אנו מסבירים מהי כרומטוגרפיה, כיצד משתמשים בה להפרדת תערובות, מהם השלבים שלה, אילו סוגים קיימים ודוגמאות.
מהי כרומטוגרפיה?
כרומטוגרפיה היא א שיטת הפרדת תערובת קומפלקס, אשר נמצא בשימוש נרחב בענפים שונים של ה מַדָע. ניתן להשתמש בו כדי לכמת, לזהות ולהפריד את מרכיבי התערובת. לשם כך, הוא משתמש בעקרון השמירה הסלקטיבית, המורכב מההתנהגות השונה של מרכיבי א תַעֲרוֹבֶת על תומך ספציפי (כגון נייר, גז, נוזל, שרף) ופאזה נוזלית או גזית שזורמת דרך התומך.
באופן זה, הכרומטוגרפיה משתמשת בטכניקות שונות המנצלות את ההבדלים בקצב השמירה של כל רכיב, ויכולה להפריד, לזהות ולכמת אותם.
במקרים רבים המפתח סְפִיחָה (שונה מה קְלִיטָה, המתייחס לדיפוזיה של רכיב משלב אחד לאחר), מושג המתייחס לתהליך שבו החלקיקים נשמרים על משטח. לפי ההבדל בשיעורי הספיחה על תומך והזיקה לתמיכה זו של מרכיבי התערובת, ניתן להפריד אותם ולאחר מכן לכמת או לזהות.
באופן כללי, כל סוגי הכרומטוגרפיה תלויים במספר מכשירים, תרכובות כימיות ונחוש טֶכנוֹלוֹגִיָה. בשל כך, חשוב להכיר כמה מושגים כדי להבין את פעולתן של טכניקות כרומטוגרפיות:
- שלב נייח. זהו חומר שנותר ללא תנועה בזמן שהכרומטוגרפיה פועלת.
- שלב נייד. זה החומר שזז במהלך הכרומטוגרפיה. זה יכול להיות נוזל או גז. הדגימה המכילה את האנליט מנוהלת בשלב הנייד.
- אנליטים. הם החומרים שעומדים להיות מופרדים, יכומתו ו/או מזוהים באמצעות כרומטוגרפיה, כלומר, הם החומרים שעומדים לנתח.
- מופעים. זו התערובת שיש לנתח. זה יכול להיות מורכב מאנליט אחד או יותר, ומרכיבים אחרים שאולי לא יעניינו, שמהם יופרדו האנליטים.
- זמן החזקת זמן. זהו הזמן שלוקח לאנליט לעבור מהעמודה או המערכת שדרכם עובר הפאזה הניידת, אל הגלאי (ציוד שיכול לתת אות זיהוי באמצעות תכונה כלשהי של האנליט).
- בַּררָנוּת. זוהי היכולת להבדיל בין כל רכיב בתמהיל.
- מסיר זה גם מתייחס לשלב הנייד ביציאה מהעמודה הכרומטוגרפית.
השיטה הכרומטוגרפית מורכבת מחיסון דגימה בשלב נייח או שלב נייד (בהתאם לסוג הטכניקה הכרומטוגרפית). ואז, אם, למשל, השלב הנייד הוא זה שמכיל את הדגימה, הוא עובר דרך שלב נייח מסוים.
ההפרדה של האנליטים תהיה תלויה בזיקה של כל אחד מהרכיבים הן לשלב הנייח והן לשלב הנייד. תלוי באופי שלהם, חלקם חומרים הם נוטים לנוע עם השלב הנייד ואחרים להישאר על השלב הנייח.
