Что такое хроматография, какие виды бывают, где используются
Хроматографией называется наука, которая определяет перенос/взаимодействие молекул (других частиц) в процессе движения невзаимодействующих фаз. Первый раз этот метод исследований был применен российским ученым М.С. Цветом, получил название адсорбционного анализа, через 3 года хроматографического способа. Интенсивное развитие и использование началось в середине прошедшего века. На данный момент этот аналитический метод является одним из самых востребованных для исследования химических и физических свойств веществ.
Что такое хроматография
Так называется процесс, множество раз распределяющий/разделяющий вещества/частицы между движущимися, но не спешивающимися фазами. В процессе одно вещество (подвижное) перемещается по плоскости другого (неподвижного), разлагается на компоненты, концентрируются в отдельных зонах, анализируются по отдельности.
Для исследования требуется:
-
колонка с детектором на выходе;
-
сорбент (неподвижная фаза);
-
элюент (подвижная фаза).
Сорбент помещается в колонку, обеспечивает уравновешивание ступней деления.
Виды хроматографии
Чаще всего для классификации видов хроматографии используется физическое состояние фаз.
По этому признаку хроматография делится на 4 основных вида:
-
бумажную;
-
тонкослойную;
-
жидкостную;
-
газовую.
Первый вид самый простой, используется для разделения пигментов различного цвета в учебных заведениях. Капля смеси размещается на край фильтровальной бумаги (неподвижной фазы). После подвешивания над растворителем (подвижной фазой) жидкость перемещается вверх по капиллярам, увлекая за собой красители. Благодаря разнице уровней растворимости скорость выявления отдельных компонентов отличается, на бумаге образуются разноцветные полосы.
Тонкослойный метод мало отличается от бумажного, но роль неподвижной фазы выполняет покрытое силикагелем стекло. Капле раствора дают подсохнуть, затем нижний край стекла погружается в элюент, удаляется после достижения подвижной фазой верхнего края. Пятна на стекле анализируются в ультрафиолете. Важное преимущество — широкий выбор сорбентов и элюентов.
Жидкостный метод подразумевает использование в качестве подвижной фазы жидкостей, применяется для исследования растворов, содержащих ионы/молекулы нелетучих веществ. В процессе прокачивания раствора через колонку компоненты по-разному реагируют с сорбентом, поэтому разделяются. Отдельный вид — высокоэффективная жидкостная хроматография для исследования сложных смесей в химической промышленности, аналитической химии.
Если подвижная фаза инертный газ, то это газовая хроматография. Основная сфера применения — исследование летучих органических веществ. Разделение на компоненты происходит благодаря разнице температур кипения.
Отдельные виды газовой хроматографии:
с запрограммированной температурой;
-
с запрограммированным расходом газа;
-
с запрограммированным деления газа;
-
хроматермография.
-
К частным вариантам относятся ионные, ионообменные методы. При первом варианте ионы/молекулы разделяются благодаря различным зарядам, что выгодно для исследования аминокислот, белков, нуклеотидов. Для ионного обмена используются полимеры (полифенолы, полистиролы) в форме шариков.
В зависимости от процесса хроматография делится на:
-
распределительную;
-
адсорбционную;
-
осадочную;
-
афинную;
-
эксклюзионную.
Исходя из способа перемещения подвижной фазы метод бывает:
-
проявительный (с порционным вводом элюента);
-
фронтальный (с непрерывным вводом элюента);
-
вытеснительный (с вытеснением компонентов смеси);
-
электрохроматографический (для движения частиц прилагается электрополе).
Механизм сорбции может быть молекулярный, хемосорбционный, ситовый, ионообменный. Цели проведения исследований бывают промышленные, препаративные, аналитические.
Область применения хроматографии
Различные виды хроматографии используются в 60% химических исследований. Основной объем лабораторного оборудования состоит из газовых и жидкостных приборов.
Область применения газовых хроматографов:
-
добыча/переработка нефти/конденсата;
-
проведение анализов природных, нефтезаводских, жидких газов;
-
анализ бензина, других нефтепродуктов;
-
диагностика трансформаторов;
-
анализ кислорода, водорода, гелия, других чистых газов;
-
экологический контроль воздуха, воды, почв;
-
токсикология, фармацевтика;
-
образование, наука;
-
криминалистика (взрывчатые вещества, зажигательные смеси, фальсификация топлива, наркотики).
Область применения жидкостных хроматографов:
-
фармацевтика (антибиотики, витамины, стероиды);
-
пищевая промышленность (качество продуктов, выявление консервантов, красителей, антибиотиков, гормональных препаратов);
-
экология (пестициды, нитраты);
-
образование, наука.
Хроматография используется так же для диагностики, расшифровки ДНК, проведения различных исследований в области медицины.
Преимущества, перспективы развития хроматографии
Методы исследований постоянно меняются, совершенствуются, на данный момент возможно выявление компонентов в наноконцентрациях. Это позволило ужесточить экологический контроль, повысить качество пищевых продуктов и медикаментов.
Для повышения качества исследований необходимо:
-
внедрить передовые методы работы;
-
упростить сбор, введение проб;
-
повысить точность анализов;
-
ускорить расшифровку результатов, графиков;
-
повысить точность полученных данных;
-
обеспечить проведение анализов без перерыва в производстве.
Специалисты считают, что необходимо интенсивнее развивать вытеснительную и фронтальную хроматографию, позволяющих концентрировать выделенные компоненты. Стоит уделить внимание так же относительно новому направлению — препаративной хроматографии, позволяющей значительно увеличить производительность за счет повышения концентрации разделенных компонентов.