Cromatografia. Storia ed essenza della scoperta scientifica

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Molte scoperte del secolo scorso sono dovute allo scienziato russo Mikhail Tsvet e al suo metodo di analisi cromatografica. Un gran numero di ricercatori eccezionali gli devono i loro successi e molti premi Nobel!

"...Senza il lavoro di Michael Tsvet, noi, tutti i "produttori di pigmenti", non avremmo nulla da fare..." - questa è l'opinione di un famoso scienziato inglese.

Mikhail Semenovich Tsvet (1872–1919) - figlio di una donna italiana e di un intellettuale russo. È nato in Italia nella città di Asti, non lontano da Torino. Nel 1891 Mikhail si laureò al Ginnasio di Ginevra ed entrò nella Facoltà di Fisica e Matematica dell'Università di Ginevra. Nell'ottobre 1896, dopo aver presentato la sua tesi "Studio di fisiologia cellulare. Materiali per la conoscenza del movimento del protoplasma, delle membrane plasmatiche e dei cloroplasti", Tsvet ricevette il diploma di dottore in scienze naturali. Nel dicembre dello stesso anno arriva a San Pietroburgo.

Mikhail non sapeva che una laurea dell'Università di Ginevra non è riconosciuta in Russia. Pertanto, ha dovuto lavorare per il famoso botanico Andrey Sergeevich Famintsin, che ha anche studiato la clorofilla, si potrebbe dire, a destra di un uccello. A San Pietroburgo, Tsvet ha incontrato altri eccezionali botanici e fisiologi vegetali: I.P. Borodin, MS Voronin, AN Beketov. Era una società brillante di pensatori originali e premurosi e di abili sperimentatori. Tsvet ha proseguito le sue ricerche sui cloroplasti, preparandosi allo stesso tempo per gli esami del nuovo master e per la discussione della sua tesi. Superò gli esami nel 1899 e difese la sua tesi di master all'Università di Kazan il 23 settembre 1901.

Dal novembre 1901, Tsvet lavora come assistente presso il Dipartimento di Anatomia e Fisiologia Vegetale dell'Università di Varsavia. All'XI Congresso di naturalisti e medici, Mikhail Semenovich ha presentato una relazione "Metodi e compiti dello studio fisiologico della clorofilla", in cui ha riferito per la prima volta sul metodo della cromatografia ad adsorbimento.

Per molto tempo, Mikhail Semenovich ha risolto il problema della separazione dei pigmenti delle foglie verdi e hanno proprietà molto simili. Inoltre, le foglie contengono altri pigmenti molto luminosi: i carotenoidi. È grazie ai carotenoidi che in autunno compaiono le foglie gialle, arancioni e cremisi. Tuttavia, finché le clorofille non furono distrutte, era quasi impossibile separarle dai carotenoidi.

Come Yu.G. Chirkov, "apparentemente, la scoperta del colore è stata una reazione ai metodi della loro separazione che allora erano rozzi e mortali per i pigmenti. Ecco uno dei metodi.

Per prima cosa è stato estratto un estratto alcolico di clorofilla, quindi è stato fatto bollire per tre ore con l'aggiunta di alcali forti (potassio caustico) alla soluzione. Di conseguenza, la clorofilla si decompone nelle sue parti componenti: pigmenti verdi e gialli.

Ma dopotutto, nel processo di creazione di questa pozione (manipolazioni quasi alchemiche), la clorofilla naturale potrebbe essere distrutta. E poi il ricercatore dovrebbe fare i conti con pezzi di pigmenti, e anche con i prodotti della loro trasformazione chimica.

S.E. scrive come è avvenuta la grande scoperta. Shnol: "Prese un tubo di vetro, lo riempì con polvere di gesso e versò un po' di estratto alcolico di foglie sullo strato superiore. L'estratto era di colore marrone-verde e lo strato superiore della colonna di gesso divenne dello stesso colore. E poi M.S. cominciò a versare gocce dall'alto nel tubo con gesso e alcool puro. Goccia dopo goccia, la porzione successiva del solvente eluiva i pigmenti dai granelli di gesso, che si spostavano lungo il tubo. Lì, granelli di gesso freschi assorbivano i pigmenti e , a loro volta, li cedevano a nuove porzioni del solvente. A causa della forza di adsorbimento leggermente diversa (facilità di eluizione) trascinata dal solvente mobile, diversi pigmenti si muovevano lungo la colonna di gesso a velocità diverse e formavano bande colorate uniformemente di sostanze pure nel colonna di gesso. Era bellissimo. Una striscia verde brillante, una striscia leggermente più gialla del verde - questi sono due tipi di clorofille - e una striscia giallo-arancio brillante di carotenoidi. M.S. ha chiamato questa immagine un cromatogramma."

