Czym są kolumny chromatograficzne?

Chromatografia jest metodą wykorzystywaną w biologii i chemii jako sposób na skuteczną separację i identyfikację związków chemicznych pochodzenia biologicznego. Jej zastosowanie jest powszechne m.in. w biochemii, ale także w przemyśle naftowym, farmacji oraz przemyśle spożywczym. Jednym z kluczowych elementów chromatografii jako metody separacyjnej są kolumny chromatograficzne, służące rozdzielaniu mieszanin.

W jaki sposób są wykorzystywane i jakie spełniają funkcje? 

Kolumny chromatograficzne podstawą chromatografii kolumnowej

Chromatografia kolumnowa jest jedną z metod wyróżnianych w obrębie chromatografii cieczowej. W ramach metody mieszanina wprowadzana jest na adsorbent (stałą fazę stacjonarną) umieszczony w specjalnej, cylindrycznej kolumnie. W kolumnie dochodzi do rozdziału mieszaniny na składniki poprzez wykorzystanie ciekłej fazy ruchomej, wprowadzanej bezpośrednio na kolumnę. W jej obrębie, składniki mieszaniny przemieszczają się w dół z szybkością uzależnioną od siły oddziaływania cząsteczek z zastosowanym adsorbentem. To właśnie dzięki zróżnicowaniu tych sił w zależności od rodzaju i budowy poszczególnych cząsteczek możliwe jest rozdzielenie poszczególnych składników mieszanki i zebrać je już po rozdziale na dole kolumny. 

Po przeprowadzeniu rozdziału mieszaniny w kolumnie chromatograficznej następuje odparowanie rozpuszczalnika i wyodrębnienie czystych składników mieszaniny poddawanej badaniu chromatograficznemu. Z perspektywy skuteczności rozdziału i wyodrębniania poszczególnych składników chromatografia kolumnowa (i chromatografia ogólnie) są znacznie skuteczniejszymi metodami rozdzielania cząsteczek niż starsze techniki, takie jak krystalizacja czy destylacja. 

kolumny chromatograficzne

Gdzie stosuje się kolumny chromatograficzne? 

Chromatografia kolumnowa jest metodą uniwersalną, pozwala na separację wszystkich składników chemicznych w mieszaninach wieloskładnikowych i nie wymaga posiadania szerokiej wiedzy w zakresie liczny oraz względnej ilości obecnych substancji w tych mieszaninach. Jednocześnie metoda ta daje możliwość rozdzielania cząsteczek o różnych rozmiarach i jest w pełni skalowalna – w zależności od wielkości kolumny i ilości rozdzielanego materiału może być wykorzystywana w skali analitycznej, laboratoryjnej oraz przemysłowej. W praktyce więc stosowana jest szeroko jako metoda badawcza w laboratoriach, w analityce, biotechnologii, a także w pracy nad pozyskiwaniem leków ze źródeł naturalnych. Dodatkowo, chromatografia kolumnowa może być stosowana m.in. w przemyśle naftowym, przemyśle farmaceutycznym oraz analityce na potrzeby przemysłu spożywczego. 

Chromatografia kolumnowa jako wariant chromatografii cieczowej

Wykorzystanie kolumn chromatograficznych jest jednym z wariantów rozdziału składników mieszaniny stosowanym w ramach tzw. chromatografii cieczowej. W ramach metody cieczowej rozdział zachodzi w układzie dwóch niemieszających się faz – fazy ruchomej (gazowej lub ciekłej) poruszającej się względem fazy stacjonarnej (ciekłej lub stałej). Eluentem, czyli płynem wymywającym substancje zaadsorbowane na fazie stałej jest tutaj najczęściej rozpuszczalnik, który po odparowaniu umożliwia jednoznaczne rozróżnienie wyodrębnionych cząsteczek.  

Szczególną odmianą chromatografii kolumnowej jest HPLC, czyli wysokosprawna chromatografia cieczowa. Różni się ona od tradycyjnej chromatografii cieczowej ciśnieniem, pod jakim podawany jest eluent na kolumnę chromatograficzną. Ze względu na wartość ciśnienia przekraczającą w niektórych wypadkach nawet 100 atm (ciśnienie to wynika z budowy specjalnych pomp HPCL), czas wymagany do uzyskania rozdzielenia jest znacznie krótszy, niż w przypadku tradycyjnej chromatografii kolumnowej. Metoda HPCL zmniejsza też zużycie eluentu i pozwala na analizowanie mniejszych próbek, a sama chromatografia cieczowa z wykorzystaniem kolumn HPLC jest porównywalna do zdolności rozdzielczych chromatografii gazowej.