Хроматография

Хроматография — это способ разделения смесей при помощи подвижной фазы, которая проходит через неподвижную фазу. Подвижная фаза может быть газообразной или жидкой, а неподвижная — жидкостью или твердым веществом.

Несмотря на то, что методов хроматографии существует много, все хроматографические системы устроены похожим образом: состоят из твердой поверхности или слоя жидкости и подвижной фазы (газ, жидкость). Компоненты вещества разделяются за счет разницы адсорбционной способности фаз.

Метод широко используется в химической, фармацевтической отраслях, на многих промышленных предприятиях (продукты питания, напитки, лекарственные препараты), в сельском хозяйстве.

По типу подвижной фазы оборудование делится на жидкостные и газовые хроматографы. Разделение веществ в твердых смесях проводят в твердофазных экстракторах.

Жидкостная хроматография

Подвижную фазу образуют при помощи растворителей (элюентов). Жидкостная хроматография делится на нормально-фазовую и обращенно-фазовую, что зависит от соотношения полярностей молекул в фазах. Есть и иные классификации:

• по способу введения образца в колонку (проявительная, фронтальная, вытеснительная);
• по механизму разделения компонентов (аффинная, распределительная, ионообменная, осадочная и пр. типы).

Жидкостные хроматографы работают под разным давлением. При использовании хроматографов среднего и высокого давления сила напора элюента должна быть менее 100 бар, в оборудовании с низким давлением оно не превышает 5 бар.

• Низкого давления. Такие хроматографы применяются для выделения белков, антител, их фрагментов. Они используются для отработки методов очистки биомолекул, которые затем внедряются в массовое производство;
• среднего давления. Устройства этого типа применяются в препаративных и аналитических целях (количественное определение биомолекул, ренатурация белков, очистка, выделение компонентов из сыворотки, изучение плазмы крови; анализ качества продуктов питания и т.д.);
• высокого давления. Оборудование этого вида нужно для изучения сложносоставных проб с детектированием большинства компонентов. Метод используется в экологии, в ветеринарных и санитарно-гигиенических исследовательских проектах, в криминалистике и медицине, в нефтехимии, фармацевтике.

Высокоэффективные жидкостные хроматографы (высокого давления) применяются для исследования аминокислотного состава белков и для подсчета концентрации витаминов, что позволяет выделить отдельную подгруппу этого оборудования: «Анализаторы аминокислот и витаминов». Практическое применение их: исследование нормы и патологии белкового и аминокислотного обмена, анализ сред на предмет авитаминоза или гипервитаминоза, определение качества производимых витаминов, синтез и секвенирование пептидов.

Хроматографы высокого давления жидкостные также используются в производстве продуктов питания и в сельском хозяйстве для выявления токсинов. Они называются «Анализаторами микротоксинов». С их помощью выявляются ядовитые продукты метаболизма грибов (микотоксины), обладающие мутагенным и канцерогенным свойством.

Подробнее изучить характеристики хроматографов жидкостных, работающих под низким, средним или высоким давлением, можно в соответствующих разделах каталога.

Разновидностью жидкостных хроматографов являются приборы, созданные для гель-проникающей хроматографии, где молекулы сортируются по размеру. Неподвижная фаза в это случае — пористые гидрофобные гели; подвижная — органические растворители. Первыми из колонки выделяются молекулы с наибольшей молекулярной массой, они почти не проникают в поры сорбента. Последними выделяются молекулы с наименьшей молекулярной массой. Гель-проникающая хроматография необходима для очищения образцов от белков, липидов, полимерных и высокомолекулярных соединений. Иногда этот способ является предварительной очисткой и подготовкой образца, в качестве начальной стадии перед газовой хроматографией; его использование уменьшает затраты на обслуживание газовых хроматографов, повышает точность анализа и снижает пределы обнаружения.

Промышленная хроматография с использованием жидкостного оборудования применяется для очистки смесей. Есть несколько разновидностей промышленной хроматографии, которой на сайте Диаэм посвящен отдельный раздел.

