کروماتوگرافی چیست؟

کروماتوگرافی یک تکنیک آزمایشگاهی است که برای جداسازی اجزای مختلف یک مخلوط به کار می‌رود.

کروماتوگرافی یک تکنیک آزمایشگاهی است که برای جداسازی اجزای مختلف یک مخلوط به کار می‌رود. این تکنیک بر اساس تفاوت در سرعت حرکت مولکول‌های مختلف در یک سیستم خاص عمل می‌کند.

اصل کار

در کروماتوگرافی، دو فاز وجود دارد:

فاز ثابت: یک ماده جامد یا مایع که به صورت ثابت بر روی یک سطح یا در داخل یک ستون قرار دارد.
فاز متحرک: یک سیال (مایع یا گاز) که حاوی نمونه مورد آزمایش است و از روی فاز ثابت عبور می‌کند.

مولکول‌های مختلف موجود در نمونه با فاز ثابت برهمکنش‌های متفاوتی برقرار می‌کنند. برخی از مولکول‌ها بیشتر به فاز ثابت جذب می‌شوند و کندتر حرکت می‌کنند، در حالی که برخی دیگر کمتر جذب می‌شوند و سریع‌تر حرکت می‌کنند. این تفاوت در سرعت حرکت باعث جداسازی اجزای مخلوط می‌شود.

انواع کروماتوگرافی

کروماتوگرافی انواع مختلفی دارد که هر کدام برای جداسازی انواع خاصی از مواد به کار می‌رود. برخی از انواع مهم کروماتوگرافی عبارتند از:

کروماتوگرافی کاغذی: در این روش، یک نوار کاغذی به عنوان فاز ثابت و یک حلال به عنوان فاز متحرک استفاده می‌شود.
کروماتوگرافی ستونی: در این روش، فاز ثابت درون یک ستون قرار دارد و فاز متحرک از بالای ستون عبور می‌کند.
کروماتوگرافی گازی: در این روش، فاز متحرک یک گاز بی‌اثر است و فاز ثابت معمولاً یک مایع است که بر روی یک جاذب جامد پوشانده شده است.
کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا (HPLC): این روش قدرتمندترین نوع کروماتوگرافی است و برای جداسازی ترکیبات آلی و بیولوژیکی پیچیده به کار می‌رود.

کاربردهای کروماتوگرافی

کروماتوگرافی کاربردهای بسیار گسترده‌ای در صنایع مختلف دارد، از جمله:

صنعت داروسازی: برای جداسازی و خالص‌سازی ترکیبات دارویی
صنعت غذایی: برای آنالیز ترکیبات موجود در غذاها و نوشیدنی‌ها
صنعت پتروشیمی: برای آنالیز محصولات نفتی و پتروشیمی
زیست‌شناسی و پزشکی: برای جداسازی پروتئین‌ها، اسیدهای نوکلئیک و سایر بیومولکول‌ها

مزایای کروماتوگرافی

جداسازی دقیق و موثر: کروماتوگرافی می‌تواند حتی ترکیبات بسیار مشابه را از هم جدا کند.
حساسیت بالا: امکان تشخیص مقادیر بسیار کم از مواد را فراهم می‌کند.
سرعت بالا: در برخی از انواع کروماتوگرافی، جداسازی در زمان بسیار کوتاهی انجام می‌شود.
کاربرد گسترده: در صنایع مختلف و برای طیف وسیعی از مواد قابل استفاده است.

اصول تئوری

کروماتوگرافی بر اساس اصل ساده‌ای عمل می‌کند: مولکول‌های مختلف با سرعت‌های متفاوتی در یک سیستم متشکل از دو فاز حرکت می‌کنند. این تفاوت در سرعت، اساس جداسازی اجزای یک مخلوط را فراهم می‌کند.

اجزای اصلی

فاز ثابت: یک ماده جامد یا مایع که به صورت ثابت بر روی یک سطح یا در داخل یک ستون قرار دارد. این فاز، سطحی را برای برهمکنش با مولکول‌های نمونه فراهم می‌کند.
فاز متحرک: یک سیال (مایع یا گاز) که حاوی نمونه مورد آزمایش است و از روی فاز ثابت عبور می‌کند. این فاز، مولکول‌های نمونه را با خود حمل می‌کند و آن‌ها را با فاز ثابت در تماس قرار می‌دهد.

مکانیسم جداسازی

وقتی نمونه‌ای به فاز متحرک تزریق می‌شود، مولکول‌های مختلف آن با فاز ثابت برهمکنش‌های متفاوتی برقرار می‌کنند. این برهمکنش‌ها می‌تواند بر اساس نیروهای مختلفی مانند:

جذب سطحی: مولکول‌ها به سطح فاز ثابت جذب می‌شوند.
تقسیم: مولکول‌ها بین فاز ثابت و فاز متحرک تقسیم می‌شوند.
تبادل یونی: مولکول‌های باردار با یون‌های موجود در فاز ثابت تبادل می‌شوند.
اندازه طرد: مولکول‌های بزرگ‌تر به دلیل اندازه خود، به آرامی از منافذ فاز ثابت عبور می‌کنند.

