Төрөл бүрийн нэгдэл, бодисын хольцын найрлагад дүн шинжилгээ хийх, шинж чанарыг судлах олон янзын арга байдаг. Ийм аргуудын нэг бол хроматографи юм. Энэхүү аргыг зохион бүтээх, хэрэглэх зохиогч нь 20-р зууны эхээр ургамлын пигментийг ялгах ажлыг хийсэн Оросын ургамал судлаач М. С. Цветт хамаарна.
Аргын тодорхойлолт ба үндэс
Хроматографи нь хольцыг (дээж) бүрдүүлэгч бодисын хөдөлгөөнт болон суурин фазын хоорондох тархалтад үндэслэн хольцыг ялгах, бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг тодорхойлох физик-химийн арга юм. Хөдөлгөөнгүй үе шат нь сүвэрхэг хатуу бодис - сорбент юм. Энэ нь мөн хатуу гадаргуу дээр хуримтлагдсан шингэн хальс байж болно. Хөдөлгөөнт үе шат буюу элюент нь суурин фазын дагуу хөдөлж эсвэл сорбентоор шүүгдэн урсах ёстой.
Хроматографийн мөн чанар нь хольцын өөр өөр бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь молекулын жин, уусах чадвар, шингээх чадвар гэх мэт өөр өөр шинж чанараараа заавал тодорхойлогддогт оршино. Тиймээс хөдөлгөөнт фазын бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн харилцан үйлчлэлийн хурд - сорбатууд - сууринтайадилхан биш. Энэ нь суурин үе шаттай харьцуулахад хольцын молекулуудын хурдны зөрүүд хүргэдэг бөгөөд үүний үр дүнд бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь сорбентын янз бүрийн бүсэд тусгаарлагдаж, төвлөрдөг. Тэдгээрийн зарим нь сорбентыг хөдөлгөөнт фазын хамт орхидог - эдгээр нь хадгалагдаагүй бүрэлдэхүүн хэсгүүд юм.
Хроматографийн онцгой давуу тал нь бодисуудын нийлмэл хольц, тэр дундаа ижил төстэй шинж чанартай бодисуудыг хурдан ялгах боломжийг олгодог.
Хроматографийн төрлийг ангилах арга
Шинжилгээнд ашигласан аргуудыг янз бүрийн шалгуурын дагуу ангилж болно. Ийм шалгуурын үндсэн багц нь дараах байдалтай байна:
- хөдөлгөөнгүй болон хөдөлгөөнт фазын нэгдсэн төлөв;
- сорбент ба сорбатуудын харилцан үйлчлэлийн физик, химийн шинж чанар;
- элюентийг хэрхэн нэвтрүүлэх, шилжүүлэх;
- суурин үеийг байрлуулах арга, өөрөөр хэлбэл хроматографийн техник;
- хроматографийн зорилтууд.
Үүнээс гадна сорбцийн үйл явцын өөр шинж чанар, хроматографийн аргаар ялгах техникийн нөхцөл (жишээ нь, бага эсвэл өндөр даралт) дээр үндэслэн аргуудыг хийж болно.
Дээрх үндсэн шалгуурууд болон тэдгээртэй холбоотой хроматографийн хамгийн өргөн хэрэглэгддэг төрлүүдийг нарийвчлан авч үзье.
Элюент ба сорбент агрегацын төлөв
Үүний үндсэн дээр хроматографийг шингэн ба хий гэж хуваадаг. Аргын нэр нь хөдөлгөөнт фазын төлөвийг илэрхийлдэг.
Шингэн хроматограф нь ашигласан арга юммакромолекулын нэгдлүүдийн холимог, түүний дотор биологийн чухал бодисыг ялгах үйл явцад. Сорбентыг нэгтгэх төлөв байдлаас хамааран шингэн-шингэн, шингэн-хатуу фаз гэж хуваагдана.
