انواع و روش های کروماتوگرافی

کروماتوگرافی(choromatography) روشی تحلیلی برای جداسازی اجزای یک مایع یا گاز از یکدیگر است که در  انواع و روش های مختلفی دسته بندی می شود.
کروماتوگرافی از پرکاربردترین روش های جداسازی مواد در آزمایشگاه به شمار می آید و اغلب زمانی استفاده میشود که جداسازی به روش های دیگر به دلیل اختلاف جزئی موجود دررفتار ماده امکان پذیر نیست. به عنوان مثال آزمایشی که بااستفاده از ستون تقطیر ممکن است چندین روز طول بکشد به روش کروماتوگرافی بسیار ساده و سریع است.

کروماتوگرافی ستونی و لایه نازک

تاریخچه کروماتوگرافی

کروماتوگرافی یا رنگ نگاری واژه ای یونانی از ترکیب دوکلمه «کروما» به معنی رنگ و «گرافین» یعنی نوشتن است و اولین بار توسط میخائیل تسوت ابداع شد او از این روش برای جداسازی مواد رنگی استفاده کرد اما امروزه از این روش برای مواد بی ­رنگ همچون گازها استفاده می­شود.

اساس کار روش کروماتوگرافی

در­  انواع روش های کروماتوگرافی یا رنگ نگاری ماده ­ای که می­خواهیم تجزیه کنیم از یک لوله عبور می­دهیم و جداسازی بر اساس جذب سطحی مواد و توزیع آن­ها در دو فاز انجام می­شود چون جداسازی بر اساس حرکت نسبی دو فاز صورت می­گیرد بنابراین یکی از فازها متحرک و دیگری ساکن است.

با عبور دادن فاز متحرک از درون فاز ساکن جریانی ایجاد می­شود که باعث می­شود اجزای مختلف ماده ­ای که می­خواهیم آن را تجزیه کنیم یا همان نمونه سرعت حرکتشان با یکدیگر فرق کند و جداسازی  به روش کروماتوگرافی بر همین اساس اختلاف سرعت­ها صورت می­گیرد.

انواع روش های کروماتوگرافی

در این مقاله می خواهیم با انواع و روش های کروماتوگرافی آشنا شویم.در روش کروماتوگرافی دو فاز داریم فاز متحرک و فاز ثابت. فاز متحرک معمولاً مایع یا گاز و فاز ساکن مایع یا جامد است. کروماتوگرافی بر اساس روش‌ها و مکانیسم های مختلف به دودسته اصلی تقسیم می‌شوند:

-بر اساس فاز

– بر اساس شکل بستر جداسازی

کروماتوگرافی بر اساس فاز به چهار بخش اصلی تقسیم می‌شوند نام ابتدایی نشان‌دهنده فاز متحرک و نام دوم بیانگر فاز ساکن است.

1. کروماتوگرافی مایع-جامد (LSC)

مکانیسم این روش بر اساس جذب است. در این روش فاز ساکن جامد است. ازجمله جاذب‌های مورداستفاده در این روش سیلیکا ژل و آلو مینا هستند.

2.  کروماتوگرافی گاز-جامد(GSC)

در کروماتوگرافی گازی فاز متحرک معمولاً یک گاز بی‌اثر مانند نئون Ne، هلیم He و آرگون Ar است که به آن گاز حامل نیز گفته می‌شود. کروماتوگرافی گازی یک روش فیزیکی است که برای خالص‌سازی اجزا فرار یا مقدار جزئی مواد آفت‌زا در پوست میوه­ ها و اندازه‌گیری مواد و آلودگی مواد به کار می­رود.

