هناك العديد من الطرق المختلفة لتحليل التركيب ودراسة خصائص المركبات المختلفة ومخاليط المواد. إحدى هذه الطرق هي اللوني. يعود التأليف في اختراع الطريقة وتطبيقها إلى عالم النبات الروسي إم إس تسفيت ، الذي قام في بداية القرن العشرين بفصل أصباغ النبات.
تعريف وأساسيات الطريقة
اللوني طريقة فيزيائية كيميائية لفصل المخاليط وتحديد مكوناتها ، بناءً على التوزيع بين المرحلتين المتحركة والثابتة للمواد المكونة للخليط (العينة). المرحلة الثابتة هي مادة صلبة مسامية - مادة ماصة. يمكن أن يكون أيضًا فيلمًا سائلًا مترسبًا على سطح صلب. يجب أن تتحرك المرحلة المتنقلة - eluent - على طول المرحلة الثابتة أو تتدفق خلالها ، ويتم ترشيحها بواسطة المادة الماصة.
جوهر الكروماتوغرافيا هو أن المكونات المختلفة للخليط تتميز بالضرورة بخصائص مختلفة ، مثل الوزن الجزيئي ، والقابلية للذوبان ، وقابلية الامتصاص ، وما إلى ذلك. وعليه فإن معدل تفاعل مكونات الطور المتحرك - سوربات - مع الثابتليس هو نفسه. يؤدي هذا إلى اختلاف في سرعات جزيئات الخليط بالنسبة إلى المرحلة الثابتة ، ونتيجة لذلك يتم فصل المكونات وتركيزها في مناطق مختلفة من المادة الماصة. البعض منهم يترك المادة الماصة مع الطور المتحرك - وهذه هي ما يسمى بالمكونات غير المحتجزة.
ميزة خاصة للكروماتوغرافيا هي أنه يسمح لك بسرعة الفصل بين الخلائط المعقدة من المواد ، بما في ذلك تلك التي لها خصائص مماثلة.
طرق لتصنيف أنواع الكروماتوغرافيا
يمكن تصنيف الطرق المستخدمة في التحليل وفقًا لمعايير مختلفة. المجموعة الرئيسية من هذه المعايير هي كما يلي:
- الحالة الإجمالية للمراحل الثابتة والمتنقلة ؛
- الطبيعة الفيزيائية والكيميائية لتفاعل المواد الماصة والسوربات
- كيفية إدخال eluent ونقله ؛
- طريقة وضع المرحلة الثابتة ، أي تقنية الكروماتوغرافيا ؛
- أهداف كروماتوغرافيا.
بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تعتمد الأساليب على الطبيعة المختلفة لعملية الامتصاص ، على الشروط الفنية للفصل الكروماتوغرافي (على سبيل المثال ، الضغط المنخفض أو المرتفع).
دعونا نلقي نظرة فاحصة على المعايير الرئيسية المذكورة أعلاه والأنواع الأكثر استخدامًا من اللوني المرتبطة بها.
Eluent وحالة التجميع الماصة
على هذا الأساس ، يتم تقسيم الكروماتوغرافيا إلى سائل وغاز. تعكس أسماء الطرق حالة الطور المتحرك.
اللوني السائل تقنية مستخدمةفي عمليات فصل مخاليط المركبات الجزيئية ، بما في ذلك المركبات المهمة بيولوجيا. اعتمادًا على حالة تراكم المادة الماصة ، يتم تقسيمها إلى طور سائل - سائل وطور سائل - صلب.
الكروماتوغرافيا الغازية من الأنواع التالية:
- امتزاز الغاز (المرحلة الصلبة الغازية) ، والتي تستخدم مادة ماصة صلبة ، مثل الفحم أو هلام السيليكا أو الزيوليت أو البوليمرات المسامية. يعمل الغاز الخامل (الأرجون والهيليوم) والنيتروجين وثاني أكسيد الكربون كعامل شطف - ناقل للخليط ليتم فصله. يتم فصل المكونات المتطايرة للخليط بسبب اختلاف درجة امتصاصها.
- غاز-سائل. تتكون المرحلة الثابتة في هذه الحالة من فيلم سائل مترسب على قاعدة صلبة خاملة. يتم فصل مكونات العينة وفقًا لقدرتها على الامتصاص أو الذوبان.
يستخدم كروماتوغرافيا الغاز على نطاق واسع لتحليل مخاليط المركبات العضوية (باستخدام منتجات التحلل أو مشتقاتها في شكل غازي).
