Chromatografia jest procesem rozdzielania składników mieszaniny. Aby rozpocząć ten proces, mieszanina jest rozpuszczana w substancji zwanej fazą ruchomą, która przenosi ją przez drugą substancję zwaną fazą stacjonarną.
Różne składniki mieszaniny przemieszczają się przez fazę stacjonarną z różnymi prędkościami, powodując ich oddzielenie od siebie. Charakter poszczególnych faz ruchomych i stacjonarnych decyduje o tym, które substancje przemieszczają się szybciej lub wolniej, i w ten sposób są rozdzielane. Te różne czasy podróży są określane jako czas retencji.
„Pisanie kolorem”
Chromatografia dostaje swoją nazwę od techniki po raz pierwszy użytej w późnym XIX wieku do oddzielenia pigmentów w złożonej mieszaninie.
Jeśli arkusz papieru lub tkanina styka się z pojemnikiem wypełnionym wodą lub alkoholem, w którym rozpuszczony jest złożony pigment, działanie kapilarne przeniesie mieszaninę w górę papieru lub tkaniny, ale składniki pigmentu nie będą poruszać się w tym samym tempie.
Największe cząsteczki mieszaniny będą poruszać się wolniej, podczas gdy najmniejsze będą się ścigać, powodując, że faza stacjonarna będzie rozwijać dyskretne pasma koloru odpowiadające każdemu składnikowi mieszaniny. To sprawia, że technika ta nosi nazwę „chromatografii” lub „pisania kolorem.”
Od sztuki do nauki
Chromatografia była początkowo wykorzystywana przez artystów, teoretyków koloru i rzemieślników mających nadzieję na udoskonalenie barwników przemysłowych do tkanin. Z czasem powstała unikalna gałąź chemii, a wraz z nią techniki używane dziś do zrozumienia i oczyszczania mieszanin.
W nowoczesnych laboratoriach aspekt kolorystyczny nie jest już istotny, ale obowiązują te same zasady. Rozpuszczając interesującą nas mieszaninę w fazie ruchomej i transportując ją przez fazę stacjonarną, składniki mieszaniny mogą być oddzielone od siebie w oparciu o ich różne prędkości przemieszczania się.
Zmieniając fazę ruchomą, fazę stacjonarną i/lub czynnik określający prędkość przemieszczania się, stworzono wiele różnych metod chromatograficznych, z których każda służy innemu celowi i jest idealna dla różnych mieszanin. Niektóre z najbardziej powszechnych form chromatografii są następujące.
- W chromatografii gazowej, mieszanina jest odparowywana i przenoszona przez fazę stacjonarną (zwykle metalową lub szklaną kolumnę separacyjną) z gazem obojętnym, zwykle azotem lub helem. Większe cząsteczki w mieszaninie trwa dłużej, aby przejść przez kolumnę i dotrzeć do detektora na dalekim końcu.
- W chromatografii cieczowej, mieszanina zainteresowania jest rozpuszczona w cieczy i przechodzi przez stałą fazę stacjonarną, która jest często wykonana z materiału krzemionkowego. Istnieje kilka odmian chromatografii cieczowej, w zależności od względnej polarności fazy ruchomej i stacjonarnej (faza normalna i faza odwrócona) oraz od tego, czy faza ruchoma jest pod ciśnieniem (wysokowydajna).
- W chromatografii cienkowarstwowej (TLC) faza stacjonarna jest cienką warstwą materiału stałego, zwykle na bazie krzemionki, a faza ruchoma jest cieczą, w której rozpuszczono mieszaninę będącą przedmiotem zainteresowania. Chromatografia cienkowarstwowa ma tę zaletę, że można ją dobrze sfotografować, co ułatwia digitalizację wyników.
- Chromatografia jonowymienna oddziela składniki mieszaniny na podstawie ich ładunku, oprócz lub zamiast ich wielkości. W istocie, dodatnio (kationy) lub ujemnie (aniony) naładowane jony są rozdzielane przy użyciu różnych faz stacjonarnych i różnych faz ruchomych pH.
Chromatografia może być stosowana jako narzędzie analityczne, podając swoje dane wyjściowe do detektora, który odczytuje zawartość mieszaniny. Może być również stosowany jako narzędzie do oczyszczania, oddzielanie składników mieszaniny do wykorzystania w innych eksperymentach lub procedur. Zazwyczaj w chromatografii analitycznej wykorzystuje się znacznie mniejszą ilość materiału niż w chromatografii mającej na celu oczyszczenie mieszaniny lub wyodrębnienie z niej określonych składników.
Na przykład ekstrakcja do fazy stałej jest rodzajem chromatografii cieczowej, w której do oddzielenia różnych składników mieszaniny uwięzionych w fazie stałej wykorzystuje się kolejno różne fazy ruchome. Chromatografia jako technika oczyszczania odgrywa ważną rolę w laboratoriach petrochemicznych i innych laboratoriach chemii organicznej, gdzie może być jednym z bardziej opłacalnych sposobów usuwania zanieczyszczeń z roztworów organicznych, szczególnie jeśli składniki mieszaniny są wrażliwe na ciepło.
Elastyczność
Zasady chromatografii pojawiają się również w innych technikach laboratoryjnych. Elektroforeza żelowa sortuje kwasy nukleinowe i białka w oparciu o ich rozmiar, przeciągając je przez żel za pomocą pola elektrycznego. Technika ta jest w efekcie rodzajem chromatografii. Podobnie, destylacja sortuje składniki mieszaniny według ich punktów wrzenia i kondensacji, przy czym sama aparatura jest rodzajem fazy stacjonarnej.
Ponieważ jej podstawowa zasada jest tak prosta, chromatografia pozostawia miejsce na znaczne udoskonalenia. Doprowadziło to do powstania wielu bardziej wyspecjalizowanych technik chromatograficznych, takich jak chromatografia dwuwymiarowa, pozwalająca na jednoczesne stosowanie dwóch różnych metod chromatograficznych, pirolityczna chromatografia gazowa, wykorzystywana jako część spektrometrii masowej, oraz chromatografia chiralna, stosowana do rozdzielania stereoizomerów, których inne metody nie są w stanie rozróżnić.
Chromatografia jest prostą i niezwykle elastyczną zasadą, która będzie nadal rodzić nowe odmiany i nowe wdrożenia w dającej się przewidzieć przyszłości.
Wynika z tego, że chromatografia jest bardzo prosta i niezwykle elastyczna.