Cromatografie

Un aparat pentru FPLC ( cromatografie rapidă cu lichide proteice ) expus la Science Museum din Londra

Cromatografia (din greaca χρῶμα , transliterată în khrôma , „ culoare ”) este o tehnică de separare a componentelor unui amestec pe baza distribuției componentelor sale între două faze , una staționară și una mobilă care se deplasează de-a lungul unei direcții definite. ^[1]

Termenul "cromatografie" indică în general toate diferitele tehnici de separare, aplicabile amestecurilor de substanțe și bazate pe distribuția între două faze în care se utilizează același principiu, viteza diferită cu care migrează diferitele componente ale unui amestec într-o fază staționară. sub influența unei faze mobile, care are sarcina de a trage solutele care alcătuiesc amestecul examinat de-a lungul sistemului.

Istorie

Prima separare cromatografică a doi pigmenți pe foi de papirus datează din 500 î.Hr., în Egipt: Pliniu cel Bătrân (23-79) vorbește despre aceasta în Historia Naturalis . Dar nașterea tehnicii cromatografice este atribuită biochimistului Michail Semënovič Cvet (pronunțat și uneori transcris „Tswett”) în 1906 , când a reușit, cu această tehnică, să separe clorofila de un extract de plantă ^[2] . Cvet a procedat prin plasarea unei cantități mici de extract de frunze verzi în partea de sus a unei coloane de sticlă umplute cu particule de lut și apoi spălarea probei. Apoi a turnat eter de petrol prin coloană. Pe măsură ce eterul de petrol curgea și transporta proba cu el, acesta s-a separat în benzi de diferite culori (de unde și denumirea de „cromatografie”), fiecare dintre acestea mergând spre fundul coloanei la viteze diferite.

Cu experimentul menționat anterior, Cvet a evidențiat posibilitatea utilizării acestui sistem de fracționare, creând baza cromatografiei moderne. Termenul "cromatografie" (unde prima parte a termenului "cromato-", din greaca veche , înseamnă "culoare") se referă la separarea benzilor de diferite culori și este folosit și astăzi, chiar dacă separarea se bazează rar pe diferența de culoare. De fapt, această tehnică se aplică în zilele noastre la analiza substanțelor chiar incolore, folosind transferul între faze cu proceduri și echipamente mai elaborate care pot avea o complexitate considerabilă.

Cromatograma

Același subiect în detaliu: Cromatograma .

Exemplu de cromatogramă, care prezintă 2 vârfuri separate

Când detectorul din partea de jos a dispozitivului înregistrează trecerea unei substanțe eluate , procesează datele pe o „ cromatogramă ”, un grafic care reprezintă cantitatea de substanță detectată în funcție de timp. De fiecare dată când este detectată o substanță, detectorul înregistrează un vârf mai mare sau mai mic în funcție de concentrația substanței. Pentru ca o cromatogramă să fie considerată acceptabilă, trebuie să aibă o rezoluție bună. Prin „rezoluție” înțelegem un parametru care leagă eficiența, selectivitatea și factorul de reținere. Pe lângă considerațiile cantitative , considerentele calitative pot fi extrase și din cromatogramă pe baza diferitelor momente în care apar vârfurile.

Cantități fundamentale

• Timp de retenție (t _R ): timpul necesar pentru substanța injectată care trebuie eluată de la început până la ieșirea coloanei.
• Timp mort (t _M ): timpul de retenție al unui compus care nu este reținut și care trece prin coloană la aceeași viteză cu curgerea fazei mobile.
• Factorul de retenție (k), cunoscut și sub denumirea de "factor de capacitate" (k ') sau "raportul de distribuție a masei" (D _m ): este un parametru care leagă timpul de reținere al unui analit cu timpul mort.

${\displaystyle \mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">k</span></span>}<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">=</span></span>\frac{{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">t</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">R.</span></span>}}<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">-</span></span>{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">t</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">M.</span></span>}}}{{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">t</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">M.</span></span>}}}}${\ displaystyle k = {\ frac {t_ {R} -t_ {M}} {t_ {M}}}}

Diferența dintre timpul de retenție și timpul mort, și timpul mort în sine, poate fi dedusă direct din cromatogramă.