التفاعل بين المواد الماصة والسوربات
وفقًا لهذا المعيار ، يتم تمييز هذه الأنواع على النحو التالي:
- كروماتوغرافيا الامتزاز ، والتي من خلالها يتم فصل المخاليط بسبب الاختلافات في درجة امتزاز المواد بواسطة مادة ماصة غير متحركة.
- التوزيع. بمساعدتها ، يتم الفصل على أساس قابلية الذوبان المختلفة لمكونات الخليط. يحدث الذوبان إما في المرحلتين المتحركة والثابتة (في الكروماتوغرافيا السائلة) ، أو فقط في المرحلة الثابتة (في الغاز السائلاللوني).
- رسوبية. تعتمد طريقة الكروماتوغرافيا هذه على قابلية الذوبان المختلفة للرواسب المتكونة للمواد المراد فصلها.
- استبعاد ، أو كروماتوغرافيا هلامية. يعتمد على الاختلاف في حجم الجزيئات ، والذي بسبب قدرتها على اختراق مسام المادة الماصة ، ما يسمى مصفوفة الهلام ، تختلف.
- أفيني. هذه الطريقة المحددة ، التي تعتمد على نوع خاص من التفاعل الكيميائي الحيوي للشوائب المنفصلة مع رابطة تشكل مركبًا معقدًا مع ناقل خامل في المرحلة الثابتة. هذه الطريقة فعالة في فصل خلائط إنزيمات البروتين وهي شائعة في الكيمياء الحيوية.
- التبادل الأيوني. كعامل لفصل العينة ، تستخدم هذه الطريقة الاختلاف في قدرة مكونات الخليط على التبادل الأيوني مع الطور الثابت (المبادل الأيوني). أثناء هذه العملية ، يتم استبدال أيونات المرحلة الثابتة بأيونات المواد في تكوين eluent ، بينما بسبب تقارب الأخير مع المبادل الأيوني ، ينشأ اختلاف في سرعة حركتها ، وبالتالي يتم فصل الخليط. بالنسبة للمرحلة الثابتة ، غالبًا ما تستخدم راتنجات التبادل الأيوني - بوليمرات تركيبية خاصة.
يحتوي كروماتوغرافيا التبادل الأيوني على خيارين - أنيوني (يحتفظ بالأيونات السالبة) وكاتيوني (يحتفظ بالأيونات الموجبة ، على التوالي). تستخدم هذه الطريقة على نطاق واسع للغاية: في فصل الإلكتروليتات والأتربة النادرة وعناصر عبر اليورانيوم وتنقية المياه وتحليل الأدوية.
الاختلاف في أساليب التقنية
هناك طريقتان رئيسيتان تتحرك فيهما العينة بالنسبة إلى المرحلة الثابتة:
- يقوم كروماتوغرافيا العمود بعملية الفصل في جهاز خاص - عمود كروماتوغرافي - أنبوب ، في التجويف الداخلي يتم وضع مادة ماصة ثابتة. وفقًا لطريقة الملء ، يتم تقسيم الأعمدة إلى نوعين: معبأ (ما يسمى "معبأ") وشعري ، حيث يتم وضع طبقة من مادة ماصة صلبة أو فيلم سائل من المرحلة الثابتة على سطح الجدار الداخلي. يمكن أن يكون للأعمدة المعبأة أشكال مختلفة: مستقيم ، على شكل حرف U ، حلزوني. الأعمدة الشعرية حلزونية.
- كروماتوغرافيا مستوية. في هذه الحالة ، يمكن استخدام ورق خاص أو لوح (معدن ، زجاج ، أو بلاستيك) كحامل للمرحلة الثابتة ، حيث يتم ترسيب طبقة رقيقة من المادة الماصة. في هذه الحالة ، يُشار إلى طريقة الاستشراب بالورق أو كروماتوغرافيا الطبقة الرقيقة ، على التوالي.
على عكس طريقة العمود ، حيث يتم استخدام الأعمدة الكروماتوغرافية بشكل متكرر ، في الكروماتوغرافيا المستوية ، يمكن استخدام أي حامل بطبقة ماصة مرة واحدة فقط. تحدث عملية الفصل عندما يتم غمر لوح أو ورقة في وعاء به شطف.
