• Τι είναι η χρωματογραφία;
• Τύποι χρωματογραφίας
• Παραδείγματα χρωματογραφίας

Εξηγούμε τι είναι η χρωματογραφία, πώς χρησιμοποιείται για τον διαχωρισμό των μιγμάτων, ποιες είναι οι φάσεις της, ποιοι τύποι υπάρχουν και παραδείγματα.

Η χρωματογραφία επιτρέπει τον διαχωρισμό και την αναγνώριση των συστατικών ενός μείγματος.

Τι είναι η χρωματογραφία;

Η χρωματογραφία είναι α μέθοδος διαχωρισμού μείγματος συγκρότημα, το οποίο χρησιμοποιείται ευρέως σε διάφορους κλάδους του επιστήμη. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον ποσοτικό προσδιορισμό, την αναγνώριση και τον διαχωρισμό των συστατικών ενός μείγματος. Για να γίνει αυτό, χρησιμοποιεί την αρχή της επιλεκτικής διατήρησης, η οποία αποτελείται από τη διαφορετική συμπεριφορά των συστατικών του α μίγμα σε ένα συγκεκριμένο στήριγμα (όπως χαρτί, αέριο, υγρό, ρητίνη) και σε υγρή ή αέρια φάση που ρέει μέσα από το στήριγμα.

Με αυτόν τον τρόπο, η χρωματογραφία χρησιμοποιεί διάφορες τεχνικές που εκμεταλλεύονται τις διαφορές στον ρυθμό κατακράτησης κάθε συστατικού και μπορούν να τις διαχωρίσουν, να τις αναγνωρίσουν και να τις ποσοτικοποιήσουν.

Σε πολλές περιπτώσεις το κλειδί προσρόφηση (διαφορετικό από το απορρόφηση, που αναφέρεται στη διάχυση ενός συστατικού από τη μια φάση στην άλλη), μια έννοια που αναφέρεται στη διαδικασία με την οποία τα σωματίδια συγκρατούνται σε μια επιφάνεια. Σύμφωνα με τη διαφορά στους ρυθμούς προσρόφησης σε ένα υπόστρωμα και τη συγγένεια για αυτήν την υποστήριξη των συστατικών του μείγματος, μπορούν να διαχωριστούν και στη συνέχεια να ποσοτικοποιηθούν ή να ταυτοποιηθούν.

Γενικά, όλοι οι τύποι χρωματογραφίας εξαρτώνται από έναν αριθμό οργάνων, χημικές ενώσεις και αποφασισμένη τεχνολογία. Λόγω αυτού, είναι σημαντικό να γνωρίζουμε ορισμένες έννοιες για να κατανοήσουμε τη λειτουργία των χρωματογραφικών τεχνικών:

• Στατική φάση. Είναι μια ουσία που παραμένει ακίνητη όσο εκτελείται η χρωματογραφία.
• Κινητή φάση. Είναι η ουσία που κινείται κατά τη χρωματογραφία. Μπορεί να είναι υγρό ή αέριο. Το δείγμα που περιέχει την αναλυόμενη ουσία χορηγείται στην κινητή φάση.
• Αναλυτές. Είναι οι ουσίες που πρόκειται να διαχωριστούν, να ποσοτικοποιηθούν ή/και να ταυτοποιηθούν με τη χρήση χρωματογραφίας, δηλαδή είναι οι ουσίες που πρόκειται να αναλυθούν.
• Εκπομπές. Είναι το μείγμα που πρέπει να αναλυθεί. Μπορεί να αποτελείται από μία ή περισσότερες αναλυόμενες ουσίες και άλλα συστατικά που μπορεί να μην παρουσιάζουν ενδιαφέρον, από τα οποία θα διαχωριστούν οι αναλυόμενες ουσίες.
• Χρόνος διατήρησης. Είναι ο χρόνος που χρειάζεται για να περάσει μια αναλυόμενη ουσία από τη στήλη ή το σύστημα από το οποίο διέρχεται η κινητή φάση στον ανιχνευτή (εξοπλισμός που μπορεί να δώσει ένα σήμα ανίχνευσης χρησιμοποιώντας κάποια ιδιότητα της αναλυόμενης ουσίας).
• Εκλεκτικότητα. Είναι η ικανότητα διαφοροποίησης κάθε συστατικού στο μείγμα.
• Εκλουστικό Αναφέρεται επίσης στην κινητή φάση καθώς εξέρχεται από τη χρωματογραφική στήλη.

