نگرشی بر کروماتوگرافی و انواع گوناگون آن

[Mohammad Aref 120,438]

ریشه لغوی

کروماتوگرافی (chromatoghraphy) ، در زبان یونانی chroma یعنی رنگ و grophein یعنی نوشتن است.

 

اطلاعات اولیه

پر کاربردترین شیوه جداسازی مواد تجزیه ای کروماتوگرافی است که در تمام شاخه های علوم کاربردهایی دارد. کرماتوگرافی گروه گوناگون و مهمی از روش های جداسازی مواد را شامل می شود و امکان می دهد تا اجزای سازنده نزدیک به هم مخلوط های کمپلکس را جدا ، منزوی و شناسایی کند بسیاری از این جداسازی ها به روش های دیگر ناممکن است.

 

سیر تحولی رشد

ـ اولین روش های کروماتوگرافی در سال ۱۹۰۳ بوسیله میخائیل سوئت ابداع و نامگذاری شد. او از این روش برای جداسازی مواد رنگی استفاده کرد.

 

ـ مارتین و سینج در سال ۱۹۵۲ به پاس اکتشافاتشان در زمینه کروماتوگرافی جایزه نوبل دریافت کردند.

 

توصیف کروماتوگرافی

کروماتوگرافی را به دلیل اینکه در برگیرنده سیستمها و تکنیکهای مختلفی است نمی توان به طور مشخص تعریف کرد. اغلب جداسازی ها بر مبنای کروماتوگرافی بر روی مخلوطهایی از مواد بی رنگ از جمله گازها صورت می گیرد. کروماتوگرافی متکی بر حرکت نسبی دو فاز است ولی در کروماتوگرافی یکی از فازها بدون حرکت است و فاز ساکن نامیده می شود و دیگری را فاز متحرک می نامند. اجزای یک مخلوط به وسیله جریانی از یک فاز متحرک از داخل فاز ساکن عبور داده می شود. جداسازی ها بر اساس اختلاف در سرعت مهاجرت اجزای مختلف نمونه استوارند.

 

روش های کروماتوگرافی

روش های کروماتوگرافی را می توان ابتدا بر حسب ماهیت فاز متحرک و سپس بر حسب ماهیت فاز ساکن طبقه بندی کرد. فاز متحرک ممکن است گاز یا مایع و فاز ساکن ممکن است جامد یا مایع باشد. بدین ترتیب فرآیند کروماتوگرافی به چهار بخش اصلی تقسیم می شود. اگر فاز ساکن جامد باشد کروماتوگرافی را کروماتوگرافی جذب سطحی و اگر فاز ساکن ، مایع باشد کروماتوگرافی را تقسیمی می نامند.

 

انواع کروماتوگرافی

هر یک از چهار نوع اصلی کروماتوگرافی انواع مختلف دارد:

 

۱) کروماتوگرافی مایع ـ جامد

ـ کروماتوگرافی جذب سطحی

ـ کروماتوگرافی لایه نازک

ـ کروماتوگرافی تبادل یونی

ـ کروماتوگرافی ژلی

 

۲) کروماتوگرافی گاز – جامد

 

۳) کروماتوگرافی مایع – مایع

ـ کروماتوگرافی تقسیمی

ـ کروماتوگرافی کاغذی

 

۴) کروماتوگرافی گاز مایع

ـ کروماتوگرافی گاز – مایع

ـ کروماتوگرافی ستون مویین

[Mohammad Aref 120,438]

مزیت روشهای کروماتوگرافی

ـ با روشهای کروماتوگرافی می توان جداسازی هایی را که به روش های دیگر خیلی مشکل می باشند انجام داد. زیرا اختلافات جزئی موجود در رفتار جزئی اجسام در جریان عبور آنها از یک سیستم کروماتوگرافی چندین برابر می شود . هر قدر این اختلاف بیشتر شود قدرت جداسازی مواد بیشتر و برای انجام جداسازی مواد نیاز کمتری به وجود اختلافات دیگر خواهد بود.

 

ـ مزیت کروماتوگرافی نسبت به ستون تقطیر این است که نسبتا آسان می توان به آن دست یافت با وجود اینکه ممکن است چندین روز طول بکشد تا یک ستون تقطیر به حداکثر بازده خود برسد ولی یک جداسازی مواد کروماتوگرافی می تواند در عرض چند دقیقه یا چند ساعت انجام گیرد.

 

ـ یکی از مزایای برجسته روش های کروماتوگرافی این است که آنها آرام هستند. به این معنی که احتمال تجزیه مواد جداشونده به وسیله این روش ها در مقایسه با سایر روش ها کمتر است.

 

ـ مزیت دیگر روش های کروماتوگرافی در این است که تنها مقدار بسیار کمی از مخلوط برای تجزیه لازم است به این دلیل روش های تجزیه ای مربوط به جداسازی مواد کروماتوگرافی می توانند در مقیاس میکرو و نیمه میکرو انجام گیرند.

 

ـ روش های کروماتوگرافی ساده سریع و وسایل مورد لزوم آنها ارزان هستند. مخلوط های پیچیده را می توان نسبتا به آسانی به وسیله این روش ها به دست آورد.

