Хроматографске методе анализе: предности и недостаци

25. 2. 2019.

Данас је хроматографска анализа најчешће коришћена метода за проучавање различитих објеката. То могу бити узорци узети у околини, на послу, у лабораторији и тако даље. Овај метод је 1903. године предложио руски научник М. С. Тсвет. Његова истраживања постала су основа за развој свих типова хроматографије који постоје и користе се за одвајање не само обојених, већ и необојених једињења у свим врстама окружења. Провођење кроматографске анализе је могуће на различите начине, користећи у сваком појединачном случају властите технике и методе прорачуна. Она се заснива на разликама у адсорпцији или било којим другим својствима једињења, што доприноси њиховој дистрибуцији између чврстог сорбента и течности (или гаса) која пролази кроз њу.

хроматографске колоне

Основни концепти

Хроматографска метода анализе односи се на такав начин одвајања и одређивања супстанци, који се заснива на расподјели неколико компоненти узорка између двије фазе, од којих је једна мобилна, а друга фиксна.

Стационарна (стационарна) фаза је обично чврста порозна супстанца (која се обично назива сорбент) или филм течности која се таложи на чврсту супстанцу.

Мобилна фаза је течна или гасовита супстанца која тече кроз стационарну фазу, понекад под притиском. Све компоненте анализиране смјесе (сорбати) заједно са мобилном фазом крећу се дуж стационарне фазе. По правилу се ставља у стаклену (металну) цевчицу.

Брзина кретања компоненти дуж колоне зависи од степена њихове интеракције са површином сорбента. То доводи до чињенице да ће неке компоненте остати у горњем делу колоне, расподељене у запремини сорбента, друге у доњем делу, а неке неће уопште остати у њој и напустити мобилну фазу.

Класификација хроматографских метода анализе

Ове методе истраживања супстанци су толико разнолике да не постоји њихова класификација. Обично их дијеле сљедеће значајке:

  • агрегатно стање сорбента и мобилне фазе;
  • механизам везивних супстанци и сорбента;
  • техника анализе;
  • метод кретања узорка кроз колону;
  • сврху анализе.

Према агрегатном стању фаза

Према овој функцији, методе хроматографске анализе подељене су на:

  • гасна хроматографија ако је мобилна фаза пара или гас;
  • течна хроматографија када је мобилна фаза у течном стању.

Први се обично користи за раздвајање испарљивих термички стабилних једињења молекулске масе до 300. Други је погодан за одвајање органских и неорганских компоненти које имају молекулску тежину до 2000, чак и ако су термички нестабилне.

одвајање хлорофила а и ц

По природи интеракције супстанце са стационарном фазом

Према механизму деловања сорбента са супстанцом, хроматографске методе анализе могу бити:

  • адсорпција, ако се сепарација заснива на разликама у афинитету компоненти узорка према површини адсорбента;
  • дистрибутивни, ако се раздвајају супстанце на основу разлика у њиховој растворљивости у мобилној фази и сорбенту;
  • јонска размена ако се раздвајање заснива на разликама у способности компоненти за обављање јонске размене;
  • продирање, ако се раздвајање материја јавља због разлика у величини и облику молекула, као и набоја.

Такође, хроматографске методе анализе класификују се према овој методи у седиментне, редокс, комплексне и друге.

Према техници експеримента

Према методи обраде процесна хроматографија је:

  • колона, у којој се одвајање врши у колонама испуњеним сорбентом.
  • планарна, која се може извести на папиру или на плочама (танкослојна хроматографија).
папирна хроматографија

На ову листу могу се додати и методе хроматографске анализе које се изводе помоћу капилара. Унутрашњи пречник ових цеви није већи од 1 мм. У поређењу са другим типовима хроматографије, ово вам омогућава да повећате брзину анализе и омогући проучавање скупим гасовима или сорбентима. Такође, мала величина колоне омогућава комбинацију ове студије са масеном спектрометријом. Међутим, значајан недостатак хроматографске методе анализе овог типа је потешкоћа увођења узорка у капилару.

