Metodi di analisi cromatografici: vantaggi e svantaggi

L'analisi cromatografica oggi è il metodo più utilizzato per lo studio di vari oggetti. Questi possono essere campioni prelevati nell'ambiente, al lavoro, in laboratorio e così via. Questo metodo fu proposto nel 1903 dallo scienziato russo M. S. Tsvet. La sua ricerca divenne la base per lo sviluppo di tutti i tipi di cromatografia che esistono oggi e sono usati per separare non solo composti colorati, ma anche non colorati in tutti i tipi di ambienti. La conduzione di analisi cromatografiche è possibile in vari modi, utilizzando in ogni caso specifico le proprie tecniche e metodi di calcolo. Si basa sulle differenze nell'adsorbimento o altre proprietà dei composti, che contribuisce alla loro distribuzione tra il solido assorbente e il liquido (o il gas) che lo attraversa.

Concetti di base

Il metodo di analisi cromatografico si riferisce a un tale metodo di separazione e determinazione delle sostanze, che si basa sulla distribuzione di più componenti del campione tra due fasi, una delle quali è mobile e l'altra è fissa.

Una fase stazionaria (stazionaria) è solitamente una sostanza porosa solida (di solito indicata come un assorbente) o un film di un liquido che viene depositato su una sostanza solida.

La fase mobile è una sostanza liquida o gassosa che scorre attraverso la fase stazionaria, a volte sotto pressione. Tutti i componenti della miscela analizzata (chiamati sorbati) insieme alla fase mobile si muovono lungo la fase stazionaria. Di regola, è collocato in una colonna di vetro (metallo) - colonna.

La velocità di movimento dei componenti lungo la colonna dipende dal grado della loro interazione con la superficie del sorbente. Ciò porta al fatto che alcuni componenti rimarranno nella parte superiore della colonna, distribuiti nel volume del sorbente, altri nella parte inferiore, e alcuni non rimarranno affatto in esso e andranno con la fase mobile.

Classificazione dei metodi di analisi cromatografici

Questi metodi di ricerca delle sostanze sono così diversi che non esiste una singola classificazione di questi. Di solito sono divisi per le seguenti caratteristiche:

• lo stato aggregato dell'adsorbente e della fase mobile;
• il meccanismo delle sostanze leganti e assorbente;
• tecnica di analisi;
• metodo di movimento del campione attraverso la colonna;
• scopo dell'analisi.

Secondo lo stato aggregato delle fasi

Secondo questa caratteristica, i metodi di analisi cromatografica sono suddivisi in:

• gascromatografia se la fase mobile è vapore o gas;
• cromatografia liquida quando la fase mobile è allo stato liquido.

Il primo è solitamente utilizzato per separare composti volatili termicamente stabili con un peso molecolare fino a 300. Il secondo è adatto per separare componenti organici e inorganici che hanno un peso molecolare fino a 2000, anche se sono termicamente instabili.

Dalla natura dell'interazione della sostanza con la fase stazionaria

Secondo il meccanismo d'azione di un sorbente con una sostanza, i metodi di analisi cromatografici possono essere:

• adsorbimento, se la separazione si basa sulle differenze nell'affinità dei componenti del campione sulla superficie dell'adsorbente;
• distributivo, se la separazione delle sostanze si basa sulle differenze nella loro solubilità nella fase mobile e nel sorbente;
• scambio ionico se la separazione si basa sulle differenze nella capacità dei componenti di eseguire lo scambio ionico;
• penetrante, se la separazione delle sostanze avviene a causa delle differenze nelle dimensioni e nella forma delle molecole, nonché delle cariche.

Inoltre, i metodi di analisi cromatografici sono classificati secondo questo metodo in sedimentario, redox, formazione di complessi e altri.

Secondo la tecnica dell'esperimento

Secondo il metodo di elaborazione della cromatografia di processo è:

• colonna, in cui la separazione viene effettuata in colonne riempite con sorbente.
• planare, che può essere eseguito su carta o su lastre (cromatografia su strato sottile).

Inoltre a questa lista possono essere aggiunti metodi di analisi cromatografica effettuati utilizzando capillari. Il diametro interno di tali tubi non è superiore a 1 mm. In confronto ad altri tipi di cromatografia, questo consente di aumentare la velocità di analisi e permette di studiare con gas costosi o assorbenti. Inoltre, la piccola dimensione della colonna consente di combinare questo studio con la spettrometria di massa. Tuttavia, un inconveniente significativo del metodo cromatografico di analisi di questo tipo è la difficoltà di introdurre il campione nel capillare.