 

انتخاب بهترین روش کروماتوگرافی

انتخاب نوع روش کروماتوگرافی بجز در موارد واضح (مانند کروماتوگرافی گازی در جداسازی مواد گازها) عموما تجربی است. زیرا هنوز هیچ راهی جهت پیش بینی بهترین روش برای جداسازی مواد اجسام مگر در چند مورد ساده وجود ندارد. در ابتدا روش های ساده تر مانند کروماتوگرافی کاغذی و لایه نازک امتحان می شوند. زیرا این روش ها در صورتی که مستقیما قادر به جداسازی مواد نباشند نوع سیستم کروماتوگرافی را که جداسازی مواد بوسیله آن باید صورت بگیرد، مشخص می کنند آنگاه در صورت لزوم از روش های پیچیده تر استفاده می شود. از فهرست زیر می توان به عنوان یک راهنمای تقریبی استفاده کرد .

 

در جداسازی های مشکل وقتی که روش های ساده فاقد کارایی لازم هستند روش کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا (helc) می تواند جوابگو باشد.

 

ستون کروماتوگرافی جذب سطحی

برای جداسازی مواد یک مخلوط ، می توان از ستون استفاده کرد. داخل این ستون با جامد فعالی مانند آلومین (فاز ساکن) پر شده است و با حلالی مانند هگزان (فاز متحرک) پوشیده شده است. هرگاه نمونه کوچکی از مخلوط در بالای ستون قرار گیرد ، نواری از ماده جذب شده تشکیل می شود، حلال با عبور خود از میان ستون اجزای مخلوط را با خود حمل می کند.

 

جداسازی کامل

سرعت حرکت هر جزء ، به میزان جذب سطحی آن بر روی ماده داخل ستون بستگی دارد. به این ترتیب ، ماده ای که کم جذب شده است، سریع تر از ماده ای که زیاد جذب شده است، حرکت می کند. واضح است که اگر اختلاف بین جذب های سطحی به حد کافی زیاد باشد، جداسازی مواد کامل انجام خواهد گرفت. اجزایی که قابلیت جذب بالاتری دارند، در قسمت بالای ستون و اجسامی که کمتر جذب می شوند در قسمت های پایین ستون ، جذب خواهند شد.

 

نیروهای بین اجزا

این نیروها ممکن است یا از نوع نیروهای واندروالسی ، مانند نیروهایی که در مورد آلومین است یا از نوع نیروهای الکترستاتیک باشند، مانند جداسازی یون ها بوسیله کروماتوگرافی تبادل یونی که در آن فاز ساکن یک ماده مبادله کننده یون است ، یا ممکن است از یک ستون که از ماده مناسب متخلخلی پر شده، برای جدا کردن مواد حل شده بر اساس اندازه مولکول آنها استفاده کرد، مانند کروماتوگرافی ژلی.

 

کروماتوگرافی لایه نازک نمونه ویژه ای از کروماتوگرافی جذب سطحی است که در این روش ، به جای اینکه جاذب را در یک ستون استوانه ای پر کنیم، آن را بصورت لایه نازک روی یک صفحه شیشه ای یا لایه پلاستیکی یا ورقه فلزی قرار می دهیم.

 

مقایسه با کروماتوگرافی تقسیمی

روش های جذب سطحی ، برای جداسازی مواد انواع مختلف ترکیبات شیمیایی بهتر هستند. ظرفیت یک ستون جذب سطحی ، در واحد حجم ، غالبا بزرگتر از ظرفیت یک ستون تقسیمی بوده و گاهی این اختلاف خیلی زیاد است.

 

کروماتوگرافی تبادل یونی در ستون ها ، بطور انحصاری ، کاربرد رزین های تبادل یونی محدود می شود زیرا این مواد به طور عمده خواص مطلوبی ، مانند پایداری مکانیکی و شیمیایی و یکنواختی اندازه دانه ها ( ذرات ) دارند، پودر سلولز که آن گرده های تبادل یونی به طریق شیمیایی قرار داده شده باشند نیز برای جداسازی مواد در ستون ها به کار می رود. ورقه هایی از سلولز عمل شده فوق و ورقه های سلولز پر شده با رزین های تبادل یونی را در روش کروموتوگرافی کاغذی برای جداسازی هایی که شامل تبادل یونی هستند، می توان مورد استفاده قرار داد.

 

توصیف

در کروماتوگرافی تبادل یونی جداسازی مواد از نوع کروماتوگرافی که در آنها رزین به جای جاذب در کروماتوگرافی جذبی قرار می گیرد، است. مقادیر زیادی از رزین های تبادل یونی برای جدا کردن کامل یون ها از محلول در آزمایشگاه و نیز در مقیاس صنعتی به کار می روند. یعنی از جداسازی های فوق العاده جالب عبارتند از جداسازی مواد لانتایندها، آکتینیدها و اسیدهای آمینه.

 

رزین های متداول تبادل یونی

رزین های متداول تبادل یونی که به طور مصنوعی ساخته می شوند، بر پایه قالب غیر محلولی از یک بسپار بزرگ ، معمولا پلی استیرن ، استوار هستند. ولی بعضی از آنها متکی بر اسید متا اکریلیک هستند. نوع اول با بسپار کردن استیرن در حضور مقدار کمی از دی وینیل بنزن ساخته می شود. دی وینیل بنرن میزان اتصالات عرضی را که عامل مهمی در کروماتوگرافی است کنترل می کند. اتصالات عرضی ، بسپار را به حالت نامحلول در می آورد. اگر میزان اتصالات عرضی خیلی کم باشد رزین مستعد جذب مایع اضافی می شود و در نتیجه آماس زیادی می کند، در حالی که اتصالات عرضی زیاده از حد ، ظرفیت تبادل رزین را ، احتمالا به علت ممانعت فضایی کم می کند.

