ما هو الفصل الكروماتوجرافي

ما هو الفصل الكروماتوجرافي

الفصل الكروماتوجرافي (بالإنجليزية: Chromatography)، هي طريقة مستخدمة في عالم الكيمياء بهدف تحليل المركبات المتجانسة والمخاليط المختلفة إلى مكوناتها الأصلية، من خلال التحكّم بمعدلات ذوبان Solubility أو امتزاز Adsorption المكوّنات حيث تميل بعض المواد إلى الذوبان بينما يميل بعضها الآخر يميل للامتزاز، وبمعرفة ذلك يمكن تحديد الوسط الملائم لفصل هذه المكونات والحصول على كلّ منها بشكل منفصل.[١]

وكان أول من اكتشف وجود هذه الظاهرة هم الصبّاغين، حيث لاحظوا أن الصبغة يمكن أن ألوانًا مختلفة حين يتم غمس الخيوط أو الأقمشة فيها، ولاحظوا أيضًا أن البقعة من الصبغة تنتج دوائر مركزية ملوّنة.[٢]

من العوامل التي تؤثر على الفصل الكروماتوجرافي: [٣]

• ضغط البخار.
• قطبية الطور الثابت وقطبية المواد المراد فصلها.
• درجة حرارة عمود الكروماتوجرافي.
• طول عمود الكروماتوجرافي.
• معدّل تدفّق الغاز في الطور المتحرك.
• كمية المادة المراد فصلها.

ظاهرة الفصل الكروماتوجرافي ظهرت قديمًا وهي الآن من الطرق الهامّة في علم الكيمياء والتي يتم استخدامها لفصل المواد وتحليلها للحصول على مكوناتها الأم كلًّا على حدة.

لماذا يُستخدم الفصل الكروماتوجرافي

الفصل الكروماتوجرافي يستخدم أساسًا لفصل المواد، والهدف من ذلك هو معرفة مكوّنات كل مادة سواء كانت عضوية أو غير عضوية، فالمحلول الذي قد يبدو وِحدة واحدة هو بالأصل مجموعة من الوِحدات التي تظافرت لإنتاجه، وتستخدم للكشف عن وجود مادة معينة يتم البحث عنها في محلول وهذا أمر مهم ليس فقط بالنسبة للكيمائيين بل لها العديد من الاستخدامات مثل: [٤]

• يتم استخدامها في عالم الجرائم من قِبَل المحققين في محاولاتهم لفك لغز الجريمة وذلك بالبحث عن وجود مادة كالرصاص أو الكحول في محاليل مختلفة.
• مهمّة في الأبحاث بيئية لتحليل مكونات مياه الأنهار مثلًا.
• تستخدم في الطبّ الشرعيّ.
• الكشف عن مدى صلاحيّة الأغذية للأكل بعد استخدام المبيدات للتأكد من وجود بقايا.

الفصل الكروماتوجرافي له العديد من الاستخدامات الهامّة في مختلف المجالات بالاعتماد على استخدامه الأساسي وهو فصل المواد إلى مكوّناتها الأساسية.

ما هي أطوار في الفصل الكروماتوجرافي

يعتمد الفصل الكروماتوجرافي بشكل أساسي على تقسيم المركبّات إلى أقسام مجزّأة بين طورين هما؛ الطور الثابت والمتحرك الذي يعبر الطور الثابت ويخلّفه وراءه[٥].

الطور الثابت

الطور الثابت (بالإنجليزية: Stationary phase)، يتميّز الطور الثابت بثباته وبقائه ساكنًا في مكانه ويصبح بمثابة عائق لحركة جزء من مكوّنات الخليط خاص ّة المكونات التي ليس لديها قابلية للذوبان بشكل كبير فيه مما يجعلها بطيئة وتتأخر عن غيرها.[٦]

الطور المتحرّك

الطور المتحرّك (بالإنجليزية: Mobile phase)، يعمل هذا الطور على نقل جزء من مكوّنات الخليط، وتتحرك المواد التي لديها قابلية للذوبان في هذا الطور بشكل أسرع من غيرها وكلما كانت قابلية المادة للذوبان أعلى تحرّكت بشكل أسرع وبتفاوت الذوبان تنفصل المكوّنات.[٦]

يتم الفصل الكروماتوجرافي بالاعتماد على قابلية المواد للذوبان، فالمواد التي تذوب بشكل أسرع تلتحق بالطور المتحرك تاركة المواد غير الذائبة أو الأقل ذائبية تتحرك ببطء خلفها وهذا ما يجعل الفصل عملية سهلة غير معقدّة حيث يتم التحكّم بهذين الطورين حسب المطلوب.