Sul movimento della materia

Questa caratteristica è anche chiamata il metodo della cromatografia. Ci sono:

• Cromatografia eluente Ideale per risolvere problemi analitici. Consiste nel fatto che la miscela di sostanze introdotte in un flusso continuo di eluenti viene assorbita meglio della fase mobile. Durante il progresso dell'eluente lungo la colonna con le componenti assorbite, iniziano a muoversi lungo il sorbente a velocità diverse e lasciano la colonna in frazioni separate (zone). I vantaggi del metodo di sviluppo sono una separazione più completa delle sostanze, la rigenerazione continua del sorbente e una buona riproducibilità dei parametri di ritenzione.
• Cromatografia di spostamento. Consiste nel fatto che un campione diviso viene introdotto nella fase mobile, e quindi il propellente, che ha la capacità di assorbimento più di tutti gli altri, inizia a passare. Durante il suo avanzamento lungo la colonna, sposta le sostanze precedentemente assorbite dal sorbente in modo da aumentare la loro capacità di assorbimento.
• Cromatografia frontale Durante lo studio, la miscela analizzata viene anche passata attraverso uno strato di assorbente. E durante il riempimento della colonna con componenti, gradualmente escono per aumentare la loro capacità di assorbimento.

Per scopo di lavoro

La classificazione dei metodi di analisi cromatografici, a seconda dello scopo del processo è la seguente:

• cromatografia analitica - è un metodo separato, inclusa la separazione del campione in componenti, nonché la loro analisi qualitativa e quantitativa;
• la cromatografia preparativa è utilizzata esclusivamente per la separazione di una miscela di sostanze.

Vantaggi del metodo

L'analisi cromatografica presenta i seguenti vantaggi rispetto ad altri metodi di separazione e ricerca di sostanze:

1. A causa del fatto che questo metodo di separazione ha una natura dinamica, caratterizzata da ripetute ripetizioni di desorbimento-adsorbimento, la sua efficienza è significativamente superiore a quella di assorbimento statico o di estrazione.
2. L'uso di vari tipi di interazione di sorbanti e sorbenti (fisici e chemisorbimento), consente di ampliare la gamma di sostanze per la separazione selettiva.
3. Alcune tecniche prevedono l'imposizione di campi gravitazionali, magnetici e di altro tipo sulle sostanze emesse, che espande le possibilità della cromatografia modificando le condizioni di separazione dei componenti.
4. Questo metodo è ibrido perché combina la separazione e la definizione di più componenti contemporaneamente.
5. La cromatografia consente di risolvere diversi problemi contemporaneamente. Pertanto, i compiti analitici comprendono la separazione, l'identificazione e la determinazione delle sostanze e quelli preparativi - la loro purificazione, isolamento e concentrazione.

Caratteristiche cromatografiche

La cromatografia preparativa ad alte prestazioni e altamente selettiva è indispensabile per la separazione di campioni complessi contenenti un gran numero di singoli composti con parametri fisico-chimici simili (olio, tutti i tipi di farmaci, estratti di piante, fluidi biologici e altri). Pertanto, i metodi del gas per l'analisi cromatografica sono ampiamente utilizzati per la purificazione di sostanze chimiche o l'isolamento di singoli composti in chimica preparativa. Per l'estrazione di ioni, è adatta la cromatografia a scambio ionico, basata sulle differenze nella capacità degli ioni da una soluzione di scambiare processi con uno scambiatore di ioni.

I moderni metodi cromatografici consentono la determinazione di sostanze gassose, liquide e solide. La selezione delle condizioni per l'analisi si concentra sulla natura e sulla composizione del campione analizzato. L'adsorbimento di gas e la cromatografia gas-liquido consentono lo studio di sostanze volatili resistenti al calore. Pertanto, la cromatografia ad adsorbimento di gas è ampiamente utilizzata per l'analisi di miscele di gas e idrocarburi a basso punto di ebollizione che non hanno gruppi funzionali attivi. La cromatografia gas-liquido è importante in petrolchimica, analisi di pesticidi e fertilizzanti, farmaci.

L'analisi cromatografica liquida dell'olio del trasformatore consente il rilevamento tempestivo di difetti o la natura e l'entità del danno al trasformatore. La sua condizione viene valutata confrontando i dati ottenuti durante l'analisi con i valori ammissibili, nonché la velocità di variazione del contenuto di gas nell'olio. Pertanto, un alto contenuto di CO e CO _{2 di} solito segnala violazioni nell'isolamento cellulosico. Ma la presenza di derivati ​​furanici suggerisce l'invecchiamento dell'isolamento della carta. Pertanto, l'analisi cromatografica dei gas contribuisce al funzionamento sicuro e a lungo termine dell'apparecchiatura.