 

گرده های قطبی که باعث خواص تبادل یون در رزین می شوند به جز در مورد اسید پلی متا اکریلیک، بعد از عمل بسپار شدن به رزین اضافه می شوند. با بسپار شدن در یک امولسیون آبی می توان دانه هایی با اندازه های معین تهیه کرد و در این صورت است که رزین ها برای عمل یون زدایی و اهداف کروماتوگرافی به کار می روند. بعضی از رزین ها را به شکل ورقه می سازند که در این صورت غشاهای تبادل یونی به دست می آیند. این غشاها به این صورت کاربردی در کروماتوگرافی ندارند ولی می توان از آنها برای نمک زدایی محلول ها ، که ممکن است یک عمل مقدماتی ضروری برای یک جداسازی مواد کروماتوگرافی مورد نظر باشد، استفاده کرد.

 

ـ مواد مبادله کننده یون :

تبادل گرهای کاتیونی و آنیونی دو نوع عمده مواد مبادله کننده یون هستند که آنها را به نوبه خود می توان بر حسب قدرتشان به اسید و باز تقسیم بندی کرد.

 

ـ تبادل گر کاتیونی :

گروه های قطبی در تبادل گرهای کاتیونی، که یا و یا می باشند، خاصیت اسیدی دارند این گروه ها به مولکول های بسپار به طور قطعی متصل هستند و در معرض محلول حاوی یون هایی که باید حذف یا جدا شوند، قرار می گیرند.

 

ـ گروه های قطبی در تبادل گرهای آنیونی گروه های آمونیوم نوع سوم یا چهارم هستند و مثل هم عمل می کنند. تبادل گر آنیونی بیشتر به شکل کلرید هستند تا به شکل هیدروکسید زیرا کلریدها پایدارتر هستند.

خواص رزین ها

 

ـ باید دارای گروه های مبادله کننده تک عاملی باشد. برای رزین های جدید هیچ مشکلی در این مورد وجود ندارد ولی محصولات اولیه که از فنل ساخته می شدند چند عاملی بودند و خواص تبادل آنها بستگی به ph محلولی که در آن قرار می گرفتند، داشت. از این نقطه نظر این رزین ها برای کروماتوگرافی مناسب نبودند.

 

ـ باید درجه اتصالات عرضی کنترل شده داشته باشد. ۴ ۸ % بهترین درجه برای کروماتوگرافی است.

 

ـ گستره اندازه ذرات باید تا آنجایی که ممکن است کوچک باشد.

 

ـ اندازه ذرات باید، تا آنجایی که عملی است کوچک باشد.

 

مزیت اساسی کروماتوگرافی تبادل یونی

در کروماتوگرافی ، محلول های بکار رفته اکثرا رقیق هستند و در نتیجه روش شستشو بیشتر به کار می رود و اغلب جداسازی های بسیار رضایت بخشی به دست می آید. در مورد رزین ها تجزیه جانشینی و تجزیه مرحله ای و شستشوی تدریجی همگی به کار می روند. ولی از تجزیه جبهه ای استفاده نمی شود. روش دیگر شستشو ، تحت عنوان گزینش پذیری ، نیز کارآیی مفیدی دارد. این روش به تغییر فعالیت یون هایی بستگی دارد که باید بوسیله عامل شوینده ای که با یون ها تشکیل کمپلکس می دهد جدا شوند.

 

تشکیل کمپکس بدون شک عامل مهمی در سایر روش های کروماتوگرافی ، مخصوصا در جداسازی های معدنی روی کاغذ است، ولی در هیچ یک از سایر روش ها این موضوع به همان وسعت که در کروماتوگرافی تبادل یونی استفاده شده، مطالعه نشده است. یکی از قدیمیترین و جالب ترین موفقیت ها در کروماتوگرافی تبادل یونی جداسازی مواد لانتایندها در یک رزین اسید قوی و با استفاده از یک محلول سیترات تامپونی برای شستشو است.

[Mohammad Aref 120,438]

کروماتوگرافی نمک زنی

در روش کروماتوگرافی نمک زنی ، از رزین های تبادل یونی برای جداسازی مواد غیر الکترولیت ها ، با شستن آنها از ستون به وسیله محلول های آبی یک نمک ، استفاده می شود. اجسام جدا شده بوسیله این روش ، اترها ، آلدئیدها ، کتون ها و آمین ها هستند.

 

تبادل گرهای یون معدنی

بعضی از نمک های معدنی برای پر کردن کاغذ و آماده سازی آن به منظور استفاده در جداسازی ها که بر اثر تبادل یون صورت می گیرند، بکار می روند. یکی از دلایل توجه به مواد معدنی این است که تبادل گرهای یونی رزینی بر اثر تابش مستعد خراب شدن هستند. بنابراین در حقیقت برای استفاده با محلول های خیلی فعال مناسب نیستند. اگر چه برای جداسازی مواد ، به عنوان مثال ، مخلوط های اکتیندها یا موفقیت به کاربرده شده اند. مواد معدنی دارای مزایای دیگری مانند گزینش پذیری خیلی زیاد برای بعضی از یون ها مانند روبیدیم و سزیم و توانایی در برابر محلو ل های با دمای بالا هستند.

