Для чего нужна хроматография в биологии
Хроматография, ее сущность и применение в биологии и медицине.
Хроматогра́фия (от др.-греч. χρῶμα — цвет) — динамический сорбционный метод разделения и анализа смесей веществ, а также изучения физико-химических свойств веществ. Основан на распределении веществ между двумя фазами — неподвижной (твердая фаза или жидкость, связанная на инертном носителе) и подвижной (газовая или жидкая фаза, элюент). Название метода связано с первыми экспериментами по хроматографии, в ходе которых разработчик метода Михаил Цвет разделял ярко окрашенные растительные пигменты.
Метод хроматографии был впервые применён русским учёным-ботаником Михаилом Семеновичем Цветом в 1900 году.
Существуют различные способы классификации хроматографических методов.
1. По физической природе неподвижной и подвижной фаз.
2. Жидкостная хроматография ЖХ (если подвижная фаза жидкая) и газовая хроматография ГХ (если подвижная фаза газообразная).
Жидкостную хроматографию в свою очередь можно разделить в зависимости от агрегатного состояния неподвижной фазы на твердо-жидкофазную (ТЖХ) — неподвижная фаза твердая и жидко-жидкофазную хроматографию (ЖЖХ) — неподвижная фаза жидкая. ЖЖХ часто называют распределительной хроматографией. Газовую хроматографию в зависимости от агрегатного состояния неподвижной фазы делят на газоадсорбционную (ГТХ, ГАХ) и газожидкостную (ГЖХ) или газораспределительную.
В зависимости от способа перемещения сорбатов вдоль слоя сорбента различают проявительный (элюентный), фронтальный, вытеснительный методы и электрохроматографию. При использовании проявительного метода пробу исследуемой смеси вводят порцией в начальной точке (вход в колонку) на слой хроматографической насадки (сорбента). Под действием потока подвижной фазы зона пробы начинает перемещаться вдоль колонки, причем скорости перемещения отдельных компонентов пробы обратно пропорциональны величинам соответствующих им констант распределения.
В методе фронтальной хроматографии разделяемая смесь непрерывно поступает на слой сорбента в начальной точке и, таким образом, фактически играет роль подвижной фазы. Методика проведения разделения вытеснителъным методом аналогична методике проведения разделения проявительным методом, но без использования несорбирующегося элюента (подвижной фазы). Перемещение хроматографических зон достигается путем вытеснения компонентов разделяемой смеси веществом, которое сорбирует сильнее любого из этих компонентов. Каждый компонент этой пробы вытесняет компоненты, которые взаимодействуют с неподвижной фазой менее сильно, чем он сам. Для аналитических целей наиболее широко используется элюентный (проявительный) метод хроматографирования. Электрохроматография — хроматографический процесс, при котором движение заряженных частиц осуществляется под действием приложенного напряжения. Скорость движения частиц определяется их массой и зарядом.В зависимости от природы процесса, обусловливающего распределение сорбатов между подвижной и неподвижной фазами, различают адсорбционную, распределительную, ионообменную, осадочную, аффинную и эксклюзионную хроматографию.
К хемосорбционной хроматографии относят осадочную, комплексообразовательную (или лигандообменную), окислительно-восстановительную. Причиной сорбции в хемосорбционной хроматографии являются соответствующие химические реакции.
По технике выполнения (характеру процесса) различают: колоночную хроматографию (неподвижная фаза находится в колонке); плоскостную (планарную) — бумажную и тонкослойную (неподвижная фаза — лист бумаги или тонкий слой сорбента на стеклянной или металлической пластинке); капиллярную хроматографию (разделение происходит в пленке жидкости или слое сорбента, размещенном на внутренней стенке трубки); хроматографию в полях (электрических, магнитных, центробежных и других сил).
В зависимости от цели проведения хроматографического процесса различают аналитическую, неаналитическую, препаративную и промышленную хроматографию.Аналитическая хроматография предназначена для определения качественного и количественного состава исследуемой смеси.