סוגי כרומטוגרפיה
בהתאם לטכנולוגיה שבה נעשה שימוש, אופי התמיכה (שלב נייח) והחומר הנייד (שלב נייד), ניתן להבדיל בין סוגי הכרומטוגרפיה הבאים:
- כרומטוגרפיה על נייר. השלב הנייח מורכב מרצועת נייר סינון. הדגימה לניתוח מונחת כטיפה על קצה אחד של הנייר. לאחר מכן טובלים את רצועת הנייר במיכל בו נמצא הפאזה הניידת, תוך התחשבות בכך שהקצה בו מונחת הדגימה נמצא בתחתית הנייר. הפאזה הניידת עולה על ידי קפילריות, גוררת איתו את הדגימה ומפרידה כל רכיב לפי הזיקה שלו לשלב הנייח. סוג זה של כרומטוגרפיה משמש בעיקר כאשר לכל רכיב בדגימה יש א צֶבַע שונה, אז אתה יכול לראות את תצוגת הצבעים על הנייר כדי לזהות אותם.
- שכבה דקה של כרומטוגרפיה. הפעולה של טכניקה זו דומה לזו של כרומטוגרפיית נייר, אך במקרה זה השלב הנייח נבנה על ידי הנחת שרף קוטבי (כמעט תמיד סיליקה ג'ל) על לוח זכוכית או אלומיניום. כמות מסוימת של הדגימה מונחת 1 ס"מ מהקצה התחתון של הצלחת. לאחר מכן טובלים את הצלחת הזו, תוך התחשבות שהקצה המכיל את הדגימה חייב להיות למטה, במיכל המכיל את הפאזה הניידת. השלב הנייד עולה על ידי פעולה נימית, המפריד בין מרכיבי הדגימה.
- כרומטוגרפיה של עמודות. השלב הנייח ממוקם בתוך עמוד שיכול להיות עשוי בין שאר החומרים מזכוכית או נירוסטה. השלב הנייד יכול להיות נוזלי או גזי. הדגימה ממוקמת בחלק העליון של העמודה ומאפשרת לרדת עם השלב הנייד באמצעות כוח משיכה. לפיכך, ניתן לסווג כרומטוגרפיה עמודה כ:
מצד שני, בהתחשב בסוג האינטראקציה של האנליט בין השלב הנייח והנייד, יש לנו את סוגי הכרומטוגרפיה הבאים:
- כרומטוגרפיה של ספיחה. בסוג זה של כרומטוגרפיה השלב הנייח הוא מוצק, בעוד הפאזה הניידת היא נוזל. החומר היוצר את הפאזה הנייחת יכול להיות אלומינה (Al2O3), סיליקה (SiO2) או שרפים לחילופי יונים (מטריצות שיש להן אתרים פעילים אלקטרוסטטית, שבגללן האנליט נשמר בהן על ידי אינטראקציה אלקטרוסטטית). השלב הנייד יכול להיות מורכב מא מֵמֵס או תערובת של ממיסים. חלק ממרכיבי התערובת יישמרו בעוצמה גדולה יותר מאחרים, בדרך זו מתרחשת ההפרדה.
- כרומטוגרפיה של מחיצה. זה מתרחש כאשר ההפרדה של האנליטים מהתערובת מתרחשת עקב הבדלים במסיסות או בקוטביות שלהם בין הפאזה הנייחת והפאזה הניידת, שני השלבים הם נוזל בלתי לערבב. הטכנולוגיה של שלבים נייחים התקדמה וכבר קיימים זנים של נוזלים המוטבעים במוצקים ובשרף המשמשים למטרה זו. במובן זה, ישנם שני סוגים של קורמטוגרפיה בהתאם לקוטביות של השלב הנייח והשלב הנייד:
- בשלב רגיל. השלב הנייח הוא קוטבי והשלב הנייד הוא א-קוטבי.
- בשלב הפוך. השלב הנייח הוא אפולארי והשלב הנייד הוא קוטבי.
- כרומטוגרפיה של חילופי יונים. כאשר השלב הנייח מוצק ובעל קבוצות פונקציונליות ניתנות למינון, כלומר טעונות, המסוגלות להחליף את המטען שלהן עם האנליט. ניתן לסווג אותו ל:
- כרומטוגרפיה של חילופי קטונים. השלב הנייח מכיל קבוצות פונקציונליות טעונות שלילי, ולכן הוא שומר על קטיונים (טעונים חיובית).
