विभिन्न यौगिकों और पदार्थों के मिश्रणों की संरचना का विश्लेषण करने और गुणों का अध्ययन करने के लिए कई अलग-अलग तरीके हैं। ऐसा ही एक तरीका है क्रोमैटोग्राफी। विधि के आविष्कार और अनुप्रयोग में लेखक रूसी वनस्पतिशास्त्री एम.एस. त्सेवेट का है, जिन्होंने 20वीं शताब्दी की शुरुआत में पौधों के रंजकों को अलग किया था।
विधि की परिभाषा और मूल बातें
क्रोमैटोग्राफी मिश्रण (नमूना) बनाने वाले पदार्थों के मोबाइल और स्थिर चरणों के बीच वितरण के आधार पर मिश्रण को अलग करने और उनके घटकों को निर्धारित करने के लिए एक भौतिक-रासायनिक विधि है। स्थिर चरण एक झरझरा ठोस पदार्थ है - एक शर्बत। यह एक ठोस सतह पर जमा एक तरल फिल्म भी हो सकती है। मोबाइल चरण - एलुएंट - को स्थिर चरण के साथ चलना चाहिए या इसके माध्यम से प्रवाहित होना चाहिए, शर्बत द्वारा फ़िल्टर किया जा रहा है।
क्रोमैटोग्राफी का सार यह है कि मिश्रण के विभिन्न घटकों को आवश्यक रूप से विभिन्न गुणों की विशेषता होती है, जैसे कि आणविक भार, घुलनशीलता, सोखने की क्षमता, और इसी तरह। इसलिए, मोबाइल चरण के घटकों की बातचीत की दर - शर्बत - स्थिर के साथएक ही नहीं है। यह स्थिर चरण के सापेक्ष मिश्रण के अणुओं के वेगों में अंतर की ओर जाता है, जिसके परिणामस्वरूप घटकों को अलग किया जाता है और सॉर्बेंट के विभिन्न क्षेत्रों में केंद्रित किया जाता है। उनमें से कुछ शर्बत को मोबाइल चरण के साथ छोड़ देते हैं - ये तथाकथित असंरक्षित घटक हैं।
क्रोमैटोग्राफी का एक विशेष लाभ यह है कि यह आपको समान गुणों वाले पदार्थों सहित, पदार्थों के जटिल मिश्रणों को शीघ्रता से अलग करने की अनुमति देता है।
क्रोमैटोग्राफी के प्रकारों को वर्गीकृत करने के तरीके
विश्लेषण में प्रयुक्त विधियों को विभिन्न मानदंडों के अनुसार वर्गीकृत किया जा सकता है। ऐसे मानदंडों का मुख्य सेट इस प्रकार है:
- स्थिर और मोबाइल चरणों की कुल स्थिति;
- शर्बत और शर्बत की परस्पर क्रिया की भौतिक और रासायनिक प्रकृति;
- एलुएंट का परिचय कैसे दें और इसे कैसे स्थानांतरित करें;
- स्थिर चरण की नियुक्ति की विधि, यानी क्रोमैटोग्राफी तकनीक;
- क्रोमैटोग्राफी लक्ष्य।
इसके अलावा, क्रोमैटोग्राफिक पृथक्करण की तकनीकी स्थितियों (उदाहरण के लिए, कम या उच्च दबाव) पर, सोरशन प्रक्रिया की विभिन्न प्रकृति के आधार पर विधियां हो सकती हैं।
आइए उपरोक्त मुख्य मानदंड और उनसे जुड़े क्रोमैटोग्राफी के सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले प्रकारों पर करीब से नज़र डालते हैं।
एकत्रीकरण की एलुएंट और शर्बत अवस्था
इस आधार पर क्रोमैटोग्राफी को तरल और गैस में बांटा गया है। विधि के नाम मोबाइल चरण की स्थिति को दर्शाते हैं।
लिक्विड क्रोमैटोग्राफी एक तकनीक है जिसका प्रयोग किया जाता हैजैविक रूप से महत्वपूर्ण सहित मैक्रोमोलेक्यूलर यौगिकों के मिश्रण को अलग करने की प्रक्रियाओं में। सॉर्बेंट के एकत्रीकरण की स्थिति के आधार पर, इसे तरल-तरल और तरल-ठोस चरण में विभाजित किया जाता है।
गैस क्रोमैटोग्राफी निम्न प्रकार की होती है:
