כרומטוגרפיה: מה זה, למה זה מיועד, סוגים

א כרומטוגרפיה היא טכניקת הפרדה שבה חומרים מופרדים לפי הזיקה שלהם לשני שלבים הקיימים בשיטה: שלב קבוע, הנקרא נייח, ושלב נייד נוסף, שזורם לנקודה מסוימת ב- מערכת. טכניקה כה בשימוש נרחב מאפשרת גם זיהוי ובידוד של חומרים נוכח ב תַעֲרוֹבֶת.

יש בעצם שני סוגים של טכניקה זו: בשכבה דקה ובעמודה. בתוך כרומטוגרפיית עמודות יש טכניקות מודרניות יותר, כמו כרומטוגרפיה נוזלית בביצועים גבוהים (Clae) וכרומטוגרפיה גז. שניהם היו בשימוש נרחב ב שיטות הפרדה וזיהוי רכיבים בתעשייה הכימית.

קראו גם: הקרנה, אוורור ומגנטיזציה - טכניקות להפרדת תערובות הטרוגניות

נושאי מאמר זה

• 1 - סיכום על כרומטוגרפיה
• 2 - למה משמשת כרומטוגרפיה?
• 3 - כיצד מתרחשת כרומטוגרפיה?
• 4 - סוגי כרומטוגרפיה
  • שכבה דקה של כרומטוגרפיה
  • כרומטוגרפיה עמודה
• 5 - פתרו תרגילים על כרומטוגרפיה

סיכום על כרומטוגרפיה

• כרומטוגרפיה היא שיטה פיזיקלית להפרדת תערובות שבה הרכיבים מסודרים בשלב קבוע ושלב נייד נוסף, המכוון לנקודה מסוימת.

• השלב הקבוע של הכרומטוגרפיה נקרא השלב הנייח.

• כרומטוגרפיה מאפשרת, בנוסף להפרדת רכיבים, לבודד ולזהות את מרכיבי התערובת.

• כדי להתרחש הפרדה, השלב הנייד חייב לבוא במגע עם השלב הנייח. באופן זה, הרכיבים מופרדים לפי הזיקה שלהם לכל שלב.

• בעיקרון, ישנם שני סוגים של כרומטוגרפיה: שכבה דקה ועמודה.

• כרומטוגרפיה של עמודות יכולה להיות בעלת פאזה ניידת נוזלית או גזית.

למה משמשת כרומטוגרפיה?

כרומטוגרפיה היא א שיטה פיזית להפרדת תערובות שבו הרכיבים שיופרדו מחולקים בשני שלבים נפרדים, אחד מהם נקרא נייח (קבוע) והשני נקרא נייד, שינוע בכיוון מוגדר. החומרים, שעורבבו בעבר, יופצו בשלבים אלה, מה שמדגים את ההפרדה.

הטכניקה הזו לא רק מאפשר להפריד את מרכיבי התערובת, אלא גם לבודד ופעמים רבות לזהות רכיבים השייכים לתערובת. לפעמים, ההפרדה הנעשית על ידי כרומטוגרפיה אינה ניתנת לביצוע בשיטה אחרת, ולכן היא מוצגת כטכניקה של שימוש נרחב במספר ענפים של מַדָע.

אל תפסיק עכשיו... יש עוד אחרי הפרסום ;)

איך מתרחשת כרומטוגרפיה?

למרות שיש הרבה סוגים של כרומטוגרפיה, כל טכניקה כרומטוגרפית היא מבוסס על עקרון השמירה הסלקטיבית. במקרה זה, התערובת מוחלת על השלב הנייח ולאחר מכן, השלב הנייד מונח. במגע הפאזה הניידת גוררת את הרכיבים ובשל הזיקה השונה שיש לחומרים בתערובת לשלב הנייח מתקבלת הפרדה. כלומר, מרכיבי התערובת שיש להם זיקה גדולה יותר לשלב הנייד יינשאו על ידי זה עם ניידות גדולה יותר, בעוד שלבעלי זיקה נמוכה יותר לשלב הנייד תהיה נמוכה ניידות.

סכימה המחשה של דוגמה של כרומטוגרפיה נייר.

בתמונה למעלה, השלב הנייד מורכב מממס נוזלי, העולה על ידי נימי בתפקיד, אשר ממלא את התפקיד של שלב נייח. הדגימה, לאחר אינטראקציה עם הממס, נפרדת. ככל שהרכיב חוצה יותר, כך גדל האינטראקציה שלו עם השלב הנייד.

השלב הנייח יכול להיות מורכב ממוצק או נוזל קבוע במוצק או ג'ל, המאפשר אריזת עמודים או על ידי הפצה בסרט, כוס או א להב. הפאזה הניידת מורכבת מנוזל, שיכול להיות נוזלי או גזי.

