Определение хроматографии
Хроматография – это метод разделения компонентов решение на основе одного или нескольких его химических свойств. Это может быть заряд, полярность или комбинация этих признаков и баланса pH. По сути, раствор пропускается через среду, которая будет препятствовать движению одних частиц больше, чем других. Это отделяет различные молекулы друг от друга, когда они проходят через среду. Часто разные красители используются для представления разных частей или фракций носителя.
Существует много различных типов хроматографии, используемых в различных обстоятельствах. Хотя следующее не является окончательным списком, это хороший обзор различных типов и применений хроматографии. Поскольку каждый из них обсуждается, попытайтесь представить, как он соответствует широкому определению хроматографии. Точные процедуры могут варьироваться в зависимости от обстоятельств, но вся хроматография сосредоточена на перемещении раствора через среду, которая замедляет некоторые молекулы больше, чем другие.
Электрофорез похож на хроматографию в том, что раствор перемещается через среду. Однако при электрофорезе образец ДНК из нескольких фрагментов ДНК окрашивается в один и тот же цвет. Когда он движется вдоль геля, движимого электрическим током, видны видимые полосы, которые представляют сегменты ДНК разных размеров. В хроматографии можно проверить еще много веществ. Среда может быть изменена для лучшего удержания или удаления определенных веществ, или раствор, содержащий вещество, может быть изменен для улучшения разделения.
Для чего используется хроматография?
Хроматография используется во многих отраслях промышленности и для многих целей. Как правило, он используется для отделения желаемого вещества от раствора. Это может быть отделение определенной аминокислоты от образца, содержащего много, или желаемого химического вещества от неизвестного образца. Хроматография была первоначально названа как она использовалась для сортировки растение пигменты, которые бывают разных цветов. Пигменты сортируются при размещении на хроматографической бумаге и растворитель разрешено путешествовать с пигментами по бумаге. Бумага, изготовленная из целлюлозы и имеющая слегка отрицательный заряд, притягивает полярные вещества. Это позволяет неполярным пигментам перемещаться дальше, отделяясь от более полярных пигментов.
Эти методы получили распространение во многих различных отраслях промышленности, при этом основные принципы остались прежними. Когда характеристики желаемого вещества известны, можно получить среду и растворитель, которые будут взаимодействовать с веществом и удалять его из раствора. Используя раствор с другим pH или другим составом, желаемое вещество можно затем смыть с носителя и собрать.
Эти принципы используются для выделения и анализа ферментов, пигментов, аминокислоты, составляющие ДНК и почти любые другие молекула ты можешь представить. Все молекулы имеют специфическое взаимодействие с другими молекулами, и может быть разработан хроматографический эксперимент для извлечения практически любой молекулы из, казалось бы, гомогенного раствора.
Как работает хроматография?
Суть хроматографии заключается в том, что разделяемые молекулы могут перемещаться через среду с разными скоростями. Это может быть связано с тем, что они имеют определенное сродство со средой, или просто потому, что среда имеет размеры, позволяющие пропускать только определенные молекулы. В некоторых формах хроматографии носитель обладает настолько сильным сродством к желаемому веществу, что связывает его, когда выливается исходный раствор, и необходимо вводить другой раствор, содержащий вещество для вытеснения связанных молекул.
Сродство к СМИ может быть обусловлено рядом свойств. Некоторые из них предназначены для привлечения полярных веществ и отталкивания неполярных веществ, как в оригинальном хроматографическом эксперименте. Однако среда также может быть разработана для удержания определенных ионов или даже может быть создана с антителами, которые идентифицируют и сохраняют определенные белки. Возможности хроматографии практически безграничны, но основной принцип разделения молекул путем пропускания их через селективный фильтр остается неизменным.
Типы хроматографии
Колоночная хроматография
Колоночная хроматография является популярной формой техники и основана на колонке, заполненной раствором, заполненной средой, которая каким-то образом препятствует движению определенных молекул. По мере того как раствор сливается снизу, по мере выхода раствора получаются различные фракции. Эти фракции будут содержать различные составы молекул, определяемые тем, как быстро молекулы могут проходить через колонку. В основной колоночной хроматографии кремниевые шарики или другие отрицательно заряженные среды используются в качестве простого способа сортировки молекул по заряду и полярности.