 

به علاوه تبادل گرهای یونی معدنی وقتی که در آب قرار می گیرند به مقدار قابل توجهی آماس نمی کنند و حجم آنها با تغییر قدرت یونی محلول در تماس با آنها تغییر نمی کند. از طرف دیگر ، بعضی از مواد معدنی معایبی مانند انحلال پذیری یا والختی در بعضی از PHها که در آن معمولا رزین ها پایدارند، دارند یا ممکن است در محلول هایی که رزین ها غیر محلول هستند، حل شوند. همچنین تبادل گرهای یونی معدنی ممکن است به شکل بلورهای ریز باشند که به علت ممانعت از عبور فاز متحرک ، برای پر کردن در ستون ها مناسب نیستند. اگر چه راههایی برای فائق آمدن به این مشکل وجود دارد.

 

در مطالعات جذب سطحی بر روی سیلیکاژل و کربن فعال ، اثرات الک مولکولی با موادی که جرم مولکولی بالایی دارند، مشاهده شده است. جداسازی های مبتنی بر الک کردن مولکولی را می توان بر روی اجسام بی بار در جریان مهاجرت الکترو اسمزی از داخل ژل ها انجام داد. این اساس جداسازی هایی را که مبتنی بر اندازه های نسبی مولکول ها هستند، تشکیل می دهند و از اصطلاح صاف کردن بوسیله ژل استفاده می شود.

 

سیر تحولی و رشد

در سال ۱۹۵۴ ، "مولد وسینچ" نشان دادند که جداسازی ها مبتنی بر الک کردن مولکولی را می توان بر روی اجسام بی بار از داخل ژل ها انجام داد. در سال ۱۹۵۹ "پورات" و "فلودین" ، اصل معینی را ارائه دادند و از اصطلاح ، صاف کردن بوسیله ژل برای شرح روش خودشان در مورد جداسازی مواد مولکول هایی با منشاء زیستی در سیستم های آبی بوسیله ژل های پلی ساکارید استفاده کردند.

 

ولی "دترمان" در سال ۱۹۶۴ پیشنهاد کرد که کروماتوگرافی ژلی ( Gel Cromatography ) ، عمومی ترین اسم برای این شیوه است.

 

نکات قابل توجه این روش

در کروماتوگرافی ژلی ، فاز ساکن از یک قالب بسپار متخلخل تشکیل شده است که منفذهای آن بوسیله حلالی که به عنوان فاز متحرک بکار می رود، کاملا پر شده است. اندازه سوراخ بسیار مهم است چون اساس جدایی بر این است که مولکولی های بزرگتر از یک اندازه معین اصلا وارد سوراخ ها نشوند و تمام یا قسمتی از سوراخ ها برای ورود مولکول های کوچکتر آماده است. جریان فاز متحرک موجب می شود که مولکول های بزرگتر بدون برخورد با مانعی ، بدون نفوذ در قالب ژل از ستون عبور کنند، در حالی که مولکول های کوچک تر بر حسب شدت نفوذ آنها در ژل در ستون نگه داشته می شوند.

 

خروج اجزای مخلوط

بدین ترتیب اجزای مخلوط به ترتیب جرم مولکولی نسبی از ستون خارج می شوند، ابتدا بزرگترین مولکول خارج می شود. ترکیباتی که اصلا وارد ژل نمی شوند از یکدیگر جدا نمی شوند و همچنین مولکول های کوچکی که کاملا در ژل نفوذ می کنند، از یکدیگر جدا نمی شوند. مولکول های کوچکی که کاملا در ژل نفوذ می کنند از یکدیگر جدا نمی شوند. مولکول های با اندازه متوسط بر حسب درجه نفوذ آنها در قالب در ستون نگه داشته می شوند. اگر مواد ترکیب شیمیایی مشابه داشته باشند، به ترتیب جرم مولکولی نسبی از ستون شسته می شوند.

 

مقایسه با کروماتوگرافی تقسیمی

از اثرات جذب سطحی بر روی سطح ذرات ژل معمولا می توان صرف نظر کرد و در نتیجه کروماتوگرافی ژلی را می توان به عنوان نوعی کروماتوگرافی تقسیمی در نظر گرفت. مایع موجود در داخل قالب ژل ، فاز ساکن و شوینده سیالی که بقیه ستون را پر می کند، فاز متحرک را تشکیل می دهند. به عبارت دیگر ، یک ستون تقسیمی داریم که در آن دو فاز مایع ، متحرک و ساکن ، ترکیب یکسانی دارند.

 

ماهیت ژل کروماتوگرافی

ژل باید تا حد ممکن از نظر شیمیایی بی اثر و از نظر مکانیکی تا حد امکان پایدار باشد. مواد ژلی بصورت دانه تهیه می شوند و لازم است همانند رزین های تبادل یونی ، اندازه ذرات نسبتا یکنواخت باشد و تخلخل یکنواختی داشته باشد.

