الكروماتوجرافيا أوالاستشراب، هي طريقة لفصل وتنقية المواد الكيميائية المختلطة. تعتمد الطريقة على حتى مكونات المخلوط توزع نفسها بنسب مختلفة بين مكوني نظام ثنائي أحدهما متحرك والآخر ثابت. يمكن تصنيف طرق الكروماتوجرافيا المتنوعة على أساس مكونات النظام الثنائي ، فمثلا كروماتوجرافيا الصلب-سائل تستخدم مكونا صلبا كالسيليكا أوالألومينا وأوراق الترشيح ومكونا سائلا متحركا كأي مذيب كالماء أوالمذيبات العضوية. وكروماتوغرافيا الصلب-غاز تستخدم سائلا مدمصا على صلب كمكون ثابت وأحد الغازات كمكون متحرك .حيث ينادي الفهماء حاليا بالرجوع إلى الطبيعة بعد موجة التلوث التي اجتاحت عالمنا نتيجة لاستخدام الكيمياويات المصنعة من مبيدات حشرية ومنظفات صناعية وغيرها وقد استجاب الأطباء حاليا لهذا النداء وبدأوا في استخدام الأعشاب والمنتجات الطبيعية كبديل للأدوية . فإذا سمعنا حتى عشبا معينا يفيد في علاج بعض الأمراض ، فماذا يتبع الفهماء للتحقق من ذلك ،يا ترى؟ إنهمم يحللون هذا العشب ليفصلوا جميع مكون من مكوناته بحالة نقية، ويستخلصوا المادة الفعالة كدواء . معنى ذلك أنه لتعهد مخلوط معين لا بد من تحليله إلى مكوناته الأصلية بحالة نقية.

وطرق الفصل التقليدية مثل الترشيح والتقطير والترسيب غالبا ما نستخدم فيها التسخين والأحماض والقلويات، وهذه الكيفية تستغرق كثيرا من الوقت وكثيرا من الكواشف كما حتى جزءا كبيرا من المادة يفقد في أثناء هذه العملية بجانب حتى المركبات البيولوجية مثل بروتينات الدم مثلا.

الاكتشاف

نشأت فكرة التحليل الكروماتوجرافي على يد العالم الروسي تسويت سنة 1901م عندما حاول فصل الصبغات النباتية الملونة ، ولهذا أعطاها اسم الكروماتوجرافي (حدثة chroma باللغة اللاتينية معناها لون) إلا حتى هذه الكيفية تتبع الآن هذه الكيفية تتبع بنجاح في فصل جميع المواد غير الملونة من مخاليطها سواء الصلبة أوالسائلة أوالغازية. .

نظرية الكروماتوجرافيا

الاحتفاظ

${\displaystyle R_{f ={\frac {distance\ moved\ by\ compound {distance\ moved\ by\ solvent$

نظرية الأطباق

${\displaystyle K={\frac {Concentration\ of\ solute\ in\ stationary\ phase {Concentration\ of\ solute\ in\ mobile\ phase$

K is assumed to be independent of concentration, and can change if experimental conditions are changed, for example temperature is increased or decreased. As K increases, it takes longer for solutes to separate. For a column of fixed length and flow, the retention time ${\displaystyle (t_{R )$ and retention volume ${\displaystyle (V_{r )$ can be measured and used to calculate K.

Techniques by chromatographic bed shape

كروماتوجرافيا عمودية

كروماتوجرافيا مستوية

ويعد التحليل الكروماتوجرافي من أبرز طرق الفصل الحديثة كطريقة بسيطة وسريعة تحافظ على كيان المركبات المراد فصلها وتصلح لفصل مكونات أي مخلوط سواء كان في الحالة الصلبة أوالسائلة أوالغازية وكان لهذا النوع من التحليل الفضل الأول في التقدم الملموس في كيمياء البروتينات والمضادات الحيوية والهرمونات والفيتامينات ....الخ . وقد نشأت فكرة التحليل الكروماتوجرافي على يد العالم الروسي تسويت سنة 1901 م عندما حاول فصل الصبغات النباتية الملونة ، ولهذا أعطاها اسم الكروماتوجرافي (حدثة chroma باللغة اللاتينية معناها لون) إلا حتى هذه الكيفية تتبع الآن هذه الكيفية تتبع بنجاح في فصل جميع المواد غير الملونة من مخاليطها سواء الصلبة أوالسائلة أوالغازية . ويمكن تقسيم الصل الكروماتوجرافي حسب نوع القوى المسؤولة عن الفصل التي تتوقف بدورها على النادىمة أوالصنف الثابت المستخدم إلى ثلاثة أنواع.

