کروماتوگرافی (chromatoghraphy) ، در زبان یونانی chroma یعنی رنگ و grophein یعنی نوشتن است.
اولین روشهای کروماتوگرافی در سال 1903 بوسیله میخائیل سوئت ابداع و نامگذاری شد. او از این روش برای جداسازی مواد رنگی استفاده کرد. مارتین و سینج در سال 1952 به پاس اکتشافاتشان در زمینه کروماتوگرافی جایزه نوبل دریافت کردند.
توصیف کروماتوگرافی
کروماتوگرافی را به دلیل اینکه در برگیرنده سیستمها و تکنیکهای مختلفی است نمیتوان به طور مشخص تعریف کرد. اغلب جداسازیها بر مبنای کروماتوگرافی بر روی مخلوطهایی از مواد بیرنگ از جمله گازها صورت میگیرد. کروماتوگرافی متکی بر حرکت نسبی دو فاز است ولی در کروماتوگرافی یکی از فازها بدون حرکت است و فاز ساکن نامیده میشود و دیگری را فاز متحرک مینامند. اجزای یک مخلوط به وسیله جریانی از یک فاز متحرک از داخل فاز ساکن عبور داده میشود. جداسازیها بر اساس اختلاف در سرعت مهاجرت اجزای مختلف نمونه استوارند.
روشهای کروماتوگرافی
روشهای کروماتوگرافی را میتوان ابتدا بر حسب ماهیت فاز متحرک و سپس بر حسب ماهیت فاز ساکن طبقهبندی 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 مینامند.
انواع کروماتوگرافی
هر یک از چهار نوع اصلی کروماتوگرافی انواع مختلف دارد:
کروماتوگرافی مایع – جامد،کروماتوگرافی جذب سطحی ،کروماتوگرافی لایه نازک ،کروماتوگرافی تبادل یونی ،کروماتوگرافی ژلی،کروماتوگرافی گاز – جامد،کروماتوگرافی مایع – مایع،کروماتوگرافی تقسیمی ،کروماتوگرافی کاغذی،کروماتوگرافی گاز- مایع،کروماتوگرافی گاز – مایع ،کروماتوگرافی ستون مویین .
مزیت روشهای کروماتوگرافی
با روشهای کروماتوگرافی میتوان جداسازیهایی را که به روشهای دیگر خیلی مشکل میباشند انجام داد. زیرا اختلافات جزئی موجود در رفتار جزئی اجسام در جریان عبور آنها از یک سیستم کروماتوگرافی چندین برابر میشود. هر قدر این اختلاف بیشتر شود قدرت جداسازی مواد بیشتر و برای انجام جداسازی مواد نیاز کمتری به وجود اختلافات دیگر خواهد بود.
مزیت کروماتوگرافی نسبت به ستون تقطیر این است که نسبتا آسان میتوان 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 میتواند در عرض چند دقیقه یا چند ساعت انجام گیرد.
یکی از مزایای برجسته روشهای کروماتوگرافی این است که آنها آرام هستند. به این معنی که احتمال تجزیه مواد جداشونده به وسیله این روشها در مقایسه با سایر روشها کمتر است.
مزیت دیگر روشهای کروماتوگرافی در این است که تنها مقدار بسیار کمی از مخلوط برای تجزیه لازم است به این دلیل روشهای تجزیهای مربوط به جداسازی مواد کروماتوگرافی میتوانند در مقیاس میکرو و نیمه میکرو انجام گیرند.
روشهای کروماتوگرافی ساده سریع و وسایل مورد لزوم آنها ارزان هستند. مخلوطهای پیچیده را میتوان نسبتا به آسانی به وسیله این روشها به دست آورد.
مواد نوع کروماتوگرافی ،مواد شیمیایی مشابه کروماتوگرافی تقسیمی ،مواد شیمیایی غیر مشابه کروماتوگرافی جذب سطحی ،گازها و اجسام فرار کروماتوگرافی گازی ،مواد یونی و معدنی
کروماتوگرافی تبادل یونی در ستون،کروماتوگرافی کاغذی یا لایه نازک،الکترفورز ناحیهای
مواد یونی و غیر یونی کروماتوگرافی تبادل یون یا ژلی ،مواد زیستی و ترکیباتی با جرم مولکولی نسبی بالا کروماتوگرافی ژلی الکتروفورز .