Существует несколько вариантов колоночной хроматографии, которые различаются по среде и растворителю. Они используются для отделения различных веществ от растворов. Например, если среда в колонке предназначена для ионообменной хроматографии, она будет каким-то образом заряжена. Когда раствор проходит над ним, ионы будут притягиваться к среде и извлекаться из раствора. Затем можно промыть другой раствор над носителем, который будет иметь более высокое сродство к носителю и вытеснит ионы. Их можно смыть и собрать, очистив их от исходного раствора.
Планарная хроматография
Планарная хроматография, которая включает в себя как бумажный, так и тонкослойный методы, зависит от раствора, движущегося через среду под действием сил адгезия и сплоченность. Если вы когда-либо видели салфетку, впитывающую беспорядок, вы видели эти силы. По мере заполнения сухих промежутков в материале раствор ползет вверх по салфетке. Точно так же планарная хроматография использует эти силы, чтобы протянуть молекулы через среду.
Точно так же, как сила тяжести заставляет раствор над средой в колоночной хроматографии, адгезия и сплоченность протянуть раствор через носитель. В этом случае носитель очень тонкий. В бумажной хроматографии бумага обычно на основе целлюлозы, что является слегка отрицательным. Это делает сортировку полярных и неполярных веществ очень легкой. В тонкослойной хроматографии слой может быть изготовлен из любого вещества, которое имеет сродство к целевому веществу. Раствор может проходить через него или над ним, и вещество извлекается из раствора.
Бумага и тонкослойная хроматография использовались для сортировки и идентификации пигментов, аминокислот и многих различных видов органических молекул. Поскольку эксперимент с бумажной хроматографией настолько прост, это один из первых лабораторных методов, представленных в научных курсах.
Другие формы хроматографии
Помимо этих распространенных методов техники, есть еще много. Одним из методов, который используется в более передовых науках и криминалистике, является газовая хроматография. В газовой хроматографии сортируемое вещество испаряется и пропускается через другой газ, содержащий различные элементы. Как и другие формы хроматографии, именно сродство к конкретным молекулам в среде вызывает разделение раствора.
Еще другие методы связывают хроматографию непосредственно с масс-спектрометрии метод определения химических и структурных свойств молекул. Это мощный метод, который может как отделить, так и идентифицировать отдельные компоненты комплексного решения. Механизм для этого дорог и чувствителен, но необходим для многих научных и судебных применений.
викторина
1. Вы пытаетесь идентифицировать неизвестное вещество, растворенное в пробе прудовой воды. Какой первый шаг?A. Используйте хроматографию для удаления веществаB. Определить вещество с помощью масс-спектрометрииC. Гипотезировать природу вещества
Ответ на вопрос № 1
С верно. Если вы не знаете природу вещества, вы не сможете эффективно извлечь его с помощью хроматографии. Даже знание одного из его свойств – например, заряда или полярности – поможет вам очистить его от раствора с помощью хроматографии. Помните, что хроматография основывается на разделении молекул по свойствам. Возможно, вам придется поэкспериментировать дальше, чтобы узнать его свойства, прежде чем извлечь его.
2. Ученый размещает некоторые растрепанные растения у основания полосы на основе целлюлозы. Он помещает эту полосу в растворитель, и растворитель перемещается вверх по полосе. Какая форма хроматографии это представляет?A. газB. колонкаC. плоскостной
Ответ на вопрос № 2
С верно. Это бумажная хроматография, форма плоской хроматографии. Этот метод использует бумагу в качестве носителя, через который проходит решение. Отдельные пигменты в растении будут сортироваться в зависимости от того, насколько им мешает целлюлоза.
3. Что из следующего представляет хроматографию?A. Художник позволяет нескольким пигментам отделяться по мере их распространения через бумагуB. Арбуз, естественно красный в середине и зеленый снаружиC. Два красителя смешиваются вместе, что позволяет создавать новые цвета
Ответ на вопрос № 3
верно. Хотя хроматография названа в честь греческого слова, обозначающего цвет, это потому, что первоначальный эксперимент включал разделение цветов. Истинный ключ к хроматографии – разделение. В то время как цвета в арбузе разделены, это не из-за хроматографии, а потому что генетика направил создание этих пигментов в определенных тканях. Пигменты могут быть дополнительно отделены с помощью специального хроматографического эксперимента.
Ссылки
- Брюс, П. Ю. (2011). Органическая химия (6-е изд.). Бостон: Прентис Холл.
- Мур, Дж. Т. (2010). Основы химии для чайников. Индианаполис: Wiley Publishing, Inc.
- Нельсон Д.Л. и Кокс М.М. (2008). Принципы биохимия, Нью-Йорк: W.H. Фримен и Компания.