Ada banyak metode berbeda untuk menganalisis komposisi dan mempelajari sifat-sifat berbagai senyawa dan campuran zat. Salah satu metode tersebut adalah kromatografi. Penulisan dalam penemuan dan penerapan metode ini adalah milik ahli botani Rusia M. S. Tsvet, yang pada awal abad ke-20 melakukan pemisahan pigmen tumbuhan.
Definisi dan dasar-dasar metode
Kromatografi adalah metode fisikokimia untuk memisahkan campuran dan menentukan komponennya, berdasarkan distribusi antara fase gerak dan diam zat yang membentuk campuran (sampel). Fase diam adalah zat padat berpori - sorben. Ini juga bisa berupa film cair yang diendapkan pada permukaan padat. Fase gerak - eluen - harus bergerak sepanjang fase diam atau mengalir melaluinya, disaring oleh sorben.
Inti dari kromatografi adalah bahwa komponen yang berbeda dari campuran harus dicirikan oleh sifat yang berbeda, seperti berat molekul, kelarutan, daya serap, dan sebagainya. Oleh karena itu, laju interaksi komponen fase gerak - sorbat - dengan stasionertidak sama. Hal ini menyebabkan perbedaan kecepatan molekul campuran relatif terhadap fase diam, sebagai akibatnya komponen dipisahkan dan terkonsentrasi di zona sorben yang berbeda. Beberapa dari mereka meninggalkan sorben bersama dengan fase gerak - inilah yang disebut komponen tidak tertahan.
Keuntungan khusus dari kromatografi adalah memungkinkan Anda dengan cepat memisahkan campuran zat yang kompleks, termasuk yang memiliki sifat serupa.
Metode klasifikasi jenis kromatografi
Metode yang digunakan dalam analisis dapat diklasifikasikan menurut berbagai kriteria. Kumpulan utama dari kriteria tersebut adalah sebagai berikut:
- keadaan agregat fase diam dan fase gerak;
- sifat fisika dan kimia interaksi sorben dan sorbat;
- cara memasukkan eluen dan memindahkannya;
- metode penempatan fase diam, yaitu teknik kromatografi;
- target kromatografi.
Selain itu, metode dapat didasarkan pada sifat proses sorpsi yang berbeda, pada kondisi teknis pemisahan kromatografi (misalnya, tekanan rendah atau tinggi).
Mari kita lihat lebih dekat kriteria utama di atas dan jenis kromatografi yang paling banyak digunakan terkait dengannya.
Keadaan agregasi eluen dan sorben
Atas dasar ini, kromatografi dibagi menjadi cair dan gas. Nama metode mencerminkan keadaan fase gerak.
Kromatografi cair adalah teknik yang digunakandalam proses pemisahan campuran senyawa makromolekul, termasuk yang penting secara biologis. Tergantung pada keadaan agregasi sorben, itu dibagi menjadi fase cair-cair dan cair-padat.
Kromatografi gas adalah dari jenis berikut:
- Adsorpsi gas (fase gas-padat), yang menggunakan sorben padat, seperti batubara, silika gel, zeolit, atau polimer berpori. Sebuah gas inert (argon, helium), nitrogen, karbon dioksida bertindak sebagai eluen - pembawa campuran yang akan dipisahkan. Pemisahan komponen volatil dari campuran dilakukan karena tingkat adsorpsinya yang berbeda.
- Gas-cair. Fase diam dalam hal ini terdiri dari film cair yang diendapkan pada dasar inert padat. Komponen sampel dipisahkan menurut daya serap atau kelarutannya.
Kromatografi gas banyak digunakan untuk analisis campuran senyawa organik (menggunakan produk dekomposisi atau turunannya dalam bentuk gas).
Interaksi antara sorben dan sorbat
Menurut kriteria ini, jenis-jenis tersebut dibedakan sebagai:
- Kromatografi adsorpsi, di mana campuran dipisahkan karena perbedaan tingkat adsorpsi zat oleh sorben tidak bergerak.
- Distribusi. Dengan bantuannya, pemisahan dilakukan berdasarkan kelarutan yang berbeda dari komponen campuran. Pembubaran terjadi baik dalam fase gerak dan fase diam (dalam kromatografi cair), atau hanya dalam fase diam (dalam gas-cairkromatografi).
- Sedimen. Metode kromatografi ini didasarkan pada kelarutan yang berbeda dari endapan yang terbentuk dari zat yang akan dipisahkan.
- Pengecualian, atau kromatografi gel. Hal ini didasarkan pada perbedaan ukuran molekul, sehingga kemampuan mereka untuk menembus ke dalam pori-pori sorben, yang disebut matriks gel, bervariasi.
- Afin. Metode khusus ini, yang didasarkan pada jenis interaksi biokimia khusus dari pengotor yang dipisahkan dengan ligan yang membentuk senyawa kompleks dengan pembawa inert dalam fase diam. Metode ini efektif dalam memisahkan campuran protein-enzim dan umum dalam biokimia.