 

نمونه

گرانروی نمونه مهم است و نباید از دو برابر گرانروی شوینده بیشتر باشد. حجم نمونه نیز مهم است. هر قدر حجم نمونه کمتر باشد، کاهش غلظت هر جزء در محلول خارج شده بیشتر خواهد بود. این اثر رقیق شدن در تصمیم گیری در مورد اندازه های ستون و نمونه باید مد نظر قرار گیرد.

 

کاربرد کروماتوگرافی ژلی

با اینکه این روش بیشتر برای جداسازی هایی در مقیاس کوچک در کارهای تحقیقاتی و تجزیه های روزمره بکار می رود، ولی کاربردهایی نیز در مقیاس بالاتر در تولیدات صنعتی دارد. کروماتوگرافی ژلی ابتدا برای جداسازی مواد مولکول های بزرگی که منشاء زیستی دارند، مانند پروتئین ها ، پلی ساکاریدها ، اسیدهای نوکلئیک و آنریم ها بکار رفت و هنوز هم بیشترین کاربرد این روش در همین زمینه ها است.

 

اخیرا جداسازی مواد و بررسی بسپارهای مصنوعی ، حدود کاربرد این روش را افزایش داده اند و این روش ، قسمت مهمی از تکنولوژی بسپارها شده است. نمک زدایی از محلول ها برای مثال از پروتئین ها، یکی از کاربردها ی مهم محیط های ژلی است.

 

کروماتوگرافی تقسیمی نمونه ای از کروماتوگرافی مایع مایع است که فاز جامد یک لایه از محلول ( مثل آب ) است که روی سطح یک جامد ناصاف مثل سیلیکاژل و یا خاک سیلیسی قرار دارد و فاز متحرک مایعی است که غیر محلول در مایع اولی می باشد.

 

اطلاعات اولیه

در جداسازی مواد بوسیله کروماتوگرافی تقسیمی در ستون ، شیوه کار بسیار شبیه به شیوه کروماتوگرافی جذب سطحی است. اختلاف اصلی دو روش در ماهیت ماده پر شده در ستون است.

[Mohammad Aref 120,438]

اساس کار کروماتوگرافی تقسیمی

سرعت حرکت یک جزء از مخلوط تابع انحلال پذیری آن در فاز ساکن است. به عبارت دیگر ، جدا شدن اجزا بر اساس تقسیم بین دو مایع است. اجسامی که بیشتر حل می شوند، کندتر از اجسامی که کمتر حل می شوند به طرف پایین ستون حرکت می کنند. در جریان عبور از ستون ، اجسام میان دو فاز تقسیم می شوند و جداسازی مواد بر اساس اختلاف میان ضرایب تقسیم آنها انجام می شوند.

 

یک مورد خاص

کروماتوگرافی کاغذی مورد خاصی از کروماتوگرافی تقسیمی به شمار می رود که در آن صفحات کاغذی جای ستون پر شده را می گیرند.

 

خصوصیات

یکی از خصوصیات اساسی کروماتوگرافی این است که مخلوط اجسام ابتدا به صورت یک نوار در ستون که در نتیجه جذب سطحی یا جذب به وسیله فاز ساکن به وجود می آید، ظاهر می شود. برای جداسازی مواد اجزای باید عمل دیگر روی نوار انجام گیرد. تجزیه به روش های گوناگونی انجام می گیرد.

 

مقایسه با کروماتوگرافی جذب سطحی

می توان گفت که روش های تقسیمی برای جداسازی ترکیبات شیمیایی نزدیک به هم ، مانند اعضای سری های ترکیبات مشابه ، مناسب تر است. مزیت اصلی روش تقسیمی این است که نوارهای کروماتوگرافی حاصل ، به علت وجود دنباله ، نسبتا باریک و در نتیجه استفاده از ستون ها کارآمدتر است. ظرفیت یک ستون تقسیمی ، در واحد حجم ، غالبا کوچک تر از ظرفیت یک ستون جذب سطحی بوده و گاهی این اختلاف خیلی زیاد است.

 

کروماتوگرافی کاغذی (paper chromatoghraphy)

اطلاعات اولیه

انواع جداسازی های مختلف و ساده بر روی کاغذ به عنوان پیشروان کروماتوگرافی کاغذی توصیف شده اند. این سیستم معمولا به عنوان نمونه بارزی از سیستم تقسیمی در نظر گرفته می شود که در آن فاز ساکن آب است و به وسیله جذب سطحی بر روی مولکول های سلولز قرار می گیرد و مولکول های سلولز نیز به نوبه خود به وسیله ساختار الیافی کاغذ در وضعیت های ثابت نگه داشته می شود. امروزه ، به هر حال ، مشخص شده است که جذب سطحی اجزای فاز متحرک و حل شونده ها و اثرات تبادل یون نیز نقش هایی را ایفا می کنند و کاغذ به هیچ عنوان تنها به صورت تکیه گاه بی اثر نیست.

 

سیر تحولی رشد

روش پیشنهادی رانگ در سال ۱۸۵۰ و فرآیندی که آن را تجزیه موئینه ای می نامند، از جمله آنها می باشند. چنین روش هایی در واقع بیشتر شبیه کروماتوگرافی جذب سطحی بودند و کروماتوگرافی کاغذی به مفهوم فعلی ، گسترش سیستم تقسیمی است که به وسیله مارتین و سینج در سال ۱۹۴۱ ارائه شد. در سال ۱۹۴۴ کونسدن ، گوردن و مارتین اسیدهای آمینه و پپتیدهای موجود در محصول آبکافت ، پروتئین پشم را به وسیله روشی جدا کردند که در آن به جای ستون پودر از یک صفحه یا نوار کاغذی آویزان در داخل یک ظرف سرپوش دار استفاده شده بود.