أنواع التحليل الكروماتوجرافي

يمكن تقسيم الصل الكروماتوجرافي حسب نوع القوى المسؤولة عن الفصل التي تتوقف بدورها على النادىمة أوالصنف الثابت المستخدم إلى ثلاثة أنواع:

• كروماتوجرافيا الامتزاز
• كروماتوجرافيا التوزيع
• كروماتوجرافيا التبادل الأيوني
• كروماتوجرافيا غازي

كروماتوجرافيا الامتزاز

وفي هذا النوع تكون القوى المسؤولة عن فصل مكونات الخليط هي قوى الامتزاز, حيث تمتز مكونات الخليط المتنوعة بدرجات متفاوتة باستخدام صنف ثابت له خاصية الامتزاز مثل كربونات الكالسيوم أوالسيليكاجل . ففي كروماتوجرافيا الطبقة الرقيقة تنقط عينة من الخليط على مادة السيليكاجلالتي تغطي صفيحة زجاجية على شكل طبقة رقيقة , ثم يتصاعد المذيب من المستودع إلى أعلى هذه الطبقة وبعد مروره بموضع العينة فإن مكونات الخليط المتنوعة تتحرك خلال طبقة السيلكاجل بمعدلات مختلفة بحيث المكونات الممتزة أكثر تتحرك أبطأ والنتيجة هي فصل النقطة الأصلية إلى مجموعة نقاط جميع منها يحتوي على أحد المكونات

هوأقدم الطرائق، ويتلخص مبدؤه بما يلي: عند وضع محلول بتماس جسم صلب متمزز للمنحل solute يتثبت جزء من هذا الأخير على الجسم الصلب، وذلك نتيجة لحدوث توزع partition وقيام توازن يتوقف بصورة خاصة على شدة التمزز ومدى قابلية انحلال الجسم المنحل. ولتحقيق ذلك عملياً يصب مزيج الأجسام المراد فصلها منحلة في مذيب مناسب (الماء، الكحول) في قمة عمود شاقولي هوأنبوب مفتوح مُلئ بمسحوق جسم صلب اختياراً مناسباً (حجر كلسي، ألومين، طَلْق)، فيسيل المذيب الذي لم يتمززه الجسم الصلب إلى أسفل العمود، في حين يحتجز جميع من الأجسام المنحلة على مستوى يزداد انخفاضه بنقصان شدة تمززه، إلى غير ذلك تتكون حلقات متوضعة بعضها فوق بعض . ويمكن زيادة المسافة الفاصلة بين الحلقات بإضافة سائل هوالشاطف الذي ينقل الحلقات نحوالأسفل بحله الأجسام المتمززة. فمجموعة هذه الحلقات، التي يظهر مسقطها باللون أوبأي وسيلة أخرى، تكوِّن المخطط الاستشرابي chromatogram ويمكن إجراء الفصل إذا كان التظهير development كافياً وذلك بتقطيع العمود أوبإضافة شاطف يجرف الأجسام المتمززة نحوالأسفل في العمود وباستخلاصها الواحد بعد الآخر

كروماتوجرافيا التوزيع

تستعمل في طريقة الاستشراب هذه هلامة السيليس silica gel التي توضع بانتظام في عمود شاقولي، فيقوم السيليس، وهوالحامل البسيط، على تثبيت ماء الهلام، وهذا الماء يكوِّن الطور المذيب المستقر، وبعد إدخال المزيج المراد فصله في قمة العمود يصب شيئاً فشيئاً مذيب قوامه الكلوروفورم غالباً، فيهبط المذيب في العمود من دون نقل للماء، لكنه يَنقُل نحوالأسفل بسرعات مختلفة كلاً من مكونات المزيج، ويكون أسرع المكونات هبوطاً المكوّن الذي له أعلى معامل تفريق (معامل التفريق هونسبة كتلة المكّون المنحل في حجم من المذيب المتحرك إلى كتلة المكون المنحل في الحجم نفسه من الماء)، وعندئذ يحدث الفصل وينجز بشطف كاف.

إلى غير ذلك يعد استشراب العمود column chromatography وسيلة دقيقة جداً لتحديد الهوية، وهولا يحتاج إلا إلى ميليغرامات فقط من المادة المحللة.

أما الاستشراب على الورق paper chromatography فهوإضافة إلى بساطته، أكثر دقة ويجري بوضع عدة مكروغرامات من المزيج المراد فصله في زاوية من ورقة ترشيح موضوعة شاقولياً في جوشديد الرطوبة، وتقوم ظاهرة الشعرية capillarity بتسهيل نقل المذيب المتحرك في الورقة. وتتناسب سرعة انجراف الجسم عكساً مع انحلاله في الماء، ويتم تعهد كلٍ من البقع الحاصلة باستعمال كاشفٍ ملائم.