Η χρωματογραφική μέθοδος συνίσταται στον εμβολιασμό ενός δείγματος σε στατική φάση ή σε κινητή φάση (ανάλογα με τον τύπο της χρωματογραφικής τεχνικής). Τότε, εάν, για παράδειγμα, η κινητή φάση είναι αυτή που περιέχει το δείγμα, αυτό διέρχεται από μια ορισμένη στατική φάση.

Ο διαχωρισμός των αναλυτών θα εξαρτηθεί από τη συγγένεια καθενός από τα συστατικά τόσο για τη στατική όσο και για την κινητή φάση. Ανάλογα με τη φύση τους, μερικά ουσίες θα τείνουν να κινούνται με την κινητή φάση και άλλοι να παραμένουν στη στατική φάση.

Τύποι χρωματογραφίας

Ανάλογα με την τεχνολογία που χρησιμοποιείται, τη φύση του υποστρώματος (στάσιμη φάση) και της κινητής ουσίας (κινητή φάση), μπορούν να διαφοροποιηθούν οι ακόλουθοι τύποι χρωματογραφίας:

• Χρωματογραφία σε χαρτί. Η στατική φάση αποτελείται από μια λωρίδα διηθητικού χαρτιού. Το προς ανάλυση δείγμα τοποθετείται ως σταγόνα στη μία άκρη του χαρτιού. Στη συνέχεια η λωρίδα χαρτιού βυθίζεται σε ένα δοχείο όπου βρίσκεται η κινητή φάση, λαμβάνοντας υπόψη ότι το άκρο όπου τοποθετείται το δείγμα βρίσκεται στο κάτω μέρος του χαρτιού. Η κινητή φάση ανεβαίνει με τριχοειδές, σύροντας το δείγμα μαζί της και διαχωρίζοντας κάθε συστατικό ανάλογα με τη συγγένειά του για τη στατική φάση. Αυτός ο τύπος χρωματογραφίας χρησιμοποιείται κυρίως όταν κάθε συστατικό του δείγματος έχει α χρώμα διαφορετικά, τότε μπορείτε να δείτε την εμφάνιση των χρωμάτων στο χαρτί για να τα αναγνωρίσετε.
• Χρωματογραφία λεπτής στιβάδας. Η λειτουργία αυτής της τεχνικής είναι παρόμοια με αυτή της χρωματογραφίας χαρτιού, αλλά στην περίπτωση αυτή η στατική φάση χτίζεται με την εναπόθεση μιας πολικής ρητίνης (σχεδόν πάντα πυριτικής πηκτής) σε μια γυάλινη ή αλουμινένια πλάκα. Μια ορισμένη ποσότητα του δείγματος τοποθετείται 1 cm από την κάτω άκρη της πλάκας. Αυτή η πλάκα στη συνέχεια βυθίζεται, έχοντας κατά νου ότι το άκρο που περιέχει το δείγμα πρέπει να είναι κάτω, σε ένα δοχείο που περιέχει την κινητή φάση. Η κινητή φάση ανεβαίνει με τριχοειδή δράση, διαχωρίζοντας τα συστατικά του δείγματος.
  
• Χρωματογραφία στήλης. Η στατική φάση τοποθετείται μέσα σε μια στήλη που μπορεί να κατασκευαστεί από γυαλί ή ανοξείδωτο χάλυβα, μεταξύ άλλων υλικών. Η κινητή φάση μπορεί να είναι υγρή ή αέρια. Το δείγμα τοποθετείται στην κορυφή της στήλης και αφήνεται να κατέβει με την κινητή φάση χρησιμοποιώντας το βαρύτητα. Έτσι, η χρωματογραφία στήλης μπορεί να ταξινομηθεί ως:
  • Χρωματογραφία στερεού-υγρού. Η στατική φάση είναι στερεός και το κινητό είναι υγρό.
  • Χρωματογραφία υγρού-υγρού. Και οι δύο φάσεις είναι υγρό.
  • Χρωματογραφία υγρού αερίου. Η στατική φάση είναι υγρή και η κινητή φάση είναι σόδα.
  • Χρωματογραφία στερεού αερίου. Η στατική φάση είναι στερεή και η κινητή είναι αέρια.

