tezligibir xil emas. Bu statsionar fazaga nisbatan aralashmaning molekulalarining tezligidagi farqga olib keladi, buning natijasida komponentlar ajralib chiqadi va sorbentning turli zonalarida to'planadi. Ulardan ba'zilari sorbentni mobil faza bilan birga tark etadi - bu saqlanmagan komponentlar deb ataladi.
Xromatografiyaning o'ziga xos afzalligi shundaki, u moddalarning murakkab aralashmalarini, shu jumladan o'xshash xususiyatlarga ega bo'lgan aralashmalarni tezda ajratish imkonini beradi.
Xromatografiya turlarini tasniflash usullari
Tahlilda qoʻllaniladigan usullarni turli mezonlarga koʻra tasniflash mumkin. Bunday mezonlarning asosiy to'plami quyidagilardan iborat:
- statsionar va mobil fazalarning umumiy holati;
- sorbent va sorbatlarning o'zaro ta'sirining fizik va kimyoviy tabiati;
- eluentni qanday kiritish va uni koʻchirish;
- statsionar fazani joylashtirish usuli, ya'ni xromatografiya texnikasi;
- xromatografiya maqsadlari.
Bundan tashqari, usullar sorbsiya jarayonining turli tabiatiga, xromatografik ajratishning texnik shartlariga (masalan, past yoki yuqori bosim) asoslanishi mumkin.
Keling, yuqoridagi asosiy mezonlar va ular bilan bogʻliq xromatografiyaning eng koʻp qoʻllaniladigan turlarini batafsil koʻrib chiqamiz.
Eluent va sorbent birikma holati
Shu asosda xromatografiya suyuq va gazga bo’linadi. Usul nomlari mobil bosqich holatini aks ettiradi.
Suyuq xromatografiya qoʻllaniladigan texnikadirmakromolekulyar birikmalar, shu jumladan biologik ahamiyatga ega bo'lgan aralashmalarni ajratish jarayonlarida. Sorbentning agregatlanish holatiga ko'ra u suyuq-suyuq va suyuq-qattiq fazalarga bo'linadi.
Gaz xromatografiyasi quyidagi turdagi:
- Koʻmir, silikagel, zeolitlar yoki gʻovakli polimerlar kabi qattiq sorbentdan foydalanadigan gaz adsorbsiyasi (gaz-qattiq faza). Eluent sifatida inert gaz (argon, geliy), azot, karbonat angidrid ishlaydi - ajratiladigan aralashmaning tashuvchisi. Aralashmaning uchuvchi komponentlarini ajratish ularning adsorbtsiya darajasining har xilligi tufayli amalga oshiriladi.
- Gaz-suyuqlik. Bu holda statsionar faza qattiq inert asosga yotqizilgan suyuq plyonkadan iborat. Namuna komponentlari so‘rilishi yoki eruvchanligiga qarab ajratiladi.
Gaz xromatografiyasi organik birikmalar aralashmalarini (ularning parchalanish mahsulotlari yoki gazsimon hosilalaridan foydalangan holda) tahlil qilish uchun keng qoʻllaniladi.
Sorbent va sorbatlarning o'zaro ta'siri
Ushbu mezonga koʻra bunday turlar quyidagilarga ajratiladi:
- Adsorbsion xromatografiya, bu orqali moddalarning harakatsiz sorbent tomonidan adsorbsiyalanish darajasidagi farqlar tufayli aralashmalar ajratiladi.
- Tarqatish. Uning yordami bilan ajratish aralashmaning tarkibiy qismlarining turli xil eruvchanligi asosida amalga oshiriladi. Eritma mobil va statsionar fazalarda (suyuqlik xromatografiyasida) yoki faqat statsionar fazada (gaz-suyuqlikda) sodir bo'ladi.xromatografiya).
- choʻkindi. Ushbu xromatografiya usuli ajratiladigan moddalarning hosil bo'lgan cho'kmalarining turli xil eruvchanligiga asoslangan.
- Istisno yoki gel xromatografiyasi. U molekulalarning o'lchamlaridagi farqga asoslanadi, buning natijasida ularning sorbent teshiklariga, ya'ni gel matritsasiga kirib borish qobiliyati o'zgaradi.