كروماتوجرافيا التبادل الأيوني

يرتبط باستشراب التمزز استعمال مبادلات الشوارد (الأيونات) ion -exchangers، وهي مركبات شاردية ضخمة macro-ionic معدنية أحياناً كالألومينات السيليسيومية silico-aluminates (الزيوليت)، وعضوية في الغالب، أي راتنجات حاصلة بتفاعلات التبلمر polymerization أوالتكاثف المتعدد polycondensation، ويكون بعضها هابطياً cationic مؤلفاً من نهايات كثيرة COO- أوSO-3 مرتبطة بشوارد H+، ويكون بعضها الآخر صاعدياً anionic مؤلفاً من زمرة N+R3 مرتبطة بشوارد OH- فإذا وضعت هذه الراتنجات بتماس محلول شاردي كانت قادرة على حتى تبادل بشواردها H+ أوOH- شوارد من الإشارة نفسها (+ أو-) تأتي من المحلول. ويؤدي هذا التبادل، كما في التمزز، إلى توازن مع المحلول، لذلك يمكن فصل أنواع شاردية عدة وفق تقنية مماثلة لتقنية استشراب الامتزاز (الشكل 2). إلى غير ذلك تفصل الحموض الأمينية الناشئة عن تحلل البروتينات الطبيعية بالماء hydrolysis على راتنج مبادل للهوابط cations كما تُفصَل مشتقات الحموض النووية على راتنج مبادل للصواعد anions وتُنزع الشوارد من المياه الطبيعية باستعمال مبادلات الشوارد التي يمكن تنشيطها من حديث عندما تشبع

كروماتوجرافيا غازي

هوطريقة حديثة عهدت تطوراً ونماء كبيرين، وفيها يبخر المزيج المراد فصله والمكون من سوائل طيارة، ويمدد بغاز حامل، ويرسل في عمود يحوي سائلاً مناسباً مثبتاً على حامل عاطل، فتنجرف مكونات المزيج الواحد بعد الآخر عند مخرج العمود. وتحدد هوية هذه المكونات وتعاير، بطريقة مناسبة كقياس تغير الناقلية الحرارية للغاز مثلاً. إنها طريقة سريعة وناجحة ودقيقة، وهي تستعمل في البحث وفي الصناعة كصناعة النفط مثلاً.

ومن أشهر العاملين في مضمار الاستشراب ملڤن كالڤن Melvin Calvin كيمياوي أمريكي (سانت پول، مينسوتا 1911) استخدم في التحليل الكيمياوي الاستشراب على الورق والتصوير الإشعاعي الذاتي autoradiography لمخططات الاستشراب، وحدد بدقة آلية التمثيل الضوئي باستعمال النظير الغاز كربون-14 (حامل جائزة نوبل في الكيمياء للعام 1961)، آرشر جون بورتر مارتن Archer John Porter Martin كيمياوي حيوي إنجليزي (لندن 1910) ابتكر عام 1944 بالاشتراك مع الكيمياوي الإنجليزي رتشارد لورنس ملنگتون سينج Richard Laurence Millington Synge (ليفربول 1914) الاستشراب على الورق لفصل الأحماض الأمينية الموجودة في البروتينات (تقاسم العالمان جائزة نوبل في الكيمياء لعام 1952)....

المصادر

• الكيمياء العامة تأليف كيفان ـ كلينفلند ترجمة د.سعد واصف، د. ماهر مصطفى الطبعة الثانية 1993 م معهد الإنماء العربي ، بيروت ـ لبنان
• الكيمياء العامة تأليف د.سالم لميباري وآخرين . الطبعة السادسة 1409 هجرية مخطة الحرمين ـ الرياض
• الكيمياء العامة د.إبراهيم العوضي وآخرين . الهيئة العامة للتعليم التطبيقي ـ الكويت 1990 م

انظر أيضاً

• Paper chromatography of amino acids on Wikibooks
• Aqueous Normal Phase Chromatography
• Multicolumn countercurrent solvent gradient purification (MCSGP)
• Chromatography in blood processing

المصادر

وصلات خارجية

مشاع الفهم فيه ميديا متعلقة بموضوع [[commons: Category:Chromatography | Chromatography ]].

• IUPAC Nomenclature for Chromatography
• Library أربعة Science: Chrom-Ed Series
• Overlapping Peaks Program - Learning by Simulations
• Chromatography Videos - MIT OCW - Digital Lab Techniques Manual
• GC Video - University of Colorado
• Chromatography Equations Calculators - MicroSolv Technology Corporation