Chromatografia cienkowarstwowa

chromatografia

Chromatografia to technika stosowana w chemii organicznej do rozdzielania związków w mieszaninie na podstawie ich różnic w rozpuszczalności między dwiema różnymi fazami. Koncepcja jest podobna do ekstrakcji ciecz-ciecz, z wyjątkiem chromatografii, dwie fazy składają się z fazy stacjonarnej i fazy ruchomej. Faza stacjonarna jest ciałem stałym — zwykle kulką hydrożelową w mikroskali — podczas gdy faza ruchoma jest rozpuszczalnikiem nośnikowym.

W tradycyjnej chromatografii faza stacjonarna jest pakowana w pionową kolumnę, a mieszanina roztworu jest wprowadzana na górę kolumny. Gdy mieszanina przepływa przez fazę stacjonarną, związki rozdzielają się między fazą stacjonarną a fazą ruchomą w oparciu o ich struktury i polaryzacje, tworząc dyskretne pasma. Substancje rozpuszczone, które słabo oddziałują z fazą stacjonarną, przemieszczają się szybciej przez kolumnę i najpierw wychodzą - lub eluują. Substancje rozpuszczone, które silniej oddziałują z fazą stacjonarną, przemieszczają się powoli przez kolumnę i później eluują. Pasma mogą być zbierane pojedynczo w celu wyizolowania i oczyszczenia związków w mieszaninie.

Istnieje kilka rodzajów chromatografii, z których każda wykorzystuje inną właściwość chemiczną w celu uzyskania separacji. Na przykład w chromatografii jonowymiennej kulki fazy stacjonarnej mogą być naładowane dodatnio lub ujemnie, przyciągając cząsteczki tylko o przeciwnym ładunku. W chromatografii wykluczania wielkości porowata faza stacjonarna składa się z kulek, takich jak polimery agarozy lub dekstranu. Mniejsze cząsteczki mogą łatwiej wchodzić do porów, podczas gdy większe cząsteczki przepływają przez pory i szybciej się wymywają.

Chromatografia cienkowarstwowa

Chromatografia cienkowarstwowa (TLC) to rodzaj techniki chromatograficznej, która rozdziela związki na podstawie ich polarności. Podobnie jak w przypadku tradycyjnej chromatografii, system TLC składa się z trzech elementów: fazy stacjonarnej, fazy ruchomej i substancji rozpuszczonej. Jednak w przeciwieństwie do tradycyjnej chromatografii, faza stacjonarna jest ułożona w cienkiej warstwie na płytce, a nie upakowana w kolumnie. TLC najczęściej wykorzystuje polarny żel krzemionkowy, formę dwutlenku krzemu, jako fazę stacjonarną. Faza stacjonarna tworzy wiązania wodorowe ze względu na grupy OH znajdujące się na jej powierzchni.

Najpierw za pomocą ołówka rysuje się linię początkową na spodzie płytki TLC. Analizowane związki lub mieszaniny są wykrywane na linii startu za pomocą cienkiej kapilary. Następnie spód płytki zanurza się w fazie ruchomej, która zwykle jest rozpuszczalnikiem organicznym, który jest mniej polarny niż faza stacjonarna. Rozpuszczalnik przemieszcza się w górę płytki przez działanie kapilarne, mijając plamy substancji rozpuszczonej i przenosząc ze sobą część każdego składnika.

Gdy rozpuszczalnik przemieszcza się w górę płytki, składniki rozdzielają się na fazę ruchomą lub fazę stacjonarną. Jeśli komponent jest biegunowy, oddziałuje bardziej z polarną fazą stacjonarną. Porusza się powoli i porusza się tylko na niewielką odległość na płycie TLC. Jeśli składnik próbki jest mniej polarny - i lepiej rozpuszczalny w fazie ruchomej niż w fazie stacjonarnej - oddziałuje bardziej z fazą ruchomą i przemieszcza się dalej na płytce TLC. Zakres polaryzacji komponentu i fazy ruchomej ma zasadnicze znaczenie dla zrozumienia i przewidywania separacji.

Płytki TLC zazwyczaj zawierają reaktywny na promieniowanie UV barwnik fluorescencyjny, który będzie świecił pod źródłem UV o długości 254 nanometrów. Dlatego płytki TLC można analizować, obserwując je w świetle UV. Związki znajdujące się w płytce TLC, takie jak substancje rozpuszczone, będące przedmiotem zainteresowania, pojawią się jako ciemne plamy w porównaniu z zielonym tłem. Okrążając plamki ołówkiem grafitowym, można zmierzyć odległość, jaką przebyły związki w stosunku do czoła rozpuszczalnika. Plamka związku organicznego, jeśli sama w sobie nie fluoryzuje, maskuje fluorescencję płytki i objawia się jako ciemna plama. Niektóre związki organiczne są aktywne w promieniowaniu UV i emitują światło pod wpływem światła UV. Są to zazwyczaj związki sprzężone, czyli takie, które mają naprzemienne wiązania podwójne i pojedyncze, i można je zidentyfikować na podstawie emitowanej długości fali.

