Studiul Coloanelor Cromatografice și Alegerea Lor

Noţiuni generale

Cromatografia este o metodă de separare şi analiză a substanţelor chimice din amestecuri, care se bazează pe interacţiunea diferenţiată a doi sau mai mulţi compuşi de separat (numiţi soluţi) cu două faze cromatografice: faza mobilă şi faza staţionară.

Izolarea substanţelor chimice din amestecuri şi identificarea componentelor a reprezentat întotdeauna una dintre obiectivele prioritare ale chimiei. La ora actuală nu numai în chimia analitică ci şi în tehnologia chimică se manifestă o cerere din ce in ce mai mare de compuşi cu puritate foarte avansată. Separarea amestecurilor în componente este o operaţie esenţială care permite obţinerea acestora într-o stare cât mai pură. Această separare se poate face la scară analitică, dacă ne interesează să cunoaştem numai compoziţia amestecului sau la scară preparativă, dacă vrem să obţinem fizic componentele separate.

În prezent există un mare număr de metode de separare care şi-au găsit aplicaţii în chimie. Fiecare dintre aceste metode poate cuprinde mai multe tehnici de separare. Cele mai importante dintre metode de separare sunt cele bazate pe echilibrul între faze, care valorifică diferenţa dintre proprietăţile de distribuţie ale componentelor unui amestec între două faze nemiscibile aflate în contact. Asemenea metode sunt distilarea, cristalizarea, precipitarea, sublimarea, extracţia. Aceste metode, cunoscute şi aplicate de multă vreme, s-au dovedit a fi insuficiente atunci când s-a pus problema separării unor amestecuri foarte complexe şi a fost nevoie de dezvoltarea unor noi metode, printre care s-au impus mai ales cele cromatografice.

Principalele avanteje pe care le prezintă cromatografia ca metodă de separare sunt:

- permite separarea, identificarea şi dozarea cantitativă simultană a componentelor unui amestec.

- se poate aplica unui număr foarte mare de produse, practic orice compus organic putând fi separat printr-o metodă cromatografică

- sensibilitatea metodelor cromatografice este extrem de ridicată, ceea ce înseamnă că necesită doar cantitate foarte mică de probă. În acelaşi timp însă se pot aplica şi la scară preparativă.

- durata analizei este redusă, comparativ cu alte metode de analiză ale amestecurilor complexe.

1. SCURT ISTORIC

Cromatografia a fost iniţiată în 1901 de botanistul rus Tswet, care a separat nişte pigmenţi vegetali pe o coloană umplută cu carbonat de calciu, folosind ca eluent eterul de petrol. Denumirea de cromatografie pe care a dat-o acestei metode provine de la faptul că iniţial a folosit-o pentru separarea unor coloranţi (chromos = culoare, graphos = scriere în limba greacă).

Următorul pas important în dezvoltarea cromatografiei a fost făcut în 1941, când A. Martin şi R. Synge au iniţiat cromatografia lichidă de repartiţie pe coloană, pentru care au primit ulterior Premiul Nobel pentru chimie în 1952. Ei au separat aminoacizi acilaţi pe o coloană ce conţinea silicagel saturat cu apă, iar drept fază mobilă au utilizat n-butanol saturat cu apă. În 1944, au fost puse bazele cromatografiei pe hârtie, prima formă de cromatografie planară, iar cromatografia de schimb ionic este utilizată începând din 1947. Începuturile cromatografiei de gaze se leagă tot de numele lui Archer J.P. Martin, care împreună cu A.T. James a separat acizi organici volatili pe o coloană de sticlă umplută cu Celite acoperită cu ulei siliconic, utilizând ca fază mobilă azotul.

Cromatografia pe coloane cu gel a fost iniţiată în 1959 de Porath şi Flodin, iar cea de bioafinitate se utilizează din 1967. Cromatografia de lichide modernă pe coloană, numită de înaltă performanţă sau de înaltă presiune (HPLC) poate fi datată la începutul anilor 1960 şi se bazează pe lucrările lui Csaba Horváth, efectuate la Univesitatea Yale.

Cromatografia reprezintă o metoda revolutţonară, foarte sensibilă, de analiză a substanţelor chimice. Principiul cromatografiei a fost descoperit de savantii englezi A.J.P. Martin ( n. 1910) şi R.L. Synge ( n. 1914), cercetatori, primul, fizician-chimist la Institutul national de Cercetari Medicale din Londra, şi al doilea, biochimist la Institutul de Cercetari Rowett din acelasi oras.

Principiul acestei metode este simplu: amestecurile de substanţe complexe, antrenate de lichide convenabil alese, se separă în componentele respective, în cursul deplasarii lichidului ce poartă substanţele printr-un mediu absorbant, ca de pilda o coloană de pulbere absorbantă ( metoda denumită în acest caz cromatografie pe coloană) sau o foaie de hartie de filtru ( metoda ce poartă denumirea de cromatografie pe hartie). Pentru " descoperirea si perfecţionarea analizei cromatografice de repartiţie pe hartie, în analiza organică".

Se pare ca procedeul cromatografic a fost reinventat de mai multe ori in cursul istoriei stiintei. Astfel, in 1850, chimistul german F.F. Runge ( 1796-1867) a analizat amestecuri de coloranţi cu ajutorul unei fâşii de sugativă, a cărei extremitate era înmuiată în lichidul ce urma sa fie studiat. Runge a mai propus o metodă de separare a corpurilor dizolvate în acelaşi lichid, cu ajutorul unui praf de lemn introdus in soluţie. Câţiva ani mai târziu, chimistul Schoenbein foloseşte aceeaşi metodă cromatografică, pentru separarea unor săruri metalice aflate în soluţii.

Istoria consemnează faptul ca biologul rus Mihail S. Tvet (1872-1920) redescoperă metoda cromatografică in 1901, când efectuează cu succes prima analiza a clorofilei, folosind un extract din frunze verzi, macerate in eter de petrol, trecute printr-o coloană de carbonat de calciu fin pulverizat. Memoriul lui Tvet a fost publica într-o revistă botanică obscură din Rusia şi, de aceea a rămas necunoscut. De aceea s-a ajuns că principiul metodei cromatografice să fie redescoperit abia în anul 1931. In acel an, chimiştii germani Kuhn, Winterstein şi Lederer au reusit să separe, prin analiza cromatografică pe coloana de material poros, componentele anumitor varietaţi de pigmenti cu proprietaţi foarte asemănătoare, numite carotenoide. Reuşita analizei celor trei savanţi a dovedit că prin cromatografie se pot separa şi se pot obţine în stare pură produşi cu proprietăţi foarte apropiate, care sunt, în acelaşi timp, greu de separat prin alte mijloace.