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 روشهای سادهتر مانند کروماتوگرافی کاغذی و لایه نازک امتحان میشوند. زیرا این روشها در صورتی که مستقیما قادر به جداسازی مواد نباشند نوع سیستم کروماتوگرافی را که جداسازی مواد بوسیله آن باید صورت بگیرد، مشخص میکنند آنگاه در صورت لزوم از روشهای پیچیدهتر استفاده میشود. از فهرست زیر میتوان به عنوان یک راهنمای تقریبی استفاده کرد.
در جداسازیهای مشکل وقتی که روشهای ساده فاقد کارایی لازم هستند روش کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا (HPLC) می تواند جوابگو باشد.
کروماتوگرافی کاغذی (paper chromatoghraphy)
کروماتوگرافی کاغذی یک روش میکرویی است. به عنوان تکیه گاه فاز ایستا از سلولز خالص به شکل کاغذ صافی ویژه استفاده می شود. تکیه گاه باید از خلوص و یکنواختی زیاد برخوردار باشد. هریک از انواع این تکیه گاه ها بر حسب ضخامت و قابلیت مکش از یکدیگر متمایز می شوند. در اکثر موارد به عنوان فاز ایستا از آب که خودبه خود روی رشته های سلولز وجود دارد استفاده می شود. همچنین می توان حلال دیگری را به عنوان فاز ایستا روی کاغذ مالید ( روغن سیلیکون ، پارافین و نفت ) جسم روی نقطه شروع کاغذ آورد ه می شود. جداسازی از طریق جریان فاز متحرک صورت می گیرد ( ظهور). کروماتوگرافی کاغذی در یک محفظه بسته انجام می گیرد که اتمسفر آن باید کاملا از همه اجزا ء سازنده سیستم حلال مورد استفاده اشباع باشد. محل لکه های جسم پس از خاتمه ی ظهور به به وسیله مقدار ( نسبت خطوط مقدم ) مشخص می شود. مقدار برای هر ترکیب مقدار مشخصی است. مقادیر که به شدت تابع حلال و اثرهای دما و همچنین جنس کاغذ هستند اغلب به دشواری تکرار پذیرند. به همین علت روی یک کروماتوگرام مواد ناشناخته یک جسم شناخته شده نیز حرکت می دهند. کروماتوگرافی کاغذی برای تعیین خلوص اجسام نیز بسیار مناسب است بدین منظور توصیه می شود جسم مورد آزمایش حداقل با دو سیستم حلال متفاوت کروماتوگرافی شود. یک خصوصیت ویژه روش کروماتوگرافی کاغذی این است که چیزی مربوط به محلول یا گاز خارج شده از ستون که در سیستمهای معمول مایع یا گاز با آن برخورد میکنیم وجود ندارد. ترکیبات جدا شده روی کاغذ مکانیابی و شناسایی میشوند در نتیجه ، جداسازی به طور نسبتا دائم در روی کاغذ ثبت میشود. در این روش اجزای جدا شده جمع آوری نمیشوند و احتیاجی به وسایل پیچیده کنترل پیوسته نیست. اندازه گیری کمی ترکیبات جدا شده را میتوان روی کاغذ انجام داد ولی اگر بخواهند اجرای را از کاغذ خارج کنند تنها لازم است که قسمت مربوط به هر یک از اجسام را از کاغذ ببرند و هر یک را به طور جداگانه بشویند.
قطرهای ازمحلول حاوی مخلوطی که باید جدا شود را روی یک صفحه یا نوارکاغذ صافی درمحل علامت گذاری شده قرار میدهند. در این محل ، قطره به صورت یک لکه حلقوی پخش میشود. 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 میکند و نکته مهم این است که سطح کاغذ نباید کاملا به وسیله حلال پوشانده شود. زیرا در این صورت ، اصلا جدا سازی صورت نمیگیرد یا نواحی خیلی پخش میشوند. 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 میکنند و میگذارند تا صفحه خشک شود. وقتی که محلهای مناطق جدا شده آشکار شدند لازم است که هر یک از اجسام به طور جداگانه شناسایی شوند. در موارد ایدهآل ، هر جسم با واکنشگر مکانیاب ، رنگ مخصوصی میدهد که در مورد مواد معدنی بیشتر و درمورد مواد آلی کمتر مشاهده میشود. سادهترین روش شناسایی بر اساس مقدار Rf یعنی نسبت فاصله طی شده به وسیله جبهه حلال است .