Неаналитическая хроматография — метод исследования физико-химических характеристик веществ при использовании хроматографической аппаратуры и на основании параметров хроматографических зон.
По агрегатному состоянию фазГазовая хроматографияГазо-жидкостная хроматографияГазо-твёрдофазная хроматографияЖидкостная хроматографияЖидкостно-жидкостная хроматографияЖидкостно-твёрдофазная хроматографияЖидкостно-гелевая хроматографияСверхкритическая флюидная хроматография
По рабочему давлению Хроматография низкого давления (FPLC) Хроматография высокого давления (HPLC) Хроматография ультравысокого давления (UHPLC)
По механизму взаимодействия Аналитическая хроматография Полупрепаративная хроматография Препаративная хроматографияПромышленная хроматография
По способу ввода пробыЭлюентная хроматография (проявительная, редк. элютивная).Фронтальная хроматографияВытеснительная хроматография.
Предмет химической кинетики. Химическая кинетика, как основа для изучения скоростей и механизмов биохимических процессов. Реакции одностадийные(простые) и многостадийные (сложные), гомогенные и гетерогенные.
Химическая кинетика или кинетика химических реакций — раздел физической химии, изучающий закономерности протеканияхимических реакций во времени, зависимости этих закономерностей от внешних условий, а также механизмы химических превращений. [1]
Важным понятием химической кинетики является скорость химической реакции. Эта величина определяет, как изменяетсяконцентрация компонентов реакции с течением времени. Скорость химической реакции — величина всегда положительная, поэтому если она определяется по исходному веществу (концентрация которого убывает в процессе реакции), то полученное значение домножается на −1.
Например для реакции
скорость можно выразить так:
В 1865 году Н. Н. Бекетовым и в 1867 году К. М. Гульдбергом и П. Вааге был сформулирован закон действующих масс, согласно которому скорость химической реакции в каждый момент времени пропорциональна концентрациям реагентов, возведённым в некоторые степени. Кроме концентрации на скорость химической реакции оказывают влияние следующие факторы: природа реагирующих веществ, наличие катализатора, температура (правило Вант-Гоффа) и площадь поверхности раздела фаз.
Сущность метода. Его применение в биологии и медицине
Хроматография является эффективным методом разделения, анализа и физико-химического исследования веществ. В его основе лежат различия в адсорбционных или иных свойствах соединений, благодаря чему они по-разному распределяются между адсорбентом и проходящей через его слой жидкостью или газом.
Основоположником хроматографического метода и самого термина «хроматография» является русский ботаник М.С. Цвет. В 1903 году он опубликовал работу о разделении хлорофилла на компоненты, пропуская его раствор через трубку, заполненную адсорбентом СаСО3 (рис. 2.20). При этом был получен ряд окрашенных полос-зон, соответствующих отдельным пигментам, что послужило основанием для названия метода хроматографией (цветоописанием). Тогда же М.С. Цвет указал на возможность разделения и бесцветных соединений.
Сущность хроматографического метода заключается в том, что через слой адсорбента, являющегося неподвижной фазой, пропускают поток элюента – жидкости или газа-носителя (подвижная фаза), содержащего в своем составе разделяемую смесь. Встречая на своем пути свободную поверхность адсорбента, со свободными адсорбционными центрами, компоненты разделяемой смеси адсорбируются и, если их адсорбционная способность различна, смесь разделяется на зоны, каждая из которых преимущественно содержит чистое вещество. Раньше других на адсорбенте всегда связывается компонент, наиболее прочно адсорбирующийся. Последним адсорбируется вещество, имеющее слабое сродство к адсорбенту. Неадсорбирующиеся компоненты выйдут из слоя адсорбента вместе с элюентом.