- Affin. Ajratilgan aralashmalarning statsionar fazada inert tashuvchisi bilan murakkab birikma hosil qiluvchi ligand bilan biokimyoviy o'zaro ta'sirining maxsus turiga asoslangan bu o'ziga xos usul. Bu usul oqsil-fermentlar aralashmalarini ajratishda samarali va biokimyoda keng tarqalgan.
- Ion almashinuvi. Namuna ajratish omili sifatida bu usul aralashmaning tarkibiy qismlarining statsionar faza (ion almashtirgich) bilan ion almashish qobiliyatidagi farqdan foydalanadi. Jarayon davomida statsionar fazaning ionlari eluent tarkibidagi moddalar ionlari bilan almashtiriladi, ikkinchisining ion almashinuvchiga turli xil yaqinligi tufayli ularning harakat tezligida farq paydo bo'ladi va shu bilan. aralashmasi ajratiladi. Statsionar faza uchun ko'pincha ion almashinadigan qatronlar qo'llaniladi - maxsus sintetik polimerlar.
Ion almashinadigan xromatografiya ikkita variantga ega - anion (manfiy ionlarni saqlaydi) va katyonik (mos ravishda musbat ionlarni saqlaydi). Bu usul juda keng qo'llaniladi: elektrolitlar, noyob tuproq va transuran elementlarini ajratishda, suvni tozalashda, dori vositalarini tahlil qilishda.
Texnika usullaridagi farq
Namuna statsionar fazaga nisbatan harakatlanishining ikkita asosiy usuli mavjud:
- Ustunli xromatografiya ajratish jarayonini maxsus qurilma - xromatografik kolona - trubkada amalga oshiradi, uning ichki bo'shlig'iga qo'zg'almas sorbent joylashtiriladi. To'ldirish usuliga ko'ra, ustunlar ikki turga bo'linadi: qadoqlangan ("qadoqlangan" deb ataladigan) va kapillyar, unda qattiq sorbent qatlami yoki statsionar fazaning suyuq plyonkasi sirtga qo'llaniladi. ichki devor. Qadoqlangan ustunlar turli shakllarga ega bo'lishi mumkin: tekis, U shaklidagi, spiral. Kapillyar ustunlar spiral.
- Planar (tekislik) xromatografiya. Bunday holda, maxsus qog'oz yoki plastinka (metall, shisha yoki plastmassa) statsionar faza uchun tashuvchi sifatida ishlatilishi mumkin, uning ustiga yupqa sorbent qatlami yotqiziladi. Bunday holda, xromatografiya usuli mos ravishda qog'oz yoki yupqa qatlamli xromatografiya deb ataladi.
Xromatografik ustunlar qayta-qayta qo'llaniladigan ustun usulidan farqli o'laroq, planar xromatografiyada sorbent qatlami bo'lgan har qanday tashuvchidan faqat bir marta foydalanish mumkin. Ajratish jarayoni plastinka yoki qog'oz varag'i eluentli idishga botirilganda sodir bo'ladi.
Eluentni kiritish va uzatish
Bu omil aralashmani ajratish jarayonida hosil boʻladigan sorbent qatlami boʻylab xromatografik zonalar harakatining xarakterini belgilaydi. Quyidagi eluentni yetkazib berish usullari mavjud:
- Old. Bu usul eng oddiy hisoblanadibajarish texnikasi. Mobil faza to'g'ridan-to'g'ri namunaning o'zi bo'lib, u doimiy ravishda sorbent bilan to'ldirilgan ustunga oziqlanadi. Bunday holda, boshqalarga qaraganda yomonroq adsorbsiyalangan eng kam saqlanadigan komponent sorbent bo'ylab boshqalarga qaraganda tezroq harakat qiladi. Natijada, faqat ushbu birinchi komponentni sof shaklda, so'ngra komponentlar aralashmalarini o'z ichiga olgan zonalarni ajratish mumkin. Namuna taqsimoti quyidagicha ko'rinadi: A; A+B; A + B + C va boshqalar. Shuning uchun frontal xromatografiya aralashmalarni ajratish uchun foydali emas, lekin ajratib olinadigan moddaning saqlanishi past bo'lsa, u turli tozalash jarayonlarida samarali bo'ladi.
