Μέθοδοι διαχωρισμού – Εισαγωγή στους χρωματογραφικούς προσδιορισμούς

Στα πρώιμα χρόνια της χημείας, η εκτέλεση των περισσότερων αναλύσεων γινόταν με διαχωρισμό των αναζητούμενων ουσιών (αναλύτες ή προσδιοριζόμενες ουσίες) με καθίζηση, εκχύλιση ή απόσταξη. Ωστόσο, σήμερα οι αναλυτικοί διαχωρισμοί πραγματοποιούνται με χρωματογραφία και με ηλεκτροφόρηση, ιδίως όταν τα δείγματα είναι πολύπλοκα και αποτελούνται από πλήθος ουσιών.
Η χρωματογραφία, η οποία εφευρέθηκε από τον Ρώσο βοτανολόγο Mikhail Tswett,  είναι μια πανίσχυρη και ευρέως διαδεδομένη τεχνική διαχωρισμού, η οποία βρίσκει εφαρμογή σε κάθε κλάδο της επιστήμης. Οι εφαρμογές της αυξήθηκαν ραγδαία τα τελευταία 50 χρόνια και η απήχηση των μεθόδων αυτών αποδεικνύεται από το γεγονός ότι, από το 1937 ως το 1972, δόθηκαν 12 βραβεία Nobel σε επιστήμονες των οποίων η έρευνα βασίστηκε σε σημαντικό βαθμό σε χρωματογραφικές μεθόδους.

Αρχές Χρωματογραφίας

Περιγραφή
Ο όρος χρωματογραφία αποδίδεται σε μια μεγάλη ποικιλία μεθόδων, οι οποίες αποσκοπούν στο διαχωρισμό ουσιών με παραπλήσιες χημικές ιδιότητες από σύνθετα δείγματα. Στους χρωματογραφικούς διαχωρισμούς το δείγμα κινείται σε μια κινητή φάση (mobile phase), η οποία μπορεί να είναι ένα αέριο, ένα υγρό ή ένα υπερκρίσιμο ρευστό. Στη συνέχεια η κινητή φάση αναγκάζεται να διέλθει μέσω μιας στατικής φάσης (stationary phase), η οποία είναι καθηλωμένη σε μια στήλη ή σε μια στερεή επιφάνεια. Οι δύο φάσεις επιλέγονται έτσι ώστε τα συστατικά του δείγματος να κατανέμονται μεταξύ της κινητής και της στατικής φάσης, σε διαφορετικό βαθμό. Τα συστατικά που κατακρατούνται ισχυρότερα από την στατική φάση κινούνται αργά κατά τη ροή της κινητής φάσης, ενώ αυτά που κατακρατούνται ασθενέστερα από τη στατική φάση κινούνται ταχύτερα. Ως αποτέλεσμα αυτών των διαφορών στην ευκινησία, τα συστατικά του δείγματος διαχωρίζονται καταλαμβάνοντας το καθένα ξεχωριστές ζώνες και στη συνέχεια προσδιορίζονται ποιοτικά ή/και ποσοτικά.

Μηχανισμοί
Οι παρατηρούμενες διαφορές στη φυσικοχημική συγγένεια μεταξύ της ουσίας και της στατικής φάσης οφείλονται κυρίως σε μηχανισμό προσροφήσεως ή κατανομής. Ο διαχωρισμός με προσρόφηση βασίζεται στην προσκόλληση μιας ουσίας πάνω στην επιφάνεια ενός στερεού με δυνάμεις μοριακής φύσεως, ενώ ο διαχωρισμός με κατανομή βασίζεται στη διαφορά διαλυτότητας της ουσίας στις δύο φάσεις, με αποτέλεσμα η ουσία να κατανέμεται με διαφορετικό τρόπο στις δύο φάσεις.

Ταξινόμηση
Η ταξινόμηση των χρωματογραφικών τεχνικών βασίζεται στον τύπο των κινητών και στατικών φάσεων και στο είδος των ισορροπιών οι οποίες εμπλέκονται στην ανταλλαγή των ουσιών μεταξύ των φάσεων. Στον παρακάτω Πίνακα αναφέρονται οι τρεις γενικές κατηγορίες χρωματογραφιών: υγροχρωματογραφία, αεριοχρωματογραφία και χρωματογραφία υπερκρίσιμου υγρού. Όπως φανερώνουν και οι ονομασίες τους, οι κινητές φάσεις των τριών χρωματογραφικών τεχνικών είναι υγρό, αέριο και υπερκρίσιμο υγρό, αντίστοιχα. Η κάθε κύρια κατηγορία χωρίζεται σε υποκατηγορίες ανάλογα με την περίπτωση.

ΠΙΝΑΚΑΣ 1

Γενική Ταξινόμηση Ειδική Τεχνική Στατική Φάση Τύπος Ισορροπίας
Υγρή Χρωματογραφία (Liquid Chromatography, LC) Υγρού – Υγρού ή Κατανομής Υγρό προσροφημένο σε στερεό Κατανομή μεταξύ δύο μη αναμίξιμων υγρών
Υγρού – Συνδεδεμένης Φάσης Οργανικά μόρια συνδεδεμένα χημικώς σε στερεή επιφάνεια Κατανομή μεταξύ υγρού και συνδεδεμένης επιφάνειας
Υγρού – Στερεού ή Προσρόφησης Στερεό Προσρόφηση
Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)

Αερίου – Υγρού Υγρό προσροφημένο σε στερεό Κατανομή μεταξύ αερίου και υγρού
Αερίου – Συνδεδεμένης Φάσης Οργανικά μόρια συνδεδεμένα χημικώς σε στερεή επιφάνεια Κατανομή μεταξύ αερίου και συνδεδεμένης επιφάνειας
Αερίου – Στερεού Στερεό Προσρόφηση
Χρωματογραφία Υπερκρίσιμου Υγρού Οργανικά μόρια συνδεδεμένα χημικώς σε στερεή επιφάνεια Κατανομή μεταξύ υπερκρίσιμου υγρού και συνδεδεμένης επιφάνειας

             
Χρωματογράφημα
Κατά την έξοδο του δείγματος από τη χρωματογραφική  στήλη (στατική φάση) τοποθετείται ανιχνευτής, ο οποίος αποκρίνεται στη συγκέντρωση των διαλυμένων ουσιών και καταγράφεται το σήμα του ως συνάρτηση του χρόνου (ή του όγκου της προστιθέμενης κινητής φάσης). Το  διάγραμμα το οποίο προκύπτει ονομάζεται χρωματογράφημα και χρησιμεύει στον ποιοτικό και ποσοτικό προσδιορισμό των ουσιών. Οι θέσεις των κορυφών ως προς τον άξονα του χρόνου εξυπηρετούν την ταυτοποίηση των ουσιών και το εμβαδό κάθε κορυφής αποτελεί ποσοτικό μέτρο κάθε συστατικού.  Οι κορυφές του χρωματογρφήματος έχουν τη μορφή καμπύλης Gauss (καμπύλες κανονικής κατανομής σφαλμάτων).

 

Μάγδα Σιουσιουλίνη
Χημικός MSc
e-mail: magda.siousioulini@gmail.com

© 2021 foodbites