Współczynnik opóźnienia

Analizując współczynnik opóźnienia (R_f) składnika za pomocą określonego rozpuszczalnika, można określić nieznaną substancję rozpuszczoną za pomocą TLC. Współczynnik opóźnienia to stosunek odległości przebytej przez komponent do odległości przebytej przez fazę ruchomą.

Odległość przebytą przez substancję rozpuszczoną mierzy się od linii początkowej do punktu środkowego plamki, a odległość przebytą przez fazę ruchomą mierzy się od tej samej linii początkowej do czoła rozpuszczalnika. Współczynnik opóźnienia związku zależy od zastosowanej fazy ruchomej. Współczynnik opóźnienia jest duży w przypadku związków, które są wysoce niepolarne z niepolarną fazą ruchomą. Niskie wartości współczynnika opóźnienia obserwuje się dla komponentów biegunowych z niepolarną fazą ruchomą.

W przypadku wysoce niepolarnej fazy ruchomej niektóre składniki polarne mogą w ogóle się nie poruszać. Skutkuje to wyjątkowo niskim współczynnikiem opóźnienia i niewystarczającą separacją. Wysoce polarna faza ruchoma powoduje, że związek porusza się wraz z rozpuszczalnikiem i daje niezwykle wysoki współczynnik opóźnienia. Powoduje to bardzo małą separację między komponentami.

Aby separacja była skuteczna, współczynniki opóźnienia składników powinny być oddalone od siebie o około 0,3 - 0,7. Aby znaleźć efektywną fazę mobilną, stosuje się metodę prób i błędów. Często najskuteczniejsza okazuje się mieszanina dwóch rozpuszczalników.

Odwołania

1. Harris, D.C. (2015). Ilościowa analiza chemiczna. Nowy Jork, NY: W.H. Freeman and Company.

Chromatografia cienkowarstwowa lub TLC to technika stosowana do rozdzielania związków organicznych na podstawie różnic w ich polarności. System TLC składa się z trzech elementów: fazy stacjonarnej, substancji rozpuszczonej i rozpuszczalnika rozwojowego.

Faza stacjonarna to powierzchnia, na której zostaną oddzielone związki, która zwykle składa się z wyjątkowo polarnego żelu krzemionkowego. Analizowane związki lub mieszaniny są substancjami rozpuszczonymi. Rozcieńczone roztwory substancji rozpuszczonych są nakrapiane na jednej krawędzi płytki za pomocą cienkich kapilarni.

Dno płytki jest następnie zanurzane w rozpuszczalniku wywołującym, który jest zwykle rozpuszczalnikiem organicznym, który jest mniej polarny niż faza stacjonarna. Rozpuszczalnik przemieszcza się w górę płytki poprzez działanie kapilarne. Gdy rozpuszczalnik przechodzi przez plamy substancji rozpuszczonej, niesie ze sobą część każdej substancji rozpuszczonej. Ta mieszanina substancji rozpuszczonej i rozpuszczalnika jest fazą ruchomą.

Górna część fazy ruchomej nazywana jest frontem rozpuszczalnika. Gdy faza ruchoma przemieszcza się w górę płytki, cząsteczki substancji rozpuszczonej i rozpuszczalnika tymczasowo przyklejają się do fazy stacjonarnej w oparciu o ich polarność.

Bardziej polarne substancje rozpuszczone są silnie przyciągane do fazy stacjonarnej, więc częściej się przyklejają i pozostają zablokowane przez jakiś czas. Mniej polarnych substancji rozpuszczonych przykleja się rzadziej i nie pozostaje zablokowane na długo. Oznacza to, że mniej substancji rozpuszczonych polarnie spędza więcej czasu w fazie ruchomej niż substancje rozpuszczone bardziej polarnie. Innymi słowy, mniej polarnych substancji rozpuszczonych przemieszcza się szybciej niż więcej polarnych substancji rozpuszczonych.

Aby uzyskać dobrą separację między związkami, rozpuszczalnik powinien być wystarczająco polarny, aby poruszać najbardziej polarną substancją rozpuszczoną. Oto kilka popularnych rozpuszczalników w kolejności zwiększania polarności. Czasami dwa rozpuszczalniki są łączone, aby uzyskać pożądaną polarność.

Ponieważ większość związków organicznych jest biała lub bezbarwna, płytki TLC zwykle zawierają związek fluorescencyjny. W świetle UV związki organiczne pojawią się jako ciemne plamy na świecącej płytce.

Po wizualizacji związków można zmierzyć, jak daleko przebyły i obliczyć współczynnik opóźnienia, czyli R_f, dla każdego z nich. Wartość ta jest odległością przebytą przez substancję rozpuszczoną podzieloną przez całkowitą odległość przebytą przez fazę ruchomą.

Jeśli rozpuszczalnik zostanie odpowiednio dobrany, każda substancja rozpuszczona będzie miała wyraźnie inny R_f. Dzięki temu możemy zidentyfikować związki składowe w mieszaninach poprzez dopasowanie wartości R_f do znanych związków.

W tym laboratorium użyjesz TLC do określenia R_f kilku znanych związków, a następnie użyjesz tych wartości R_f do określenia tożsamości nieznanego związku.