Από την άλλη πλευρά, λαμβάνοντας υπόψη τον τύπο αλληλεπίδρασης της αναλυόμενης ουσίας μεταξύ της στατικής και της κινητής φάσης, έχουμε τους ακόλουθους τύπους χρωματογραφίας:

• Χρωματογραφία προσρόφησης. Σε αυτόν τον τύπο χρωματογραφίας η στατική φάση είναι στερεό, ενώ η κινητή φάση είναι υγρή. Η ουσία που σχηματίζει τη στατική φάση μπορεί να είναι αλουμίνα (Al2O3), πυρίτιο (SiO2) ή ρητίνες ανταλλαγής ιόντων (μήτρες που έχουν ηλεκτροστατικά ενεργές θέσεις, λόγω των οποίων η αναλυόμενη ουσία συγκρατείται σε αυτές με ηλεκτροστατική αλληλεπίδραση). Η κινητή φάση μπορεί να αποτελείται από α διαλυτικό μέσο ή ένα μείγμα διαλυτών. Ορισμένα συστατικά του μείγματος θα διατηρηθούν με μεγαλύτερη δύναμη από άλλα, με αυτόν τον τρόπο γίνεται ο διαχωρισμός.
• Χρωματογραφία κατάτμησης. Συμβαίνει όταν ο διαχωρισμός των αναλυόμενων ουσιών από το μείγμα συμβαίνει λόγω διαφορών στις διαλυτότητες ή τις πολικότητες μεταξύ της στατικής φάσης και της κινητής φάσης, καθώς και οι δύο φάσεις είναι μη αναμίξιμα υγρά. Η τεχνολογία των στατικών φάσεων έχει προχωρήσει και ήδη υπάρχουν ποικιλίες υγρών ενσωματωμένων σε στερεά και ρητίνες που χρησιμοποιούνται για το σκοπό αυτό. Υπό αυτή την έννοια, υπάρχουν δύο τύποι κορματογραφίας ανάλογα με την πολικότητα της στατικής φάσης και της κινητής φάσης:
  • Σε κανονική φάση. Η στατική φάση είναι πολική και η κινητή φάση είναι πολική.
  • Σε αντίστροφη φάση. Η στατική φάση είναι πολική και η κινητή φάση είναι πολική.
• Χρωματογραφία ανταλλαγής ιόντων. Όταν η στατική φάση είναι στερεή και έχει ιονιζόμενες λειτουργικές ομάδες, δηλαδή φορτισμένες, οι οποίες είναι ικανές να ανταλλάξουν το φορτίο τους με την αναλυόμενη ουσία. Μπορεί να ταξινομηθεί σε:
  • Χρωματογραφία ανταλλαγής κατιόντων. Η στατική φάση περιέχει αρνητικά φορτισμένες λειτουργικές ομάδες, επομένως διατηρεί κατιόντα (θετικά φορτισμένα).
  • Χρωματογραφία ανταλλαγής ανιόντων. Η στατική φάση περιέχει θετικά φορτισμένες λειτουργικές ομάδες, διατηρώντας έτσι (αρνητικά φορτισμένα) ανιόντα.
• Χρωματογραφία αποκλεισμού μεγέθους. Η στατική φάση είναι ένα πορώδες υλικό μέσω του οποίου εκλούονται οι αναλυόμενες ουσίες, ανάλογα με τα μεγέθη τους. Σε αυτόν τον τύπο χρωματογραφίας δεν υπάρχει τύπος φυσικής ή χημικής αλληλεπίδρασης μεταξύ των αναλυτών και της στατικής φάσης. Οι μεγαλύτερες αναλυόμενες ουσίες εκλούονται πρώτα, δηλαδή δεν διατηρούνται στη στατική φάση. Ενώ οι μικρότερες αναλυόμενες ουσίες παγιδεύονται στους πόρους της στατικής φάσης και την αφήνουν καθώς περνά η κινητή (υγρή) φάση.
  