- Pertukaran ion. Sebagai faktor pemisahan sampel, metode ini menggunakan perbedaan kemampuan komponen campuran untuk melakukan pertukaran ion dengan fase diam (ion exchanger). Selama proses, ion fase diam digantikan oleh ion zat dalam komposisi eluen, sedangkan karena afinitas yang berbeda dari yang terakhir untuk penukar ion, perbedaan muncul dalam kecepatan gerakan mereka, dan dengan demikian campuran dipisahkan. Untuk fase diam, resin penukar ion paling sering digunakan - polimer sintetik khusus.
Kromatografi penukar ion memiliki dua opsi - anionik (mempertahankan ion negatif) dan kationik (mempertahankan ion positif, masing-masing). Metode ini digunakan secara luas: dalam pemisahan elektrolit, unsur tanah jarang dan transuranium, dalam pemurnian air, dalam analisis obat-obatan.
Perbedaan metode teknik
Ada dua cara utama di mana sampel bergerak relatif terhadap fase diam:
- Kromatografi kolom melakukan proses pemisahan dalam perangkat khusus - kolom kromatografi - sebuah tabung, di rongga bagian dalam tempat sorben tidak bergerak ditempatkan. Menurut metode pengisian, kolom dibagi menjadi dua jenis: dikemas (yang disebut "dikemas") dan kapiler, di mana lapisan sorben padat atau film cair fase diam diterapkan ke permukaan dinding bagian dalam. Kolom yang dikemas dapat memiliki bentuk yang berbeda: lurus, berbentuk U, spiral. Kolom kapiler berbentuk heliks.
- Kromatografi planar (planar). Dalam hal ini, kertas atau pelat khusus (logam, kaca, atau plastik) dapat digunakan sebagai pembawa fase diam, di mana lapisan tipis sorben diendapkan. Dalam hal ini, metode kromatografi disebut sebagai kromatografi kertas atau kromatografi lapis tipis.
Tidak seperti metode kolom, di mana kolom kromatografi digunakan berulang kali, dalam kromatografi planar, pembawa apa pun dengan lapisan sorben hanya dapat digunakan sekali. Proses pemisahan terjadi ketika piring atau lembaran kertas direndam dalam wadah dengan eluen.
Introduksi dan transfer eluen
Faktor ini menentukan sifat pergerakan zona kromatografi di sepanjang lapisan sorben, yang terbentuk selama pemisahan campuran. Ada metode pengiriman eluen berikut:
- Depan. Metode ini adalah yang paling sederhanateknik eksekusi. Fase gerak langsung sampel itu sendiri, yang terus menerus dimasukkan ke dalam kolom yang diisi dengan sorben. Dalam hal ini, komponen yang paling sedikit tertahan, teradsorpsi lebih buruk daripada yang lain, bergerak di sepanjang sorben lebih cepat daripada yang lain. Akibatnya, hanya komponen pertama yang dapat diisolasi dalam bentuk murni, diikuti oleh zona yang mengandung campuran komponen. Distribusi sampel terlihat seperti ini: A; A+B; A+B+C dan seterusnya. Oleh karena itu, kromatografi frontal tidak berguna untuk memisahkan campuran, tetapi efektif dalam berbagai proses pemurnian, asalkan zat yang akan diisolasi memiliki retensi yang rendah.
- Metode pemindahan berbeda karena setelah memasuki campuran yang akan dipisahkan, eluen dengan pemindah khusus diumpankan ke dalam kolom - zat yang dicirikan oleh daya serap yang lebih besar daripada komponen campuran mana pun. Ini menggantikan komponen yang paling dipertahankan, yang menggantikan yang berikutnya, dan seterusnya. Sampel bergerak sepanjang kolom dengan kecepatan displacer dan membentuk zona konsentrasi yang berdekatan. Dengan jenis kromatografi ini, setiap komponen dapat diperoleh secara individual dalam bentuk cair di outlet kolom.
- Metode eluen (pengembangan) adalah yang paling umum. Berbeda dengan metode perpindahan, eluen (pembawa) dalam hal ini memiliki daya serap yang lebih rendah daripada komponen sampel. Itu terus menerus melewati lapisan sorben, mencucinya. Secara berkala, dalam porsi (pulsa), campuran yang akan dipisahkan dimasukkan ke dalam aliran eluen, setelah itu eluen murni diumpankan kembali. Saat pencucian (elusi), komponen dipisahkan,selain itu, zona konsentrasinya dipisahkan oleh zona eluen.
Kromatografi eluen memungkinkan untuk hampir sepenuhnya memisahkan campuran zat yang dianalisis, dan campurannya bisa multikomponen. Juga, keuntungan dari metode ini adalah isolasi komponen dari satu sama lain dan kesederhanaan analisis kuantitatif campuran. Kerugiannya termasuk konsumsi eluen yang tinggi dan konsentrasi komponen sampel yang rendah di dalamnya setelah pemisahan di outlet kolom. Metode eluen banyak digunakan dalam kromatografi gas dan cair.