- Oʻzgartirish usuli shundan farq qiladiki, ajratiladigan aralashmaga kirgandan soʻng kolonaga maxsus oʻzgartirgichli elyuent kiritiladi - bu aralashmaning har qanday tarkibiy qismiga qaraganda koʻproq soʻrilish qobiliyati bilan ajralib turadigan modda. U eng ko'p saqlanib qolgan komponentni siqib chiqaradi, u keyingisini almashtiradi va hokazo. Namuna kolonna bo'ylab displey tezligida harakat qiladi va qo'shni konsentratsiya zonalarini hosil qiladi. Ushbu turdagi xromatografiya yordamida har bir komponentni alohida-alohida suyuqlik shaklida ustun chiqishida olish mumkin.
- Eluent (rivojlanayotgan) usuli eng keng tarqalgan. Deplasman usulidan farqli o'laroq, bu holda eluent (tashuvchi) namuna komponentlariga qaraganda pastroq so'rilishga ega. U doimiy ravishda sorbent qatlamidan o'tadi, uni yuvadi. Vaqti-vaqti bilan, qismlarga (impulslar) ajratilishi kerak bo'lgan aralashma elient oqimiga kiritiladi, shundan so'ng sof elyuent yana oziqlanadi. Yuvishda (elutsiya) tarkibiy qismlar ajratiladi,bundan tashqari, ularning konsentratsiya zonalari eluent zonalari bilan ajratilgan.
Eluent xromatografiyasi moddalarning tahlil qilingan aralashmasini deyarli to'liq ajratish imkonini beradi va aralashma ko'p komponentli bo'lishi mumkin. Shuningdek, ushbu usulning afzalliklari komponentlarning bir-biridan ajratilishi va aralashmaning miqdoriy tahlilining soddaligi hisoblanadi. Kamchiliklarga eluentning yuqori iste'moli va ustun chiqishida ajratilgandan so'ng undagi namuna komponentlarining past konsentratsiyasi kiradi. Eluent usuli gaz va suyuqlik xromatografiyasida keng qo'llaniladi.
Maqsadga qarab xromatografik jarayonlar
Xromatografiya maqsadlaridagi farq analitik, preparativ va sanoat kabi usullarni ajratish imkonini beradi.
Analitik xromatografiya yordamida aralashmalarning sifat va miqdoriy tahlili amalga oshiriladi. Namuna tarkibiy qismlarini tahlil qilishda, xromatograf ustunidan chiqayotganda, ular detektorga o'tadilar - bu eluentdagi moddaning konsentratsiyasining o'zgarishiga sezgir bo'lgan qurilma. Namuna ustunga kiritilgan paytdan boshlab detektorda moddaning maksimal kontsentratsiyasiga qadar o'tgan vaqt ushlab turish vaqti deb ataladi. Ustun harorati va eliminatsiya tezligi doimiy bo'lishi sharti bilan, bu qiymat har bir modda uchun doimiy bo'lib, aralashmani sifatli tahlil qilish uchun asos bo'lib xizmat qiladi. Miqdoriy tahlil xromatogrammadagi alohida cho'qqilar maydonini o'lchash yo'li bilan amalga oshiriladi. Qoida tariqasida, eluent usuli analitik xromatografiyada qo'llaniladi.
Preparativ xromatografiya aralashmadan sof moddalarni ajratib olishga qaratilgan. Tayyorgarlik ustunlari ancha kattaroqdirdiametri analitikdan.
Sanoat xromatografiyasi, birinchi navbatda, ma'lum bir ishlab chiqarish uchun zarur bo'lgan ko'p miqdorda sof moddalarni olish uchun ishlatiladi. Ikkinchidan, bu texnologik jarayonlarni boshqarish va tartibga solishning zamonaviy tizimlarining muhim qismidir.
Sanoat xromatografi u yoki bu komponentning kontsentratsiya shkalasiga ega va sensor, shuningdek nazorat va roʻyxatga olish tizimlari bilan jihozlangan. Namunalar ma'lum bir chastota bilan avtomatik ravishda bunday xromatograflarga yetkaziladi.