- गैस सोखना (गैस-ठोस-चरण), जो एक ठोस शर्बत का उपयोग करता है, जैसे कि कोयला, सिलिका जेल, जिओलाइट्स या झरझरा पॉलिमर। एक अक्रिय गैस (आर्गन, हीलियम), नाइट्रोजन, कार्बन डाइऑक्साइड एक एलुएंट के रूप में कार्य करता है - मिश्रण को अलग करने के लिए एक वाहक। मिश्रण के वाष्पशील घटकों का पृथक्करण उनके सोखने की विभिन्न डिग्री के कारण किया जाता है।
- गैस-तरल। इस मामले में स्थिर चरण में एक ठोस निष्क्रिय आधार पर जमा एक तरल फिल्म होती है। नमूना घटकों को उनके सोखने की क्षमता या घुलनशीलता के अनुसार अलग किया जाता है।
गैस क्रोमैटोग्राफी का व्यापक रूप से कार्बनिक यौगिकों के मिश्रण के विश्लेषण के लिए उपयोग किया जाता है (उनके अपघटन उत्पादों या गैसीय रूप में डेरिवेटिव का उपयोग करके)।
शर्बत और शर्बत के बीच परस्पर क्रिया
इस मानदंड के अनुसार, ऐसे प्रकारों को प्रतिष्ठित किया जाता है:
- सोखना क्रोमैटोग्राफी, जिसके माध्यम से एक स्थिर सॉर्बेंट द्वारा पदार्थों के सोखने की डिग्री में अंतर के कारण मिश्रण को अलग किया जाता है।
- वितरण। इसकी सहायता से मिश्रण के घटकों की विभिन्न विलेयता के आधार पर पृथक्करण किया जाता है। विघटन या तो मोबाइल और स्थिर चरणों में होता है (तरल क्रोमैटोग्राफी में), या केवल स्थिर चरण में (गैस-तरल में)क्रोमैटोग्राफी)।
- तलछटी। यह क्रोमैटोग्राफी विधि अलग किए जाने वाले पदार्थों के बने अवक्षेपों की विभिन्न विलेयता पर आधारित है।
- बहिष्करण, या जेल क्रोमैटोग्राफी। यह अणुओं के आकार में अंतर पर आधारित है, जिसके कारण सॉर्बेंट, तथाकथित जेल मैट्रिक्स के छिद्रों में प्रवेश करने की उनकी क्षमता भिन्न होती है।
- अफ़िन। यह विशिष्ट विधि, जो एक लिगैंड के साथ पृथक अशुद्धियों की एक विशेष प्रकार की जैव रासायनिक बातचीत पर आधारित है, जो स्थिर चरण में एक अक्रिय वाहक के साथ एक जटिल यौगिक बनाती है। यह विधि प्रोटीन-एंजाइम के मिश्रण को अलग करने में प्रभावी है और जैव रसायन में आम है।
- आयन एक्सचेंज। नमूना पृथक्करण कारक के रूप में, यह विधि स्थिर चरण (आयन एक्सचेंजर) के साथ मिश्रण के घटकों की आयन एक्सचेंज की क्षमता में अंतर का उपयोग करती है। प्रक्रिया के दौरान, स्थिर चरण के आयनों को एलुएंट की संरचना में पदार्थों के आयनों द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, जबकि बाद के आयन एक्सचेंजर के अलग-अलग संबंध के कारण, उनके आंदोलन की गति में अंतर उत्पन्न होता है, और इस प्रकार मिश्रण अलग किया जाता है। स्थिर चरण के लिए, आयन एक्सचेंज रेजिन का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है - विशेष सिंथेटिक पॉलिमर।
आयन-विनिमय क्रोमैटोग्राफी के दो विकल्प हैं - आयनिक (नकारात्मक आयनों को बरकरार रखता है) और धनायनित (क्रमशः सकारात्मक आयनों को बरकरार रखता है)। इस पद्धति का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है: इलेक्ट्रोलाइट्स, दुर्लभ पृथ्वी और ट्रांसयूरेनियम तत्वों के पृथक्करण में, जल शोधन में, दवाओं के विश्लेषण में।
तकनीक के तरीकों में अंतर
स्थिर चरण के सापेक्ष नमूना चलने के दो मुख्य तरीके हैं:
- कॉलम क्रोमैटोग्राफी एक विशेष उपकरण - एक क्रोमैटोग्राफिक कॉलम - एक ट्यूब में पृथक्करण प्रक्रिया को अंजाम देता है, जिसके आंतरिक गुहा में एक अचल शर्बत रखा जाता है। भरने की विधि के अनुसार, स्तंभों को दो प्रकारों में विभाजित किया जाता है: पैक (तथाकथित "पैक") और केशिका, जिसमें एक ठोस सॉर्बेंट की एक परत या स्थिर चरण की एक तरल फिल्म की सतह पर लागू होती है भीतरी दीवार। पैक किए गए कॉलम में अलग-अलग आकार हो सकते हैं: सीधे, यू-आकार, सर्पिल। केशिका स्तंभ पेचदार होते हैं।
- प्लानर (प्लानर) क्रोमैटोग्राफी। इस मामले में, विशेष कागज या प्लेट (धातु, कांच, या प्लास्टिक) का उपयोग स्थिर चरण के लिए वाहक के रूप में किया जा सकता है, जिस पर सॉर्बेंट की एक पतली परत जमा होती है। इस मामले में, क्रोमैटोग्राफी विधि को क्रमशः कागज या पतली परत क्रोमैटोग्राफी के रूप में संदर्भित किया जाता है।
स्तंभ विधि के विपरीत, जहां क्रोमैटोग्राफिक कॉलम बार-बार उपयोग किए जाते हैं, प्लेनर क्रोमैटोग्राफी में, सॉर्बेंट परत वाले किसी भी वाहक का उपयोग केवल एक बार किया जा सकता है। पृथक्करण प्रक्रिया तब होती है जब एक प्लेट या कागज की शीट को एलुएंट वाले कंटेनर में डुबोया जाता है।
एलुएंट का परिचय और स्थानांतरण
यह कारक शर्बत परत के साथ क्रोमैटोग्राफिक क्षेत्रों की गति की प्रकृति को निर्धारित करता है, जो मिश्रण के पृथक्करण के दौरान बनते हैं। निम्नलिखित कुशल वितरण विधियां हैं:
- सामने। यह विधि सबसे सरल हैनिष्पादन तकनीक। मोबाइल चरण सीधे नमूना ही है, जिसे लगातार सॉर्बेंट से भरे कॉलम में फीड किया जाता है। इस मामले में, कम से कम बनाए रखा घटक, दूसरों की तुलना में बदतर adsorbed, दूसरों की तुलना में तेजी से सॉर्बेंट के साथ चलता है। नतीजतन, केवल इस पहले घटक को शुद्ध रूप में अलग किया जा सकता है, इसके बाद घटकों के मिश्रण वाले क्षेत्र होते हैं। नमूना वितरण इस तरह दिखता है: ए; ए + बी; ए + बी + सी और इसी तरह। ललाट क्रोमैटोग्राफी इसलिए मिश्रण को अलग करने के लिए उपयोगी नहीं है, लेकिन यह विभिन्न शुद्धिकरण प्रक्रियाओं में प्रभावी है, बशर्ते कि पृथक किए जाने वाले पदार्थ में कम प्रतिधारण हो।
- विस्थापन विधि इस मायने में भिन्न है कि अलग किए जाने वाले मिश्रण में प्रवेश करने के बाद, एक विशेष विस्थापनकर्ता के साथ एक एलुएंट को कॉलम में डाला जाता है - एक पदार्थ जो मिश्रण के किसी भी घटक की तुलना में अधिक सॉर्बेबिलिटी द्वारा विशेषता है। यह सबसे अधिक बनाए रखा घटक को विस्थापित करता है, जो अगले एक को विस्थापित करता है, और इसी तरह। नमूना स्तंभ के साथ विस्थापनकर्ता की गति से चलता है और एकाग्रता के आसन्न क्षेत्र बनाता है। इस प्रकार की क्रोमैटोग्राफी के साथ, प्रत्येक घटक को कॉलम के आउटलेट पर तरल रूप में व्यक्तिगत रूप से प्राप्त किया जा सकता है।
