Metody rozdzielania mieszanin elektroforeza chromatografia rozdzielanie ukadu ciao

Metody rozdzielania mieszanin Ø Ø Ø elektroforeza, chromatografia, rozdzielanie układu ciało stałe/ciecz, rozdzielanie układu ciecz/ciecz, rozdzielanie układu ciało stałe/ciało stałe, rozdzielanie układu gaz/gaz, ciecz/gaz

Elektroforeza v Elektroforeza - zjawisko elektrokinetyczne polegające na wymuszonym ruchu cząstek fazy rozproszonej w nieruchomej fazie rozpraszającej, pod wpływem pola elektrycznego i rozdzielenie mieszaniny na jednorodne frakcje: Ø ruch w kierunku anody (+) nazywany jest anaforezą, w kierunku katody (-) jest kataforezą, Ø elektroforeza jest wykorzystywana w analityce chemicznej i biologii molekularnej, zwłaszcza w genetyce, Ø cząsteczki różnych substancji różnią się zwykle ruchliwością elektroforetyczną, ich ruchliwość jest: ü w przybliżeniu wprost proporcjonalna do ładunku elektrycznego cząsteczki, odwrotnie proporcjonalna do jej wielkości, uwarunkowana kształtem cząsteczki.

Elektroforeza v Elektroforeza żelowa: Ø ośrodkiem, w którym przemieszczają się badane substancje, jest żel elektroforetyczny sporządzony z agarozy - wielocukier, poliakrylamidu, agaru lub skrobi, Ø uformowany w płytkę o długości od kilkunastu do kilkudziesięciu cm i grubości od ułamka do kilku mm, Ø kroplę analizowanej mieszaniny nanosi się do zagłębienia w żelu, Ø próbka rozpuszcza się z reguły w roztworze o większej gęstości (np. w formamidzie – lepsze rozpłynięcie się), Ø po włączeniu zasilania składniki mieszaniny migrują do żelu jako wąskie prążki, Ø w zależności od techniki, cały żel lub jego końce zanurzone są w przewodzącym prąd roztworze buforowym,

Elektroforeza v Elektroforeza żelowa cd. : Ø do krawędzi żelu przylegają elektrody, o stałym lub asymetrycznie pulsującym napięciem elektrycznym, Ø ruchliwsze cząsteczki (zazwyczaj mniejsze owiększej mobilności elektroferyczne) oddalają się szybciej od miejsca naniesienia próbki, Ø przebieg elektroforezy można monitorować, nanosząc (specjalne barwniki (markery) o znanej mobilności elektroforycznej, Ø po zakończeniu procesu żel wydobywa się z aparatu i analizuje przez wybarwienie lub obserwację absorpcji światła (zwykle nadfioletowego) przez żel, Ø wizualizację elektroforegramów preparatów znakowanych izotopowo uzyskuje się przez zaczernienie kliszy fotograficznej (autoradiogram),

Elektroforeza v Elektroforeza kapilarna - elektroforeza w wolnym buforze, Ø służy najczęściej do rozdziału niewielkich cząsteczek, metoda umożliwia rozdzielanie anionów i kationów soli organicznych i nieorganicznych; jest także często stosowana w biologii molekularnej do analizy DNA, Ø rozdział mieszanin prowadzi się w cienkiej (średnica wewnętrzna 25– 100 µm) i długiej (0, 5– 1 m) kapilarze kwarcowej, Ø kapilara ta wypełniana jest buforem rozdzielającym (inaczej separacyjnym) Ø próbkę wprowadza się do wlotu kapilary, po czym przykłada do niej wysokie napięcie elektryczne, Ø przy wylocie kapilary zamontowany jest detektor rejestrujący wychodzenie z rurki kolejnych związków chemicznych

Elektroforeza v Elektroforeza kapilarna cd. : Ø bufor płynie przez kapilarę ze stałą szybkością w stronę jednej z elektrod (dla układu wodnego jest to zwykle katoda), v Elektroforeza micelarna - chromatografia elektrokinetyczna (modyfikacja elektroforezy kapilarnej): Ø przy technice tej w buforze znajduje się rozpuszczony detergent jonowy (na przykład dodecylosiarczan sodu C 12 H 25 SO 4 Na – sól estru dodekanolu i kwasu siarkowego) w takim stężeniu, aby powstała trwała emulsja, Ø a skład tej emulsji wchodzą micele, które są hydrofobowe wewnątrz i naładowane elektrycznie na swojej powierzchni,

