A kromatográfia olyan elválasztástechnikai eljárás, amelynél a vizsgálandó minta komponensei egy állófázis (helyhez kötött) és azzal érintkező mozgófázis közötti anyagátmeneten, valamint az egyes komponensek a két fázissal (állófázis-mozgófázis) való eltérő kölcsönhatásán alapszik.
A fázisok közötti anyagátmenet hajtóerejét az biztosítja, hogy a komponensek kémiai potenciálja különböző a két fázisban. Az elválasztandó minta komponensei (molekulák, vagy ionok) az állófázissal és a mozgófázissal különböző típusú és mértékű kölcsönhatásokat tudnak kialakítani, és ennek következtében az állófázisban eltérő ideig tartózkodnak (retenció). Az eltérő retenció miatt a vizsgálandó minta alkotóinak az átlagos előrehaladási sebessége különböző lesz, amely azt eredményezi, hogy az állófázist eltérő időben hagyják el.
Az állófázis halmazállapotát tekintve lehet szilárd vagy folyékony, de fő jellegzetessége a helyhez kötöttség, valamint az, hogy kölcsönhatások jöhetnek létre a felületén. A mozgófázis gáz, szuperkritikus fluidum és folyékony halmazállapotú lehet.
A mozgófázis halmazállapotától függően csoportosítható a kromatográfia (1. táblázat):
gázkromatográfia (a mozgófázis gáz)
szuperkritikus fluid kromatográfia (a mozgófázis szuperkritikus fluidum)
folyadékkromatográfia (a mozgófázis folyadék)
7.1. táblázat - A kromatográfiás módszerek csoportosítása
| Csoportosítás | Állófázis | Elválasztástechnikai módszer | ||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
|
| ||||||||||||||
| - szilárd | Szuperkritikus fluid kromatográfia (SFC) | ||||||||||||||
|
|
|
A kromatográfiás módszerek csoportosítása más szempontok alapján is történhet:
Technikai kivitelezés szempontja szerint megkülönböztetünk:
sík vagy planáris kromatográfiás eljárást (papír- és vékonyréteg kromatográfia)
oszlopkromatográfiás eljárást (gázkromatográfia, szuperkritikus fluid kromatográfia és folyadékkromatográfia).
Mozgófázis mozgását biztosító hajtóerő fajtája szerinti csoportosítás:
kapilláris erő okozta mozgófázis áramoltatás (planáris kromatográfiás módszerek)
kényszeráramlású mozgófázis áramoltatás nyomáskülönbség hatására (a legtöbb kromatográfiás módszer)
elektromos feszültség hatására (elektrokromatográfia).
A kromatográfiás elválasztásoknak három különböző technikai megvalósítása ismert:
frontális,
kiszorításos,
és elúciós elválasztás.
A gyakorlati elválasztások során a kiszorításos és elúciós elválasztási módszereknek van jelentősége.
Kromatogram (7.1. ábra): idő vagy a mozgófázis térfogat függvényében ábrázolt detektor jel. A kromatogram alapján minőségi és mennyiségi következtetést tudunk levonni.
A minőségi információt a retenció adja, amely kifejezhető:
időadattal (retenciós idő),
az állófázison átáramlott mozgófázis térfogattal (retenciós térfogat),
távolsággal vagy relatív időadattal (relatív retenciós idő).
A mennyiségi információ a csúcsok (elúciós görbék) idő szerinti integrálja által megadott csúcs alatti területből kapjuk. A csúcs alatti terület arányos a vizsgálati minta komponenseinek mennyiségével.
Retenció vagy visszatartás. állófázis azon tulajdonsága, amely a komponenssel való kölcsönhatása eredményeként a komponens előrehaladását késlelteti, és ezért az adott komponens az eluens áthaladáshoz szükséges időhöz képest jóval hosszabb időt tölt a kromatográfiás rendszerben.
Retenciós idő (tR). az az idő, amely a minta adagolásától az adott komponensnek a detektorban maximális koncentrációban való megjelenéségéig eltelik. A teljes retenciós idő függ a kromatográfiás készülék geometriai kialakításától. A retenciós idő az állófázis visszatartásából és abból az időből tevődik össze, amit a meg nem kötődő eluens megtesz a mintaadagoló rendszertől a detektorig.