سرعت حرکت هر مولکول در ستون به عوامل زیر بستگی دارد:

قدرت برهمکنش با فاز ثابت: هرچه برهمکنش قوی‌تر باشد، مولکول کندتر حرکت می‌کند.
حلالیت در فاز متحرک: هرچه حلالیت بیشتر باشد، مولکول سریع‌تر حرکت می‌کند.

پارامترهای مهم در کروماتوگرافی

زمان ماندگاری (Retention time): زمانی که یک مولکول از لحظه تزریق تا رسیدن به آشکارساز طول می‌کشد.
عامل ظرفیت (Capacity factor): نسبت زمان ماندگاری یک مولکول به زمان مرده (زمانی که یک مولکول غیر جذب شده برای عبور از ستون نیاز دارد).
کارایی (Efficiency): توانایی یک ستون در جداسازی پیک‌های مجاور.
انتخاب‌پذیری (Selectivity): توانایی یک ستون در جداسازی دو مولکول مختلف.

انواع کروماتوگرافی

همانطور که قبلاً ذکر شد، کروماتوگرافی انواع مختلفی دارد که هر کدام برای کاربردهای خاصی مناسب هستند. انتخاب نوع کروماتوگرافی به عوامل مختلفی مانند نوع نمونه، خواص فیزیکوشیمیایی ترکیبات و هدف آزمایش بستگی دارد.

عوامل موثر بر جداسازی

در کروماتوگرافی، جداسازی مؤثر ترکیبات مختلف به عوامل متعددی بستگی دارد. این عوامل بر نحوه برهمکنش مولکول‌های نمونه با فاز ثابت و فاز متحرک، و در نتیجه سرعت حرکت آن‌ها در ستون تأثیر می‌گذارند. در ادامه به برخی از مهم‌ترین عوامل موثر بر جداسازی در کروماتوگرافی می‌پردازیم:

1. خواص فاز ثابت:

نوع فاز ثابت: جنس و ساختار فاز ثابت (جامد یا مایع) و نوع گروه‌های عاملی موجود بر روی آن، بر قدرت برهمکنش با مولکول‌های نمونه تأثیر می‌گذارد.
اندازه ذرات فاز ثابت: ذرات ریزتر سطح تماس بیشتری را فراهم می‌کنند و باعث افزایش کارایی جداسازی می‌شوند.
ضخامت لایه فاز ثابت: ضخامت لایه فاز ثابت بر ظرفیت و انتخاب‌پذیری ستون تأثیر می‌گذارد.

2. خواص فاز متحرک:

حلالیت: حلالیت مولکول‌های نمونه در فاز متحرک، بر سرعت حرکت آن‌ها در ستون تأثیر می‌گذارد.
قطبیت: قطبیت فاز متحرک باید با قطبیت فاز ثابت و مولکول‌های نمونه متناسب باشد.
ویسکوزیته: ویسکوزیته فاز متحرک بر سرعت پخش شدن باندها و کارایی جداسازی تأثیر می‌گذارد.

3. ابعاد ستون:

طول ستون: افزایش طول ستون، تعداد صفحات تئوری را افزایش داده و باعث بهبود جداسازی می‌شود.
قطر داخلی ستون: کاهش قطر داخلی ستون، باعث کاهش پهن شدگی باندها و بهبود کارایی جداسازی می‌شود.

4. دما:

کروماتوگرافی گازی: افزایش دما باعث کاهش ویسکوزیته فاز متحرک و افزایش سرعت حرکت مولکول‌ها می‌شود. همچنین، افزایش دما باعث کاهش برهمکنش بین مولکول‌های نمونه و فاز ثابت می‌شود.
کروماتوگرافی مایع: تأثیر دما بر جداسازی پیچیده‌تر است و به نوع فاز ثابت و فاز متحرک بستگی دارد.

5. سرعت جریان فاز متحرک:

سرعت جریان پایین: باعث افزایش زمان ماندگاری و بهبود جداسازی می‌شود، اما ممکن است باعث پهن شدگی باندها شود.
سرعت جریان بالا: باعث کاهش زمان تحلیل می‌شود، اما ممکن است باعث کاهش کارایی جداسازی شود.

6. حجم نمونه:

حجم نمونه زیاد: باعث پهن شدگی باندها و کاهش کارایی جداسازی می‌شود.

عوامل دیگر:

نوع آشکارساز: نوع آشکارساز مورد استفاده در کروماتوگرافی بر حساسیت و انتخاب‌پذیری روش تأثیر می‌گذارد.
روش تزریق نمونه: روش تزریق نمونه بر پهن شدگی باندها و تکرارپذیری نتایج تأثیر می‌گذارد.

سخن پایانی

در کل کروماتوگرافی یک تکنیک قدرتمند و پرکاربرد در شیمی تحلیلی است که برای جداسازی و خالص‌سازی مواد مختلف استفاده می‌شود. انتخاب نوع کروماتوگرافی به نوع نمونه و هدف آزمایش بستگی دارد.

سفیر ازما کیان نمایندگی مرک آلمان و سیگما آلدریچ در ایران

استعلام فوری انواع مواد شیمیایی و محصولات شیمیایی با 09357007743

سوالات متداول