Elektroforeza v Elektroforeza micelarna - chromatografia elektrokinetyczna cd. : Ø micele wraz z zamkniętymi wewnątrz nich cząsteczkami związków chemicznych tworzących analizowaną mieszaninę, Ø dzięki ładunkowi poruszają się z inną prędkością niż reszta buforu, Ø metoda umożliwia rozdzielenie związków chemicznych nieprzyjmujących ładunku elektrycznego nawet po przyłożeniu dużego napięcia, Ø metoda ta umożliwia rozdział i analizę niemal wszystkich substancji rozpuszczalnych w wodzie,

Chromatografia v Rozdział substancji następuje w wyniku przepuszczenia roztworu badanej mieszaniny przez specjalnie spreparowaną fazę stacjonarną (złoże, adsorbent, faza rozdzielczą): Ø fazą rozdzielczą są substancje wykazujące zdolności sorpcyjne lub zdolne do innych oddziaływań z substancjami przepływającymi. Ø w trakcie przepływu fazy ruchomej (eluenta) przez fazę stacjonarną następuje proces wymywania zaadsorbowanych (lub związanych) substancji, Ø rozdział chromatograficzny następuje na skutek różnic w szybkości wędrowania substancji w procesie tzw. rozwijania chromatogramu,

Chromatografia Ø różnice w szybkości wędrówki substancji wynikają z ich odmiennego powinowactwa do adsorbenta, Ø jedne składniki są zatrzymywane w fazie dłużej, a inne krócej, w efekcie następuje ich separacja, Ø czas przebywania danego składnika w kolumnie określany jest mianem czasu retencji, Ø po rozdzieleniu badanej mieszaniny na odpowiednie frakcje przeprowadza się detekcję poszczególnych składników. v Podział chromatografii ze względu na rodzaj eluentu: Ø cieczowa – w której eluentem jest ciekły rozpuszczalnik lub mieszanina rozpuszczalników, Ø gazowa – w której eluentem jest gaz (He, Ar, H, N).

Chromatografia v Podział ze względu na fazę stacjonarną: Ø bibułowa – fazę stacjonarną stanowi pasek lub arkusz bibuły filtracyjnej lub specjalnego typu bibuły chromatograficznej, rozdział pod wpływem działania sił kapilarnych może przebiegać w dwojaki sposób: Ø wzdłuż paska Ø koncentrycznie

Chromatografia v Podział ze względu na fazę stacjonarną cd. : Ø cienkowarstwowa – fazą rozdzielczą jest cienka warstwa porowatego materiału (np. żel krzemionkowy, tlenek glinu, zmodyfikowana celuloza) naniesiona na sztywną płytkę szklaną lub folię aluminiową, Ø próbka analitu naniesiona na płytkę jest wymywana przez eluent wędrujący na pod wpływem sił kapilarnych, grawitacji lub pola elektrycznego. Ø kolumnowa – faza stacjonarna jest umieszczona w kolumnie, wypełnionej adsorbentem, przez którą przepuszcza się roztwór badanej mieszaniny, Ø przepływ roztworu przez kolumnę można wymusić grawitacyjnie lub przez zróźnicowanie ciśnień przy wlocie i wylocie kolumny.

Rozdzielanie układu ciało stałe/ciecz v Odparowanie cieczy (fazy dyspergującej / rozpraszającej) – przejście w stan gazowy cieczy: Ø proces może następować samoistnie (ciecze o niskich temp. wrzenia, Ø przyspieszone przez ogrzewanie mieszaniny o ile podwyższona temp. nie doprowadzi do przemian chemicznych składników mieszaniny, Ø przyspieszenie przez obniżenie ciśnienia jeżeli nie można zastosować ogrzewania mieszaniny v Odsączanie – przelanie mieszaniny na lejek z filtrem bibułowym, filtrem membranowym (polimerowe) lub z włókien szklanych i przemywanie pozostałości na sączku (np. wodą destylowaną, alkoholem, jeżeli były one cieczami rozpraszającymi).

Rozdzielanie układu ciało stałe/ciecz v Sedymentacja - rozdzielanie mieszanin niejednorodnych: Ø zjawisko opadania zawiesiny ciała stałego w cieczy w wyniku działania siły grawitacji. Ø warunkiem wystąpienia tego zjawiska jest obecność zawiesiny o innej gęstości od niż gęstość cieczy. Ø Odwirowanie – metoda przyspieszonej sedymentacji: Ø grawitacji zastępuje siła odśrodkowa wygenerowana w rotorze wirówki (może przekraczać siłę grawitacji nawet kilka tysięcy razy, Ø odwirowanie stosowane do dokładnego oczyszczenia przesączu lub cieczy po sedymentacji z ciała stałego oraz w przypadku, gdy czas opadania sedymentacyjnego byłby zbyt długi.

