کروماتوگرافی ستونی چیست؟ – به زبان ساده

کروماتوگرافی ستونی چیست ؟

کروماتوگرافی ستونی یکی از روش‌های جداسازی در کروماتوگرافی است. ترکیبات در این روش بسته به میزان سرعتی که در فاز ساکن دارند از ستون خارج می‌شوند. کروماتوگرافی ستونی در مقیاس‌های بسیار کمِ میکروگرم تا کیلوگرم کاربرد دارد. مزیت اصلی کروماتوگرافی ستونی ارزان و یکبار مصرف بودن فاز ساکن است. اینکه فاز ساکن تنها یک بار مورد استفاده قرار می‌گیرد از آلوده شدن و تخریب آن در فرایند بازیافت جلوگیری می‌شود.

بهبود و توسعه کروماتوگرافی ستونی ساده برخی از روش‌های کروماتوگرافی پیشرفته که در زیر فهرست شده‌اند را ایجاد کرده است.

• کروماتوگرافی مایع با عملکرد بالا (HPLC)
• کروماتوگرافی گازی (GC)
• کروماتوگرافی تبادل یونی (IEC)
• کروماتوگرافی ژل تراوشی (GPC)

اجزای کروماتوگرافی ستونی

اجزای تشکیل‌دهنده کروماتوگرافی ستونی ساده به صورت زیر است.

• ستون کروماتوگرافی
• فاز ساکن
• فاز متحرک

ستون کروماتوگرافی چیست ؟

فاز ساکن

فیلم آموزش مواد جاذب در شیمی در فرادرس

کلیک کنید

برخی از معیارهای ماده جامد که جذب خوبی می‌تواند داشته باشد به ترتیب زیر است:

• شکل و اندازه ذرات در محدوده ۶۰–۲۰۰ میکرومتر و شکل‌هایی یک‌دست دارند.
• ذرات پایداری بالایی دارند و نسبت به ترکیبات شیمیایی بی‌اثر هستند. بین این ذرات و حلال‌ها واکنشی صورت نمی‌گیرد.
• ارزان قیمت، بدون رنگ و در دسترس باشند.
• حلال به راحتی باید از میان آن جریان یابد.

براساس میزان جذب ماده فاز ساکن، آن‌ها به دسته‌های ضعیف، متوسط و قوی تقسیم می‌شوند.

فاز متحرک

انواع کروماتوگرافی

در کروماتوگرافی دو فاز ساکن و متحرک وجود دارد که فاز ساکن به صورت ستون، صفحه یا کاغذ است. فاز متحرک نیز به شکل گاز، مایع یا سیال فوق بحرانی است.

فیلم آموزش کروماتوگرافی و کاربردها در فرادرس

کلیک کنید

براساس نوع فاز متحرک، کروماتوگرافی به صورت زیر دسته‌بندی می‌شود.

• کروماتوگرافی مایع (LC)
• کروماتوگرافی گازی (GC)
• کروماتوگرافی سیال ابر بحرانی (SFC)

و براساس فاز ساکن به صورت زیر این تکنیک تقسیم می‌شود.

• کروماتوگرافی ستونی (LSC)
• کروماتوگرافی کاغذی (PC)
• کروماتوگرافی لایه نازک (TLC)

انواع کروماتوگرافی ستونی چیست ؟

کروماتوگرافی ستونی را می‌توان به چهار دسته جذبی،  تقسیمی، ژل و تبادل یونی تقسیم کرد:

• «جذبی» (Adsorption) : در این روش، اجزای مخلوط روی بستر جاذب ستون، جذب می شوند.
• «تقسیمی» (Partition) : در تکنیک تقسیمی، فازهای ساکن و متحرک، هر دو در یک فاز و به شکل مایع هستند.
• «ژل» (Gel): در کروماتوگرافی ستونی ژل، ستون کروماتوگرافی با استفاده از ژل پر شده است.
• «تبادل یونی» (Ion exchange): در این نوع از کروماتوگرافی ستونی، فاز ساکن همیشه از نوع رزین‌های تبادل یونی است.

اساس کروماتوگرافی ستونی

پایه و اساس کروماتوگرافی ستونی به ویژگی جذب مواد مرتبط است. به طور کلی، موادی که میل بیشتری به فاز ساکن دارند با حرکت آهسته‌تر و موادی که میل کمتری دارند سریع‌تر از ستون خارج یا حذف می‌شوند.

