نظرة عامة عن الكروماتوجرافي

بواسطة محمد طويله
14/05/2016

تعريف عام:

لنفرض أن هناك سباق بين بعض اللاعبين في الركض، ما هي المؤهلات التي تجعل أحد اللاعبين يسبق الآخرين؟ ستقول إن بعض اللاعبين أسرع من الآخرين نظرًا لوزنهم الخفيف، أو أن لديهم جسد جيد يُمكِّنُهم من الحركة بسرعة في السباق، كما ستتتابع المميزات التي يتميز بها لاعب عن الآخر. في الكيمياء أيضًا تُستخدم سرعة المواد ومميزات كل مادة للتحرك بسرعةٍ ما في الأوساط المختلفة ليمكن فصل المواد المختلفة من بعضها البعض. حيث يمكن لبعض المركبات الحركة بسرعةٍ أكبر من المركبات الأخرى. هذاالأمر هو أحد أهم المبادئ في الكروماتوجرافي.

لنُلقي الآن نظرةً عامة على «الكروماتوجرافي». الكروماتوجرافي هو طريقة لفصل المكونات أو المواد المذابة في محلولٍ أو وسطٍ ما، وتعتمد في الأساس على سرعة المكونات المختلفة وفقًا لبعض الخصائص التي تمتلكها بعض المركبات. يوجد في هذا الأسلوب من الفصل مكونان أساسيان هما الوسط المتحرك (mobile phase) والوسط الثابت (stationary phase). يمكن للوسط المتحرك أن يكون سائلًا أو غازًا، والوسط الثابت يمكن أن يكون صلبًا أو سائلًا حيث يختلفان تبعًا لطريقة الفصل وطبيعة المواد المراد فصلها.⁽¹⁾

بداية ظهوره وتطوره:

بداية ظهور هذه الطريقة في فصل المكونات كانت لفصل المكونات المختلفة للصبغات ومعرفة تكوينها؛ حيث استخدمها الكيميائيون الذين يُحضِّرون الصبغات لكي يختبروا الصبغات المختلفة التي يتم تحضيرها وقياس جودتها. حيث استخدموا ورق الفلترة لوضع قطرةٍ من الصبغة عليه، ومع انتشار الصبغة على الورقة تظهر الألوان المختلفة للمواد التي تُكوِّن الصبغة.⁽¹⁾

http://blacksciencenetwork.com/m/articles/view/Are-Black-Markers-Really-Black

خلال القرن التاسع عشر، قام بعض الكيميائيون بمحاولة فهم كيفية عمل هذه الطريقة والسبب في ظهور دوائر مختلفة الألوان على أوراق الفلترة عند وضع قطرة من الصبغة عليها. بعد ذلك في بداية القرن العشرين تعرف العالم ميخائيل تسفيتMikhail S. Tsvet على الأساس الفيزيائي الكيميائي للفصل، وقام بتطبيقه بطريقة منظمة في فصل بعض أصباغ النباتات. يرجع الفضل لهذا العالم الروسي في معرفة الأساس الذي تعمل به هذه الطريقة وتعدد التطورات فيها فيما بعد، إلى أن أصبحت من أهم الطرق المستخدمة في العديد من المجالات. حيث ظهر فيما بعد الفصل بالسيليكا جيل، وطريقة فصل الغازات، والفصل باستخدام طبقة رقيقة (thin-layer chromatography) وغيرها العديد.

كيفية عمله:

إحدى الأساسيات التي يعتمد عليها الكروماتوجرافي هي الانتقال المستمر للجزيئات المراد فصلها بين الوسط المتحرك والوسط الثابت. يحدث هذا التحرك المستمر بسبب أن الجزيئات تقوم بالارتباط بالوسط المتحرك لبعض الوقت ثم ترتبط بالوسط الثابت لبعض الوقت، وتختلف مدة الارتباط على حسب المادة. الوقت الذي تستغرقه الجزيئات في الارتباط بأحد الوسطين هو ما يحدد سرعتها في التحرك للأمام. حيث تكون الجزيئات التي ترتبط بالوسط المتحرك لوقتٍ أطول أسرع من تلك التي ترتبط لوقتٍ أقل بالوسط المتحرك، ووقتٍ أطول بالوسط الثابت، حيث يعطل الارتباط لوقت طويل بالوسط الثابت الجزيئات التي ترتبط به مما يؤدي إلى تخلفها عن الجزيئات الأخرى. بهذه الطريقة يتم الفصل بين المواد المختلفة، فإذا كان لدينا خليط من عدة مواد ونريد فصل هذه المواد عن بعضها البعض، نقوم بتحديد الخصائص المختلفة لكلٍّ من المواد في الخليط، بعد ذلك نحدد الوسط المناسب لفصل هذه المواد عن بعضها البعض بحيث يكون ارتباط المكونات المختلفة بالوسط يختلف من مادة لأخرى.