Rozdzielanie układu ciało stałe/ciecz v Krystalizacja – metoda tożsama z odparowaniem cieczy ale z roztworów właściwych (rzeczywistych): Ø częściowe rozdzielenie substancji stałej i cieczy: ü schłodzenie roztworu nasyconego prowadzi do powstania roztworu przesyconego i krystalizację substancji rozpuszczonej w ilości równej różnicy jej rozpuszczalności w danej temperaturze, Ø całkowite rozdzielenie substancji stałej i cieczy: ü całkowite odparowanie rozpuszczalnika z roztworu rzeczywistego prowadzi do krystalizacji substancji w postaci bezwodnej lub hydratu w przypadku gdy rozpuszczalnikiem jest woda a substancja tworzy hydraty (np. sole uwodnione).

Rozdzielanie układu ciecz / ciecz v Układ ciecz/ciecz, gdy ciecze nie mieszają się ze sobą i różnią się gęstością, np. układy O/W lub W/O stosuje rozdzielacze: ciecz o najmniejszej gęstości ciecz o największej gęstości

Rozdzielanie układu ciecz / ciecz v Destylacja frakcjonowana: Ø metoda stosowana dla jednofazowych układów mieszających się ze sobą cieczy jest pod warunkiem, że nie tworzy się mieszanina azeotropowa - skład pary i cieczy jest taki sam, Ø odparowanie i skroplenie jej składników, wykorzystuje różną lotność względną składników mieszaniny, Ø główny produkt destylacji (czyli skroplona ciecz) - destylat, pozostałość - cieczą wyczerpaną, Ø w przypadku mieszaniny azeotropowej stosuje się sorpcję lub dodanie substancji tworzącej azeotrop z jednym ze składników mieszaniny co umożliwia oddestylowanie określonego składnika.

Rozdzielanie układu ciało stałe / ciało stałe v Sublimacja - przemiana fazowa bezpośredniego przejścia ze stanu stałego w stan gazowy z pominięciem stanu ciekłego często wykorzystywana do oczyszczania związków chemicznych, które mają na tyle wysoką temperaturę wrzenia, że ich destylowanie byłoby bardzo kłopotliwe. v Magnetyzm – rozdział mieszaniny substancji podatnych na oddziaływanie pola magnetycznego i substancji nie podatnych na oddziaływanie na pole magnetyczne. v Chromatografia – patrz poprzednie slajdy.

Rozdzielanie układu ciało stałe / ciało stałe v Flotacja - metoda rozdzielania rozdrobnionych ciał stałych, wykorzystująca różnice w zwilżalności składników: Ø kąpiel mieszaniny w cieczy wzbogaconej często w tzw. odczynniki flotacyjne, Ø cząstki trudno zwilżane otaczają się w większym stopniu pęcherzykami powietrza niż łatwo zwilżalne, dzięki czemu unoszą się na powierzchnię, skąd zbierane są w postaci piany.

Rozdzielanie układu gaz / gaz v Metoda kriogeniczna - niskotemperaturowa: Ø skroplenie mieszaniny gazów i poddanie skroplonej mieszaniny rektyfikacji (kilkukrotnej destylacji). v Metoda membranowa: Ø zastosowanie membran przepuszczalnych dla określonych gazów. membrana przepuszczalna dla gazu A mieszanina gazów A i B gaz A dla gazu B gaz B v Metody sorpcyjne: Ø pochłanianie gazu – sorbatu, przez inną substancję (ciało porowate) – sorbent (absorpcja – sorpcja wgłębna, adsorpcja – sorpcja powierzchniowa).

Rozdzielanie układu gaz / gaz, ciecz / gaz v Metody sorpcyjne: Ø sorpcja fizyczna - pochłanianie gazu (sorbatu), przez inną substancję (ciało porowate – sorbent): ü absorpcja – sorpcja wgłębna, ü adsorpcja – sorpcja powierzchniowa, Ø sorpcja chemiczna – przepuszczanie mieszaniny przez płuczki zawierające substancje wchodzące w reakcję chemiczną z jednym z gazów mieszaniny, v Podniesienie temperatury lub obniżenie ciśnienia w układzie ciecz / gaz: Ø rozpuszczalność gazów w cieczach maleje wraz ze wzrostem temperatury mieszaniny oraz wraz ze spadkiem ciśnienia mieszaniny.