קרא גם: הפרדה מגנטית, זיקוק ואיידוי פשוטים - טכניקות לבידוד רכיבים

סוגי כרומטוגרפיה

בעיקרון, ישנם שני סוגים של כרומטוגרפיה: כרומטוגרפיית שכבה דקה (TLC) וכרומטוגרפיה עמודות. פרטים נוספים על שניהם יופיעו להלן.

• שכבה דקה של כרומטוגרפיה

נקראת גם כרומטוגרפיה מישורית, במצב זה, השלב הנייח נספג על משטח שטוח.. בין היתרונות שלו עלות נמוכה, מהירות בהפרדה, כמו גם קלות חזרה, ביצוע והבנה.

באופן כללי, השלב הנייח מורכב מסופח קוטבי (כגון סיליקה, אלומינה, תאית ופוליאמיד), הנדבק לפני השטח של צלחת (לרוב זכוכית). עם זאת, יש כבר מסחור של פלטות מוכנות, שבהן חומר הסופח מחובר לחומרים אחרים, כמו למשל אֲלוּמִינְיוּם, מה שמביא לחומר אחיד יותר בעובי שונה, מה שמבטיח הפרדה מספקת יותר.

מכיוון שהשלב הנייח הוא קוטבי באופיו, מעניין שלפאזה הניידת יש אופי אנטגוניסטי, כלומר לא קוטבי או מעט מאוד קוטבי. עם זאת, הבחירה של השלב הנייד אינה פשוטה במיוחד, ודורשת ניתוחים קודמים כדי שתהיה הפרדה טובה של הרכיבים.

להלן, יש לנו תוצאה של כרומטוגרפיה של שכבה דקה. שימו לב לרכיבים הנפרדים על פני הלוח. זה שנסע בנתיב קצר יותר יש זיקה גדולה יותר לשלב הנייח.

תוצאה של כרומטוגרפיה בשכבה דקה.

• כרומטוגרפיה עמודה

במקרה הזה, השלב הנייח ממוקם בצינור גלילי. קוטר הצינור יהיה תלוי בקפדנות הטכנית שיש לאמץ בהפרדה. הפאזה הניידת, הנקראת גם eluent, עוברת דרך הפאזה הנייחת ויכולה להיות במצב נוזלי או גזי. כשיוצאים מהעמוד, eluent נקרא eluate.

בטכניקה זו, המדגם מוחל על החלק העליון של העמודה. ניתן למקם את הפאזה הניידת בשתי דרכים: יצירת משחה עם הפאזה הנייחת, המכונה מילוי עמוד רטוב, או יישום ישיר על הדגימה, הידוע בשם מילוי עמוד רטוב. דרך יבשה. הרכיב הראשון שמגיע לתחתית העמוד (שנמלט ראשון) הוא המרכיב בעל הזיקה הגבוהה ביותר לשלב הנייד.

הדגמה של כרומטוגרפיה עמודה. לרכיב C, הראשון שנפלט, יש את הזיקה הגבוהה ביותר לשלב הנייד המיושם.

בתוך כרומטוגרפיה עמודה עם eluent נוזלי, יש מה שנקרא כרומטוגרפיה נוזלית בעלת ביצועים גבוהים (Clae, או HPLC, שמגיעה מהאנגלית כרומטוגרפיה נוזלית בביצועים גבוהים). ב-Clae משתמשים בעמודים מתכתיים, בנוסף ל-high לחצים על שלב הנייד ו טמפרטורות מעט מעל טמפרטורת הסביבה. לאחרונה, המנגנון של קליי חובר עם ספקטרומטרי מסה. לספקטרומטרים כאלה יש את הפונקציה להגביר את מהימנות ההפרדה הכרומטוגרפית, שכן הם מאפשרים לאשר את זהות החומרים המופרדים, בנוסף לכימותם.

זיהוי החומרים בכרומטוגרפיה היה קשה יותר ללא שימוש בספקטרומטר מסה, כפי שנעשה בהתחשב בעצם זמן השמירה, משהו שאינו ספציפי לתרכובת (ייתכן שלתרכובות אחרות יהיה אותו זמן הַחזָקָה).

ראה מנגנון Clae להלן. הבקבוקים, למעלה, מורכבים מהשלב הנייד. ברמות למטה נמצאים משאבת הלחץ הגבוה ועמודת הפאזה הנייחת. בסוף יש גלאי.

מנגנון כרומטוגרפיה נוזלי בביצועים גבוהים (Clae).

