الكروماتوغرافيا

الكروماتوغرافيا

الكروماتوغرافيا
مقدمة نظرية

الكروماتوغرافيا :كلمة يونانية الأصل مؤلفة من كلمتين chromo وتعني اللون أو الصباغ و Graphy وتعني الكتابة أو التصوير أو الطباعة,والكلمة بشكل عام تعني الطباعة اللونية أو الكتابة اللونية أو الرسم اللوني.
ويشار في كثير من المراجع العلمية الآن إلى ما يسمى بالتفريق اللوني كترجمة لكلمة كروماتوغرافيا,علماً بأن التفريق بين المركبات لا يتم عن طريق اللون,ولا يعبر هذا المصطلح بأي شكل من الأشكال عن معنى هذه الكلمة.
تعرف الطرق الكروماتوغرافية بأنها عبارة عن عمليات فصل للمواد الممتزجة والتي تتوزع بين طورين أحدهما ثابت والآخر متحرك يمر خلال الطور الثابت, فعند تحميل مزيج من المركبات على سطح الطور الثابت(الذي هو عبارة عن مادة مازة أو دامصة)ثم جرف هذه المركبات بواسطة تيار من غاز أو سائل(خامل اتجاه المركبات المحملة وتجاه الطور الثابت)فإن مكونات المزيج ستنجرف بسرع مختلفة وتتوزع على طول الطور الثابت بشكل يعتمد على قوة امتزازها على هذا الطور وهذه العملية ستؤدي إلى تشكل مناطق منفصلة لكل مكون من مكونات المزيج لدى خروج الطور المتحرك عن الطور الثابت.-وتستخدم طرق الفصل الكروماتوغرافي من أجل فصل مزيج والتعرف على هوية مكوناته(التحليل الكيفي وتحديد محتوى هذه المركبات في المزيج بشكل نقي وبكميات محسوسة(التحليل الكمي)وهو ما يعرف بالكروماتوغرافيا التحليلية.

تصنيف الطرائق الكروماتوغرافية:
يمكن تصنيف الطرائق الكروماتوغرافية إلى ثلاثة أشكال مختلفة حسب:
أولاً: التصنيف المعتمد على طبيعة الأطوار المستخدمة:
· تبعاً للطور المتحرك:

الكروماتوغرافيا السائلة
الكروماتوغرافيا الغازية
· تبعاً لكلا الطورين:

كروماتوغرافيا سائلة-صلبة

كروماتوغرافيا سائلة- سائلة

كروماتوغرافيا غاز-صلب

كروماتوغرافيا غاز-سائل

ثانياً: التصنيف المعتمد على تقنية الفصل المستخدمة:

1. الكروماتوغرافيا المستوية.
2. كروماتوغرافيا الأعمدة .

و تتألف كروماتوغرافيا الأعمدة من :
1. العمود الكروماتوغرافي (Chromatographic Column):
يتراوح طول العمود الكروماتوغرافي والذي غالباً ما يكون من الزجاج في الطرائق الكروماتوغرافية التقليدية ما بين (10-30 cm) بقطر (1cm) أو أكثر...
يسير الطور المتحرك من العمود بفعل الجاذبية أو بفعل ضغط منخفض ويعتمد معدل سريانه على حجم حبيبات الطور الساكن وعلى قطر العمود ولزوجة الطور المتحرك وقطبيته على وضع الصمام الموجود في نهاية العمود وفي أغلب الحالات يفضل أن يكون هذا المعدل في حدود ( 1مل /دقيقة) ويوضع في نهاية العمود كمية من الصوف الزجاجي أو القطن الطبي لمنع خروج الطور الساكن من العمود.

وهناك نوعين من الأعمدة:
· أعمدة محشوة: Packed Column
وهي عبارة عن أنابيب معدنية من الفولاذ غير القابل للصدأ أو النيكل أو الألمنيوم أو الزجاج أو التيفلون وتنتج من قبل شركات معروفة.
· أعمدة فارغة: Empty Column
وهي عبارة عن أعمدة من الزجاج أو الفولاذ تعبأ عادة في المخبر قبيل الاستخدام.

2. الطور الساكن (الصلب-الثابت): Solid Stationary
إن الطور الساكن عبارة عن مادة قطبية ذات خواص امتزازية جيدة وتعتبر الألومينيا وهلام السيليكاجيل من أكثر المواد استخداماً على الرغم من أن هناك العديد من المواد التي يمكن استخدامها كطور ساكن مثل الفحم - كربونات الكالسيوم - النشاء ومسحوق السليلوز...

3. الطور المتحرك:Liquid Mobile Phase
إن مهمة الطور المتحرك لا تنحصر في نقل المكونات عبر العمود فقط بل إن له تأثير على معامل التوزع وذلك يعتمد على قوة إذابته بالإضافة إلى ذوبان المكونات في الطور المتحرك فإن هناك تنافس بين تلك المكونات وجزيئات الطور المتحرك على الامتزاز على سطح الطور الساكن.
ويشترط في المذيب لكي يستخدم كطور متحرك:
· أن لا يخرج المكونات من العمود بسرعة لأن ذلك يؤدي إلى عدم فصلها.
· ألا تكون سرعة التمليص بطيئة لأن ذلك يؤدي إلى الحصول على أزمان استبقاء طويلة.