- एलुएंट (विकासशील) तरीका सबसे आम है। विस्थापन विधि के विपरीत, इस मामले में एलुएंट (वाहक) में नमूना घटकों की तुलना में कम सॉर्बेबिलिटी होती है। इसे लगातार धोते हुए शर्बत की परत से गुजारा जाता है। समय-समय पर, अलग किए जाने वाले मिश्रण को अंशों (दालों) में एलुएंट प्रवाह में डाला जाता है, जिसके बाद शुद्ध एलुएंट को फिर से खिलाया जाता है। धोते समय (क्षालन), घटकों को अलग किया जाता है,इसके अलावा, उनके संकेंद्रण क्षेत्रों को एलुएंट ज़ोन द्वारा अलग किया जाता है।
एलुएंट क्रोमैटोग्राफी पदार्थों के विश्लेषण किए गए मिश्रण को लगभग पूरी तरह से अलग करना संभव बनाता है, और मिश्रण बहु-घटक हो सकता है। साथ ही, इस पद्धति के लाभ एक दूसरे से घटकों का अलगाव और मिश्रण के मात्रात्मक विश्लेषण की सरलता हैं। नुकसान में एलुएंट की उच्च खपत और कॉलम आउटलेट पर अलग होने के बाद इसमें नमूना घटकों की कम सांद्रता शामिल है। एलुएंट विधि का व्यापक रूप से गैस और तरल क्रोमैटोग्राफी दोनों में उपयोग किया जाता है।
उद्देश्यों के आधार पर क्रोमैटोग्राफिक प्रक्रियाएं
क्रोमैटोग्राफी लक्ष्यों में अंतर विश्लेषणात्मक, प्रारंभिक और औद्योगिक जैसे तरीकों में अंतर करना संभव बनाता है।
विश्लेषणात्मक क्रोमैटोग्राफी के माध्यम से मिश्रणों का गुणात्मक और मात्रात्मक विश्लेषण किया जाता है। नमूना घटकों का विश्लेषण करते समय, क्रोमैटोग्राफ के कॉलम को छोड़ते समय, वे डिटेक्टर के पास जाते हैं - एक उपकरण जो एलुएंट में किसी पदार्थ की एकाग्रता में परिवर्तन के प्रति संवेदनशील होता है। जिस क्षण से नमूना को कॉलम में पेश किया जाता है, जब तक कि डिटेक्टर पर पदार्थ की अधिकतम चोटी की एकाग्रता को अवधारण समय कहा जाता है, तब तक का समय बीत चुका है। बशर्ते कि कॉलम तापमान और एलुएंट दर स्थिर हो, यह मान प्रत्येक पदार्थ के लिए स्थिर होता है और मिश्रण के गुणात्मक विश्लेषण के आधार के रूप में कार्य करता है। क्रोमैटोग्राम में व्यक्तिगत चोटियों के क्षेत्र को मापकर मात्रात्मक विश्लेषण किया जाता है। एक नियम के रूप में, विश्लेषणात्मक क्रोमैटोग्राफी में एलुएंट विधि का उपयोग किया जाता है।
प्रारंभिक क्रोमैटोग्राफी का उद्देश्य शुद्ध पदार्थों को मिश्रण से अलग करना है। प्रारंभिक कॉलम में बहुत बड़ा हैविश्लेषणात्मक से व्यास।
औद्योगिक क्रोमैटोग्राफी का उपयोग, सबसे पहले, किसी विशेष उत्पादन में आवश्यक बड़ी मात्रा में शुद्ध पदार्थ प्राप्त करने के लिए किया जाता है। दूसरे, यह तकनीकी प्रक्रियाओं के लिए आधुनिक नियंत्रण और विनियमन प्रणाली का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है।
औद्योगिक क्रोमैटोग्राफ में एक या दूसरे घटक की एकाग्रता का पैमाना होता है और यह एक सेंसर, साथ ही नियंत्रण और पंजीकरण प्रणाली से लैस होता है। ऐसे क्रोमैटोग्राफ में नमूने एक निश्चित आवृत्ति के साथ स्वचालित रूप से वितरित किए जाते हैं।
मल्टीफ़ंक्शन क्रोमैटोग्राफी उपकरण
आधुनिक क्रोमैटोग्राफ जटिल उच्च तकनीक वाले उपकरण हैं जिनका उपयोग विभिन्न क्षेत्रों में और विभिन्न उद्देश्यों के लिए किया जा सकता है। ये उपकरण जटिल बहु-घटक मिश्रणों का विश्लेषण करना संभव बनाते हैं। वे डिटेक्टरों की एक विस्तृत श्रृंखला से लैस हैं: थर्मल कंडक्टोमेट्रिक, ऑप्टिकल, आयनीकरण, मास स्पेक्ट्रोमेट्रिक और इसी तरह।