الصورة التي أمامنا هي توضيحٌ بسيط لما شرحناه سابقًا. لدينا هنا مادتين مختلفتين نريد فصلهما من بعضهما البعض ويمثلهما الكرات الحمراء والمثلثات الزرقاء. المنطقتان اللبنيتان تُمثلان الوسط الثابت، والمنطقة البيضاء التي بينهما تمثل الوسط المتحرك. في هذه الصورة نرى أن المثلثات الزرقاء أكثر ارتباطًا بالوسط المتحرك؛ مما يجعلها أسرع في الحركة. أما الكرات الحمراء فهي أكثر ارتباطًا بالوسط الثابت مما يجعل حركتها مع الوسط المتحرك أكثر صعوبة.

في نهاية الأمر يتم استقبال المادة التي تصل أولًا وفصلها، ثم استقبال المادة التي تليها وهكذا. وبهذا يكون السباق قد انتهى بين مواد الخليط.

http://www.slideshare.net/ganapati123/vandeemeter-equation

في ماذا يمكن ان يستخدم:

تعتمد الكثير من العلوم والصناعات المختلفة على الكروماتوجرافي في الفصل بين المواد مثل الأحياء والكيمياء وصناعة البترول. حيث يستخدم في الأحياء لمعرفة المكونات الكيميائية للمواد العضوية وأيضا لفصل المواد العضوية المختلفة من بعضها البعض لدراستها بطريقة أسهل وأكثر فعالية. إستخدامه في صناعة البترول يكون لفصل خليط الهيدروكربونات المعقد وإتاحة طريقة لتحليله ومعرفة مكوناته. وفي الكيمياء تستخدم هذه الطريقة لفصل المكونات المختلفة من بعضها البعض لتحليلها ومعرفة ماهيتها. أو فصلها لإستخدامها في تطبيق ما أو لدراسة خصائص المكونات المختلفة.

تتمثل أهمية الكروماتوجرافي في التطبيقات بأنه قادرٌ على فصل الكميات الصغيرة جدًا في الخليط واكتشافها، كما يمكنه فصل المواد بدون التغيير في خصائصها. أيضًا يمكن لهذه الطريقة الفصل بين العديد من المكونات في وقتٍ واحد دون الحاجة لاستخدام عدة طرق. لا تقوم هذه الطريقة بفصل مكونات السوائل فقط ولكن يمكنها أيضًا فصل مكونات الغاز من بعضها البعض وكل خليط من المواد يكون له طريقة مختلفة عن الأخرى.

أنواعه:

يوجد العديد من أنواع الكروماتوجرافي المستخدمة وكلٌّ منها له استخداماته الهامة. سنذكر هنا أهم وأشهر الأنواع المستخدمة وهي:

الكروماتوجرافيا الورقية:

تعتمد هذه الطريقة على استخدام ورقة مثل ورق الفلترة لفصل المكونات من بعضها البعض. حيث يوضع جزء من المادة على الورقة ثم توضع الورقة في محلول، ومع ارتفاع المحلول خلال الورقة تبدأ المكونات بالانفصال عن بعضها البعض.

كروماتوجرافيا الطبقة الرقيقة:

طريقة عملها مشابهة للكروماتوجرافيا الورقية.

كروماتوجرافيا الغاز:

تعمل هذه الطريقة على فصل المكونات المختلفة عن طريق الغاز. حيث يُستخدم غاز خامل مثل الهيليوم لدفع المكونات المختلفة للمادة بسرعة معينة. وكما شرحنا من قبل، تختلف سرعة المكونات المختلفة حسب طبيعتها وبهذا يمكن فصلها.