Kromatograafia

Allikas: Vikipeedia
(Ümber suunatud leheküljelt Liikuv faas)
Planaarkromatograafia (paber- ja õhukese kihi kromatograafia on skemaatiliselt sarnased): 1 – eluent, 2 – kromatograafiline paber või plaat, 3 – ainete segu komponentide liikumine alt üles, 4 – üksikkomponentide (standardite) liikumine alt üles, 5 – eluendi liikumine alt üles, 6 – joon, millele olid kantud proovid enne eluenti asetamist
Kromatogramm: detekteeritud ioonid süsteemist väljumise järjestuses

Kromatograafia on üldmõiste mitmesuguste laboratoorsete füüsikalis-keemiliste meetodite kohta, mida kasutatakse uuritavate ainete segu komponentide lahutamiseks paljukordse sorptsiooni ja desorptsiooni tingimustes. Mõiste kromatograafia hõlmab vastavaid meetodeid, protsesse ja teadusharu.

Lihtsustatult: ainete segu süstitakse kromatograafilisse kolonni, edasi kantakse see läbi sorbendi (liikumatu faas) sobiva vedeliku või gaasi vooluga (liikuv faas). Segu komponentide spetsiifilise sorptsiooni ja desorptsiooni tulemusena toimub nende jaotumine liikumatu ja liikuva faasi vahel vastavalt jaotuskoefitsientidele ning nende aktide paljude korduste tagajärjel komponendid liiguvad edasi erinevate kiirustega. See viib ainete lahutumisele ning moodustuvad kiiremini ja aeglasemalt liikunud komponentide tsoonid. Protsess teostatakse kas kolonnis, kapillaaris, paberil või plaadil. Lahutunud komponendid detekteeritakse füüsikaliste või keemiliste meetoditega.

Eesmärgi põhjal jagunevad kromatograafilised meetodid preparatiivseteks ja analüütilisteks. Preparatiivse kromatograafia korral on eesmärk saada teatud hulk lahutatud komponenti(te) edasiseks kasutamiseks. Seega on tegu kromatograafilise puhastamisega. Analüütilise kromatograafia korral kasutatakse oluliselt väiksemaid ainete koguseid (enamasti mikrogrammides) ja eesmärk on määrata komponentide suhteline sisaldus segus.

Kromatograafia on andnud väga efektiivsed meetodid, mida kasutatakse peaaegu kõigis keemialaborites. Umbes kolmandik kõigist analüüsidest tehakse tänapäeval kromatograafia abil. Välja on arendatud automatiseeritud ja arvuti poolt juhitavad kromatograafilised seadmed spetsiifiliste ülesannete lahendamiseks, sealhulgas gaaside, anorgaaniliste ioonide, mitmesuguste orgaaniliste ühendite ja biokeemiliste segude lahutamiseks.[1] Kromatograafiat kasutatakse ainete puhtuse kontrolliks, keskkonna reostuse määramisel, keemiliste protsesside kontrolliks jne.

Paljudel juhtudel võimaldavad kromatograafilise analüüsi meetodid ka aineid identifitseerida. Selleks kasutatakse standardühendeid varieeruvates tingimustes või kasutatakse etteantud tingimustes retentsiooni aegade, õigemini retentsiooniindeksite, võrdlust teadaolevate väärtustega. Tandem kromatograaf-spektromeeter seadmed, (näiteks GC-MS) võimaldavad ka lahutatud komponentide struktuuri identifitseerimist.

Meetodi näitlikustamine[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kromatograafia näitlikustamiseks saab kasutada jõe analoogiat. Jões on liikuv faas vesi ja jõepõhi seisab paigal. Vette visatakse korraga hulk erinevaid osakesi. Vees liikuvad osakesed jäävad aeg-ajalt jõepõhja kinni. Mõned jõeveega kaasa liikuvad asjad jäävad tihedamini põhja kinni kui teised, seetõttu on osakeste liikumiskiirus erinev. Allavoolu asuv vaatleja märkab, et erinevad asjad jõuavad sinna erinevatel aegadel. Samal ajal startinud osakeste hulk on lahutatud.