При дальнейшем пропускании чистого элюента сорбировавшиеся зоны начнут двигаться по слою адсорбента, вследствие непрерывно идущего процесса адсорбции-десорбции, и подхваченные током жидкости или газа будут выходить с элюентом в определенной последовательности: первыми – наиболее слабо сорбирующиеся, последними – сильно сорбирующиеся. На выходе с адсорбента компоненты фиксируют либо с помощью автоматических детекторов (в газовой и жидкостной хроматографии), либо путем отбора фракций раствора и анализом их методами спектрофотометрии, рефрактометрии и т.д.
После завершения хроматографического разделения результаты представляют в виде графика, откладывая по оси ординат концентрацию компонента в зоне, а по оси абсцисс – объем пропущенного через адсорбент растворителя (элюента) или время. Таким образом, для построения графической хроматограммы необходимо определить концентрацию каждого компонента в его зоне, последовательность расположения зон и расстояние между их центрами. Типичная хроматограмма разделения смеси двух различных веществ представлена на рис. 2.21. Она может быть записана самописцем хроматографа или быть построена по экспериментальным данным.
Количественный состав смеси определяется из допущения, что интенсивность пика каждого компонента пропорциональна его содержанию в смеси. В качестве меры интенсивности принимается площадь пиков. Существуют разные способы измерения площадей пиков. Наиболее простым из них является умножение высоты пика h (рис. 2.21) на его ширину w, измеренную на полувысоте пика: S=h·ω.
Хроматографию можно считать универсальным методом, так как она позволяет разделять смеси практически любых веществ. При этом возможна работа как с макроколичествами, так и с микроколичествами соединений. В зависимости от характера задач различают аналитическую хроматографию (качественную или количественную), когда разделяют малые количества веществ, и препаративную, позволяющую получать концентрации, достаточные для исследовательских работ. В настоящее время возможно применение хроматографии и в промышленном масштабе. Достоинство хроматографии и в том, что она легко поддается автоматизации.
Хроматография имеет большое значение в биологии и медицине. Это объясняется тем, что при исследовании компонентов клетки, производстве лекарственных препаратов во многих случаях требуется предварительное выделение компонентов в чистом виде. Проведение анализов в медицинской практике также включает хроматографическое разделение исходных смесей. Врач, получая данные о результатах качественного определения анализируемых веществ в крови или другой биологической жидкости, имеет реальную возможность правильно оценить результаты лечения, эффективность применяемых методов, установить необходимую длительность проведения операции, перитонеального диализа и хирургических методов детоксикации (гемодиализа, гемосорбции).
Хроматография в газовой фазе позволяет количественно оценить весь клинически значимый спектр стероидов. Разработаны методы определения катехоламинов – адреналина, норадреналина и родственных им соединений, гормонов щитовидной железы, альдостерона и кортизола. Хроматография нашла применение при гигиеническом анализе полимерных материалов; состава выхлопных газов; анализе воздуха в производственных помещениях и операционных палатах; хлор-, азот- и фосфорсодержащих пестицидов; определении загрязнений в промышленных сливах (содержание фреонов, различных кислот и их производных, ароматических соединений – фенола, спиртов, нитрилов и т.д.); для оценки качества пищевых продуктов; для концентрирования и установления природы органических примесей в стоках фармацевтических предприятий.
Технический прогресс сделал возможным создание так называемых метаболических профилей биосред – крови, мочи, слюны, выдыхаемого воздуха. В одном таком образце методами газовой хроматографии анализируется несколько сотен компонентов. Метаболические профили так же индивидуальны, как и отпечатки пальцев, но, в отличие от папиллярных узоров хроматограмма метаболитов человеческого организма несет в себе массу медицинской информации – какие лекарства или продукты получал человек в последнее время, какими микроорганизмами вызвано его заболевание и многое другое.
Быстро прогрессируют и другие инструментальные хроматографические методы, среди которых перспективна жидкостная хроматография, где элюентом служит жидкая фаза. Этот метод позволяет анализировать нелетучие биологические образцы – белки, витамины, нуклеотиды, различные лекарственные средства.
