شغف العلم الذي لا ينتهي

الكروماتوجرافي علم فصل وتنقية المركبات - ساينسوفيليا

 

 الكروماتوجرافيا: علم فصل وتنقية المركبات


إعداد: مريم بكر 
مراجعة علمية: د/ محمد امين البهنساوى
الكروماتوجرافي علم فصل وتنقية المركبات - ساينسوفيليا


عندما تكتب على ورقة بيضاء بقلم حبر، هل تساءلت يوماً مما يتكون هذا الحبر وهل اللون الذي نراه هو هذا اللون فقط أم يتكون من مجموعة ألوان أخرى لا نراها؟؟

فإذا قمت بوضع نقطة حبر على ورقة عادية ثم قمت بغمس هذه الورقة بالتدريج في الماء حتى تصل ببطء لتلك النقطة؛ فإنك ستلاحظ بمرور الوقت أن لون الحبر بدأ يخف ثم ظهور عدة ألوان على مسافات مختلفة، بحيث تكون محصلة الألوان المتفككة هي اللون الأصلي الذي قمت بوضعه في البداية.

هذه التجربة البسيطة تلخص لنا ما يحدث في تقنية الكروماتوجرافي.

تعتبر تقنية الكروماتوجرافي هي (طريقة لفصل المكونات أو المواد المذابة في محلولٍ أو وسطٍ ما دون أن تفقد خواصها ولتنقية المركبات والتحقق من نقاء المركبات العضوية) ويشير مصطلح  الكروماتوجرافيا إلى مجموعة واسعة من الطرق الفيزيائية المستخدمة لفصل أو تحليل مخاليط معقدة من المركبات الفردية، وتعتمد هذه التقنية على الخاصية الشعرية للسوائل capillary-action وتعتمد في الأساس على سرعة المكونات المختلفة وفقًا لبعض الخصائص التي تمتلكها بعض المركبات ويتم تطبيق خليط من مادة على مرحلة ثابتة (صلبة أو سائلة)، ويُسمح لمزيج الغاز أو المذيب النقي بالتحرك ببطء في المرحلة الثابتة، بسبب ذلك تبدأ مكونات الخليط في الانفصال عن بعضها البعض.

تشمل الكروماتوجرافيا على أنواع عديدة، منها:

1- الكروماتوجرافيا الورقية Paper chromatography:

يكون باستخدام ورقة مثل ورقة الترشيح العادية، وهو يعد أبسط أنواع الكروماتوجرافيا لتحليل المخاليطوفصل مكوناتها.

2- كروماتوجرافيا الطبقة الرقيقة Thin Layer Chromatography أو (LC):

يعتبر من أشهر أنواع التحليل الكروماتوجرافي، ويعد هذا النوع من الكروماتوجرافيا مشابه للنوع السابق، ولكن بدلاً من استخدام الورقة كوسط ثابت stationary phase؛ يتم استخدام طبقة رقيقة من السيليكا أو الألومينا مثل (أكسيد الألومنيوم) أو السليلوز على مادة خاملة ومسطحة مثل (البلاستيك أو الزجاج)، وبذلك نحصل على عملية فصل أسرع وأدق، بحيث يظهر كل لون على حدة، ويبيّن مكونات الخليط الأساسية

بشكل أفضل.

3- كروماتوجرافيا السوائل High Performance Liquid Chromatography  أو (HPLC):

كروماتوجرافيا السوائل عالية الكفاءة  يُستخدم عادة هذا النوع من التحليل في الكيمياء الحيوية وتعتمد هذه التقنية على مضخات لتمرير السائل المتحرك المضغوط ((mobile phase)) والمُحتوي على عينةٍ من الخليط المُراد فصله، من خلال عمود مملوء بالمادة الصلبة الممتزّة ((adsorbent)) التي تقوم بعملية الامتزاز.