ما هي طرق الفصل الكروماتوجرافي؟

للفصل الكروماتوجرافي 4 أنواع أساسية جميعها تعمل بمبدأ فصل المكوّنات بالاعتماد على الطور الثابت والطور المتحرّك، وهي بالتفصيل كما يلي:

كروماتوجرافي السطح المستوي

كروماتوجرفي السطح المستوي (بالإنجليزية: Planar Chromatography)، وسميّت بهذا الاسم بسبب طريقة التطبيق التي تعتمد على وجود طور ثابت موضوع بشكل مستوي[٧]، بدأ هذا النوع من الفصل باستخدام الورق وكان يسمى الكروماتوجرافيا الورقية ثمّ تمّ تطويره ليصبح كروماتوجرافي الطبقة الرقيقة واختصارًا (TLC)، وأخيرًا تمّ تطويره إلى كروماتوجرافيا الطبقة الرقيقة عالية الأداء واختصارًا (HPTLC)[٨]، يستخدم في تطبيقات عدة، منها: [٤]

ومن أهم مميزات كروماتوجرافي السطح المستوي ما يلي: [٨]

• لا تتطلب ثمنًا باهظًا لتطبيقها.
• سهلة التطبيق ولا تحتاج لخبرة كبيرة.
• نتائجها ذات كفاءة عالية.

كروماتوجرافي العمود

كروماتوجرافي العمود (بالإنجليزية: Column Chromatography)، هي طريقة يتم فيها فصل المواد باستخدام طور ثابت يتكوّن عادة من مادة هلامية مثل مادة جل السيليكا، وطور متحرّك مكوّن من مذيبات يتم اختياره حسب المحلول ومكوناته المراد فصلها، وتتفاوت مكوّنات المحلول في سرعة تفاعلها مع الطور الثابت مما يؤدي إلى الانفصال، فمنها ما يتفاعل ومنها ما يبقى مدة طويلة نسبيًا داخل العمود.[٩]

تشمل طريقة العمل وضع مادة الطور الثابت داخل عمود الفصل الكروماتوجرافي، ثمّ البدء بإضافة المحلول المراد فصله ليتم إذابته في مادة الطور المتحرّك، عملية إضافة الطور المتحرّك تكون مستمرّة في العمود، وتتميز المواد المتفاعلة مع الطور الثابت بارتباطها القويّ به وبالتالي يكون فصلها بطيئًا.[١٠]

يستخدم كروماتوجرافي العمود في:

• فصل المركبات الفينولية من المستخلصات النباتية لتنقيتها.[١١]
• فصل البروتينات الموجودة في الحبوب وتمييزها.[١٢]
• تنقية الأدوية التي قد تحتوي على سوائل بيولوجية ضارّة.[١٠]

كروماتوجرافي الغاز

كروماتوغرافي الغاز (بالإنجليزية: Gas Chromatography)، يكون الطور المتحرك عبارة عن مادة غازية والطور الثابت مادة سائلة عالية اللزوجة تغطي مادة صلبة للحصول على مواد نقية جدًا [١٣]، ويمكن استخدام الهيليوم في الطور المتحرّك لتتحرك الغازات من خلاله داخل العمود بهدف تحليلها[٤]، ومن الاستخدامات في هذا المجال:

• التحقق من وجود قنابل في المطارات كما أنه من الطرق المهمة المستخدمة في الطب الشرعيّ.[٤]
• تحديد ومعرفة الثوابت الكيميائية، مثل: التبخير، ضغط البخار وغيرها.[١٤]
• فصل المخاليط والمركبات وتحديد الكم والنوع لكل مكوّن من مكوّناتها.[١٤]
• تحليل الغاز الذي يتدفق في العمليات الصناعية المختلفة.[١٤]

لنجاح كروماتوجرافي الغاز لا بدّ من توافر الشروط الآتية:[١٥]

• ضغط البخار للمركبات (Vapor pressure) يكون عند درجات حرارة لا تزيد عن (350-400) درجة مئوية.
• لا بدّ للمركبات التبخّر بشكل سريع قبل تفاعلها مع أي من الطورين الثابت والمتحرّك.

يستخدم كروماتوغرافي الغاز بشكل واسع ويعود ذلك إلى مميزاته، ومنها: [١٥]

• سهولة تطبيقه.
• دقّته وكفاءته في الفصل والتحليل.

كروماتوجرافي السائل

كروماتوغرافي السائل (بالإنجليزية: Liquid Chromatography)، من طرق التحليل المعروفة يكون فيها الطور الثابت في الحالة الصلبة بينما يكون الطور المتحرك في الحالة السائلة، مما يؤدي إلى انتقال المواد المراد تحليلها عبر الطور الثابت إلى المتحرك بمعدّلات وسرعات مختلفة داخل العمود فتنفصل.[١٦]

وتترتب المكوّنات بحيث تكون المواد ذات التفاعل الأقل مع الطور الثابت موجودة في أبعد نقطة أسفل العمود فالأكثر تفاعلًا فالأكثر، وتبقى المواد المتفاعلة مع الطور الثابت بطيئة المرور ومرتبطة في الجزء العلوي من العمود، ولو كانت المكونّات ملونة فسيتم ملاحظة نطاقات الألوان بشكل واضح.[١٦]

كروماتوجرافي السائل من طرق الفصل التي تستخدم في تطبيقات عدّة مثل:

• اختبارات تحليل مياه الأنهار والبحيرات لمعرفة نسبة التلوّث.[٤]
• عمليات تحليل المركّبات العضوية.[٤]
• الصناعات الطبية والدوائية.[١٧]
• المنتجات الصناعية وتحديد مكوّناتها.[١٧]

ينقسم الفصل الكروماتوجرافي إلى عدة أقسام، منها ما يتم على سطح مستوي باستخدام الورق، والطبقات الرقيقة، ومنها ما يتم تطبيقه باستخدام العمود ويسمى كروماتوجرافي العمود وينقسم إلى نوعين حسب الطور الثابت والمتحرك فيه، هما: الكروماتوجرافي السائل والكروماتوجرافي الغاز، وجميع الأنواع بلا استثناء قائمة على نفس المبدأ وهو وجود الطورين الثابت والمتحرك واختلاف معدلّات تفاعل مكوّنات المواد معها مما يؤدي إلى الانفصال والتحليل.

جهاز الفصل الكروماتوجرافي

يتم استخدام جهاز خاص للقيام بعمليات الفصل الكروماتوجرافي، وفيما يلي آلية عمل جهاز كروماتوجرافي الغاز بالتفصيل: [١٨]

• يُحقن الغاز من أنبوبة خارجية إلى داخل الجهاز، ويقوم هذا الغاز بدور الطور المتحرك في كروماتوجرافي الغاز.
• عمليات حقن الغاز تتمّ بمعدلّات تدفق مدروسة حتى يقوم الجهاز بأفضل عملية فصل ممكنة للمواد.
• يتم دخول الغاز إلى جهاز الفصل بعد مروره بالأنبوب حتى وصوله عبر مدخل خاص .
• المادة المراد فصلها تُحقن داخل الجهاز في الغاز الخامل فتتبخّر مباشرة وتصبح بالحالة الغازية.

• ثم تمر الغازات المراد فصلها داخل أنبوب الفصل في الجهاز، ويُطلى هذا الأنبوب بمادة الطور الساكن المطلوبة لإكمال عمليات الفصل، يتراوح طول الأنبوب بين (30-60) متر، ويجب الحفاظ على درجة حرارته مرتفعة لضمان بقاء العينة بشكلها الغازي ويتحقّق ذلك من خلال تواجده داخل فرن خاص .
• تبدأ العينة بالانفصال، وتتفاوت سرعة مكوّناتها التي تعبر الأنبوب، ويتم معرفة ذلك من خلال وجود الكواشف على اختلاف أنواعها.
• يتم ربط الجهاز عادة بجهاز لتحليل البيانات وتسجيلها على شكل مخططات يظهر فيها المواد المنفصلة ونسبة كل منها داخل العينة.

يسّهل وجود جهاز الفصل الكروماتوجرافي القيام بعمليات الفصل بدقة والحصول على نتائج مرسومة مع إمكانية أخذ القراءات بالأرقام بشكل سريع.

المراجع[+]

1. ↑ “Principles of chromatography”, khanacademy. Retrieved 19-3-2021. Edited.
2. ↑ “Chromatography”, britannica. Retrieved 19-3-2021. Edited.
3. ↑ “Gas Chromatography Theory”, chem.ucla. Retrieved 19-3-2021. Edited.
4. ^ أ ب ت ث ج ح “Chromatography”, soinc. Retrieved 19-3-2021. Edited.
5. ↑ “CHROMATOGRAPHIC METHODS”, web.njit. Retrieved 19-3-2021. Edited.
6. ^ أ ب “Chromatography”, libretexts. Retrieved 19-3-2021. Edited.
7. ↑ “Classification of Chromatographic Techniques”, sciencedirect. Retrieved 19-3-2021. Edited.
8. ^ أ ب “FORENSIC SCIENCES | Questioned Documents”, sciencedirect. Retrieved 19-3-2021. Edited.
9. ↑ “Column chromatography”, igem. Retrieved 19-3-2021. Edited.
10. ^ أ ب “Column (or Liquid–Solid) Chromatography”, sciencedirect. Retrieved 19-3-2021. Edited.
11. ↑ “4.2. Polyvinylpolypyrrolidone”, sciencedirect.
12. ↑ “4.4.3 Column Chromatography”, sciencedirect. Retrieved 19-3-2021. Edited.
13. ↑ “Chromatography”, encyclopedia. Retrieved 19-3-2021. Edited.
14. ^ أ ب ت “Gas chromatography”, britannica. Retrieved 19-3-2021. Edited.
15. ^ أ ب “Gas chromatography”, sciencedirect. Retrieved 19-3-2021. Edited.
16. ^ أ ب “Liquid Chromatography”, libretexts. Retrieved 19-3-2021. Edited.
17. ^ أ ب “Development and Application of Liquid Chromatography in Life Sciences”, longdom. Retrieved 19-3-2021. Edited.
18. ↑ “Chromatography”, explainthatstuff. Retrieved 19-3-2021. Edited.