کروماتوگرافی لایه نازک (TLC)کروماتوگرافی لایه نازک نوعی کروماتوگرافی جذبی جامد – مایع است واصول آن مانند کروماتوگرافی ستونی است.ولی دراین موردجسم جاذب جامدرابه صورت یک لایه نازک در روی یک قطعه شیشه یا پلاستیک محکم پخش میکنند.یک قطره ازمحلول نمونه یامجهول رادر نزدیکی لبه صفحه میگذارندو صفحه راهمراه مقدارکافی ازحلال استخراج کننده درظرفی قرار میدهند.
مقدار حلال باید آنقدر باشد که فقط به سطح زیر لکه برسد .حلال به طرف بالای صفحه میرود و اجزاء مخلوط را با سرعتهای متفاوت با خود میبرد. در نتیجه ممکن است تعدادی لکه روی صفحه ظاهر شود. این لکه ها روی یک خط عمود بر سطح حلال ظرف قرار میگیرند .
این روش کروماتوگرافی بسیار آسان است و به سرعت هم انجام میشود. این روش برای تفکیک اجزاء یک مخلوط بسیار مفید است و همچنینی میتوان از آن برای تعیین بهترین حلال استخراج کننده جهت کروماتوگرافی ستونی استفاده کرد.
در TLC میتوان از همان مواد جامد که در کروماتوگرافی ستونی استفاده میشود استفاده کرد و در این میان سیلیکا و آلومینا بیشتر به کار میرود. معمولا جسم جاذب را با مقدار کمی از ماده نگهدارنده مانند گچ شکسته بندی، کلسیم سولفات و یا نشاسته مخلوط میکنند تا جسم جاذب چسبندگی لازم را پیدا کند و به صفحه بچسبد. صفحه ها را میتوان قبل از مصرف تهیه کرد و یا از ورقه های پلاستیکی آماده که در بازار موجود است استفاده نمود.
یکی از مزایای مشخص TLC آن است که احتیاج به مقدار بسیار کمی از نمونه دارد. در بعضی موار میتوان تا مقدار 9-10 گرم را تشخیص داد. اما ممکن است اندازه نمونه تا 500 میکرو گرم برسد. در نمونه های زیاد میتوان از تجربه های تهیه ای استفاده کرد.
در این تجربه ها لکه های مختلف را میتراشند و با یک حلال مناسب میشویند (استخراج میکنند). و برای شناسایی (از طریق طیف سنجی) به کار میبرند.
تشخیص لکه های رنگین در روی کروماتوگرام آسان است و برای تعیین محل لکه های اجسام بیرنگ روشهای متعددی وجود دارد. برای مثال میتوان با تابش نور ماوراء بنفش به صفحه محل لکه، ترکیبهایی را که خاصیت فلوئورسانس دارند مشخص کرد. به روش دیگر میتوان جسم جاذب را با ماده فلوئورسانس دار بی اثر دیگری مخلوط کرد. هنگامی که نور ماوراء بنفش به این صفحه بتابد، لکه اجسامی که نور ماورای بنفش را جذب می کنند ولی خاصیت فلوئورسانس ندارند در زمینه فلورسانس دار صفحه به صورت تیره رنگ ظاهر میشوند. در بسیاری موارد دیگر، از معرفهای آشکارساز دیگری استفاده میکنند.این معرفها را میتوان بر روی کروماتوگرام پاشید و لکه ها را ظاهر کرد. سولفوریک اسید، که بسیاری از ترکیبات آلی را به ذغال تبدیل میکند و محلول پتاسیم پرمنگنات نمونه هایی از معرفهای آشکار ساز هستند که به این روش مصرف میشوند. ید نیز معرف آشکار ساز دیگری است که مصرف میشود. در این مورد صفحه را دز ظرفی میگذارند که محیط آن از بخار ید اشباع باشد. بسیاری از ترکیبات آلی ید را جذب میکنند و لکه آنها روی کروماتوگرام رنگین (معمولا قهوه ای) میشود. در شرایط معین سرعت حرکت ترکیب نسبت به سرعت پیشرفت حلال (Rf) خاصیت مشخصی از ترکیب است. برای تعیین این مقدار مسافتی را که جسم از خط شروع تا وسط لکه را طی کرده است اندازه میگیرند و آنرا به مسافتی که حلال پیموده تقسیم میکنند. این مسافت را با خط شروع یکسانی میسنجند.