Хийн хроматограф нь дараах төрлүүдтэй:
- Нүүрс, цахиурлаг гель, цеолит эсвэл сүвэрхэг полимер зэрэг хатуу сорбент ашигладаг хийн шингээлт (хий-хатуу-фаз). Инерцийн хий (аргон, гелий), азот, нүүрстөрөгчийн давхар исэл нь ялгах хольцыг зөөгч бодисоор ажилладаг. Хольцын дэгдэмхий бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг ялгах нь тэдгээрийн шингээлтийн янз бүрийн түвшний улмаас хийгддэг.
- Хийн шингэн. Энэ тохиолдолд суурин үе шат нь хатуу идэвхгүй суурь дээр хуримтлагдсан шингэн хальснаас бүрдэнэ. Дээжийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг шингээх чадвар эсвэл уусах чадвараар нь ялгадаг.
Хийн хроматографи нь органик нэгдлүүдийн хольцыг шинжлэхэд өргөн хэрэглэгддэг (тэдгээрийн задралын бүтээгдэхүүн эсвэл хий хэлбэртэй деривативыг ашиглан).
Сорбент ба сорбатын харилцан үйлчлэл
Энэ шалгуурын дагуу ийм төрлүүдийг ялгадаг:
- Хөдөлгөөнгүй сорбентоор бодисыг шингээх түвшний ялгаатай байдлаас шалтгаалан хольцыг ялгадаг адсорбцийн хроматографи.
- Түгээлт. Түүний тусламжтайгаар хольцын бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн янз бүрийн уусах чадварын үндсэн дээр тусгаарлах ажлыг гүйцэтгэдэг. Уусалт нь хөдөлгөөнт ба суурин үе шатанд (шингэн хроматографид), эсвэл зөвхөн суурин үе шатанд (хий шингэнд) явагддаг.хроматографи).
- Тунамал. Энэхүү хроматографийн арга нь ялгах бодисуудын үүссэн тунадасуудын уусах чадварын ялгаатай байдалд суурилдаг.
- Хасгах, эсвэл гель хроматографи. Энэ нь молекулуудын хэмжээний ялгаан дээр суурилдаг бөгөөд үүнээс үүдэн гель матриц гэж нэрлэгддэг сорбентын нүхэнд нэвтрэх чадвар нь харилцан адилгүй байдаг.
- Аффин. Энэ өвөрмөц арга нь суурин үе шатанд идэвхгүй зөөвөрлөгчтэй нийлмэл нэгдэл үүсгэдэг лигандтай тусгаарлагдсан хольцын биохимийн харилцан үйлчлэлийн тусгай төрөлд суурилдаг. Энэ арга нь уураг-ферментийн хольцыг ялгахад үр дүнтэй бөгөөд биохимид түгээмэл байдаг.
- Ионы солилцоо. Дээжийг ялгах хүчин зүйлийн хувьд энэ арга нь хольцын бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн суурин фаз (ион солилцуур) -тай ион солилцох чадварын зөрүүг ашигладаг. Процессын явцад суурин фазын ионууд нь ялгаруулагчийн найрлага дахь бодисын ионуудаар солигддог бол сүүлийнх нь ион солилцогчтой харилцан адилгүй хамааралтай байдаг тул хөдөлгөөний хурд нь ялгаатай байдаг. хольцыг салгана. Суурин фазын хувьд ион солилцооны давирхайг ихэвчлэн ашигладаг - тусгай синтетик полимер.
Ион солилцооны хроматограф нь анион (сөрөг ионуудыг хадгалдаг) ба катион (эерэг ионуудыг тус тус хадгалдаг) гэсэн хоёр сонголттой. Энэ аргыг электролит, газрын ховор элемент, трансуран элементүүдийг ялгах, ус цэвэршүүлэх, эмийн шинжилгээнд маш өргөн ашигладаг.
