Chromatografie is een proces voor het scheiden van componenten van een mengsel. Om het proces op gang te brengen, wordt het mengsel opgelost in een stof die de mobiele fase wordt genoemd, die het door een tweede stof voert die de stationaire fase wordt genoemd.
De verschillende componenten van het mengsel bewegen met verschillende snelheden door de stationaire fase, waardoor ze zich van elkaar scheiden. De aard van de specifieke mobiele en stationaire fase bepaalt welke stoffen sneller of langzamer bewegen, en hoe zij worden gescheiden. Deze verschillende reistijden worden retentietijden genoemd.
“Kleur schrijven”
Chromatografie dankt zijn naam aan een techniek die eind 19e eeuw voor het eerst werd gebruikt om pigmenten in een complex mengsel te scheiden.
Als een vel papier of doek in contact komt met een vat gevuld met water of alcohol waarin een complex pigment is opgelost, zal het mengsel door capillaire werking langs het papier of de doek omhoog worden gevoerd, maar de bestanddelen van het pigment zullen niet allemaal even snel bewegen.
De grootste moleculen van het mengsel zullen langzamer bewegen, terwijl de kleinste voortrazen, waardoor op de stationaire fase afzonderlijke kleurbanden ontstaan die overeenkomen met elke component van het mengsel. Dit geeft de techniek de naam “chromatografie” of “kleur schrijven”
Van kunst naar wetenschap
Chromatografie werd aanvankelijk gebruikt door kunstenaars, kleurentheoretici en ambachtslieden die hoopten industriële verfstoffen voor textiel te perfectioneren. Na verloop van tijd ontstond er ook een unieke tak van de chemie, en daarmee de technieken die tegenwoordig worden gebruikt om mengsels te begrijpen en te zuiveren.
In moderne laboratoria is het kleuraspect niet langer relevant, maar dezelfde principes zijn van toepassing. Door een interessant mengsel op te lossen in een mobiele fase en het door een stationaire fase te voeren, kunnen de bestanddelen van het mengsel van elkaar worden gescheiden op basis van hun verschillende bewegingssnelheden.
Door de mobiele fase, de stationaire fase en/of de factor die de bewegingssnelheid bepaalt te veranderen, is een grote verscheidenheid aan chromatografische methoden ontstaan, die elk een ander doel dienen en ideaal zijn voor verschillende mengsels. Enkele van de meest voorkomende vormen van chromatografie zijn de volgende.
- In gaschromatografie wordt het mengsel van belang verdampt en door een stationaire fase (meestal een metalen of glazen scheidingskolom) gevoerd met een inert gas, meestal stikstof of helium. Grotere moleculen in het mengsel doen er langer over om door de kolom te gaan en de detector aan het uiteinde te bereiken.
- In vloeistofchromatografie wordt het betrokken mengsel opgelost in een vloeistof en door een vaste stationaire fase geleid, die vaak van een silicamateriaal is gemaakt. Er bestaan verschillende varianten van vloeistofchromatografie, afhankelijk van de relatieve polariteit van de mobiele fase en de stationaire fase (normale fase versus omgekeerde fase) en of de mobiele fase onder druk staat (high-performance).
- In dunnelaagchromatografie (TLC) is de stationaire fase een dunne laag vast materiaal, meestal op silica gebaseerd, en is de mobiele fase een vloeistof waarin het betrokken mengsel is opgelost. Dunnelaagchromatografie heeft het voordeel dat het goed kan worden gefotografeerd, waardoor de output gemakkelijk kan worden gedigitaliseerd.
- Ionenuitwisselingschromatografie scheidt de componenten van een mengsel op basis van hun lading, in aanvulling op of in plaats van hun grootte. In wezen worden positief (kationen) of negatief (anionen) geladen ionen gescheiden met behulp van verschillende stationaire fasen en verschillende pH mobiele fasen.
Chromatografie kan worden gebruikt als een analytisch instrument, waarbij de output wordt toegevoerd aan een detector die de inhoud van het mengsel afleest. Het kan ook worden gebruikt als een zuiveringsinstrument, waarbij de componenten van een mengsel worden gescheiden voor gebruik in andere experimenten of procedures. Bij analytische chromatografie wordt doorgaans een veel kleinere hoeveelheid materiaal gebruikt dan bij chromatografie die bedoeld is om een mengsel te zuiveren of er specifieke componenten uit te extraheren.
Extractie in vaste fase is bijvoorbeeld een vorm van vloeistofchromatografie waarbij verschillende mobiele fasen na elkaar worden gebruikt om verschillende componenten van een mengsel dat in een vaste fase is opgesloten, af te scheiden. Chromatografie als zuiveringstechniek speelt een belangrijke rol in petrochemische en andere organisch-chemische laboratoria, waar het een van de kosteneffectievere manieren kan zijn om onzuiverheden uit organische oplossingen te verwijderen, vooral als de bestanddelen van het mengsel warmtegevoelig zijn.
Flexibiliteit
De principes van chromatografie komen ook voor in andere laboratoriumtechnieken. Gelelektroforese sorteert nucleïnezuren en eiwitten op basis van hun grootte, door ze via een elektrisch veld door de gel te trekken. Deze techniek is in feite een soort chromatografie. Op dezelfde manier sorteert distillatie de componenten van een mengsel op basis van hun kook- en condensatiepunten, waarbij het apparaat zelf een soort stationaire fase is.
Omdat het basisprincipe zo eenvoudig is, laat chromatografie ruimte voor aanzienlijke verfijning. Dit heeft geleid tot een verscheidenheid van meer gespecialiseerde chromatografische technieken, zoals tweedimensionale chromatografie voor het gebruik van twee verschillende chromatografiemethoden tegelijk, pyrolysegaschromatografie, gebruikt als onderdeel van massaspectrometrie, en chirale chromatografie, die wordt gebruikt om stereoisomeren te scheiden die andere methoden niet kunnen onderscheiden.
Chromatografie is een eenvoudig en uiterst flexibel principe, dat tot in de afzienbare toekomst nieuwe variaties en nieuwe implementaties zal blijven voortbrengen.