इसके अलावा, आधुनिक क्रोमैटोग्राफी क्रोमैटोग्राम के विश्लेषण और प्रसंस्करण के लिए स्वचालित नियंत्रण प्रणाली का उपयोग करती है। नियंत्रण कंप्यूटर से या सीधे डिवाइस से किया जा सकता है।
ऐसे उपकरण का एक उदाहरण बहुक्रियाशील गैस क्रोमैटोग्राफ "क्रिस्टल 5000" है। इसमें चार बदलने योग्य डिटेक्टरों का एक सेट है, एक कॉलम थर्मोस्टेट, इलेक्ट्रॉनिक दबाव और प्रवाह नियंत्रण प्रणाली, और गैस वाल्व नियंत्रण। विभिन्न समस्याओं को हल करने के लिए, डिवाइस में हैपैक्ड और केशिका कॉलम दोनों को स्थापित करने की क्षमता।
क्रोमैटोग्राफ को एक पूर्ण-विशेषताओं वाले कीबोर्ड और नियंत्रण डिस्प्ले या (एक अन्य संशोधन में) एक व्यक्तिगत कंप्यूटर से नियंत्रित किया जाता है। इस नई पीढ़ी के उपकरण का उत्पादन और विभिन्न अनुसंधान प्रयोगशालाओं में प्रभावी ढंग से उपयोग किया जा सकता है: चिकित्सा, फोरेंसिक, पर्यावरण।
उच्च दबाव क्रोमैटोग्राफी
तरल स्तंभ क्रोमैटोग्राफी का संचालन प्रक्रिया की एक लंबी अवधि की विशेषता है। तरल एलुएंट की गति को तेज करने के लिए, दबाव में कॉलम को मोबाइल चरण की आपूर्ति का उपयोग किया जाता है। इस आधुनिक और बहुत ही आशाजनक विधि को उच्च प्रदर्शन तरल क्रोमैटोग्राफी (एचपीएलसी) विधि कहा जाता है।
एचपीएलसी तरल क्रोमैटोग्राफ की पंपिंग प्रणाली निरंतर दर पर एलुएंट वितरित करती है। विकसित इनलेट दबाव 40 एमपीए तक पहुंच सकता है। कंप्यूटर नियंत्रण किसी दिए गए प्रोग्राम के अनुसार मोबाइल चरण की संरचना को बदलना संभव बनाता है (रेफरेंस की इस विधि को ग्रेडिएंट कहा जाता है)।
एचपीएलसी शर्बत और सॉर्बेट की बातचीत की प्रकृति के आधार पर विभिन्न तरीकों का इस्तेमाल किया जा सकता है: वितरण, सोखना, आकार बहिष्करण, आयन-एक्सचेंज क्रोमैटोग्राफी। एचपीएलसी का सबसे आम प्रकार उलटा चरण विधि है, जो एक ध्रुवीय (जलीय) मोबाइल चरण और एक गैर-ध्रुवीय सॉर्बेंट, जैसे सिलिका जेल के हाइड्रोफोबिक इंटरैक्शन पर आधारित है।
विधि का व्यापक रूप से पृथक्करण, विश्लेषण के लिए उपयोग किया जाता है,गैर-वाष्पशील, ऊष्मीय रूप से अस्थिर पदार्थों का गुणवत्ता नियंत्रण जिन्हें गैसीय अवस्था में परिवर्तित नहीं किया जा सकता है। ये कृषि रसायन, दवाएं, खाद्य घटक और अन्य जटिल पदार्थ हैं।
क्रोमैटोग्राफी अध्ययन का महत्व
विभिन्न क्षेत्रों में विभिन्न प्रकार की क्रोमैटोग्राफी का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है:
- अकार्बनिक रसायन;
- पेट्रोकेमिकल्स और खनन;
- जैव रसायन;
- दवा और फार्मास्यूटिकल्स;
- खाद्य उद्योग;
- पारिस्थितिकी;
- अपराध विज्ञान।
यह सूची अधूरी है, लेकिन उन उद्योगों के कवरेज को दर्शाती है जो पदार्थों के विश्लेषण, पृथक्करण और शुद्धिकरण के क्रोमैटोग्राफिक तरीकों के बिना नहीं कर सकते। क्रोमैटोग्राफी के अनुप्रयोग के सभी क्षेत्रों में, वैज्ञानिक प्रयोगशालाओं से लेकर औद्योगिक उत्पादन तक, इन विधियों की भूमिका और भी अधिक बढ़ रही है क्योंकि सूचना प्रसंस्करण, प्रबंधन और जटिल प्रक्रियाओं के नियंत्रण के लिए आधुनिक तकनीकों को पेश किया गया है।