בכרומטוגרפיה גז (GC), א גַז גרירה אינרטית, כ גז אציל או חנקן, כשלב נייד. השלב הנייח יכול להיות מוצק או נוזל לא נדיף. הרכיבים שיש להפריד מורכבים מגזים או נוזלים נדיפים.

העמוד הוא נימי, בקוטר של פחות ממילימטר אחד, אך באורך ארוך, בטווח של 25 עד 30 מטר. א הטכניקה מאפשרת הפרדה של עשרות חומרים מאותה דגימה. כמו Clae, מקובל גם שספקטרומטר מסה מחובר למכשיר GC.

להלן ייצוג תלת מימדי של מנגנון כרומטוגרפיית גז. הגז המוביל נמצא בצילינדר, בעוד שהדגימה מוזרקת דרך המזרק. הצינור הירוק המפותל מורכב מהעמוד, המחובר לגלאי.

ייצוג תלת מימדי של מנגנון כרומטוגרפיה גז.

פתרו תרגילים על כרומטוגרפיה

שאלה 1

(Uerj 2018) כרומטוגרפיה היא טכניקה להפרדת חומרים אורגניים באמצעות הקוטביות של המולקולות שלהם. נניח שצבע טבעי נותח בטכניקה זו וכי בהרכבו יש את החומרים הבאים:

לאחר ההפרדה הכרומטוגרפית חולקו מולקולות הצבע לשני שלבים: בראשון זוהו מולקולות בעלות קבוצות קוטביות; בשני, המולקולה הלא קוטבית.

החומר הקיים בשלב השני מסומן על ידי:

(שם

(ב) ב

(ג) ג

(ד) IV

תשובה: אות א'.

מולקולה לא קוטבית היא זו עם המספר הנמוך ביותר של אטומים או קבוצות עם אטומים אלקטרוניים שליליים מאוד. במקרה זה, המולקולה שעומדת בצורה הטובה ביותר בקריטריון זה היא מולקולה I.

שאלה 2

(אנם 2017) כרומטוגרפיה של נייר היא שיטת הפרדה המבוססת על הגירה דיפרנציאלית של מרכיבי התערובת בין שני שלבים בלתי ניתנים לערבב. רכיבי הדוגמא מופרדים בין השלב הנייח לשלב הנייד הנעים על הנייר. השלב הנייח מורכב מתאית טהורה כמעט, שיכולה לספוג עד 22% מים. המים הנספגים הם שפועלים כפאזה נייחת נוזלית ומקיימת אינטראקציה עם הפאזה הניידת, גם היא נוזלית (מחיצת נוזל-נוזל). רכיבים המסוגלים ליצור אינטראקציות בין-מולקולריות חזקות יותר עם השלב הנייח נודדים לאט יותר.

תערובת של הקסאן עם 5% (V/V) של אצטון שימשה כפאזה ניידת בהפרדת מרכיבי תמצית צמחים המתקבלת מפלפלים. נניח שתמצית זו מכילה את החומרים המיוצגים.

ריביירו, נ. M.; NUNES, C. ר. ניתוח פיגמנטים של פלפל על ידי כרומטוגרפיה נייר. כימיה חדשה בבית הספר, נ. 29, באוגוסט 2008 (מותאם).

החומר בתערובת הנודד הכי לאט הוא (א)

א) ליקופן.

ב) α-קרוטן.

ג) γ-קרוטן.

ד) קסורובין.

ה) α-cryptoxanthin.

תשובה: אות ד'.

המולקולה שיש לה אינטראקציה גדולה יותר עם תאית (שלב נייח ואופי קוטבי, מכיוון שיש בה 22% מים) תנדוד לאט יותר. לפיכך, מבין המולקולות, בעל האופי הקוטבי הגדול ביותר הוא קסורובין, מכיוון שיש לו מספר גדול יותר של אטומים או קבוצות של אטומים בעלי אלקטרושליליות.

מאת סטפנו אראוחו נובאיס
מורה לכימיה

ראה כיצד עובד זיקוק חלקי ובאיזה ציוד נעשה שימוש.

ראו כיצד השמנים האתריים כביכול מתקבלים בשיטת הפרדת תערובות הנקראת זיקוק בקיטור!

לחץ ובדוק את המאפיינים של היתוך חלקי והתמצקות חלקית.

הפרדת תערובות הומוגניות, זיקוק חלקי, זיקוק פשוט, מעבה, בקבוק זיקוק, תעשיות פטרוכימיות, נגזרות נפט, אלמביק.

לחצו כאן ולמדו באילו סוגי תערובות אנו משתמשים בהפרדה מגנטית, בזיקוק ואידוי פשוטים ובציוד המשמש בכל תהליך.