Pleki eemaldamine rõivalt[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kodus plekkide eemaldamisel rõivastelt märgmeetodil (veega, seebiveega või lahustiga) saate peale õhus kuivamist ilmselt näotud mustuse ringid märgunud ala äärtel. Põhjuseks mitmesuguste mustuse komponentide kromatografeerumine tsentrist äärtele (vaata Tsirkulaarkromatograafia). Seda saab lihtsalt vältida, kui märga ala mitte lasta õhus kuivada, vaid kuivatada paljukordselt alt- ja pealtpoolt vettimava paberiga vajutades nii kuivaks kui võimalik; see lõpetab vedeliku difusiooni keskelt äärtele.

Ajalugu[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kromatograafia kui nähtus oli teada juba 19. sajandil. Esmane kromatograafiline lahutamine omistatakse Vene-Itaalia päritolu botaanikule Mihhail Tsvetile (1872–1919), kes töötas Varssavis, Tartus ja Voronežis. 20. sajandi algul kasutas M. Tsvet kaltsiumkarbonaadiga täidetud kolonni taimede pigmentide eraldamiseks. 1901. a kirjeldas ta kromatograafilise lahutamise tööpõhimõtet avalikult Looduseuurijate ja Arstide kongressil Peterburis, 1903 avaldas selle kirjalikult ja 1907 tutvustas seda meetodit Saksa Botaanikaseltsis. Aastatel 1910–1930 kromatograafilise lahutamise meetod oli praktiliselt unustatud. Alles 20. sajandi keskel arendati välja rida jaotuskromatograafilisi tehnikaid (A.J.P.Martin ja R.L.M.Synge, said Nobeli preemia 1952), sealhulgas gaasikromatograafia. Edasi järgnes nende meetodite väga kiire areng.

Eestis alustati gaasikromatograafiaalase uurimistöö ja aparatuuri väljatöötamisega 1960-ndatel TA Keemia Instituudis (Olaf Eiseni juhtimisel). Analüütilisi ja preparatiivseid kromatograafe konstrueeriti ja valmistati TA Spetsiaalses Konstrueerimisbüroos ning Võru Gaasianalüsaatorite Tehases.