Техникийн аргын ялгаа
Дээж хөдөлгөөнгүй үетэй харьцуулахад хоёр үндсэн арга зам байдаг:
- Багананы хроматограф нь салгах процессыг тусгай төхөөрөмж - хроматографийн багана - хоолойд хийж, дотоод хөндийд нь үл хөдлөх сорбент байрлуулсан байдаг. Бөглөх аргын дагуу баганыг хоёр төрөлд хуваадаг: савласан ("савласан" гэж нэрлэгддэг) ба хялгасан судасны гадаргуу дээр хатуу сорбентын давхарга эсвэл суурин фазын шингэн хальсыг түрхдэг. дотоод хана. Савласан баганууд нь янз бүрийн хэлбэртэй байж болно: шулуун, U хэлбэрийн, спираль. Капилляр багана нь мушгиа хэлбэртэй.
- Хавтгай (хавтгай) хроматографи. Энэ тохиолдолд тусгай цаас эсвэл хавтанг (металл, шил, хуванцар) суурин үе шатанд зөөгч болгон ашиглаж, сорбентыг нимгэн давхаргад байрлуулж болно. Энэ тохиолдолд хроматографийн аргыг цаасан эсвэл нимгэн давхаргын хроматограф гэж нэрлэнэ.
Хроматографийн баганыг олон удаа ашигладаг баганын аргаас ялгаатай нь хавтгай хроматографид сорбент давхарга бүхий ямар ч тээвэрлэгчийг зөвхөн нэг удаа ашиглаж болно. Ялгагчтай саванд хавтан эсвэл цаасыг дүрэх үед ялгах процесс явагдана.
Eluent-ийн танилцуулга, дамжуулалт
Энэ хүчин зүйл нь хольцыг ялгах явцад үүссэн сорбентын давхаргын дагуух хроматографийн бүсийн хөдөлгөөний мөн чанарыг тодорхойлдог. Дараах уусгагч хүргэх аргууд байдаг:
- Урд. Энэ арга нь хамгийн энгийнгүйцэтгэх техник. Хөдөлгөөнт үе шат нь сорбентоор дүүргэсэн баганад тасралтгүй тэжээгддэг дээж өөрөө юм. Энэ тохиолдолд хамгийн бага хадгалагдсан бүрэлдэхүүн хэсэг нь бусдаас муу шингэж, сорбентоор бусдаасаа илүү хурдан хөдөлдөг. Үүний үр дүнд зөвхөн энэ эхний бүрэлдэхүүн хэсгийг цэвэр хэлбэрээр тусгаарлаж, дараа нь бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн холимог агуулсан бүсүүдийг тусгаарлаж болно. Түүврийн тархалт дараах байдалтай байна: A; A+B; A+B+C гэх мэт. Тиймээс фронтын хроматографи нь хольцыг салгахад тустай биш боловч тусгаарлах бодис бага хадгалалттай тохиолдолд янз бүрийн цэвэршүүлэх процессуудад үр дүнтэй байдаг.
- Шилжүүлэх арга нь ялгах гэж буй хольц руу орсны дараа баганад тусгай нүүлгэн шилжүүлэгч бүхий элюент буюу хольцын аль ч бүрэлдэхүүн хэсгээс илүү шингээх чадвараараа тодорхойлогддог бодисоор ялгаатай. Энэ нь хамгийн их хадгалагдсан бүрэлдэхүүн хэсгийг нүүлгэн шилжүүлдэг бөгөөд энэ нь дараагийнхыг нүүлгэн шилжүүлэх гэх мэт. Дээж нь баганын дагуу нүүлгэн шилжүүлэгчийн хурдаар хөдөлж, зэргэлдээ концентрацийн бүсүүдийг үүсгэдэг. Энэ төрлийн хроматографийн тусламжтайгаар бүрэлдэхүүн хэсэг бүрийг баганын гаралтын хэсэгт шингэн хэлбэрээр тус тусад нь авч болно.