 

کاربرد

در ابتدا کروماتوگرافی کاغذی برای جداسازی مخلوط های مواد آلی به کار رفت. ولی بعد از آن ، عمدتا به وسیله برستال و پولارد و همکاران آنها ، برای جداسازی یون های معدنی به سرعت به کار گرفته شد. هم آنیون ها و هم کاتیون ها را به وسیله این روش می توان جدا کرد.

 

خصوصیت ویژه

یک خصوصیت ویژه روش کروماتوگرافی کاغذی این است که چیزی مربوط به محلول یا گاز خارج شده از ستون که در سیستم های معمول مایع یا گاز با آن برخورد می کنیم وجود ندارد. ترکیبات جدا شده روی کاغذ مکان یابی و شناسایی می شوند در نتیجه ، جداسازی به طور نسبتا دائم در روی کاغذ ثبت می شود. در این روش اجزای جدا شده جمع آوری نمی شوند و احتیاجی به وسایل پیچیده کنترل پیوسته نیست. اندازه گیری کمی ترکیبات جدا شده را می توان روی کاغذ انجام داد ولی اگر بخواهند اجرای را از کاغذ خارج کنند. تنها کار لازم این است که قسمت مربوط به هر یک از اجسام را از کاغذ ببرند و هر یک را به طور جداگانه بشویند.

 

طرح کلی روش

قطره ای از محلولحاوی مخلوطی که باید جدا شود را روی یک صفحه یا نوار کاغذ صافی در محل علامت گذاری شده قرار می دهند. در این محل ، قطره به صورت یک لکه حلقوی پخش می شود. وقتی که لکه خشک شده کاغذ را در یک ظرف مناسب سربسته طوری قرار دهند که یک سر آن در حلال انتخاب شده به عنوان فاز متحرک فرو رود. حلال از طریق الیاف کاغذ در نتیجه عمل موئینگی نفوذ می کند و نکته مهم این است که سطح کاغذ نباید کاملا به وسیله حلال پوشانده شود. زیرا در این صورت ، اصلا جدا سازی صورت نمی گیرد یا نواحی خیلی پخش می شوند.

 

وقتی که جبهه حلال مسافت مناسبی را طی کرد یا بعد از یک زمان از قبل تعیین شده ، کاغذ را از طرف بیرون آورده ، جبهه حلال را با علامتی مشخص می کنند و می گذارند تا صفحه خشک شود. وقتی که محل های مناطق جدا شده آشکار شدند لازم است که هر یک از اجسام به طور جداگانه شناسایی شوند. در موارد ایده آل ، هر جسم با واکنشگر مکان یاب ، رنگ مخصوصی می دهد که در مورد مواد معدنی بیشتر و درمورد مواد آلی کمتر مشاهده می شود. ساده ترین روش شناسایی بر اساس مقدار Rf یعنی نسبت فاصله طی شده به وسیله جبهه حلال است.

 

خارج کردن جسم از کاغذ

روش های ارائه شده مستلزم به کارگیری یک واکنشگر مکان یاب شیمیایی برای تعیین محل لکه هستند، و لکه های رنگی اساس ارزیابی را تشکیل می دهند. بعضی اوقات می توان کمپلکس را شستشو داد و به وسیله روش رنگ سنجی تخمین زد، ولی اگر تغییر شیمیایی قابل قبول نباشد ماده تغییر نیافته را باید شستشو داد. عمل شستشو را می توان با وارد کردن تکه کاغذ در یک حلال ، به وسیله استخراج در یک دستگاه سوکسیله ، یا با استفاده از آرایش خاصی ، که در کاغذ یک جریان نزولی کروماتوگرافی ایجاد می نماید، انجام داد. برای جداسازی های معدنی تکه های کاغذ را می توان به صورت خاکستر در آورده ، باقیمانده ها را در اسید حل کرد. نتایج این روش به اندازه روش شستشو خوب نیستند. از اینرو محلول های به دست آمده را می توان به وسیله هر روش مناسبی تجزیه کرد، روش هایی که اغلب به دنبال روش های کروماتوگرافی به کار می روند عبارتند از رنگ سنجی و قطبش نگاری.

 

پیدا کردن یک روش کروماتوگرافی ، که بتواند به طور کمی تمامی اجزای یک مخلوط را جدا کند، مطلقا ضروری نیست. ارزیابی کمی فلزات با قطبش نگاری و ارزیابی کمی مواد آلی مشکل تر از فلزات است زیرا ، برای مواد آلی ، روش های موجود برای آزمایش محلول حاصل از شستشو محدودتر هستند. ارزیابی مواد آلی معمولا بر روی کاغذ صورت می گیرند و بنابراین ، لازم است که هر جسمی از اجسام دیگر به طور کمی جدا شود.