Nel 1903 Mikhail Semenovich Tsvet lesse un rapporto "Su una nuova categoria di fenomeni di adsorbimento e sulla loro applicazione all'analisi biochimica". Qui, per la prima volta, espone in dettaglio il principio del suo metodo di analisi dell'adsorbimento.

"Il colore ha mostrato", scrive Chirkov, "che quando i pigmenti vegetali disciolti in un liquido vengono fatti passare attraverso uno strato di assorbente poroso incolore, i singoli pigmenti si trovano sotto forma di zone colorate - ogni pigmento ha il proprio colore o almeno una tonalità. Polvere assorbente (può essere gesso, zucchero a velo...) assorbe (assorbe superficialmente: il latino adsorbere significa “inghiottire”) diversi pigmenti con forza disuguale: alcuni possono “scivolare” più lontano con la corrente della soluzione, altri verranno trattenuti più vicini. La colonna di assorbente colorata strato per strato ottenuta in questo modo è stata chiamata cromatogramma da Color e il metodo - cromatografia."

Così, un problema apparentemente insormontabile è stato risolto. Il metodo si è rivelato ingegnosamente semplice. Non è niente come le complesse procedure ingombranti e ad alta intensità di reagenti utilizzate prima.

Forse questa semplicità fu la ragione per cui la maggior parte dei suoi contemporanei o non accettò questa sorprendente scoperta o, ancor più triste, si ribellò aspramente al suo autore.

Ma il tempo ha rimesso tutto al suo posto. Cromatografia inventata a colori per lo studio della clorofilla. Fu il primo a isolare una sostanza che chiamò clorofilla alfa e clorofilla beta. Si è rivelato adatto per studiare non solo i pigmenti, ma anche miscele incolori e non colorate: proteine, carboidrati. Negli anni sessanta del XX secolo erano già state dedicate alla cromatografia diverse migliaia di studi. La cromatografia è diventata un metodo universale.

"...Il principio della separazione cromatografica delle sostanze, scoperto da M. Tsvet, è alla base di molti diversi metodi di analisi cromatografica. Senza il suo utilizzo, la maggior parte delle conquiste scientifiche e tecnologiche del XNUMX° secolo sarebbero state impossibili...

Al centro di tutto questo c'è un'idea generale. Lei è semplice. Questa è essenzialmente l'idea di una progressione geometrica. Siano presenti due sostanze molto simili in tutte le loro proprietà. Né la precipitazione, né l'estrazione, né l'adsorbimento possono separarli in misura notevole. Lascia che una sostanza venga adsorbita sulla superficie, ad esempio carbonato di calcio (cioè meno dell'1 percento).

In altre parole, il suo contenuto sull'adsorbente sarà pari a 0,99 del contenuto dell'altro. Trattiamo l'adsorbente con un solvente in modo che avvengano il desorbimento (distacco) e l'eluizione (lavaggio via) di entrambe le sostanze ed entrambi passino dall'adsorbente al solvente, e trasferiamo questa soluzione risultante su una nuova porzione dell'adsorbente. Quindi la quota della prima sostanza sulla superficie dell'adsorbente sarà nuovamente pari a 0,99 del contenuto della seconda, cioè verrà adsorbita una parte pari a 0,99 x 0,99 = 0,98 della quantità originale. Eseguiamo nuovamente l'eluizione e l'adsorbimento: ora la quota della prima sostanza sarà 0,98 x 0,99 = 0,97 del contenuto della seconda. Affinché il contenuto della prima sostanza nella porzione successiva dell'adsorbente sia solo l'1% del contenuto della seconda, sarà necessario ripetere il ciclo di adsorbimento-eluizione circa 200 volte...

L'idea del riassorbimento multiplo per la separazione delle sostanze può essere modificata in una ridistribuzione multipla di una miscela di sostanze in un sistema di solventi immiscibili. Questa è la base della cromatografia di partizione. La stessa idea è alla base dei moderni metodi di elettroforesi, in cui una miscela di sostanze si muove a velocità diverse attraverso diversi adsorbenti in un campo elettrico.

Lo stesso principio viene utilizzato nella separazione degli isotopi per diffusione attraverso molte partizioni porose".

Il principio della distribuzione cromatografica delle sostanze, scoperto da Color, è utilizzato in vari campi dell'attività umana. In particolare, viene utilizzato per l'isolamento e la purificazione di antibiotici in medicina e per la separazione degli isotopi nella produzione di combustibile nucleare.

Autore: Samin D.K.

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