مقدمة و نقل الون
يحدد هذا العامل طبيعة حركة المناطق الكروماتوغرافية على طول الطبقة الماصة ، والتي تتشكل أثناء فصل الخليط. هناك طرق توصيل eluent التالية:
- الجبهة. هذه الطريقة هي الأبسطتقنية التنفيذ. الطور المتحرك هو العينة نفسها مباشرة ، والتي يتم تغذيتها باستمرار في العمود المملوء بمادة ماصة. في هذه الحالة ، يتحرك المكون الأقل احتفاظًا ، والذي يتم امتصاصه بشكل أسوأ من غيره ، على طول المادة الماصة بشكل أسرع من المكونات الأخرى. نتيجة لذلك ، يمكن عزل هذا المكون الأول فقط في شكل نقي ، متبوعًا بمناطق تحتوي على مخاليط من المكونات. يبدو توزيع العينة كالتالي: أ + ب ؛ أ + ب + ج وهكذا. لذلك ، فإن اللوني الأمامي ليس مفيدًا لفصل الخلائط ، ولكنه فعال في عمليات التنقية المختلفة ، بشرط أن تكون المادة المراد عزلها ذات احتباس منخفض.
- تختلف طريقة الإزاحة في أنه بعد إدخال الخليط المراد فصله ، يتم إدخال مادة شاذة ذات مبدل خاص في العمود - وهي مادة تتميز بقدرة امتصاص أكبر من أي مكون من مكونات الخليط. إنه يزيح المكون الأكثر الاحتفاظ به ، والذي يحل محل المكون التالي ، وما إلى ذلك. تتحرك العينة على طول العمود بسرعة المزيح وتشكل مناطق تركيز مجاورة. باستخدام هذا النوع من اللوني ، يمكن الحصول على كل مكون على حدة في شكل سائل عند مخرج العمود.
- طريقة eluent (التطوير) هي الأكثر شيوعًا. على عكس طريقة الإزاحة ، فإن eluent (الناقل) في هذه الحالة يكون له قابلية امتصاص أقل من مكونات العينة. يتم تمريره باستمرار عبر الطبقة الماصة ، وغسله. بشكل دوري ، في أجزاء (نبضات) ، يتم إدخال الخليط المراد فصله في تدفق eluent ، وبعد ذلك يتم تغذية eluent النقي مرة أخرى. عند غسل (شطف) ، يتم فصل المكونات ،علاوة على ذلك ، يتم فصل مناطق تركيزهم عن طريق مناطق شاذة.
كروماتوغرافيا Eluent تجعل من الممكن فصل خليط المواد التي تم تحليلها بشكل كامل تقريبًا ، ويمكن أن يكون الخليط متعدد المكونات. كما أن مزايا هذه الطريقة هي عزل المكونات عن بعضها البعض وبساطة التحليل الكمي للخليط. تشمل العيوب استهلاكًا مرتفعًا لـ eluent وتركيزًا منخفضًا لمكونات العينة فيه بعد الفصل عند مخرج العمود. تستخدم طريقة eluent على نطاق واسع في كل من كروماتوغرافيا الغاز والسائل.
عمليات كروماتوغرافية تعتمد على الأغراض
الاختلاف في أهداف الكروماتوغرافيا يجعل من الممكن التمييز بين الطرق مثل التحليلية والتحضيرية والصناعية.
عن طريق التحليل اللوني التحليلي ، يتم إجراء التحليل النوعي والكمي للخلائط. عند تحليل مكونات العينة ، عند مغادرة عمود الكروماتوغراف ، يذهبون إلى الكاشف - وهو جهاز حساس للتغيرات في تركيز مادة في eluent. الوقت المنقضي من لحظة إدخال العينة في العمود حتى أقصى تركيز للمادة في الكاشف يسمى وقت الاستبقاء. بشرط أن تكون درجة حرارة العمود ومعدل eluent ثابتين ، فإن هذه القيمة ثابتة لكل مادة وتعمل كأساس للتحليل النوعي للخليط. يتم إجراء التحليل الكمي عن طريق قياس مساحة القمم الفردية في الكروماتوجرام. كقاعدة عامة ، يتم استخدام طريقة eluent في الفصل اللوني التحليلي.
يهدف اللوني التحضيري إلى عزل المواد النقية من الخليط. الأعمدة التحضيرية أكبر من ذلك بكثيرقطرها من التحليلي
يتم استخدام اللوني الصناعي ، أولاً ، للحصول على كميات كبيرة من المواد النقية اللازمة في إنتاج معين. ثانيًا ، يعد جزءًا مهمًا من أنظمة التحكم والتنظيم الحديثة للعمليات التكنولوجية.