Holtidő (tM). az eluensnek – és az oszlopon meg nem kötődő inert anyagoknak – a mintaadagolóban, az oszlopon, valamint a detektorban eltöltött ideje. (Az eluensnek a kromatográfon való átjutásához szükséges idő, azaz egy retenció nélküli komponens retenciós ideje; pl.: folyadékkromatográfiás módszernél a holtidő meghatározására alkalmazható a tiokarbamid).
Korrigált retenciós idő (tR’). az az időmennyiség, amelyet az oszlopon megkötődő komponensnek az állófázisban töltenek. A korrigált retenciós idő független a készülék geometriai kialakításától, de függ az eluens áramlási sebességétől, az állófázis tömegétől és a hőmérséklettől. A korrigált retenciós idő a retenciós idő és a holtidő különbsége.
tR’ = tR - t0
Retenciós térfogat (VR). Az az eluenstérfogat, amely a mintaadagolástól a csúcsmaximum megjelenéséig a kromatográfiás rendszeren áthalad. Az áramlási sebességtől való függés elkerülése céljából szokás használni a retenciós idő helyett.
VR = tRF ,
ahol az F az eluens térfogati áramlási sebessége (cm3 min-1).
Korrigált retenciós térfogat (VR’). szintén a készülék geometriai kialakításától való függetlenséget biztosítja.
VR’ = tR’ F = (tR – t0)F = VR – V0 ,
ahol a V0 az inert anyag (retencióval nem rendelkező komponens) retenciós térfogata, illetve az oszlopban lévő mozgófázis térfogata.
Holt térfogat (VM). az a folyadéktérfogat, amivel egy retenció nélküli komponens áthalad a kromatográfon.
VM= tM×v
Retenciós tényező (k’). a retenció mértékének kifejezésére használt mértékegység nélküli mennyiség.
k’ = tR’/t0
Megoszlási hányados (K). komponens álló- és mozgófázisban kialakult egyensúlyi koncentrációinak aránya.
K = cS/cM = nS×VM/ nM×VS = (VR- VM) VM/ VS VM = k’ VM/ VS
Szelektivitási vagy elválasztási tényező (α). a komponensek elválasztására jellemző; két komponens megoszlási hányadosának aránya:
α = K1/ K2
A minőségi azonosítás és mennyiségi meghatározás alapvető feltétele a komponensek megfelelő elválasztása. A rendszer elválasztóképessége a szelektivitással jellemezhető.
Hatékonyság. az elválasztás ideje lehetőleg a legkisebb legyen, ami azt jelenti, hogy a kromatográfiás elválasztás során a legrövidebb idő alatt, minél több (lehetőleg az összes) komponenst el lehessen választani. Ez sok esetben csak akkor valósítható meg, ha a komponensek csúcsszélessége viszonylag kicsi. A hatékonyság egyik jellemzője az elméleti tányérszám (N).
Elméleti tányérszám (N). a kromatográfiás oszlop állófázisa tetszőlegesen elméleti tányérokra osztható, amelyeken az álló- és mozgófázisban lévő anyagok egyensúlyi megoszlása valósul meg. Elméleti tányérnak nevezzük az oszlopnak azt a kis részét, ahol az elválasztandó anyagok a két fázis között egyensúlyban vannak. Az elválasztás – egyensúlyi folyamatok sorozata – akkor jön létre, ha a komponensek megoszlási hányadosai eltérnek egymástól.
N = L / H, ahol az L a kolonna hossza
N = (tR/σ )2 = 16 (tR/w) 2 = 5,54 (tR/w1/2) 2
Elméleti tányérmagasság (H). a kolonnának az a hosszúsága, amelyen kialakul egy egyensúlyi egység (elméleti tányér), az elméleti tányérral ekvivalens oszlopmagasság. A kolonna hatásossága az egy elméleti tányérnak megfelelő oszlophosszal is jellemezhető.
Csúcsfelbontás (R). a kromatográfiás oszlop felbontása jellemzi az elválasztás hatásosságát, és megadja, hogy milyen mértékben sikerült a két egymás után eluálódó komponenst két különálló sáv formájában elválasztani.
R=(tR2- tR1 )/ ((w1+ w2)/2)