Proses kromatografi tergantung pada tujuannya
Perbedaan tujuan kromatografi memungkinkan untuk membedakan metode seperti analitik, preparatif dan industri.
Dengan kromatografi analitik, analisis kualitatif dan kuantitatif campuran dilakukan. Saat menganalisis komponen sampel, ketika meninggalkan kolom kromatografi, mereka pergi ke detektor - perangkat yang sensitif terhadap perubahan konsentrasi zat dalam eluen. Waktu yang berlalu dari saat sampel dimasukkan ke dalam kolom sampai konsentrasi puncak maksimum zat pada detektor disebut waktu retensi. Asalkan suhu kolom dan laju eluen konstan, nilai ini konstan untuk setiap zat dan berfungsi sebagai dasar untuk analisis kualitatif campuran. Analisis kuantitatif dilakukan dengan mengukur luas puncak individu dalam kromatogram. Biasanya, metode eluen digunakan dalam kromatografi analitik.
Kromatografi preparatif bertujuan untuk mengisolasi zat murni dari suatu campuran. Kolom preparatif memiliki yang jauh lebih besardiameter dari analitis.
Kromatografi industri digunakan, pertama, untuk mendapatkan sejumlah besar zat murni yang dibutuhkan dalam produksi tertentu. Kedua, ini adalah bagian penting dari sistem kontrol dan regulasi modern untuk proses teknologi.
Kromatografi industri memiliki skala konsentrasi dari satu atau beberapa komponen dan dilengkapi dengan sensor, serta sistem kontrol dan registrasi. Sampel dikirim ke kromatografi tersebut secara otomatis dengan frekuensi tertentu.
Peralatan Kromatografi Multifungsi
Kromatograf modern adalah perangkat berteknologi tinggi yang kompleks yang mampu digunakan di berbagai bidang dan untuk berbagai tujuan. Perangkat ini memungkinkan untuk menganalisis campuran multikomponen yang kompleks. Mereka dilengkapi dengan berbagai detektor: konduktometri termal, optik, ionisasi, spektrometri massa, dan sebagainya.
Selain itu, kromatografi modern menggunakan sistem kontrol otomatis untuk analisis dan pemrosesan kromatogram. Kontrol dapat dilakukan dari komputer atau langsung dari perangkat.
Contoh alat tersebut adalah kromatografi gas multifungsi "Crystal 5000". Ini memiliki satu set empat detektor yang dapat diganti, termostat kolom, sistem kontrol tekanan dan aliran elektronik, dan kontrol katup gas. Untuk mengatasi berbagai masalah, perangkat memilikikemampuan untuk memasang kolom kemas dan kapiler.
Kromatograf dikontrol menggunakan keyboard berfitur lengkap dan tampilan kontrol atau (dalam modifikasi lain) dari komputer pribadi. Perangkat generasi baru ini dapat digunakan secara efektif dalam produksi dan di berbagai laboratorium penelitian: medis, forensik, lingkungan.
Kromatografi tekanan tinggi
Pelaksanaan kromatografi kolom cair ditandai dengan durasi proses yang agak lama. Untuk mempercepat pergerakan eluen cair, digunakan suplai fase gerak ke kolom di bawah tekanan. Metode modern dan sangat menjanjikan ini disebut metode kromatografi cair kinerja tinggi (KCKT).
Sistem pemompaan kromatografi cair HPLC mengirimkan eluen pada laju yang konstan. Tekanan inlet yang dikembangkan bisa mencapai 40 MPa. Kontrol komputer memungkinkan untuk mengubah komposisi fase gerak sesuai dengan program yang diberikan (metode elusi ini disebut gradien).
HPLC dapat digunakan berbagai metode berdasarkan sifat interaksi sorben dan sorbat: distribusi, adsorpsi, eksklusi ukuran, kromatografi penukar ion. Jenis HPLC yang paling umum adalah metode fase terbalik, berdasarkan interaksi hidrofobik fase gerak (berair) polar dan sorben non-polar, seperti silika gel.
Metode ini banyak digunakan untuk pemisahan, analisis,kontrol kualitas zat yang tidak mudah menguap, tidak stabil secara termal yang tidak dapat diubah menjadi gas. Ini adalah agrokimia, obat-obatan, komponen makanan dan zat kompleks lainnya.
Pentingnya Studi Kromatografi
Berbagai jenis kromatografi banyak digunakan di berbagai bidang:
- kimia anorganik;
- petrokimia dan pertambangan;
- biokimia;
- obat dan farmasi;
- industri makanan;
- ekologi;
- kriminologi.
Daftar ini tidak lengkap, tetapi mencerminkan cakupan industri yang tidak dapat melakukannya tanpa metode analisis, pemisahan, dan pemurnian zat kromatografi. Di semua bidang penerapan kromatografi, dari laboratorium ilmiah hingga produksi industri, peran metode ini semakin meningkat seiring dengan diperkenalkannya teknologi modern untuk pemrosesan informasi, manajemen, dan pengendalian proses yang kompleks.