3. کروماتوگرافی مایع-مایع (LLC یا HPLC)

در این نوع از کروماتوگرافی فاز ساکن و فاز متحرک هردو مایع هستند. معمولاً در این روش از ذرات بسیار ریز با فشار نسبتاً زیاد استفاده می‌شود که به آن HPLC گفته می‌شود. درروش HPLC نمونه از طریق یک مایع با فشار بالا وارد ستون کروماتوگرافی می­شود اگر در این روش میزان قطبیت فاز ثابت از فاز متحرک بیشتر باشد کروماتوگرافی مایع فاز نرمال NPLC نامیده می­شود و اگر فاز متحرک قطبی تر باشد به‌عنوان کروماتوگرافی مایع فازمعکوس RPLC شناخته می­شود.

کروماتوگرافی مایع-مایع

همچنین این نوع از کروماتوگرافی در دو گونه تقسیمی و کاغذی استفاده می­شود.

4. کروماتوگرافی گاز-مایع (GLC)

کروماتوگرافی ستون موئین از این نوع است. در LLC و GLC جداسازی بر اساس توزیع مواد بین دوفاز صورت می­گیرد.

باید به این نکته توجه داشت که فاز ساکن نمی­تواند گاز باشد زیرا انرژی جنبشی بالایی دارد.

 انواع کروماتوگرافی بر اساس بستر جداسازی شامل موارد زیر است:

کروماتوگرافی جذب سطحی: کروماتوگرافی جذب سطحی نوع خاصی از انواع کروماتوگرافی مایع-جامد است اساس جداسازی در تفاوت در جذب سطحی اجزا فاز ساکن و فاز متحرک است. همانطور که قبلا گفته شد فاز متحرک مایع و فاز ساکن جامد است و سرعت حرکت هر جزء وابسته به میزان جذب سطحی آن بر روی مایع داخل ستون است بنابراین هرچه ماده کمتر جذب شود سرعت آن بیشتر و هرچه میزان جذب بیشتر باشد سرعت ماده کمتر است، حال اگر تفاوت جذب سطحی اجزا به میزان قابل‌توجه ای باشد جداسازی مواد به‌صورت کامل انجام می­گیرد و اجزائی که بیشتر جذب می­شوند در بالای ستون و اجزاء باقابلیت جذب کمتر در پایین ستون تشکیل می­شوند.

کروماتوگرافی لایه‌نازک (TLC): یکی دیگر از انوع کروماتوگرافی مایع-جامد  کروماتوگرافی لایه نازک است که بر اساس جذب سطی است که در آن از صفحات با لایه‌نازک استفاده می­شود و ذرات جداشده بر روی صفحه نمایان می­شوند.

کروماتوگرافی تبادل یونی(IEC): در این روش تبادل یون به‌صورت دوطرفه بین فاز متحرک (محلول) و فاز ساکن (جامد) انجام‌پذیر است. جامد ساکن تشکیل‌شده رزین نام دارد که ازنظر مکانیکی و شیمیایی پایدار و ازنظر ذرات یکنواخت است. در این روش مواد بر اساس بار نسبی که دارند جدا می­شوند. همچنین در این نوع کروماتوگرافی فاز ساکن باردار است و از آن برای جداسازی آنیون‌ها و کاتیون‌ها، آمینواسیدها، پپتیدها و پروتئین‌ها ­کمک می­گیرند.

کار دستگاه کروماتوگرافی

این روش برای جداسازی محلول‌های رقیق بسیار گزینه مناسبی است. کروماتوگرافی تبادل یونی نیز نوع دیگری از کروماتوگرافی     مایع-جامد می باشد.

کروماتوگرافی ژلی(GPC):از جمله نمونه ای دیگر از انواع روش های کروماتوگرافی است که درزیرگروه کروماتوگرافی  مایع-جامد قرار می گیرد. دراین روش با استفاده از ذرات ژلی حفره دار جداسازی انواع پلیمرها و پروتئین ها محلول صورت می گیرد.جداسازی براساس انداره مولکول هاست بدین صورت که محلول نمونه به درون یک ستون متخلخل پمپ می شود و ذرات کوچکتر به درون حفره ها نفوذ می کنند و زمان ماند بیشتری نسبت به ذرات بزرگتر دارند بنابراین بیشتر استخراج می شوند.این نوع از روش کروماتوگرافی کاربردهای بسیاری درصنعت،پزشکی،داروسازی،رنگ و…دارد.