يتفاعل كلُ مكون من مكونات الخليط مع المادة الصلبة الممتزّة بطريقة تختلف قليلاً عن المكونات الأخرى، وبذلك تنتج معدلات تدفّق مختلفة Rf. – Rate of flow)) ما يؤدي إلى حدوث الانفصال والتفكك.

وفى هذه التقنية يتم التحكم فى سرعة سريان السائل ودرجة الحرارة وفق المعايير العالمية لكل مادة يراد فصلها ومعرفة نسب مكوناتها، ويتم معرفة المواد المكونة للخليط عن طريق معرفة الوقت الذي انفصلت فيه كل مادة ومن ثمَّ مقارنة هذا الوقت مع القياسات العالمية التى تعد كمرجع لذلك.

4- كروماتوجرافيا التبادل الأيوني Ion exchange chromatography:

وتعد من أحد أنواع كروماتوجرافيا السوائل، ويُستخدم هذا النوع لفصل المركبات المشحونة، بما في ذلك الأحماض الأمينية والببتيدات والبروتينات، ويكون الوسط الثابت المُستخدم هو مركب الـ resin، وهو نوع من البوليمرات يحتوى في تركيبه على أيونات وله كتلة جزيئية كبيرة، ويتميز بقدرته على تبادل الأيونات خاصته مع أيونات الوسط السائل المحيط المراد فصله mobile phase)) والتي تكون شحنته مخالفة لشحنة الـ resin وبهذا يتم التفاعل بين الوسطين، ويحدث هذا وفق ظروف مخصصة لكل أيون لإتمام عملية الفصل.

5- :Size exclusion chromatography:

كروماتوجرافيا الاستبعاد عن طريق اختلاف الحجوم؛ حيث يتم الفصل تبعاً لاختلاف أحجام الجزيئات، وذلك عن طريق استخدام جسيمات مساميّة.

حيث يتم سكب الخليط المذاب فى محلول بداخل عمود من الزجاج، والذى يحتوى بداخله على كراتٍ صغيرة من مواد مسامية؛ فعند نزول السائل تتعلق الجزيئات الصغيرة فى هذه المسامات فى حين تنزل الجزيئات الكبيرة إلى أسفل، ويتم اخراجها عن طريق صنبور صغير.

وبذلك يتم فصل الخليط عن طريق تباين حجوم مكوناته، وتعد كذلك نوعاً من كروماتوجرافيا السوائل.

6- كروماتوجرافيا الغازات( Gas Chromatography GC):

تشبه هذه التقنية إلى حد ما تقنية ((HPLC)) ولكن خزانات المذيبات تحتوى على غازات خاملة مثل النيتروجين أو الهيليوم (الوسط المتحرك)، ويتم الفصل فى أنبوبة على شكل حلزونى موضوعة بداخل فرن يتم التحكم فى درجة حرارته وفق المعايير العالمية لكل مادة. ويجب مراعاة ثبات سرعة سريان الغاز فى هذه التقنية.

استخدامات الكروموتوجرافي:

لكل نوع من أنواع الكروماتوجرافيا استخداماته الكثيرة فى مجالات الصناعة المختلفة، ومجالات البحث العلمي ومجالات التحاليل الطبية.

تُستخدم عدة أنواع مختلفة من الكروماتوجرافيا بشكل شائع في الصناعة الكيميائية، وكذلك تستخدم مختبرات الأبحاث البيئية تقنيات الكروماتوجرافيا على نطاق واسع أثناء البحث عن كميات ضئيلة من السموم في نفايات الزيوت ، مثل مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور. تُستخدم هذه التقنيات أيضًا أثناء البحث عن مبيدات الآفات مثل الـ DDT في المياه الجوفية، كما تستخدم وكالة حماية البيئة تقنية الكروماتوجرافيا للتحقق من جودة مياه الشرب وكذلك لمراقبة جودة الهواء. ومن المعروف أن شركات الأدوية تستخدم كروماتوجرافيا لمعالجة كميات هائلة من المنتجات

عالية النقاء، وكذلك لاختبار المواد المستخرجة بحثًا عن الملوثات.