Koʻp funksiyali xromatografiya uskunasi
Zamonaviy xromatograflar turli sohalarda va turli maqsadlarda foydalanishga qodir boʻlgan murakkab yuqori texnologiyali qurilmalardir. Ushbu qurilmalar murakkab ko'p komponentli aralashmalarni tahlil qilish imkonini beradi. Ular keng assortimentdagi detektorlar bilan jihozlangan: issiqlik o'tkazuvchanlik, optik, ionlanish, massa spektrometrik va boshqalar.
Bundan tashqari, zamonaviy xromatografiya xromatogrammalarni tahlil qilish va qayta ishlash uchun avtomatik boshqaruv tizimlaridan foydalanadi. Boshqarish kompyuterdan yoki to‘g‘ridan-to‘g‘ri qurilmadan amalga oshirilishi mumkin.
Bunday qurilmaga misol sifatida koʻp funksiyali gaz xromatografi "Kristal 5000"ni keltirish mumkin. U to'rtta almashtiriladigan detektorlar to'plamiga, ustunli termostatga, elektron bosim va oqimni boshqarish tizimlariga va gaz klapanlarini boshqarishga ega. Turli muammolarni hal qilish uchun qurilma mavjudqadoqlangan va kapillyar ustunlarni o'rnatish imkoniyati.
Xromatograf toʻliq funksiyali klaviatura va boshqaruv displeyi yoki (boshqa modifikatsiyada) shaxsiy kompyuter yordamida boshqariladi. Ushbu yangi avlod qurilmasidan ishlab chiqarishda va turli tadqiqot laboratoriyalarida samarali foydalanish mumkin: tibbiy, sud-tibbiyot, ekologik.
Yuqori bosimli xromatografiya
Suyuq ustunli xromatografiyani o'tkazish jarayonning ancha uzoq davom etishi bilan tavsiflanadi. Suyuq eluentning harakatini tezlashtirish uchun bosim ostida ustunga mobil fazani etkazib berish qo'llaniladi. Ushbu zamonaviy va juda istiqbolli usul yuqori samarali suyuqlik xromatografiyasi (HPLC) usuli deb ataladi.
HPLC suyuq xromatografining nasos tizimi elimentni doimiy tezlikda yetkazib beradi. Rivojlangan kirish bosimi 40 MPa ga yetishi mumkin. Kompyuter boshqaruvi ma'lum dasturga muvofiq mobil faza tarkibini o'zgartirishga imkon beradi (bu elimatsiya usuli gradient deb ataladi).
HPLC sorbent va sorbatning o'zaro ta'sirining tabiatiga asoslangan turli xil usullardan foydalanish mumkin: taqsimlash, adsorbsiya, o'lchamni istisno qilish, ion almashinadigan xromatografiya. HPLC ning eng keng tarqalgan turi qutbli (suvli) harakatlanuvchi faza va silikagel kabi qutbsiz sorbentning hidrofobik o'zaro ta'siriga asoslangan teskari fazali usuldir.
Usul ajratish, tahlil qilish,gazsimon holatga aylanmaydigan, uchuvchan bo'lmagan, termal jihatdan beqaror moddalar sifatini nazorat qilish. Bular agrokimyoviy moddalar, dori-darmonlar, oziq-ovqat komponentlari va boshqa murakkab moddalar.
Xromatografiya tadqiqotlarining ahamiyati
Xromatografiyaning turli turlari turli sohalarda keng qo'llaniladi:
- noorganik kimyo;
- neft-kimyo va konchilik;
- biokimyo;
- tibbiyot va farmatsevtika;
- oziq-ovqat sanoati;
- ekologiya;
- kriminologiya.
Ushbu roʻyxat toʻliq emas, lekin moddalarni tahlil qilish, ajratish va tozalashning xromatografik usullarisiz amalga oshirilmaydigan tarmoqlarni qamrab oladi. Ilmiy laboratoriyalardan tortib sanoat ishlab chiqarishigacha xromatografiyani qo‘llashning barcha sohalarida axborotni qayta ishlash, boshqarish va murakkab jarayonlarni boshqarishning zamonaviy texnologiyalari joriy etilishi natijasida ushbu usullarning roli yanada ortib bormoqda.