 

نقایص کروماتوگرافی کاغذی

ـ لکه های چند تایی :

در کروماتوگرافی یون ها فلزی ، اگر دارای آنیونی متفاوت از آنیون موجود در محلول اولیه باشد، ممکن است رقابتی بین آنیون ها برای یون فلزی وجود داشته باشد، که در نتیجه دو لکه به دست می آید که هر یک از آنها مربوط به یکی از نمکهای فلزی می باشد. ممکن است یون فلزی دو کمپلکس متفاوت با حلال ایجاد کند. در جدا سازی های آلی ، ممکن است جسم دو شکل متفاوت وجود داشته باشد. به عنوان مثال یک آمینو اسید می تواند به صورت کاتیون و یون دو قطبی باشد.

 

ـ دنباله دار شدن :

اگر مخلوط یه مقدار زیاد از حد روی کاغذ قرار داده شود، یا سرعت عبور حلال متفاوت باشد، جسم نمی تواند برای ایجاد یک لکه مجزا به تعادل برسد. در این صورت این لکه ، در سطح بزرگی از کاغذ پخش شده و از حلال در حال پیشروی عقب می ماند. دنباله دار شدن ممکن است به سبب اثرات جذبی سطحی تر ایجاد شود.

 

ـ اثرات لبه یا کناره :

لکه ها خیلی نزدیک به کنار نوار ، ممکن است در امتداد کنار کاغذ پخش شوند، عمل نفوذ ممکن است به علت بالا بودن غلظت موضعی فاز متحرک در آن ناحیه ، و یا به علت بالاتر بودن سرعت تبخیر حلال در کنار کاغذ ، که منجر به اثرات تقسیمی غیرعادی می شوند، باشد.

 

روش کمی کروماتوگرافی کاغذی

کاربرد کمی این روش نه تنها احتیاج به یک جداسازی کمی ، بلکه مکان یابی و ارزیابی کمی اجسام موجود نیز دارد. یک جداسازی کیفی رضایت بخش ، الزاما برای کار کمی مفید نیست. اندازه گیری کمی را می توان یا با سنجش مقدار جسم موجود در لکه روی کاغذ ، یا با خارج کردن جسم از کاغذ و تجزیه اجزای جدا شده به وسیله روش های کمی متداول انجام داد. لکه اولیه از نمونه مناسب روی کاغذ قرار می دهند، خشک کردن لکه باید تحت شرایط استاندارد زمان و دما صورت گیرد.

 

در تهیه حلال باید دقت زیادی روی نسبت های اجزای صورت گیرد، برقرار ساختن تعادل باید به طور استاندارد انجام گیرد، طول عبور حلال در تمامی نوبت ها یکسان باشد، در طول آزمایش ، دما باید ثابت بماند، و خشک کردن ورقه باید در یک زمان و دمای استاندارد انجام گیرد. واکنشگر مکان یاب (در صورت استفاده از لکه های رنگی) باید به طریق کاملا تکرارپذیر افزوده شود. و هر عمل بعدی ، مانند خشک کردن یا قراردادن در معرض بخار آمونیاک ، باید در مدت استاندارد انجام گیرد. مقدار جسمی که در یک جداسازی کروماتوگرافی باید روی کاغذ قرار گیرد، متغیر است.

 

موارد استعمال کروماتوگرافی کاغذی

ـ منابع علمی مربوط به روش های تجزیه ای و بررسی ترکیبات طبیعی نشان می دهد که کروماتوگرافی کاغذی در هر رشته ای کاربرد دارد. با این همه ، این روش هنوز هم در جداسازی های مواد با ماهیت زیستی وسیعترین کاربرد را دارد.

 

ـ کروماتوگرافی کاغذی اکثرا به عنوان یک وسیله تحقیقاتی به کار می رود، و به طور گسترده ای در تجزیه های روزمره مخصوصا در جداسازی های جدیدی که هیچ روش کلاسیک برای آنها وجود ندارد، نیز مورد استفاده قرار می گیرد. روش اخیر در مسائل کلینیکی و زیست شیمیایی ، جداسازی اسیدهای آمینه و پپتیدها در بررسی ساختارهای پروتئین کاربد دارد.

 

ـ آزمایش روزمره ادرار و سایر مایعات بدن برای اسید آمینه و قند ، جداسازی بازهای پورین و نوکلئوتیدها در آزمایش اسیدهای نوکلئیک ، جداسازی استرئیدها ، تجزیه عمومی ، تجزیه بسپارها ، تشخیص و ارزیابی فلزات در خاک ها و نمونه های زمین شناسی ، بررسی ترکیبات فنلی در عصاره های گیاهی ، جداسازی آلکالوئیدها ، جداسازی ترکیبات علامت دار به وسیله رادیو ایزوتوپ ها ، کروماتوگرافی کاغذی برای جداسازی مواد فرار غیر فعال مانند هیدروکربن ها و دیگری جداسازی اسیدهای چرب با فراریت بیشتر مناسب نمی باشد.

[Mohammad Aref 120,438]

روماتوگرافی ستون مویین (Capillary Column Chramatography)

اطلاعات اولیه

گولای نظریه و موارد استعمال ستون های مویین را برای اولین بار ارائه داده به طور نظری ، برای ستونی که دارای یک لوله مویین طویل با جدار داخلی پوشانده شده از لایه نازکی از فاز ساکن است کارایی بسیار بالایی پیش بینی می شود و این پیش بینی در عمل به اثبات رسیده است.

 

برای انجام کروماتوگرافی ستون مویین ، تغییراتی باید انجام گیرد. این تغییرات شامل روش مخصوصی برای وارد کردن نمونه ، خود ستون مویین و استفاده از یک آشکارساز خیلی حساس با حجم کوچک و پاسخ سریع است.