وتُستخدم أيضًا على نطاق واسع في صناعة الوقود، ومجال التكنولوجيا الحيوية، وكذلك في بعضالعمليات الكيميائية الحيوية.

وحيث تُستخدم هذه التقنية في الطب الشرعى؛ عن طريق فصل المركبات عن بعضها، ويفيد ذلك فى التحقيقات الجنائية، عن طريق تحليل الدم والملابس والأطعمة نتمكن من معرفة وجود مواد سامة أو كحولات أو مخدرات فى الدم أو الأطعمة والمشروبات الموجودة بمسرح الجريمة.

وتُستخدم في مصانع وشركات البترول، والمبيدات، والأدوية، ومستحضرات التجميل؛لمعرفة ما إذا كانت المواد والخامات التى يعملون بها موافقة للمعايير القياسية أم لا، وتستخدم أيضاً فى وحدات مراقبة الجودة فى معظم الشركات العالمية.

وتُستخدم في محطات تنقية المياه؛ لتنقية المياه، وإزالة المعادن الثقيلة منها، وكذلك ضبط نسبة الأملاح لجعلها صالحة للاستخدام الآدمى، كما أن بعض فلاتر المنازل تستخدم تقنية Ion exchange chromatography.

ومن بعض تطبيقات الكروماتوجرافيا في صناعة الأغذية الآتي:

حيث تلعب تقنية االكروماتوجرافيا دورًا حيويًا في تحديد العمر الافتراضي للمواد الغذائية من خلال المساعدة في تحليل النقطة التي يفسد فيها الطعام.علاوة على ذلك ، يمكن أيضًا تحديد وجود المضافات الكيميائية في الطعام بمساعدة هذه التقنية.

يمكن أيضًا تحديد القيمة الغذائية لعينة الطعام باستخدام تقنيات الكروماتوغرافيا.

وكذلك تطبيقات الكروماتوغرافيا في الصناعة الكيميائية:

• تلعب دورًا حيويًا في الصناعة الكيميائية لاختبار عينات المياه من أجل النقاء.

• يتم أيضًا اختبار عينات الهواء للتأكد من نقاوتها باستخدام تقنيات الكروماتوجرافيا في الصناعة الكيميائية.

• يمكن تحديد وجود الملوثات السامة في الزيوت ومبيدات الآفات (أبرزها مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، وغالبًا ما يتم اختصارها إلى مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور) بمساعدة تقنيات كروماتوغرافية متخصصة مثل GC و HPLC.

وتطبيقات الكروماتوغرافيا في مجال البيولوجيا الجزيئية:

• في مجال البيولوجيا الجزيئية ، غالبًا ما تتضمن دراسة البروتينات وعلم الأيض استخدام تقنيات كروماتوغرافيا متعددة الواصلة أبرزها EC-LC-MS)).

• من المعروف أيضًا أن أبحاث الحمض النووي تستخدم على نطاق واسع مثل هذه التقنيات الكروماتوجرافية.

• يتم استخدام نوع محدد من الكروماتوجرافيا يعرف باسم HPLC على نطاق واسع في تطبيقات فصل البروتين. هذا النوع من الكروماتوجرافيا مفيد أيضًا في تنقية الإنزيم وتجزئة البلازما وتنقية الأنسولين.

كروماتوجرافيا الغازات(Gas Chromatography GC):

هي تقنية تحليلية تُستخدم لفصل وتحليل العينات التي يمكن تبخيرها دون التحلل الحراري. في بعض الأحيان، تُعرف كروماتوجرافيا الغاز بكروماتوجرافيا تقسيم الغاز والسائل (GLPC)أو كروماتوجرافيا الطور البخاري (VPC). من الناحية الفنية، يعتبر مصطلح GPLC هو المصطلح الأكثر صحة، حيث أن فصل المكونات في هذا النوع يعتمد على الاختلافات في السلوك بين وسط الغاز المتحرك المتدفق ووسط السائل الثابت.

