كل ما تحتاجه حول كروماتوغرافيا السائل
نُشِر في Dec 16, 2022 at 07:12 PM
قد تظن أنّك بعيدٌ جدًا عن كروماتوغرافيا السائل لكنك بالتأكيد لاحظت أحد تطبيقاتها أو قمت بتطبيقها شخصيًا خلال دراستك.
ألم تقم بإجراء اختبار وضع نقطة من الحبر الأسود على شريط ورقي وغمسها في محلول مذيب؟ ألم تشاهد كيف بدأ الحبر يتحرك إلى أعلى الشريط الورقي ويتحلل إلى ألوان مختلفة؟
هذه هي التجربة الأشهر والأبسط للكروماتوغرافيا السائلة، إن كنت أتممت ذلك فأنت على علم بماهية الكروماتوغرافيا، تابع معنا في هذه المقالة وتعرف أكثر حولها وعلى أشهر أنواعها وتطبيقاتها.
ما هي كروماتوغرافيا السائل؟
إن كنت تعمل في مجال الكيمياء أو أتيحت لك فرصة الالتحاق بإحدى دورات النفط والغاز، إذاً لا بد أنك سمعت بمصطلح كروماتوغرافيا السائل (liquid chromatography)، وهي عبارة عن تقنية تحليلية يتم فيها فصل عينة من سائل أو خليط ما إلى مكوناتها الفردية الصرفة.
تعتبر تقنية الكروماتوغرافيا السائل عالية الدقة وتحدث هذه العملية نتيجةً لمرور العينة ضمن مجموعة من التفاعلات الفيزيائية أو الكيميائية عبر جهاز، حيث تمر العينة في مجموعة من الأطوار الثابتة والمتحركة للوصول إلى النتيجة النهائية، سنتعرف لاحقًا كيف تتم العملية.
يعود نسب أول كروماتوغراف معروف عبر التاريخ إلى عالم النباتات الروسي ميخائيل تسيفت (Mikhail Tsvet)، وذلك مع بدايات القرن العشرين وتحديدًا في العام 1901م حيث كان يجري أبحاثه عن الكلوروفيل باستخدام أعمدة الكالسيوم، في العام 1951م مُنحت جائزة نوبل في الكيمياء إلى العالمين ريتشارد لورنس (Richard Laurence) وآرتشر مارتين (Archer Martin) لتمكنهما من تطوير التقنية الحديثة للكروماتوغرافيا، بواسطة وضع أساسيات كروماتوغرافيا التقسيم وتطوير نظرية الصفائح.
توجد الكروماتوغرافيا في مجموعة أشكال أخرى مثل كروماتوغرافيا الغاز وكروماتوغرافيا الطبقة الرقيقة وكروماتوغرافيا الورق.
ما هي أهم أنواع كروماتوغرافيا السائل؟
تتعدد أنواع كروماتوغرافيا السائل وفقًا لآلية عملها وطبيعة مكونات الأطوار الثابتة والمتحركة، من أكثر الأنواع شيوعًا:
- كروماتوغرافيا الطور الطبيعي:
يستخدم هذا النوع من الكروماتوغرافيا لتحليل العينات غير القطبية بتمريرها في طور ثابت ذو طبيعة قطبية، وهو النوع القياسي من الكروماتوغرافيا السائلة وأكثرها استخدامًا، تنفصل المركبات ذات القطبية المنخفضة أولًا ومن ثمّ تليها المركبات الأعلى قطبية منها، يعود السبب في ذلك إلى طبيعة المذيب السائل الغير قطبي.
- كروماتوغرافيا الطور العكسي:
يعد هذا النوع معاكسًا تمامًا للنوع السابق، حيث تكون المرحلة الثابتة الصلبة من طبيعة غير قطبية، بينما المذاب في المرحلة المتحركة عبارة عن سائل قطبي، نتيجةً لهذا المزيج تنفصل المركبات ذات القطبية العالية أولاً ومن ثمّ تليها المركبات الأقل القطبية منها.
- الكروماتوغرافيا السائلة عالية الأداء (HPLC):
في كروماتوغرافيا السائل عالي الاداء أو High-performance liquid chromatography تُستخدم مضخات في حقن السائل عبر الأطوار، ينتج عن ذلك زيادة الدقة والسرعة و ااحساسية في النظام، يمكن القيام بهذا النوع قي كلا الحالتين الطبيعية والعكسية للكروماتوغراف.
- كروماتوغرافيا الفلاش:
يُعتمد جميع طرق الكروماتوغرافيا السابقة على قوة الجاذبية الأرضية في حركة السوائل عبر الطور المتحرك، لكن في هذه الحالة يُستخدم غاز خامل، مثل النتروجين، لتسريع حركة السائل في الطور المتحرك وبالتالي تسريع عملية الفصل، يعتبر هذا النوع من أسرع الطرق لكنه من أكثرها تكلفةً.
- كروماتوغرافيا التقسيم:
غالبًا ما تكون الأطوار الثابتة صلبة والأطوار المتحركة سائلة في الكروماتوجرافيا السائلة، وهو ما يُعرف باسم كروماتوغرافيا الامتزاز، لكن في هذا النوع يكون كلا الطورين نفسه، وهو عبارة عن سائل، تتم عملية الفصل وفقًا لمعاملات التقسيم المختلفة الخاصة بكلا نوعي السائل.