О кретању материје

Ова особина се назива и методом хроматографије. Постоје:

  • Елуент хроматографија. Најпогодније за рјешавање аналитичких проблема. Он се састоји у чињеници да је смеша супстанци уведених у континуирано покретну струју елуента сорбирана боље него мобилна фаза. Приликом напредовања елуента дуж колоне са сорбираним компонентама, почињу да се крећу дуж сорбента различитим брзинама и напуштају колону у одвојеним фракцијама (зонама). Предности развојне методе су потпуније одвајање супстанци, континуирана регенерација сорбента и добра репродуктивност параметара ретенције.
  • Кроматографија замене. Он се састоји у чињеници да се подељени узорак уноси у мобилну фазу, а затим се пропушта пропелант, који има капацитет сорпције више од свих осталих. Приликом његовог кретања дуж колоне, истискује претходно сорбиране супстанце из сорбента у циљу повећања њиховог сорпционог капацитета.
  • Фронт цхроматограпхи. Током испитивања, анализирана смеша се такође пропушта кроз слој сорбента. И током пуњења колоне компонентама, оне постепено излазе како би повећале своју способност сорпције.

По сврси рада

Класификација хроматографских метода анализе, у зависности од сврхе процеса је следећа:

  • аналитичка хроматографија - је засебна метода, укључујући раздвајање узорка на компоненте, као и њихову квалитативну и квантитативну анализу;
  • препаративна хроматографија се користи искључиво за одвајање смеше супстанци.

Предности методе

Хроматографска анализа има следеће предности у односу на друге методе сепарације и истраживања супстанци:

  1. С обзиром на чињеницу да ова метода одвајања има динамичку природу, коју карактерише понављано понављање сорпције-десорпције, њена ефикасност је значајно већа од ефикасности статичке сорпције или екстракције.
  2. Употреба различитих типова интеракција сорбата и сорбената (физичка и хемисорпција), омогућава проширење опсега супстанци за селективно раздвајање.
  3. Неке технике предвиђају наметање гравитационих, магнетних и других поља на емитоване материје, што проширује могућности хроматографије променом услова раздвајања компоненти.
  4. Овај метод је хибридан јер комбинира одвајање и дефиницију више компоненти одједном.
  5. Хроматографија омогућава решавање неколико проблема истовремено. Дакле, аналитички задаци укључују одвајање, идентификацију и одређивање супстанци, и препаративне - њихово прочишћавање, изолацију и концентрацију.
хроматографска анализа

Карактеристике хроматографије

Високоучинковита и високо селективна препаративна хроматографија је неопходна за раздвајање комплексних узорака који садрже велики број појединачних једињења са сличним физичко-хемијским параметрима (уље, све врсте лекова, екстракти из биљака, биолошке течности и др.). Тако се гасне методе за хроматографску анализу широко користе за пречишћавање хемијских супстанци или изолацију појединачних једињења у препаративној хемији. За екстракцију јона, погодна је јоноизменска хроматографија, заснована на разликама у способности јона из раствора за процесе размене са јонским измењивачем.

Модерне хроматографске методе омогућавају одређивање гасовитих, течних и чврстих супстанци. Избор услова за анализу фокусира се на природу и састав анализираног узорка. Адсорпција гаса и гасно-течна хроматографија омогућавају испитивање испарљивих супстанци отпорних на топлоту. На тај начин, гасна адсорпциона хроматографија се широко користи за анализу гасних смеша и угљоводоника са ниским кључањем који немају активне функционалне групе. Гас-течна хроматографија је важна у петрохемији, анализи пестицида и ђубрива, лековима.

Течна хроматографска анализа трансформаторског уља омогућава правовремено откривање дефеката или природе и степена оштећења трансформатора. Његово стање се процењује упоређивањем података добијених током анализе са дозвољеним вредностима, као и брзином промене садржаја гаса у уљу. Тако високи садржај ЦО и ЦО 2 обично сигнализира повреде у целулозној изолацији. Међутим, присуство фуранских деривата сугерише старење папирне изолације. На тај начин, хроматографска анализа гасова доприноси безбедном и дуготрајном раду опреме.