Kromatograafiaalaseid mõisteid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kromatograafiline täidiskolonn töös: näidatud on eluent, kolonni täidis (statsionaarne faas) ja väljuv eluaat.
  • adsorptsioon – aine kontsentreerumine tahke aine pinnale, siin tahke adsorbendi pinnale; vastupidine protsess on desorptsioon
  • analüüt – analüüsiks võetud proovis olev aine (komponent), mille sisaldust määratakse
  • analüütiline kromatograafia – meetod ainete segus teatud komponentide olemasolu või suhtelise sisalduse määramiseks
  • detektor – seade (kromatograafi osa), mis reageerib kolonnist väljuvate komponentide kontsentratsioonile
  • eluent – see on vedel aine või lahus või gaas lahutatavate ainete segu liikumatust faasist (kolonnist) läbivoolutamiseks. Enamasti kasutatakse orgaanilist solventi või solventide segu; teatud meetodite puhul kasutatakse vesilahuseid, mis sisaldavad puhvrit või pindaktiivset ainet jm. Eluendi tähenduses on kasutatud ka terminit "vooluti"
  • eluaat – see on täidiskolonni läbinud eluent koos elueerunud ainetega
  • kandegaas – kandegaasi (H2, N2, He, Ar) voolu kasutatakse gaasikromatograafias uuritavate ainete segu kromatograafilisest täidiskolonnist või kapillaarkolonnist läbivoolutamiseks
  • kolonnkromatograafia – seda mõistet kasutatakse kahes tähenduses: a) üldisemas tähenduses on tegemist kromatografeerimisega kasutades täidiskolonni ehk pakitud kolonni, milles on peeneteraline tahke täidis nagu adsorbent või sobiva vedelikuga immutatud tahke kandja või geel või ioniit; täidiskolonni saab kasutada preparatiivsel eesmärgil või analüütilisel eesmärgil kromatograaflises seadmes: b) kitsamas, meetodi mõistes tähendab kolonnkromatograafia ainete segu (preparatiivset) lahutamist kasutades täidiskolonni
  • kromatograaf – kompleksne seade, mida kasutatakse ainete segu kromatograafiliseks lahutamiseks koos tulemuste registreerimisega
  • kromatograafiline kolonn – metallist, klaasist või kvartsist kolonn, milles on liikumatu faas ja milles toimub segu komponentide lahutumine; lahutamise efektiivsust näitab nn teoreetiliste taldrikute arv (analoogselt rektifikatsiooniga)
  • kromatografeerimine – ainete lahutamise protsess mingi kromatograafilise meetodi abil
  • kromatogramm – kromatograafi detektori signaali registreerimisseadme väljund graafiliselt paberil või numbrilisel kujul; tavaliselt registreeritakse kolonnist väljumisel komponentide kontsentratsiooni ajalisele muutusele vastavad piigid (dc/dt)
  • liikumatu faas ehk statsionaarne faas – kromatograafilise kolonni tahke peeneteraline täidis (adsorbent või kõrgeltkeeva vedelikuga immutatud tahke kandja või geel või ioniit jm) või kapillaarkolonni seinale kantud sobiv raskeltlenduv vedelik või immobiliseeritud faas
  • liikuv faas ehk mobiilne faas – lahutatava ainete segu kolonnist läbivoolutamiseks kasutatav gaas (nimetatakse kandegaas), vedelik või ülekriitiline fluidum; liikuva faasi alla tuleb lugeda ka lahutatavate ainete segu komponendid, mis kanduvad eluendiga läbi kolonni
  • preparatiivne kromatograafia – meetod teatud koguse segust eraldatud aine saamiseks
  • retentsiooniaeg – antud kromatografeerimise tingimustes ainele iseloomulik kolonni läbimise (sisestusest kuni detektorini) aeg
  • piik – ideaaljuhul vastab kromatogrammil igale lahutunud ainele kolmnurga-sarnane piik; praktikas esinevad ka rohkem või vähem liitunud piigid
  • seotud faas ehk immobiliseeritud faas ehk keemiliselt seotud statsionaarne faas – kolonni seinale või täidisele kovalentsete sidemetega seotud statsionaarne faas
  • sorptsioon – gaasi või vedeliku neeldumine vedelikus või tahkes aines; sorptsioon on üldine mõiste tähistamaks absorptsiooni, adsorptsiooni või kemosorptsiooni; vastandprotsess on desorptsioon
  • tahke kandja – kromatograafias kasutatav tahke peeneteraline materjal (silikageel, tärklis, tselluloos, diatomiit jm), mis on immutatud vee või mõne orgaanilise vedelikuga (statsionaarne faas)
  • termostaat – reguleeritava temperatuuriga kamber, milles asub kromatograafiline kolonn; kasutatakse isotermilist või programmeeritavat temperatuuri režiimi


Kromatograafilised meetodid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Ainete kromatograafilise lahutamise olemus ehk mehhanism põhineb erinevate ainete osakeste füüsikaliste või keemiliste omaduste erinevustel. Vastavalt sellele valitakse statsionaarne faas. Lahutamise mehhanism ongi üks olulisemaid karakteristikuid, mille alusel võib kromatograafilised meetodid klassifitseerida järgmiselt:


Statsionaarse faasi vormi, see on lahutamise protsessi tehnilise lahenduse alusel jagunevad meetodid:

  • tasapinnalised ehk planaarkromatograafia meetodid: paberkromatograafia, mis teostatakse spetsiaalsel paberil, ja kiht- ehk õhukese kihi kromatograafia (TLC); viimasel juhul (ad)sorbent paikneb õhukese (0,2–2 mm) kihina plaadil
  • kolonnkromatograafia – kasutatakse liikumatu faasiga (adsorbendiga või vedelikuga immutatud tahke kandjaga või ioniidiga või geeliga) täidetud kolonni – preparatiivset või analüütilist täidiskolonni (pakitud kolonn)
  • kapillaarkromatograafia – kasutatakse ilma täidiseta pikka kapillaarkolonni (metall, klaas või kvarts läbimõõduga 0,2–0,6 mm), mille sisepinnale on kantud õhuke vedeliku kiht ja selles toimub ainete lahutumine
  • mikrosüsteemid – kasutatakse mikroplaati, see on plaat, milles on miniatuurne kanalite süsteem


Proovi läbi statsionaarse faasi voolutamiseks saab liikuva faasina (mobiilse faasina) kasutada gaase, vedelikke või fluidumeid. vastavalt sellele jagatakse:


Keemiliste ainete kromatograafilise lahutamise protsess on vältimatult seotud läbiviimise vormi, statsionaarse ja mobiilse faasi valikuga. Nende kolme kombinatsioon annab konkreetse meetodi. Spetsiifiliste ülesannete tarvis on välja töötatud hulgaliselt modifitseeritud meetodeid.


Praktikas kasutatakse tihti kromatograafiliste meetodite klassifikatsiooni, mis põhineb aparatuurse lahenduse viisile, olenemata lahutusprotsessi mehhanismist. Siin võiks nimetada väga efektiivseid ja kõige enam kasutatavaid tehnikaid:

Gaasikromatograafia skemaatiliselt. 1 – kandegaasi (He) balloon, 2 – süstal proovi kolonni sisestamiseks, 3 – kapillaarkolonn termostaadis, 4 – detektor, 5 – isekirjutaja kromatogrammi registreerimiseks.


Proovi kromatograafi sisestamise tehnikate valik võimaldab tõsta analüüsi efektiivsust. Klassikalise sissesüstimise kõrval kasutatakse mitmesuguseid eritehnikaid, tihti arvuti poolt juhitavaid:

  • klassikaline proovi sisestamine ühekordse kolonni sissesüstimise teel
  • korrelatsioonikromatograafia (CC) – arvuti poolt juhitavad-analüüsitavad protsessid, kus proov sisestatakse kromatograafi mitmeid kordi (sadu kordi) lühikese ajavahemiku jooksul
  • proov sisestatakse kolonni pideva voona


Kombineeritud meetodid (hübriid- ja tandemtehnikad):

Kahedimensionaalne gaasikromatograafia (GCxGC) skemaatiliselt.

Kromatograafiline analüüs[muuda | redigeeri lähteteksti]

Next.svg Pikemalt artiklis Kromatograafiline analüüs

Kromatograafiline analüüs on laboratoorne ainete lahutamise ja koostise uurimise meetod, kusjuures kasutatakse kromatograafilisi protseduure ainete (analüütide) esinemise ja nende suhtelise sisalduse määramiseks uuritavas proovis.

Preparatiivne kromatograafia[muuda | redigeeri lähteteksti]

Next.svg Pikemalt artiklis Preparatiivne kromatograafia

Preparatiivne kromatograafia on ainete lahutamise meetod, mis võimaldab saada teatud hulga lahutatud komponenti(te) edasiseks kasutamiseks.

Viited[muuda | redigeeri lähteteksti]

  1. Koit. Meditsiiniline keemia, konspekt. Tartu Ülikool, 28.08.08. Kasutatud 25. Sept 08.

Vaata ka[muuda | redigeeri lähteteksti]