Factorul de retenție (sau capacitatea) este determinat de raportul dintre cantitățile componentei în cele două faze (staționare și mobilă):

${\displaystyle \mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">k</span></span>}<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">=</span></span>\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">Î</span></span>}\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">s</span></span>}<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">/</span></span>\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">Î</span></span>}\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">m</span></span>}<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">=</span></span>\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">K.</span></span>}\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">c</span></span>}<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">\ast </span></span>\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">V.</span></span>}\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">s</span></span>}<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">/</span></span>\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">V.</span></span>}\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">m</span></span>}}${\ displaystyle k = Qs / Qm = Kc * Vs / Vm}

unde este:

• Qs : cantitatea componentei în faza staționară
• Qm : cantitatea componentei în faza mobilă
• Kc : constantă de distribuție
• Vs : volumul fazei staționare
• Vm : volumul fazei mobile

• Selectivitate (α): pentru a avea o selectivitate bună, vârfurile cromatogramei trebuie să fie cât mai îndepărtate posibil, adică substanțele din diferite specii trebuie să aibă timpi de retenție diferiți. Selectivitatea poate fi îmbunătățită prin scăderea temperaturii de lucru. Din punct de vedere matematic, selectivitatea este definită ca raportul dintre factorii de capacitate a două substanțe diferite ( a și b ) ale aceleiași cromatograme, cu k ' _A <k' _B deci:

${\displaystyle \mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">\alpha </span></span>}<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">=</span></span>\frac{{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">k</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">b</span></span>}}^{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">\prime </span></span>}}{{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">k</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">la</span></span>}}^{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">\prime </span></span>}}<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">=</span></span>\frac{{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">t</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">R.</span></span>}\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">b</span></span>}}<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">-</span></span>{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">t</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">M.</span></span>}}}{{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">t</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">R.</span></span>}\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">la</span></span>}}<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">-</span></span>{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">t</span></span>}}_{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">M.</span></span>}}}}${\ displaystyle \ alpha = {\ frac {k '_ {b}} {k' _ {a}}} = {\ frac {t_ {Rb} -t_ {M}} {t_ {Ra} -t_ {M }}}}

Cu cât selectivitatea este mai mare decât 1, cu atât separarea cromatografică va fi mai bună.

• Eficiență: o selectivitate bună nu este suficientă. De fapt, chiar dacă vârfurile sunt bine distanțate, este posibil să fie atât de largi încât să se suprapună. Pentru aceasta este necesar ca particulele din aceeași specie să fie eluate cu aceeași viteză, astfel încât banda din interiorul coloanei cromatografice să fie cât mai îngustă posibil.

Eficiența unui sistem cromatografic și în special a unei coloane este cuantificată cu așa-numitul „număr de plăci teoretice” (N). O placă teoretică este cea mai mică zonă adiacentă din coloană în care solutul realizează un echilibru între faza mobilă și cea staționară; practic o placă teoretică este cea mai mică „felie” a coloanei în care două molecule cu coeficient de partiție diferit au posibilitatea de a demonstra rate de migrație diferite. Cu cât o coloană este mai bună, cu atât este mai mică înălțimea plăcii teoretice („grosimea” feliei).

Tipuri de cromatografie

Aparat complex pentru cromatografie de gaze

De la primul experiment al lui Cvet, tehnica a evoluat extrem de mult. Astăzi există diferite tipuri de cromatografie, în general clasificate în funcție de natura fazelor staționare (eluate) și mobile (eluente). În special, eluantul poate fi un gaz sau un lichid, în timp ce eluatul poate fi un solid sau un lichid. ^[3] Următorul tabel rezumă unele dintre ele:

În cadrul categoriilor anterioare pot exista alte subdiviziuni. În special, cromatografia lichidă este împărțită în cromatografie lichidă de înaltă performanță (HPLC) și cromatografie lichidă clasică (utilizată în scopuri pregătitoare); în plus, există o altă subdiviziune bazată pe mecanismul de separare: de fapt, se disting cromatografia de afinitate , cromatografia de adsorbție , cromatografia cu schimb de ioni , precum și cromatografia cu permeație pe gel (utilizată la separarea polimerilor în funcție de greutatea lor moleculară).

Notă

Bibliografie

• ( EN ) Warren McCabe, Julian Smith, Peter Harriott, Unit Operations In Chemical Engineering , ediția a 6-a, Tata Mcgraw Hill Publishers, 2005, pp. 845-852, ISBN 0-07-060082-1 .
• E. Mentasti, G. Saini, Chromatographic Chemical Analysis , Padova, Piccin Nuova Libraria, 1990, ISBN 88-299-0862-2 .
• R. Cozzi, P. Protti, T. Ruaro, Modern Chemical Analysis of Instrumental Methods , Theory - Instrumentation 1992, Zanichelli , ISBN 88-08-15910-8 .
• Farmacopeea Europeană, Notă generală 2.2.46 " Tehnici de separare cromatografică ".

Elemente conexe

• Cromatografie de distribuție
  • Cromatografia pe hârtie
  • Cromatografia în strat subțire
• Cromatografia cu schimb de ioni
• Cromatografie de adsorbție
• Cromatografia de afinitate
• Cromatografia de excludere moleculară
• Electrocromatografie
• Eluție
• Cromatografie lichidă la temperatură înaltă
• Laborator chimic
• Funcționare unitară

Alte proiecte

• Wikibooks conține texte sau manuale despre cromatografie
• Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre cromatografie

linkuri externe

• ( EN ) Chromatography / Chromatography (altă versiune) / Chromatography (altă versiune) , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.