- Элюент (хөгжүүлж буй) арга нь хамгийн түгээмэл. Нүүлгэн шилжүүлэх аргаас ялгаатай нь элюент (зөөгч) нь дээжийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдээс бага шингээх чадвартай байдаг. Энэ нь сорбентын давхаргаар тасралтгүй дамжиж, угааж байна. Үе үе хэсэгчлэн (импульс) ялгах хольцыг шингэний урсгалд оруулж, дараа нь цэвэр хандыг дахин тэжээнэ. Угаах үед (угасгах) бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг салгаж,үүнээс гадна тэдгээрийн концентрацийн бүсүүд нь ялгаруулагч бүсээр тусгаарлагддаг.
Элюентийн хроматографи нь шинжлэгдсэн бодисуудын хольцыг бараг бүрэн салгах боломжтой болгодог бөгөөд хольц нь олон бүрэлдэхүүн хэсэгтэй байж болно. Мөн энэ аргын давуу тал нь бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг бие биенээсээ тусгаарлах, хольцын тоон шинжилгээний энгийн байдал юм. Сул талууд нь баганын гаралтын хэсэгт ялгасны дараа шингээгчийн өндөр хэрэглээ, дээжийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн бага концентрацийг агуулдаг. Элюентийн аргыг хийн болон шингэний хроматографид өргөн ашигладаг.
Зорилгооос хамааран хроматографийн процесс
Хроматографийн зорилгын ялгаа нь аналитик, бэлдмэлийн болон үйлдвэрлэлийн гэх мэт аргуудыг ялгах боломжийг олгодог.
Аналитик хроматографийн тусламжтайгаар хольцын чанарын болон тоон шинжилгээг хийдэг. Дээжийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд дүн шинжилгээ хийхдээ хроматографын баганаас гарахдаа детектор руу очдог - ялгаруулагч дахь бодисын концентрацийн өөрчлөлтөд мэдрэмтгий төхөөрөмж. Дээжийг баганад оруулснаас хойш детектор дээрх бодисын хамгийн их концентраци хүртэл өнгөрөх хугацааг хадгалах хугацаа гэнэ. Баганын температур ба ялгаруулагчийн хурд тогтмол байх тохиолдолд энэ утга нь бодис бүрийн хувьд тогтмол байх бөгөөд хольцын чанарын шинжилгээний үндэс болно. Тоон шинжилгээг хроматограмм дахь бие даасан оргилуудын талбайг хэмжих замаар хийдэг. Дүрмээр бол уусгагч аргыг аналитик хроматографид ашигладаг.
Бэлтгэх хроматограф нь хольцоос цэвэр бодисыг тусгаарлах зорилготой. Бэлтгэл баганууд нь илүү том хэмжээтэй байдаганалитикаас диаметр.
Үйлдвэрлэлийн хроматографийг нэгдүгээрт, тодорхой үйлдвэрлэлд шаардлагатай их хэмжээний цэвэр бодисыг олж авахад ашигладаг. Хоёрдугаарт, энэ нь технологийн процессын орчин үеийн хяналт, зохицуулалтын системийн чухал хэсэг юм.
Үйлдвэрлэлийн хроматограф нь нэг буюу өөр бүрэлдэхүүн хэсгийн концентрацийн хуваарьтай бөгөөд мэдрэгч, түүнчлэн хяналтын болон бүртгэлийн системээр тоноглогдсон. Дээжийг ийм хроматографид тодорхой давтамжтайгаар автоматаар хүргэдэг.
Олон үйлдэлт хроматографийн төхөөрөмж
Орчин үеийн хроматографууд нь янз бүрийн салбарт, янз бүрийн зориулалтаар ашиглах чадвартай өндөр технологийн нарийн төвөгтэй төхөөрөмж юм. Эдгээр төхөөрөмжүүд нь нарийн төвөгтэй олон бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хольцыг шинжлэх боломжтой болгодог. Эдгээр нь дулаан дамжуулагч, оптик, иончлол, масс спектрометр гэх мэт өргөн хүрээний детектороор тоноглогдсон.
