Кіріспе
Қоспадағы қосылысты оқшаулау әдісі. Химияда бағаналы хроматография – қоспадан бір химиялық қосылысты оқшаулауға қолданылатын хроматография әдісі. Хроматография, қосылыстардың адсорбентке әртүрлі сіңірілуіне негізделген заттарды бөлуге мүмкіндік береді; қосылыстар бағана арқылы әртүрлі жылдамдықпен жылжып, оларды фракцияларға бөлуге әкеледі. Бұл әдіс кеңінен қолданылады, себебі көптеген түрлі адсорбенттерді (нормалды фаза, кері фаза немесе басқа) еріткіштердің кең спектрімен пайдалануға болады. Бұл әдіс микрограмнан килограмға дейінгі көлемдерде қолданылуы мүмкін. Бағаналы хроматографияның басты артықшылығы – процесте қолданылатын стационарлық фазаның салыстырмалы түрде төмен құны және бір рет қолданылуы. Бұл қайта пайдаланудан туындаған қосымша ластанудың және стационарлық фазаның тозуының алдын алады. Бағаналы хроматография еріткішті жылжыту үшін гравитацияны немесе еріткішті бағана арқылы итеру үшін қысылған газды қолдану арқылы жүзеге асырылуы мүмкін. Жұқа қабатты хроматограф, қосылыстардың қоспасы бағаналы хроматографиямен тазартылғанда қалай мінез-құлық танытатынын көрсетуге болады. Бөлуді бағаналы хроматографияны жүргізу алдында жұқа қабатты хроматография арқылы оңтайландыру қажет.
Column chromatography in chemistry is a chromatography method used to isolate a single chemical compound from a mixture. Chromatography is able to separate substances based on differential adsorption of compounds to the adsorbent; compounds move through the column at different rates, allowing them to be separated into fractions. The technique is widely applicable, as many different adsorbents (normal phase, reversed phase, or otherwise) can be used with a wide range of solvents. The technique can be used on scales from micrograms up to kilograms. The main advantage of column chromatography is the relatively low cost and disposability of the stationary phase used in the process. The latter prevents cross contamination and stationary phase degradation due to recycling. Column chromatography can be done using gravity to move the solvent, or using compressed gas to push the solvent through the column. A thin layer chromatograph can show how a mixture of compounds will behave when purified by column chromatography. The separation is first optimised using thin layer chromatography before performing column chromatography.
Бағанның дайындалуы
Колонна қатты адсорбентті цилиндр пішіндес шыны немесе пластик түтікке толтыру арқылы дайындалады. Мөлшері бөліп алынатын қосылыстың мөлшеріне байланысты болады. Түтіктің төменгі жағында қатты фазаны ұстап тұру үшін мақта немесе шыны жүн тоғысы немесе шыны фрит сүзгісі болады. Колоннаның жоғарғы жағына еріткіш резервуары орнатылуы мүмкін. Колоннаны дайындау үшін әдетте екі әдіс қолданылады: құрғақ әдіс және ылғал әдіс. Құрғақ әдіс бойынша, колоннаға алдымен құрғақ тұрақ фаза ұнтағы салынады, содан кейін жылжымалы фаза қосылады, ол колонна арқылы толығымен ылғалданғанға дейін шайылады, және осы сәттен бастап оны құрғақ қалдыруға болмайды. Ылғал әдіс бойынша, элюент пен тұрақ фаза ұнтағынан суспензия дайындалып, содан кейін сақтықпен колоннаға құйылады. Кремнийдің беті тегіс болуы керек, ал кремнийдің үстіңгі жағын құм қабатымен қорғауға болады. Элюент органикалық материалды жылжыту үшін колонна арқылы баяу өткізіледі. Жеке компоненттер тұрақ фазада әртүрлі деңгейде ұсталады және олар элюентпен бірге колонна арқылы әртүрлі жылдамдықпен қозғалғанда бір-бірінен бөлінеді. Колоннаның соңында олар бірінен соң бірі элюцияланады. Хроматография процесінің барлық кезеңінде элюент бірнеше фракцияға бөлініп жиналады. Фракцияларды фракция жинағыштары арқылы автоматты түрде жинауға болады. Хроматографияның өнімділігін бір уақытта бірнеше колоннаны іске қосу арқылы арттыруға болады. Бұл жағдайда көп ағынды жинағыштар қолданылады. Элюент ағынының құрамын бақылауға болады және әрбір фракция еріген қосылыстарға, мысалы, аналитикалық хроматография, Көк сәулелерді жұту спектрлері немесе люминесценция арқылы талданады. Түсті қосылыстар (немесе Көк сәуле шамның көмегімен люминесцентті қосылыстар) әйнек қабырға арқылы жылжымалы жолақтар түрінде көрінеді.