زمن المكوث (زمن الاستبقاء): هي الفترة الزمنية التي تمضيها العينة داخل العمود من لحظة الحقن حتى وصول القمة الكروماتوغرافية إلى نهايتها العظمى وهي عبارة عن قرينة كيفية تميز مادة عن مادة أخرى ويرمز لها بـ (tR) وكلما كانت ( tR )كبيرة خرجت المادة من العمود في وقت متأخر وكان ارتباطها بالطور الساكن أقوى.
ثالثاً: التصنيف المعتمد على آلية الفصل:
· الكروماتوغرافيا الامتزازية.
· الكروماتوغرافيا الشاردية.

i. الكروماتوغرافيا الشاردية:
وهي شكل من أشكال الكروماتوغرافيا السائلة التي تستخدم المبادلات الشاردية كطور ثابت للفصل الذري أو الجزيئي الشاردي.
والمبادلات الشاردية: هي عبارة عن بوليميرات عضوية كبيرة الحجم(الريزينات), على سطحها زمر وظيفية تحوي شاردة ثابتة وأخرى متحركة, وتقسم المبادلات إلى نوعين:
· المبادلات الكاتيونية: تقوم بالتبادل مع الشرجبات, وتقسم إلى نوعين:
1. المبادلات الكاتيونية القوية والتي تحتوي على حمض السلفونيك القوي (RZ-COO- H+ )
2. المبادلات الكاتيونية الضعيفة والتي تحتوي على حمض الكربوكسيل الضعيف (RZ-COO- H+ )
وهذه المجموعات الوظيفية تكون مرتبطة بنيوياً بهيكل المادة الحاملة ولا تنتقل إلى المحلول وعند إمرار محلول العينة الذي يحتوي على كاتيون M n+يحدث التبادل التالي:

( v ) + M n+ = (RZ-SO3-)n M + n H+

( nRZ-COO- H+ )+ M n+ = (RZ-COO-)n M + n H+

ولتجديد الكاتيونات يمرر حمض مثل HCl ليحل الهيدروجين محل الكاتيون (الشرجبة M n+).
· المبادلات الأنيونية: تقوم بالتبادل مع الشرسبات, وتقسم إلى نوعين:
1. المبادلات الأنيونية القوية والتي تحتوي على مجموعة أساسية قوية مثل مجموعات الأمونيوم الرباعية RZ-N+R3OH-
2. المبادلات الأنيونية الضعيفة والتي تحتوي على مجموعة أساسية ضعيفة مثل RZ-N+H3OH-.

وهذه المجموعات الوظيفية تكون مرتبطة بنيوياً بهيكل المادة الحاملة ولا تنتقل إلى المحلول وعند إمرار محلول العينة الذي يحتوي على آنيون An-يحدث التبادل التالي:

( nRZ-N+R3OH- ) + An- = (RZ-N+R3)n A + n OH-

( nRZ-N+H3OH- ) + An- = (RZ-N+H3)n A + n OH-

ويمكن استبدال الشكل الهيدروكسيلي بالشكل الكلوري RZ-N+R3Cl- .
وتعتمد آلية عمل هذه الطريقة على التبادل الشاردي بين الشاردة المدروسة والشاردة المتحركة على هيكل الريزين على قوة الرابطة الشاردية بين الشاردة المدروسة والشاردة المثبتة على سطح الريزين.

ii. كروماتوغرافيا الأعمدة(الكروماتوغرافيا الامتزازية) :
تقوم على وجود مواد مازة وعلى الفروق في معاملات امتزاز المواد على تلك المادة المازة المستعملة لعملية الفصل وتعتمد أيضاً على توزع المواد الذوابة المراد فصلها توزعاًُ ديناميكياً بين طورين غير متجانسين لا يمتزجان:
الأول يكون الطور الثابت عبارة عن مادة صلبة مازة تمتز عليها مكونات العينة
الثاني يكون الطور المتحرك قد يكون:
· سائل (كروماتوغرافيا سائل-صلب)
· غاز (كروماتوغرافيا غاز- صلب)

حيث تتوزع المكونات بين الطورين نتيجة عملية الامتزاز ويتضمن الامتزاز تفاعل على السطح وهذا النوع من التفاعل هو نتيجة قوى بين ذرات المادة الصلبة على السطح وجزيئات المادة المذابة الموجودة خارج السطح هذه القوى تؤدي إلى الامتزاز الفيزيائي إذ تقوم آلية الامتزاز على التأثير المتبادل بين مكونات العينة والمواقع الامتزازية الموجودة على سطح الطور الساكن وقد يكون الارتباط قوياً أو ضعيفاً.
قد تكون المواقع الامتزازية مثل مجموعات الهيدروكسيل التي تستطيع تشكيل روابط هيدروجينية مع مكونات العينة وقد يكون الارتباط ناتجاً عن قوى فاندرفالس حيث يمتلك كل مركب شحنات جزيئية موجبة أو سالبة مع بعضها البعض حيث تخرج المواد من العمود الكروماتوغرافي تباعاً وذلك حسب ارتباطها فتخرج أولاً المركبات ضعيفة الارتباط ثم الأقوى حيث يقوم الطور المتحرك بجرها من مواقعها على الطور الساكن.

ومن أكثر المواد استخداماً كطور ساكن نذكر:
السيليكاجيل الذي هو عبارة عن هلام السليس (SiO2)
السليلوز: O(C6H7O2(OH)3)XH)
الألومينا الذي هو عبارة عن أكسيد الألمنيوم (Al2O**3)

· السيليكاجيل الذي هو عبارة عن هلام السليس ( SiO2 )
· السليلوز (O(C6H7O2(OH)3)XH))
· الألومينا الذي هو عبارة عن أكسيد الألمنيوم ( Al2O3 )