Газовая хроматография

В качестве подвижной фазы используется газообразный носитель, а неподвижной фазой выступает твердый сорбент или жидкость, нанесенная на твердый носитель, обладающие свойством инертности.

Газовая подвижная фаза проходит в потоке через колонку хроматографа, где взаимодействие газа-носителя и отделяемых компонентов с сорбентом имеет разную силу. Процесс проходит при температуре от комнатной до +350 ˚С.

В качестве носителя применяют инертный газ (воздух, азот, аргон, гелий и т.п.). Инертный газ характеризуется уменьшенной вязкостью, повышенной чувствительностью детектирования, отсутствием взаимодействия с компонентами.

• Широкий круг задач исследования;
• простота использования оборудования;
• высокая точность в выявлении низких концентраций газов органических соединений;
• большой выбор неподвижных фаз и сорбентов;
• высокая скорость проведения анализа;
• гибкость в подборе параметров измерения;
• опция проведения химических реакций в колонке или детекторе для расширения количества определяемых соединений;
• улучшение качества информативности данных при совместном использовании с методами масс-спектрометрии и ИК-спектрометрии.

Схема устройства представлена в разделе «Хроматографы газовые».

Твердофазная экстракция

Твердофазная экстракция — процесс разделения твердых смесей с применением твердых сорбентов и последующим отделением целевого вещества (аналита) методом экстракцией при помощи растворов.

Автоматические твердофазные экстракторы могут обрабатывать несколько проб одновременно, предназначены для лабораторий высокой производительности (медицинских, криминалистических, фармацевтических). Их применяют для выделения витаминов и антибиотиков из продуктов питания, исследования загрязнителей воды, для изучения концентрации удобрений в сельхозпродукции и так далее.

Флэш-хроматография

Газовая и жидкостная хроматография разделяется на несколько разновидностей с учетом агрегатного состояния неподвижной фазы. Есть твердожидкостная, жидко-жидкостная, газо-адсорбционная, газо-жидкостная и распределительная хроматография. На стыке разных типов хроматографического анализа развилось направление флэш-хроматографии. Среди всех разновидностей флэш-хроматография стала одной из наиболее распространенных.

Флэш-хроматография — это быстрый и эффективный метод очистки органических веществ, с использованием колонок и прецизионных жидкостных насосов вместо традиционной формы подачи элюента с помощью пневмосистемы.

Современные флэш-хроматографы по скорости разделения многокомпонентных смесей и по эффективности процесса почти не уступают дорогостоящим приборам вроде жидкостных хроматографов высокого давления (ВЭЖХ). Использование сравнительно невысокого давления (5-50 бар) позволяет экономить электричество и расходные материалы.

Сфера применения такого оборудования: многостадийные процессы органического синтеза; выделение биомолекул и очистка; осветление конечных растворов; очистка и концентрация растительных экстрактов, очищение фармацевтического сырья, препаратов на промежуточной и конечной стадии производства.

Расходные материалы

К расходным материалам относят колонки и сорбенты. Колонки — основной элемент жидкостного хроматографа, где проводится очищение целевого продукта. Колонки производятся из различных материалов (нержавеющая сталь, стекло, пластик) в форме цилиндра или трубы, внутри которой располагается сорбент.

Хроматографические колонки бывают аналитическими, микро-препаративными, препаративными и промышленными. В качестве опциональных востребованы защитные колонки, предохраняющие основные колонки от загрязнения, а также предколонки, где образец предварительно очищается перед инжекцией в основную колонку.

Сорбенты различаются на дисперсные, монолитные силикагели, поперечно-сшитые, полимерно-синтетические, из оксидов алюминия и циркона. Структура их разная: непористые, поверхностно-пористые, полно-пористые.

Подробная классификация расходных материалов есть в разделе «Колонки, пред-колонки и сорбенты для жидкостной хроматографии».