Гасна хроматографија

То је једна од најчешћих варијанти методе, због чињенице да су за њу развијене различите технике са потпуним теоретским оправдањем, а постоји и поуздана и релативно јефтина инструментација. Мобилна фаза (гас носилац) су гасови или њихове смеше, као и супстанце које су гасови под условима у којима се врши анализа. Стационарна фаза су чврсти сорбенти (метода адсорпције гаса) или течност на површини инертног носача (гасно-течна метода).

гасна хроматографија

За гасну хроматографију, можете додатно навести низ предности:

  • велика брзина процеса;
  • способност анализе микропробе;
  • аутоматско евидентирање резултата уз доступност одговарајуће опреме;
  • могућност изоловања компоненти не само у лабораторији, већ иу индустријским размерама.

Папирна хроматографија

Као стационарна фаза, користи се филтер или специјални хроматографски папир. Ово последње је целулозни филтер папира високе чистоће и са неким посебним својствима. Он апсорбује растварач при различитим брзинама капиларног дизања, у зависности од густине папира.

Главна опрема је специјална комора или посуда, пладњеви на полицама, пипете, пулверизатори, лампе за хроматограме, мерни уређаји, као и планиметри и дензитометри који се користе за квантитативна одређивања.

Ова метода је најпогоднија за анализу различитих органских супстанци које садрже различите функционалне групе од алкохола до стероида, од амина до индола, од витамина до антибиотика.

Ионска хроматографија

Овај метод се заснива на размени јона између натеченог јонског измењивача и мобилне фазе. Одвајање јонске измене мешавине јона карактерише разлика у њиховим наелектрисањима и јонској снази раствора. У запремини зрна јонита, процес сепарације зависи и од брзине дифузије јона, која се одређује густином јонског измењивача.

Ионит се бира параметром који се зове афинитет, који је пропорционалан наелектрисању јона и обрнуто пропорционалан радијусу хидрираног јона. Избор јонског измењивача врши се коришћењем табела са датим карактеристикама типова произведених јонских измењивача. Њихове главне карактеристике су величина и облик зрна, капацитет размене, киселинско-базна својства, бубрење, густина.

јонска измена у хроматографској колони

Одвајање неорганских супстанци се врши на неорганским јонским измењивачима (зеолити, алуминијум хидроксиди) или смоле (стирен са дивинилбензеном). Тако се често користи хроматографски метод анализе воде за присуство различитих јона у њој, на пример, да би се одредила његова тврдоћа.

Гел хроматографија

Суштина методе је да се анализирана отопина полако филтрира кроз колоне напуњене гелом. Понекад се назива гел филтрација. Појединачне честице гела се састоје од пластичних линеарних молекула супстанци са највећом молекуларном тежином, које су повезане унакрсним везама. Таква мрежаста структура доприноси отицању гела у води и појави пора различитих пречника у њему. Величина пора зависи од природе полимера, температуре медијума и природе растварача.

Раздвајање се заснива на способности мањих молекула да продиру дубље у поре и тамо остају дуже време. Дакле, прво колоне напуштају већи молекули, а затим мањи.

гел хроматографија

Овај метод изводи два типа сепарације: група и фракционисање. Први се карактеризира одвајањем смјесе компоненти према њиховој молекуларној тежини. За други, у смислу брзине и интензитета дифузије честица унутар гела. Најчешће коришћена гел хроматографија у биохемији, у органској синтези и хемији полимера за одређивање молекулских маса. Као пример, могућа је хроматографска анализа протеина и пептида у плазми. У поређењу са масеним спектрометријским методама, праћење протеин-пептидне хомеостазе у дистрибуцији протеина и њихових продуката разградње путем гел хроматографије је много приступачније.