این روش نمونه‌ای از کروماتوگرافی مایع-مایع است و اساس کار همانند کروماتوگرافی جذب سطحی است با این تفاوت که ماده‌ای که ستون را پر می­کند متفاوت است، همچنین حجم ستون تقسیمی غالباً کوچک‌تر از حجم ستون جذب سطحی است.

در این نوع از کروماتوگرافی فاز ساکن به‌صورت محلول و لایه‌ای است و بر روی سطح جامدی مانند سیلیکا ژل قرار می­گیرد، فاز متحرک نیز به‌صورت محلول در فاز مایع اولیه است.

در این روش به خاطر جذب سطحی ابتدا مخلوط به‌صورت نواری در ستون ظاهر می­شود سپس از دیگر روش‌ها برای جداسازی استفاده می­شود.

کروماتوگرافی کاغذی

کروماتوگرافی کاغذی:

کروماتوگرافی کاغذی گونه‌ای خاص از کروماتوگرافی تقسیمی است با این تفاوت که صفحات کاغذ جایگزین ستون پرشده می­شوند.

فاز ثابت در این روش آب و با جذب سطحی مولکول‌های سلولز جداسازی می­شوند همچنین مولکول‌های سلولز نیز به‌وسیله ساختار الیافی کاغذ ثابت نگه‌داشته می­شوند.

بیشترین کاربرد کروماتوگرافی کاغذی در جداسازی یون‌های معدنی است. کروماتوگرافی کاغذی در بسیاری از موارد ازجمله موارد کلینیکی و زیست‌شیمیایی، آزمایش روزمره ادرار و دیگر مایعات بدن برای اسیدآمینه و قند، جداسازی آستروئیدها، تجزیه عمومی، تجزیه بسپارها، شناسایی فلزات خاک و…کاربرد دارد.

کروماتوگرافی ستون موئین:

این روش نوعی از کروماتوگرافی گاز-مایع به شمار می‌رود و اساس کار آن بدین‌صورت است که لایه‌ای از فاز ساکن درون لوله موئین طویلی قرار می­گیرد تا قدرت جداسازی را چندین برابر جداسازی لوله معمولی افزایش دهد و همچنین زمان جداسازی را کاهش دهد.

کروماتوگرافی ستونی

مزیت­های روش کروماتوگرافی

-وسایل مورد­نیاز ارزان‌قیمت و ساده و سریع بودن روش های کروماتوگرافی از مزیت های برجسته آن ها می باشد بنابراین می‌توان کمپلکس‌های پیچیده را به‌ آسانی به کمک انواع روش های کروماتوگرافی جداسازی کرد.

-وجود مقدار بسیارکمی از ماده برای جداسازی کافی است بنابراین در مقیاس میکرو و نانو کاربرد دارند و ازاین‌رو یکی از روش‌های آنالیزی به شمار می‌روند.

-احتمال تجزیه مواد جداشونده در این روش بسیار کمتر از روش‌های دیگر است ازاین‌رو ویژگی مهمی به شمار می ­آید.

در پایان باید به این نکته توجه داشت که انتخاب روش کروماتوگرافی عموماً تجربی است زیرا تاکنون هیچ روشی جهت انتخاب درست نوع کروماتوگرافی جز درمواردی خاص پیش‌بینی‌نشده است. شایان‌ذکر است که در انتخاب نوع کروماتوگرافی ابتدا از روش‌های ساده­ تر مثل کروماتوگرافی کاغذی و لایه‌نازک استفاده می کنند و درصورتی‌که انجام نشود از روش‌های پیچیده‌تر همانند کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا HPLC کمک می­گیرند