يحتوي الكروماتوغراف الصناعي على مقياس تركيز مكون أو آخر ومجهز بجهاز استشعار ، بالإضافة إلى أنظمة التحكم والتسجيل. يتم تسليم العينات إلى هذه الكروماتوغرافيا تلقائيًا بتردد معين.
معدات كروماتوغرافيا متعددة الوظائف
أجهزة الكروماتوغرافيا الحديثة هي أجهزة معقدة ذات تقنية عالية يمكن استخدامها في مجموعة متنوعة من المجالات ولأغراض مختلفة. تتيح هذه الأجهزة تحليل الخلائط المعقدة متعددة المكونات. وهي مجهزة بمجموعة واسعة من أجهزة الكشف: قياس الموصلية الحرارية ، والبصرية ، والتأين ، ومقياس الطيف الكتلي ، وما إلى ذلك.
بالإضافة إلى ذلك ، يستخدم اللوني الحديث أنظمة التحكم الآلي لتحليل ومعالجة اللوني. يمكن إجراء التحكم من جهاز كمبيوتر أو مباشرة من الجهاز.
مثال على هذا الجهاز هو كروماتوغراف الغاز متعدد الوظائف "Crystal 5000". يحتوي على مجموعة من أربعة أجهزة الكشف القابلة للاستبدال ، وترموستات العمود ، وأنظمة التحكم في الضغط والتدفق الإلكتروني ، وأدوات التحكم في صمام الغاز. لحل المشاكل المختلفة ، يحتوي الجهاز علىالقدرة على تثبيت كل من الأعمدة المعبأة والشعرية.
يتم التحكم في الكروماتوغراف باستخدام لوحة مفاتيح كاملة المواصفات وشاشة تحكم أو (في تعديل آخر) من جهاز كمبيوتر شخصي. يمكن استخدام هذا الجيل الجديد بشكل فعال في الإنتاج وفي مختبرات البحث المختلفة: الطبية ، والطب الشرعي ، والبيئي.
كروماتوغرافيا الضغط العالي
يتميز إجراء كروماتوغرافيا العمود السائل بمدة طويلة إلى حد ما للعملية. لتسريع حركة eluent السائل ، يتم استخدام إمداد الطور المتحرك للعمود تحت الضغط. هذه الطريقة الحديثة والواعدة تسمى طريقة الكروماتوغرافيا السائلة عالية الأداء (HPLC).
يوفر نظام ضخ الكروماتوجراف السائل HPLC شطفًا بمعدل ثابت. يمكن أن يصل ضغط المدخل المتطور إلى 40 ميجا باسكال. يتيح التحكم في الكمبيوتر إمكانية تغيير تكوين الطور المتحرك وفقًا لبرنامج معين (تسمى طريقة الشطف هذه التدرج اللوني).
يمكن استخدام HPLC بطرق مختلفة بناءً على طبيعة تفاعل المادة الماصة والسوربات: التوزيع ، والامتصاص ، واستبعاد الحجم ، وكروماتوغرافيا التبادل الأيوني. النوع الأكثر شيوعًا من HPLC هو طريقة الطور العكسي ، استنادًا إلى التفاعل الكارثي للماء لمرحلة متنقلة قطبية (مائية) ومادة ماصة غير قطبية ، مثل هلام السيليكا.
تستخدم الطريقة على نطاق واسع للفصل والتحليلمراقبة جودة المواد غير المتطايرة وغير المستقرة حرارياً والتي لا يمكن تحويلها إلى حالة غازية. هذه هي الكيماويات الزراعية والأدوية ومكونات الغذاء والمواد المعقدة الأخرى.
اهمية الدراسات اللونية
تستخدم أنواع مختلفة من اللوني على نطاق واسع في مختلف المجالات:
- كيمياء غير عضوية ؛
- البتروكيماويات والتعدين ؛
- الكيمياء الحيوية ؛
- دواء و صيدلاني ؛
- صناعة المواد الغذائية
- علم البيئة ؛
- علم الجريمة.
هذه القائمة غير كاملة ، لكنها تعكس تغطية الصناعات التي لا تستطيع الاستغناء عن الأساليب الكروماتوغرافية لتحليل وفصل وتنقية المواد. في جميع مجالات تطبيق الكروماتوغرافيا ، من المختبرات العلمية إلى الإنتاج الصناعي ، يتزايد دور هذه الأساليب مع إدخال التقنيات الحديثة لمعالجة المعلومات وإدارة العمليات المعقدة والتحكم فيها.