Тұрақты фаза
Колонналық хроматографиядағы стационарлық фаза немесе адсорбент – қатты зат. Колонналық хроматография үшін ең көп қолданылатын стационарлық фаза – кремний гелі, одан кейін ең көп қолданылатыны – алюминий тотылы. Бұрын целлюлоза ұнтағы да жиі пайдаланылып келген. Ион алмасу хроматографиясын, кері фазалы хроматографияны (RP), аффиндік хроматографияны немесе кеңейтілген төсек адсорбциясын (EBA) жүргізу үшін түрлі стационарлық фазалар қолжетімді. Стационарлық фазалар көбінесе ұсақ ұнтақ немесе гель түрінде болады және/немесе беттік ауданын арттыру үшін микропорозды болады, бірақ EBA-да ағынды төсек пайдаланылады. Стационарлық фазаның салмағы мен бағанаға жүктелетін аналит қоспасының құрғақ салмағы арасындағы маңызды қатынас бар. Кремний гелімен жүргізілетін хроматографияда бұл қатынас 20:1-ден 100:1-ге дейін өзгереді, бұл аналиттегі компоненттердің бір-бірінен қаншалықты айырмашылығына байланысты.
Жылжымалы фаза (ауысу)
Жылжымалы фаза немесе элюент – қосылыстарды бағана арқылы жылжытуға қолданылатын еріткіш немесе еріткіштер қоспасы. Хроматографияны жүргізу уақытын және элюент мөлшерін азайту үшін, қызығушылық тудыратын қосылыстың тұрақтандыру коэффициентінің мәні шамамен 0,2–0,3 аралығында болуы үшін таңдалады. Элюент әртүрлі қосылыстарды тиімді бөлуге мүмкіндік беру үшін таңдалады. Элюенттің оңтайлы жағдайлары шағын масштабтағы алдын ала сынақтарда анықталады, көбінесе ұсақ қабатты хроматография (ТҚХ) арқылы, бірдей стационарлық фазаны қолдана отырып, әртүрлі полярлы еріткіштер қолданылады, қолайлы еріткіш жүйесі табылғанша. Көбінесе қолданылатын жылжымалы фазалық еріткіштер, полярлығының арту ретімен: гексан, дихлорметан, этилацетат, ацетон және метанол. Көбінесе қолданылатын еріткіш жүйесі – гексан мен этилацетат қоспасы, олардың пропорциялары мақсатты қосылыстың 0,2–0,3 тұрақтандыру коэффициентіне ие болуы үшін реттеледі. Жиі кездесетін жаңылысқа қарамастан, метанол жоғары полярлы қосылыстар үшін элюент ретінде қолданылуы мүмкін және кремний гелін ерітпейді. Әрбір нақты бөлу үшін оңтайлы ағындылық жылдамдығы болады. Элюенттің жоғары ағындылық жылдамдығы бағананы жүргізуге қажетті уақытты қысқартады және осылайша диффузияны азайтады, нәтижесінде жақсы бөлінуге қол жеткізіледі. Дегенмен, максималды ағындылық жылдамдығы шектеулі, себебі аналит стационарлық және жылжымалы фазалар арасында тепе-теңдікке жетуіне белгілі бір уақыт керек, қараңыз Ван Демтер теңдеуі. Жай ғана зертханалық бағана ауырлық күшімен жұмыс істейді. Мұндай бағананың ағындылығын жаңа элюент толтырылған бағананы стационарлық фазаның жоғарғы жағынан жоғарырақ көтеру арқылы немесе крандарды реттеу арқылы