Үүнээс гадна орчин үеийн хроматографи нь хроматограммыг шинжлэх, боловсруулахад автомат удирдлагын системийг ашигладаг. Хяналтыг компьютер эсвэл төхөөрөмжөөс шууд хийж болно.
Ийм төхөөрөмжийн жишээ бол "Crystal 5000" олон үйлдэлт хийн хроматограф юм. Энэ нь дөрвөн сольж болох детектор, баганын термостат, электрон даралт ба урсгалын хяналтын систем, хийн хавхлагын удирдлагатай. Төрөл бүрийн асуудлыг шийдэхийн тулд төхөөрөмжид байдагсавласан болон хялгасан баганыг хоёуланг нь суулгах чадвар.
Хроматографыг бүрэн ажиллагаатай гар, хяналтын дэлгэц эсвэл (өөр өөрчлөлтөөр) хувийн компьютер ашиглан удирддаг. Энэхүү шинэ үеийн төхөөрөмжийг үйлдвэрлэл болон төрөл бүрийн судалгааны лабораторид үр дүнтэй ашиглах боломжтой: анагаах ухаан, шүүх эмнэлэг, байгаль орчны.
Өндөр даралтын хроматограф
Шингэн баганын хроматографи хийх нь процессын үргэлжлэх хугацаа нэлээд урт байдаг. Шингэн шингэний хөдөлгөөнийг хурдасгахын тулд даралтын дор баганад хөдөлгөөнт фазын нийлүүлэлтийг ашигладаг. Энэхүү орчин үеийн бөгөөд маш ирээдүйтэй аргыг өндөр гүйцэтгэлтэй шингэн хроматографийн (HPLC) арга гэж нэрлэдэг.
HPLC шингэн хроматографын шахуургын систем нь ялгаруулагчийг тогтмол хурдаар дамжуулдаг. Боловсруулсан оролтын даралт нь 40 МПа хүрч чаддаг. Компьютерийн удирдлага нь өгөгдсөн хөтөлбөрийн дагуу хөдөлгөөнт фазын найрлагыг өөрчлөх боломжийг олгодог (энэ аргыг градиент гэж нэрлэдэг).
HPLC-ийг сорбент ба сорбатын харилцан үйлчлэлийн шинж чанарт үндэслэн янз бүрийн аргыг ашиглаж болно: тархалт, шингээлт, хэмжээг хасах, ион солилцооны хроматографи. HPLC-ийн хамгийн түгээмэл төрөл бол туйл (усан) хөдөлгөөнт фаз ба цахиур гель зэрэг туйлшгүй сорбент хоёрын гидрофобик харилцан үйлчлэлд суурилсан урвуу фазын арга юм.
Энэ аргыг ялгах, дүн шинжилгээ хийх,хийн төлөвт хувирах боломжгүй, дэгдэмхий бус, дулааны тогтворгүй бодисын чанарын хяналт. Эдгээр нь агрохими, эм, хүнсний бүрэлдэхүүн хэсгүүд болон бусад нарийн төвөгтэй бодисууд юм.
Хроматографийн судалгааны ач холбогдол
Хроматографийн янз бүрийн төрлүүд янз бүрийн салбарт өргөн хэрэглэгддэг:
- органик бус хими;
- нефть хими ба уул уурхай;
- биохими;
- эм, эмийн бүтээгдэхүүн;
- хүнсний үйлдвэр;
- экологи;
- криминологи.
Энэ жагсаалт нь бүрэн бус боловч бодисыг задлах, ялгах, цэвэршүүлэх хроматографийн аргагүйгээр хийх боломжгүй салбаруудын хамрах хүрээг тусгасан болно. Шинжлэх ухааны лабораториос эхлээд үйлдвэрлэлийн үйлдвэрлэл хүртэлх хроматографийн хэрэглээний бүхий л салбарт мэдээлэл боловсруулах, удирдах, нарийн төвөгтэй үйл явцыг хянах орчин үеийн технологи нэвтэрснээр эдгээр аргуудын үүрэг улам бүр нэмэгдэж байна.