 

نمونه در ستون مویین

وقتی که از یک ستون مویین استفاده می شود، چون مقدار فاز ساکنی که می تواند در دیواره های ستون نگه داشته شود، کم است. بنابراین ، برای اندازه های نمونه باید خیلی کوچک باشد. برای اینکه مقدار نمونه وارد شده به ستون قابل تکرار باشد و در عین حال ، برای کارایی ستون ، به اندازه کافی کم باشد، ساده ترین راه ، استفاده از یک وسیله تقسیم کننده جریان است. تقسیم جریان باید خطی باشد. یعنی ، بدون در نظر گرفتن تغییرات دما ، سرعت عبور ، اندازه نمونه ، نسبت تقسیم و غیره ، قسمتی از هر جزء مخلوط که به ستون می رسد باید برابر با قسمتی از گاز حامل باشد که از ستون عبور می کند.

 

درصورت بهره برداری کامل ، ستون های مویین به خوبی می توانند حداکثر قدرت را در جداسازی مواد به روش های کروماتوگرافی نشان دهند. ستون های مویین می توانند مؤثرتر از ستون های پر معمولی باشند. قدرت جداسازی مواد ستون های مویین پنج برابر ستون های معمولی است و زمان جداسازی مواد کمتر است. ستون های مویین در دماهای پایین تر از آنچه که معمولا با یک ستون پر امکان دارد، به علت نیاز به مقادیر فوق العاده کمی از نمونه ، قادر به جداسازی مواد مخلوط ها هستند. استفاده از آشکارسازهای بسیار حساس ، ستون های معمولی را نیز قادر می سازد که در دماهای پایین تز از دمای نرمال عمل کنند، زیرا در این صورت هم نمونه های بسیار کم را می توان به کار برد.

 

جداسازی مواد

شرایط لازم برای یک آشکارساز خوب ، حساسیت بالا ، حجم کوچک و پاسخ سریع است و این سه معیار در اغلب آشکارسازهای پوشش وجود دارند. زمان لازم برای بعضی از جداسازی ها آنقدر کوتاه است و اجزای جدا شده با چنان سرعتی از ستون خارج می شوند که ثبات های معمولی پتانسیل سنجی قادر به همگامی با علائم حاصل از آشکارساز نیستند. در چنین مواردی از دستگاه دیگری مانند یک نوسان کننده اشعه کاتد برای نمایش علائم می توان استفاده کرد. با اینکه چنین سرعت زیادی شاید اغراق آمیز باشد ولی باز هم مصلحت است که از یک ثبات با سریع ترین سرعت پاسخ ممکن استفاده شود.

 

معایب استفاده از ستون مویین

معایب استفاده از یک ستون مویین بیشتر مربوط به ریزه کاری هر روش است. یعنی احتیاط بیشتری در عمل لازم است. به عنوان مثال ، وارد کردن نمونه های خیلی کم به ستون بطور تکرار پذیر مشکل است. و جمع آوری سطح مخصوص حداقل ۱ است. آکنه ای که بسیار در کروماتوگرافی استفاده می شود خاک دیاتومه ای است. با کاهش اندازه آکنه ها بازده ستون افزایش می یابد. اختلاف فشار مورد نیاز برای حفظ شدت جریان گاز حاصل با توان دوم اندازه ذرات نسبت عکس دارد.

 

کاربرد

کروماتوگرافی مخصوصا در مطالعات آلودگی محیط زیست اهمیت دارد زیرا بسیاری از آلوده کننده ها مانند ترکیبات آلی فسفر و هیدروکربن های کروماتوگرافی گازی مخصوصا برای جداسازی ترکیبات آلی ، و تعداد کمی از مخلوط های معدنی به کار می رود، بنابراین پیشرفت های بیشتری در این رشته امکان پذیر است. امروزه کروماتوگرافی گازی بیشتر برای شناسایی اجسام پیچیده مانند بسپارها و مواد زیستی به کار می رود.

 

به این ترتیب که ابتدا این اجسام را در شرایط به دقت استاندارد شده گرما کافت می کنند و به دنبال آن محصولات گازی حاصل را در یک کروماتوگارف گازی جدا کرده، کروماتوگرام ویژه جسم را به دست می آورند. کاربردهای زیست پزشکی کروماتوگرافی گازی برای تشخیص طبی مطالعات بی نظمی های متابولیک و همچنین کاربرد آن در علوم جرم شناسی برای تشخیص داروهای تحریک کننده سیستم عصب مرکزی و الکل ها می باشد.

 

منبع: aftab.ir

[mohitzist iran 2,176]

ممنون بابت مطالب خوبتون

میشه بگید مطالب رو از چه کتاب یا مقاله ای گرفتید؟

[Mohammad Aref 120,438]

ممنون بابت مطالب خوبتون

میشه بگید مطالب رو از چه کتاب یا مقاله ای گرفتید؟

 

منبع رو در انتها آوردم. از سایت آفتاب

[mohitzist iran 2,176]

منبع رو در انتها آوردم. از سایت آفتاب

دقت نکرده بودم، ممنون

گفتم شاید از کتاب یا مقاله باشه که بتونم برای رفرنس دهی ازش استفاده کنم