Gascromatografia

È una delle varietà più comuni del metodo, grazie al fatto che sono state sviluppate varie tecniche con una giustificazione teorica completa, e vi è anche una strumentazione affidabile e relativamente poco costosa. La fase mobile (gas di trasporto) sono gas o loro miscele, nonché sostanze che sono gas nelle condizioni in cui viene eseguita l'analisi. La fase stazionaria è costituita da sorbenti solidi (metodo di adsorbimento del gas) o da un liquido sulla superficie di un vettore inerte (metodo gas-liquido).

Per la gascromatografia, è inoltre possibile nominare una serie di vantaggi:

• alta velocità del processo;
• capacità di analisi di microsonda;
• registrazione automatica dei risultati con la disponibilità di attrezzature adeguate;
• la possibilità di isolare componenti non solo in laboratorio, ma anche su scala industriale.

Cromatografia su carta

Come fase stazionaria, viene utilizzato un filtro o una speciale carta cromatografica. Quest'ultima è una carta da filtro in cellulosa di elevata purezza e con alcune proprietà speciali. Assorbe il solvente a diverse velocità di sollevamento dei capillari, a seconda della densità della carta.

L'attrezzatura principale è costituita da camere o serbatoi speciali, vassoi posizionati su rack, pipette, polverizzatori, lampade per cromatogrammi, dispositivi di misurazione e anche planimetri e densitometri utilizzati per determinazioni quantitative.

Questo metodo è più adatto per l'analisi di varie sostanze organiche contenenti diversi gruppi funzionali dagli alcoli agli steroidi, dalle ammine agli indoli, dalle vitamine agli antibiotici.

Cromatografia a scambio ionico

Questo metodo si basa sullo scambio di ioni tra lo scambiatore di ioni gonfiato e la fase mobile. La separazione a scambio ionico di una miscela di ioni è caratterizzata dalla differenza delle loro cariche e dalla forza ionica della soluzione. Nel volume dei grani di ionite, il processo di separazione dipende anche dalla velocità di diffusione degli ioni, che è determinata dalla densità dello scambiatore di ioni.

La ionite è selezionata da un parametro chiamato affinità, che è proporzionale alla carica dello ione e inversamente proporzionale al raggio dello ione idratato. La scelta di uno scambiatore di ioni viene effettuata utilizzando tabelle con le caratteristiche indicate dei tipi di scambiatori di ioni prodotti. Le loro principali caratteristiche sono granulometria e forma, capacità di scambio, proprietà acido-base, gonfiore, densità.

La separazione di sostanze inorganiche viene effettuata su scambiatori di ioni inorganici (zeoliti, idrossidi di alluminio) o resine (stirene con divinilbenzene). Pertanto, il metodo cromatografico di analisi dell'acqua per la presenza di vari ioni in esso è spesso utilizzato, ad esempio, per determinarne la durezza.

Cromatografia su gel

L'essenza del metodo è che la soluzione analizzata viene filtrata lentamente attraverso colonne riempite di gel. A volte è chiamato filtrazione del gel. Le singole particelle del gel sono composte da molecole di plastica lineare di sostanze con il più alto peso molecolare, collegate da collegamenti incrociati. Tale struttura a maglia contribuisce al rigonfiamento del gel in acqua e alla comparsa di pori di diverso diametro in esso. Le dimensioni dei pori dipendono dalla natura del polimero, dalla temperatura del mezzo e dalla natura del solvente.

La separazione si basa sulla capacità delle molecole più piccole di penetrare più in profondità nei pori e rimanere lì per un tempo più lungo. Pertanto, all'inizio le molecole più grandi lasciano la colonna e quindi quelle più piccole.

Questo metodo esegue due tipi di separazione: gruppo e frazionamento. Il primo è caratterizzato dalla separazione di una miscela di componenti in base al loro peso molecolare. Per il secondo, in termini di velocità e intensità di diffusione delle particelle all'interno del gel. La cromatografia su gel più comunemente usata in biochimica, nella sintesi organica e nella chimica dei polimeri per determinare le masse molecolari. Ad esempio, è possibile l'analisi cromatografica di proteine ​​e peptidi nel plasma. Rispetto ai metodi spettrometrici di massa, il monitoraggio dell'omeostasi del peptide proteico nella distribuzione delle proteine ​​e dei loro prodotti di degradazione mediante cromatografia su gel è molto più accessibile.