Хроматография: что это, виды и сфера использования

Что это такое?

Хроматография помогает разделять смеси веществ через распределение их между двумя фазами, которые друг с другом не смешиваются. Такими несмешивающимися фазами называют подвижную и неподвижную. К первой относятся, например, жидкость или газ, которые постоянно текут по системе и таким образом переносят компоненты пробы. В этом случае неподвижной становится твёрдое вещество или жидкость, которые могут вступать во взаимодействие с элементами пробы.

В процессе хроматографии подвижные компоненты отделяются в ходе движения вещества по стационарной фазе, что позволяет специалистам проводить последовательное исследование всех входящих в состав элементов.

Хроматография делится на четыре вида — она может быть бумажной, тонкослойной, газовой и жидкостной.

Виды

Бумажная

Бумажная хроматография проста, понятна и поэтому очень распространена. Её используют для обнаружения цветных компонентов, которые иначе называются пигментами. Работает она так: каплю некоего образца помещают на край фильтровальной бумаги, которую затем вертикально подвешивают, окуная в растворитель краем. Пятно при этом растворителя не касается, остаётся над ним. Растворитель начинает постепенно пропитывать бумагу и увлекает за собой через капиллярные силы краситель. На фильтровальной бумаге в такие моменты можно увидеть разные цвета — те пигменты, из которых состоит вещество образца. Скорость растворения у них разная, поэтому цвета будут находиться на разной высоте.

Таким образом можно разделять на компоненты чернила. Чаще всего бумажная хроматография используется как учебное пособие, для демонстрации возможностей и особенностей метода студентам.

Тонкослойная

Более распространена тонкослойная хроматография. По существу она похожа на бумажную, но вместо бумаги в ней используется покрытое слоем силикагеля предметное стекло. Силикагель в данном случае выступает в качестве неподвижной фазы.

На нижний край стекла наносится капля образца. После высыхания стекло опускается в растворитель. При достижении растворителем верхнего края стекло удаляется из резервуара, при этом можно увидеть, как разные соединения с разной скоростью передвигаются по поверхности, образуя пятная. Их визуализируют в ультрафиолете.

Иногда используются химические процессы — например, для отделения серной кислоты применяются органические соединения, которые она сжигает, оставляя тёмное пятно.

Тонкослойная хроматография подойдёт для анализа красителей, для определения наличия пестицидов и инсектицидов в продуктах, определения пигментов. Разделяет она лучше, чем бумажная, предоставляя более точный результат.

Газовая

Газовая хроматография используется для разделения летучих веществ. В данном случае нужно лабораторное оборудование — газовый хроматограф, который конструкционно состоит из порта, колонки (перейти к товарам) с неподвижной фазой, детектора и системы регистрации данных.

Газообразный образец вводится через порт, в качестве подвижной фазы применяется инертный газ, который не будет взаимодействовать с образцом: например, азот. В колонке находится неподвижная фаза — полимер или жидкость на твёрдой подложке. Разделяются компоненты через разную температуру кипения, поскольку компоненты с низкой температурой кипения перемещаются быстрее таковых с высокой. Из-за этого каждое из веществ элюируется в разное время. Химикам остаётся проанализировать время и выявить таким образом определённые компоненты в газообразном веществе.

Жидкостная

Жидкостная хроматография позволяет разделить нелетучие соединения — растворы. Суть методики заключается в прокачивании подвижной фазы через колонку — пластиковую или металлическую трубку с частицами сорбента — под давлением. Каждое соединение по-своему реагирует с сорбентом, поэтому они перемещаются по колонке с разной скоростью. Подвижная фаза при это подбирается отдельно в зависимости от состава образца, который нужно исследовать.

Сферы использования

Хроматография используется повсеместно — она настолько востребована и полезна, что за разработку этого метода были присуждены несколько Нобелевских премий. Для химии она незаменима, огромное количество химических опытов проводятся с хроматографическими элементами.

Но используется она и в других областях:

• криминалистика и анализ образцов с мест преступления;
• медицина и контроль качества фармакологических препаратов;
• экология и обнаружение концентраций опасных загрязнений в воде и воздухе;
• пищепром и контроль порчи и качества пищевых продуктов и добавок;
• юриспруденция и определение алкоголя и наркотиков в крови и моче.

Существует ряд специфических задач, которые решает хроматография, вроде помощи с определением ДНК и проведением лабораторных анализов. Это бесценная технология, которая ежедневно помогает как специалистам, так и людям, далёким от науки.