арттыруға болады. Ағындылық жылдамдығын сорғыны пайдалану арқылы немесе қысылған газды (мысалы, ауа, азот немесе аргон) қолдану арқылы еріткішті бағана арқылы итеру арқылы (жедел бағаналы хроматография) арттыруға болады. Жедел бағаналы хроматографияда стационарлық фазаның бөлшектерінің мөлшері гравитациялық бағаналы хроматографияға қарағанда әдетте кішідірек болады. Мысалы, бұл әдісте ең көп қолданылатын кремний гелінің сұрыптарының бірі – 230–400 торлы (40–63 мкм), ал соңғы әдісте әдетте 70–230 торлы (63–200 мкм) кремний гелі қажет. Жедел бағаналарды сәтті дамытуға көмектесетін электрондық кесте жасалған. Бұл кесте аналиттердің тұрақтандыру көлемін және жолақтың көлемін, әрбір аналит қамтылған фракция нөмірін және жақын шыңдар арасындағы ажыратылуын бағалайды. Бұл ақпарат пайдаланушыларға жедел бағананы сынау алдында алдын ала шкалаларды бөлу үшін оңтайлы параметрлерді таңдауға мүмкіндік береді.
Автоматтандырылған жүйелер
Бағандық хроматография кез келген зертханада өте көп уақыт алатын кезең болып табылады және кез келген процестік зертхананың жұмысын баяулатуы мүмкін. Biotage, Buchi, Interchim және Teledyne Isco сияқты көптеген өндірушілер автоматтандырылған жылдам хроматография жүйелерін (әдетте LPLC, төмен қысымды сұйық хроматографиясы деп аталады) әзірледі, бұл тазарту процесіне адамның араласуын азайтады. Автоматтандырылған жүйелерге әдетте қымбат жоғары өнімді сұйық хроматография (HPLC) жүйелерінде кездесетін компоненттер кіреді, мысалы, градиенттік сорғы, сынама енгізу порттары, ультракөк сәуле детекторы және элюентті жинауға арналған фракция коллекторы. Әдетте, мұндай автоматтандырылған жүйелер бірнеше миллиграммнан бастап өнеркәсіптік деңгейдегі көп килограммға дейінгі үлгілерді бөлуге мүмкіндік береді және дайындық HPLC жүйелерінде бірнеше инъекция жасауға қарағанда арзан әрі жылдам шешім ұсынады. LPLC жүйесіндегі ажырату қабілеті (қоспаны бөлу мүмкіндігі) HPLC-ге қарағанда әлдеқайда төмен болады, себебі HPLC бағанындағы сорбент материалы әлдеқайда кішкентай болады, әдетте 5 микрометр, бұл стационарлық фазаның бетін кеңейтіп, беттік өзара әрекеттесуді күшейтеді және жақсырақ бөлуге мүмкіндік береді. Дегенмен, осындай кішкентай сорбентті пайдалану жоғары кері қысымға себеп болады, сондықтан бұл жоғары қысымды сұйық хроматографиясы деп аталады. LPLC бағаналары әдетте 50 микрометр шамасындағы кремниймен толтырылады, бұл кері қысымды және ажырату қабілетін төмендетсе де, қымбат жоғары қысымды сорғылардың қажеттілігін жояды. Өндірушілер қазір жоғары қысымды жылдам хроматография жүйелеріне көшуді бастады және оларды орташа қысымды сұйық хроматографиясы (MPLC) жүйелері деп атады.