Хроматография. Простыми словами.
10.11.2021
О хроматографии написано много. Мы расскажем самое главное простыми словами.
Хроматография – это физико-химический метод разделения смеси веществ путем распределения их между двумя несмешивающимися фазами.
Несмешивающимися фазами в хроматографии являются «подвижная» и «неподвижная» фазы. Подвижной фазой может быть газ или жидкость. Подвижная фаза непрерывно течет по системе и является, по сути, транспортом для анализируемых компонентов пробы. Неподвижная фаза может быть твердым веществом с развитой поверхностью или жидкостью, нанесенной на твердое вещество или внутреннюю поверхность капилляра. Главное для неподвижной фазы – это способность обратимо взаимодействовать с анализируемыми компонентами пробы. При этом, чем лучше взаимодействие (или сорбция), тем медленнее скорость движения компонента в хроматографической системе. Таким образом, процесс разделения основан на различном сродстве компонентов пробы к подвижной и неподвижной фазам.
Классификация хроматографических методов по природе взаимодействия сорбатов (определяемых компонентов) с подвижной и неподвижной фазами.
Самые популярные варианты хроматографии:
ГХ или ВЭЖХ? Что выбрать?
При появлении новой аналитической задачи…
16.11.2021
Хроматография. Простыми словами.
О хроматографии написано много. Мы…
10.11.2021
Как проводится хроматография
Хроматографический анализ представляет собой один…
18.03.2021
Абсорбционная спектрометрия уже больше века…
18.03.2021
Основные Параметры Хроматографических Пиков
Ключевую для хроматографии информацию получают…
21.01.2021
Результатом хроматографии является хроматограмма, дающая…
21.01.2021
Распространённые причины поломки хроматографов
Использование любых сложных видов оборудования…
02.10.2020
Как Хроматография Применяется в Парфюмерии?
Методику хроматографии активно используют в…
02.10.2020
Хроматография: история открытия и развития
Хроматография сегодня активно используется в…
06.09.2020
Как правильно выбрать хроматограф?
Хроматография – метод анализа жидкостных…
05.09.2020
Работа любого сложного устройства сопровождается…
28.07.2020
Сегодня хроматография остается самым используемым…
28.07.2020
Предшественником всех современных спектрометров считается…
06.07.2020
Разделение сложных смесей на единичные…
06.07.2020
Хроматографические методы в криминалистике
Криминалистические экспертизы играют важную роль…
06.07.2020
Хроматография в фармацевтической промышленности
В настоящее время можно выделить…
27.05.2020
Принципы работы спектрометра
Спектрометр – прибор, работающий на…
08.05.2020
Хромато-масс-спектрометры: принцип действия
Командой Хроматограф.ру в Печорской центральной…
08.05.2020
Порядок технического обслуживания оборудования производства «НПО СПЕКТРОН»
При поставке приборы снабжаются всем…
17.04.2020
Хроматография в контроле качества продовольственного сырья и пищевых продуктов
Безопасность и качество продуктов питания…
17.04.2020
Телемедицина для хроматографов
Что такое телемедицина? Это консультация…
15.04.2020
Основные производители хроматографов в мире, в России
Хроматографы используются в аналитических исследованиях,…
02.12.2019
Области применения газовых и жидкостных хроматографов
Хроматография – способ разделения многокомпонентных…
02.12.2019
Хроматографические Методы Анализа
Хроматографические методы анализа базируются на…
02.12.2019
Хроматограф — принцип действия, виды хроматографов
Одним из самых популярных методов…
23.02.2019
Обучение с выдачей удостоверения
С июня 2017 года наши…
28.11.2018
Скидка на Хромато-масс-спектрометр с МСД Хроматэк 12% до 31 октября 2017 года
Руководством предприятия принято решение предоставить…
28.11.2018