Με την προέλαση του η γνώση και τεχνολογία, οι χρωματογραφικές τεχνικές τελειοποιούνταν και κάθε φορά ήταν δυνατός ο διαχωρισμός, ο εντοπισμός και ο ποσοτικός προσδιορισμός με μεγαλύτερη ακρίβεια των ουσιών που υπάρχουν σε ένα μείγμα. Δύο παραδείγματα προηγμένης χρωματογραφίας είναι η HPLC (Υγρή Χρωματογραφία Υψηλής Απόδοσης) και η GC (Αέρια Χρωματογραφία).

• HPLC. Αποτελείται από έναν τύπο χρωματογραφίας στήλης, του οποίου όμως η κινητή φάση αντλείται σε υψηλές πιέσεις μέσω της στατικής φάσης μέσα στη στήλη. Η εφαρμογή υψηλής πίεσης μειώνει τη διάχυση των αναλυτών μέσω της στατικής φάσης, επιτυγχάνοντας έτσι καλύτερα αποτελέσματα, εκτός από τη μείωση του χρόνου εργασίας.
• GC. Η κινητή φάση είναι αέριο και η στατική φάση μπορεί να είναι στερεή ή υγρή. Το δείγμα εξατμίζεται πριν το εγχυθεί στη χρωματογραφική στήλη, καθώς πρέπει να είναι αέριο για να το μεταφέρει το φέρον αέριο.

Παραδείγματα χρωματογραφίας

Για την ανάλυση του αίματος, τα συστατικά του διαχωρίζονται μέσω χρωματογραφίας.

Μερικά καθημερινά παραδείγματα εφαρμογής της χρωματογραφίας είναι:

• Χυμένο κρασί σε ένα άσπρο τραπεζομάντιλο. Ένα ατύχημα την ώρα του δείπνου θα μας επιτρέψει να παρατηρήσουμε, πότε το κρασί στεγνώνει σε επαφή με το αέρας, τις διάφορες ουσίες που το συνθέτουν. Το καθένα θα βάψει το λευκό του υφάσματος σε διαφορετικό τόνο ή χρώμα και μπορούν να αναγνωριστούν ξεχωριστά, κάτι που κανονικά θα ήταν αδύνατο.
• Εξέταση αίματος. Η χρωματογραφία των δειγμάτων αίματος πραγματοποιείται συχνά για τον εντοπισμό των ουσιών που περιέχονται σε αυτό, οι οποίες είναι συνήθως ανεπαίσθητες, καθώς πρόκειται για ένα πολύ περίπλοκο μείγμα. Για να γίνει αυτό, το χρώμα που αντανακλά το αίμα σε ένα στήριγμα ή που υπόκειται σε α φως ειδικός.
• Εξετάσεις ούρων. Όπως το αίμα, τα ούρα είναι ένα μείγμα από διάφορες ενώσεις, ορισμένα στερεά και άλλα υγρά, η παρουσία ή η απουσία των οποίων μπορεί να αποκαλύψει λεπτομέρειες για το πώς λειτουργεί το σώμα. Ο χρωματογραφικός διαχωρισμός μπορεί να πραγματοποιηθεί για την ανίχνευση ασυνήθιστων υπολειμμάτων, όπως αίμα, άλατα, γλυκόζη ή παράνομες ουσίες.
• Ανασκόπηση σκηνής εγκλήματος. Κάτι που βλέπουμε συχνά σε ταινίες: οι ερευνητές παίρνουν υφάσματα, ίνες, υφάσματα ή άλλα στηρίγματα και παρατηρούν τον διαχωρισμό με την πρόσφυση των διαφόρων ουσιών που χύνονται πάνω τους, όπως σπέρμα ή αίμα, ακόμη και όταν με γυμνό μάτι θα μπορούσαν να περάσουν απαρατήρητες.
• Υγειονομικοί έλεγχοι τροφίμων. Υποθέτοντας ότι οι ειδικοί σε τροφή γνωρίζουν την αντίδραση των συστατικών του τροφίμου όταν υποβάλλονται σε χρωματογραφικό φάσμα, αυτή η τεχνική μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη λεπτομέρεια σε ένα δείγμα εάν υπάρχει κάποιο είδος ακατάλληλης ουσίας σε αυτά, προϊόν μικροβιακών παραγόντων ή κάποιου τύπου ρύπανση, πριν από αυτόν προϊόν πήγαινε στην αγορά και βάλε μέσα κίνδυνος ο Υγεία από τον λαό.