كيف يعمل كروماتوجرافيا الغاز؟

أولاً، يتم تحضير عينة سائلة. يتم خلط العينة مع مذيب ويتم حقنها في كروماتوجراف الغاز.

عادةً ما يكون حجم العينة صغيرًا – (في نطاق الميكرولتر) وعلى الرغم من أن العينة تبدأ كسائل ، إلا أنها تتبخر في الوسط الغازي.يتدفق أيضًا غاز خامل من خلال الكروماتوجراف ويجب ألا يتفاعل هذا الغاز مع أي من مكونات الخليط. تشمل الغازات الحاملة الشائعة (الأرجون والهيليوم وأحيانًا الهيدروجين). يتم تسخين العينة والغاز الحامل وإدخالهم في أنبوب طويل يتم لفه عادةً للحفاظ على حجم الكروماتوجراف ويمكن التحكم فيه قد يكون الأنبوب مفتوحًا (يسمى أنبوبيًا أو شعريًا) أو مملوءًا بمادة داعمة خاملة مقسمة (عمود معبأ) ويكون طويل للسماح بفصل أفضل للمكونات.

في نهاية الأنبوب يوجد الكاشف، الذي يسجل كمية العينة التي تضربه. في بعض الحالات، يمكن استرداد العينة في نهاية العمود أيضًا تُستخدم الإشارات الصادرة من الكاشف لإنتاج رسم بياني ، كروماتوجرام، والذي يوضح كمية العينة التي تصل إلى الكاشف على المحور الصادي ومدى سرعة وصولها إلى الكاشف على المحور السيني (اعتمادًا على ما يكتشفه الكاشف بالضبط). يُظهر مخطط الكروماتوجرام سلسلة من القمم. يتناسب حجم القمم بشكل مباشر مع كمية كل مكون ، على الرغم من أنه لا يمكن استخدامه لتحديد عدد الجزيئات في العينة عادةً ما تكون القمة الأولى من الغاز الحامل الخامل والذروة التالية هي المذيب المستخدم في صنع العينة. تمثل القمم اللاحقة المركبات في خليط. من أجل تحديد القمم

على كروماتوجرام غاز ، يجب مقارنة الرسم البياني مع مخطط كروماتوجرافي من خليط قياسي (معروف)، لمعرفة مكان حدوث القمم.

في هذه المرحلة، قد تتساءل عن سبب انفصال مكونات الخليط أثناء دفعها على طول الأنبوب.حيث يتم تغليف الأنبوب من الداخل بطبقة رقيقة من السائل (المرحلة الثابتة). ويتحرك الغاز أو البخار الموجود داخل الأنبوب (مرحلة البخار) على طول أسرع من الجزيئات التي تتفاعل مع المرحلة السائلة.

تميل المركبات التي تتفاعل بشكل أفضل مع الطور الغازي إلى الحصول على نقاط غليان أقل (متطايرة) و أوزان جزيئية منخفضة ، بينما تميل المركبات التي تفضل المرحلة الثابتة إلى الحصول على نقاط غليانأعلى أو أثقل.

تشمل العوامل الأخرى التي تؤثر على معدل تقدم المركب أسفل العمود (تسمى وقت الشطف) القطبية ودرجة حرارة العمود. نظرًا لأن درجة الحرارة مهمة جدًا ، يتم التحكم فيها عادةً في حدود أعشار الدرجة ويتم اختيارها بناءً على درجة غليان الخليط.

المصادر:

https://www.thoughtco.com/definition-of-chromatography-and-examples-604924
https://www.thoughtco.com/gas-chromatography-4138098




ليست هناك تعليقات