- كروماتوغرافيا الاستبعاد الحجمي:
يعمل هذا النوع من الكروماتوغرافيا على فصل المركبات وفقًا لحجم جزيئاتها، لذا يُطلق عليه اسم المنخل الجزيئي، تتم عملية الفصل في هذا النوع بتمرير الطور السائل المتحرك عبر الطور الثابت الصلب حيث تنفصل المكونات الصغيرة عن الأكبر على طول الطريق بناءً على كثافة مسام الطور الثابت.
- كروماتوغرافيا التقارب:
يعمل هذا النوع على فصل العينة اعتمادًا على روابطها الجزيئية، حيث يكون الطور المتحرك ذو ارتباط معدني محدد والطور الثابت من الزجاج المسامي، تلتقط مسام الزجاج الجزيئات ذات الروابط وتفصلها عن الجزيئات التي لا ترتبط والمعروفة باسم المواد التحليلية.
- الكروماتوغرافيا الأيونية:
تُصنف الكروماتوغرافيا الأيونية على أنّها كروماتوغرافيا سائلة عالية الأداء، يُستخدم هذا النوع لفصل المركبات الأيونية، حيثُ تعتمد عملية الفصل على التبادل الأيوني السالب والموجب مع طور ثابت صلب.
ما هي الخطوات المتبعة في عملية كروماتوغرافيا السائل، وكيف تتم؟
يسير مبدأ الفصل في كروماتوجرافيا السائل وفق منهجية ثابتة تتلخص بالخطوات البسيطة التالية:
- أولًا، يوضع الطور الثابت في العمود المخصص له، وهو عبارة عن مادة صلبة ممتصة.
- ثانيًا، يبدأ تمرير الطور المتحرك الحامل للمذيب عبر عمود الطور الثابت من خلال الضغط ببطء عليه، تتم العملية إما وفق الجاذبية الأرضية أو عبر مضخات.
- ثالثًا، يبدأ حقن عينة من الخليط المراد فصله في أعلى العمود.
- رابعًا، وهي مرحلة الفصل، تبدأ عملية فصل الخليط إلى مكوناته نتيجةً لتفاعل كل مكون منها مع مادة الامتصاص بطريقة مختلفة، الأمر الذي ينتج عنه معدل نقل مختلف لكل مكون عن المكون الآخر، أي ينتقل كل مكون بسرعة مختلفة عن باقي المكونات.
- خامسًا، تبدأ المكونات المنفصلة بالخروج من الجهاز على مراحل من أسفل العمود.
- سادسًا، وهي مرحلة تحديد هوية المكونات، تُنقل المكونات إلى كاشف لتحديد طبيعتها.
بعد أن تغادر جميع مكونات الخليط العمود، يبدأ الكاشف بتحديد ماهية كل مكون منها من خلال التقرير الذي يظهر على شكل رسم بياني، يسمى مخطط الكروماتوجرام، يتكون المخطط من محور أفقي يشير إلى وقت الاحتفاظ أو الاستبقاء للمكونات ومن محور عمودي يدل على قوة الإشارة، أي مدى تركيزها.
تدل كل ذروة في مخطط الكروماتوجرام على وجود مادة كيميائية ضمن العينة، يحدد نوع هذه المواد وفقًا لزمن الاحتفاظ لها، حيث تمتلك معظم المواد الكيميائية المعروفة وقت احتفاظ نموذجي مصنف ضمن المقاييس العالمية، يُحدد وقت الاحتفاظ عند قمة الذروة على المخطط.
يمكن تقدير حجم وتراكيز المواد ضمن العينة من خلال المخطط، حيث يدل مدى ارتفاع القمة للمادة المفصولة على كمية تركيزها، أي أنّ المادة ذات المنحني العالي والعريض تعرف على أنّها ذات تركيز أكبر.
مجالات استخدام كروماتوغرافيا السائل
يشيع استخدام كروماتوجرافيا السائل في الكثير من الصناعات والتطبيقات، منها:
- المجال الطبي: تُستخدم تقنيات كروماتوغرافيا السائل في تحليل عينات الدم للأطفال حديثي الولادة لتحديد ما إن كانوا يعانون من أي اضطرابات وراثية.
- المستحضرات الصيدلانية: تساعد الكروماتوغرافيا في تحديد المكونات الأساسية للمستحضرات الصيدلانية خلال مرحلة تركيبها، بالإضافة إلى استخدامها كثيرًا من أجل الحصول على مواد كيميائية خام ونقية لاستخدامها في التركيب الدوائي.
- المجال الكيميائي: تستخدم كروماتوغرافيا السائل في تحديد مدى توافق المنتج الكيميائي المُصنّع مع النتيجة المطلوبة، بعد الانتهاء من تصنيعها.
- المجال البيئي: تستخدم كروماتوغرافيا السائل في البيئات الملوثة بمادة ما لتحديد نوع المادة الرئيسية الملوثة.
- المجال الغذائي: تستخدم كروماتوغرافيا السائل في العديد من التطبيقات في تصنيع الأغذية مثل مراقبة الجودة وتحديد محتوى الأطعمة من فيتامينات ومعادن.
- المجال التعليمي: تستخدم كروماتوغرافيا السائل في الجامعات والمدارس بشكل شائع لتعليم الطلاب المبادئ الأساسية الكروماتوغرافيا ومساعدتهم في البحث العلمي الحيوي.
يمكنك التسجيل في الدورة التدريبية التي يقدمها مركز لندن بريميير سنتر حول الاستشراب السائل والغازي للحصول على معلومات وفيرة في هذا المجال.