V · D · M Procese de separare
Procese	Absorbție · Adsorbție · Absorbție ( absorbție gaz-lichid ) · Concentrație · Cristalizare fracționată · Degazare · Dializă · Electrodializă · electroflotație · Uscare · Evaporare · Bliț de evaporare · Floculare · Flotație · Leșiere · Metoda lichidelor grele · Osmoza · Osmoza inversă · Precipitații · Schimb ionic · Sedimentare · Cernere · Sublimare Cromatografie Cromatografia pe gel de permeație · Cromatografia de schimb ionic · adsorbtie Cromatografierea · cromatografia de excludere moleculară · Affinity Chromatography · Alocarea cromatografic · Cromatografia lichidă de înaltă performanță · cromatografie pe hârtie · Cromatografia în strat subțire · cromatografia de gaze Distilare Distilarea azeotropă · Catalizator Distilarea · distilare fractionala · distilare cu abur · distilare moleculară · Distilarea în vid Electroforeză Electroforeză bidimensională · Electroforeză capilară · electroforeză a proteinelor serice · electroforeză pe gel de agaroză · Electroforeză pe gel de poliacrilamidă Extracţie Extracție lichid-lichid · Extracție accelerată cu solvent Filtrare Diafiltrare · Microfiltrare · Nanofiltrare · Ultrafiltrare
Echipament chimic	Balsamul · atomizor · Centrifuga · feluri de mâncare Coloana · coloană împachetată · Absorbție Coloana · coloană de distilare · Crystallizer · Separator de picături · Extractor Soxhlet · vaporizatorului · Filtru carusel · Filtru Bag · Filtru tambur · Filtru de presă · electrostaic · Scrubber · Ultracentrifuga
Variat	Schimb de materii · Funcționarea unității · Membrană semipermeabilă · Rășină schimbătoare de ioni

V · D · M Echipamente de laborator chimice
Instrumente de amestecare	Agitator magnetic · magnetic bară de agitare · Mortar · mixer static
Instrumente de separare	Alambicco · Alambicco distilator ciuperci · Atomizer · Centrifuga · cromatograf · distilator · Vigreux Coloana · vase Coloana · umplerea coloanei · coloană de absorbție · coloană Distilarea · Separator de picături · distilator Cazenave · Drier · Extractor Soxhlet · Buchner Filter · Filtru degetar · Filtru carusel · Bag filtru · Filtru tambur · presă filtru · pâlnie separatoare · șlefuitor · șlefuitor Andreasen · șlefuire Appiani · Rotavapor · Retort · Precipitator electrostatic · Scruber · Ultracentrifugă
Reactoare de laborator	Aparatul lui Kjeldahl · Aparatul lui Kipp
Instrumente de masura	Hydrometer · alcoholometer · aparate Victor Meyer · Balanță analitică · balanță de precizie · echilibru hidrostatic · Biurete · cilindru gradat · colorimetru · Hydrometer · ebullioscopic · balon · zaharimetru · sticla Cântărirea · pH - metru · picnometru · polarimeter · refractometru · Sieve · Spectrofotometru · Spectrometru de masa · Tubul lui Thiele
Instrumente de schimb de căldură	Baie de apă · încălzire manta · Bunsen arzător ·Condensator · incalzitor termostatat · Soba muflă · Finger la rece · arzător Meker-Fisher · la Teclu arzător · balon de vid
Instrumente de transfer o tratarea substanțelor	Ansa · Becher · Balon · Balon Büchner · Flacon Mariotte · Canulă · capsulă de porțelan · Cristalizator · Creuzet · Cuvetă · Evaporator · Fiala · Pâlnie · Micropipetă · Nebulizator · Bilă Peleus · bilă · Cutii Petri · Pipetă · Pipetă Pasteur · pipetare inversă · Tub · Eppendorf · Flacon de spălat · Tub Claisen · Tub Nessler · Sticlă · Ceas din sticlă
Instrumente de asistență	Cleste · Suporturi pentru eprubete · Trepied
Instrumente de microscopie	Microscop · Microscop electronic ( SEM , TEM )
Instrumente de securitate	Antifiamme Pătură · Urgență termocuverta · rezistente la tăiat mănuși · mănușii · Nitril Mănuși · protecție Mănuși de căldură · alb strat · Hotă · urgență Duș · Stingator · trusa de prim ajutor · clătirea ochilor · Mască · Laboratorul de ochelari de vedere · noroi · cutie Glove
Medii speciale de lucru	Mediu termostatat · Cameră curată · Celulă fierbinte

Portalul chimiei

Portal de inginerie