- כרומטוגרפיה של חילופי אניונים. השלב הנייח מכיל קבוצות פונקציונליות טעונות חיובית, ובכך שומרים על אניונים (טעונים שלילי).
- כרומטוגרפיה הדרת גודל. השלב הנייח הוא חומר נקבובי שדרכו נפלט אנליטים, בהתאם לגדלים שלהם. בסוג זה של כרומטוגרפיה אין סוג של אינטראקציה פיזית או כימית בין האנליטים לשלב הנייח. אנליטים גדולים יותר נפלטים תחילה, כלומר, הם אינם נשמרים בשלב הנייח. בעוד שהאנליטים הקטנים יותר נלכדים בנקבוביות השלב הנייח ועוזבים אותו כשהשלב הנייד (הנוזלי) עובר.
עם התקדמות יֶדַע וטכנולוגיה, טכניקות כרומטוגרפיות השתכללו ובכל פעם ניתן היה להפריד, לזהות ולכמת בצורה מדויקת יותר את החומרים המצויים בתערובת. שתי דוגמאות לכרומטוגרפיה מתקדמת הן HPLC (High Performance Liquid Chromatography) ו-GC (Gas Chromatography).
- HPLC. הוא מורכב מסוג של כרומטוגרפיה של עמודים, אך הפאזה הניידת שלו נשאבת בלחצים גבוהים דרך השלב הנייח בתוך העמוד. הפעלת לחץ גבוה מפחיתה את הדיפוזיה של האנליטים דרך השלב הנייח, ובכך משיגה תוצאות טובות יותר, בנוסף להפחתת זמני העבודה.
- GC. הפאזה הניידת היא גז והפאזה הנייחת יכולה להיות מוצק או נוזל. הדגימה מתנדפת לפני הזרקתה לעמוד הכרומטוגרפי, מכיוון שהיא חייבת להיות גזית כדי שהגז המוביל יעביר אותה.
דוגמאות כרומטוגרפיה
כמה דוגמאות יומיומיות ליישום כרומטוגרפיה הן:
- נשפך יין על מפה לבנה. תאונה בזמן ארוחת הערב תאפשר לנו לראות מתי היין מתייבש במגע עם היין אוויר, החומרים השונים המרכיבים אותו. כל אחד יצבע את הלבן של הבד בגוון או בצבע אחר, וניתן לזהות אותם בנפרד, מה שבדרך כלל יהיה בלתי אפשרי.
- בדיקת דם. כרומטוגרפיה של דגימות דם מתבצעת לעתים קרובות כדי לזהות את החומרים הכלולים בו, אשר בדרך כלל אינם מורגשים מכיוון שמדובר בתערובת מורכבת מאוד. לשם כך, הצבע שהדם משקף על תומך או נתון ל- אוֹר ספֵּצִיפִי.
- בדיקות שתן. כמו דם, שתן הוא תערובת של תרכובות שונות, חלקן מוצקים ונוזלים אחרים, שנוכחותם או היעדרם יכולה לחשוף פרטים על אופן פעולת הגוף. ניתן לבצע הפרדה כרומטוגרפית כדי לזהות שאריות חריגות, כגון דם, מלחים, גלוקוז או חומרים לא חוקיים.
- סקירה של זירת פשע. משהו שאנו רואים לעתים קרובות בסרטים: חוקרים לוקחים בדים, סיבים, בדים או תומכים אחרים וצופים בהפרדה על ידי היצמדות של החומרים השונים שנשפכים עליהם, כמו זרע או דם, גם כאשר בעין בלתי מזוינת הם עלולים לעבור מבלי לשים לב.
- בדיקות סניטריות של מזון. בהנחה שמומחים בתחום מזון לדעת את התגובה של רכיבי מזון כאשר הם נתונים לספקטרום כרומטוגרפי, ניתן להשתמש בטכניקה זו כדי לפרט בדגימה אם יש בהם סוג של חומר לא תקין, תוצר של סוכנים מיקרוביאליים או סוג כלשהו של זיהום, לפניו מוצר ללכת לשוק ולהכניס לְהִסְתָכֵּן ה בְּרִיאוּת מהאנשים.