مراحل کروماتوگرافی ستونی به شرح زیر است:

• آماده‌سازی ستون: برای جداسازی فاز مناسبی انتخاب و در انتهای ستون پشم شیشه قرار می‌گیرد. ستون نیز به دو روش آماده می‌شود.
  • روش خشک: به مقدار نیاز ستون با پودر جاذب پر شده و سپس برای همگن شدن با حلال شسته می‌شود.
  • روش خیس یا مرطوب: جاذب یا فاز ساکن به همراه فاز متحرک به شکل «دوغاب» (Slurry) تهیه و در ستون قرار می‌گیرد.
• افزودن نمونه: نمونه مخلوطی از ترکیبات مختلف است. برای افزودن نمونه به ستون، نمونه باید در مقداری از حلال به صورت رقیق حل شده و سپس به بالای فاز ساکن اضافه می‌شود.
• شویش: پس از افزودن نمونه، حلال شستسو اضافه و فرایند جداسازی آغاز می‌شود. عمل شویش معمولا به دو طریق می‌تواند صورت گیرد.
  1. «تکنیک شویش ایزوکراتیک» (Isocratic Elution Technique): از حلالی یکسان یا حلالی با قطبیت مشابه در کل فرایند مورد استفاده قرار گیرد. برای نمونه تنها از کلروفرم استفاده شود.
  2. «تکنیک شویش گرادیان» (Gradientelution Technique): با پیشرفت فرایند، از حلال‌هایی با قطبیت بیشتر استفاده می‌شود. مثلاً به ترتیب از بنزن< کلروفرم< اتیل استات< کلروفرم استفاده می‌کنند. در شویش گرادیانی در ابتدا ترکیب‌های غیرقطبی و سپس ترکیبات قطبی جدا می‌شوند.
• شناسایی: وقتی که اجزای جدا شده رنگ داشته باشند با چشم و بدون نیاز به ابزار می‌توان شناسایی و جدا کردن آن‌ها را انجام داد. اما اگر ترکیبات بی‌رنگ باشند، اجزای جدا شده با شماره‌گذاری جز به جز جمع‌آوری شده و در نهایت برای شناسایی توسط TLC آنالیز می‌شوند. در نهایت غلظت نمونه بر حسب زمان به صورت «کروماتوگرام» (Chromatogram) توسط آشکارساز رسم می‌شود. از میزان وضوح کروماتوگرام می‌توان به کیفیت فرایند پی برد. وضوح بالاتر نشانه جداسازی بهتر است.

معایب و مزایای کروماتوگرافی ستونی

برخی از مزیت‌ها و معیایب این روش عبارتند از:

مزایای کروماتوگرافی ستونی

• جداسازی هر نوع مخلوطی به هر میزانی ممکن است.
• گزینش فاز متحرک تنوع زیادی وجود دارد.
• محدودیتی برای میزان مخلوط جداسازی وجود ندارد.
• آنالیت‌های جدا شده می‌توانند دوباره استفاده شوند.
• امکان خودکارسازی فرایند وجود دارد.

معایب کروماتوگرافی ستونی

• فرایند جداسازی به آهستگی انجام می‌شود و زمان زیادی نیاز است.
• در فرایند جداسازی ممکن است به حلال بیشتری نیاز باشد و می‌تواند هزینه اضافی به همراه داشته باشد.
• خودکارسازی فرایند نیز می‌تواند هزینه‌بر و پیچیده باشد.
• قدرت تفکیک بالایی ندارد.

کاربرد کروماتوگرافی ستونی چیست ؟

رایج‌ترین کاربردهای این تکنیک عبارتند از:

• جداسازی ترکیبات گوناگون
• حذف ناخالصی‌ها
• جداسازی اجزای فعال
• جداسازی متابولیت‌ها از مایعات بیولوژیکی
• ارزیابی و برآورد داروها در فرمول‌بندی یا عصاره‌های خام
• جداسازی ترکیبات فعال گیاهان

سوالات متداول

برخی از پرسش‌های رایج در این بخش پاسخ داده شده‌اند.

کروماتوگرافی ستونی به چه عواملی بستگی دارد ؟

عوامل زیر می توانند بر کارایی ستون تاثیر بگذارند.

• ابعاد ستون
• اندازه ذرات جاذب
• ماهیت حلال
• دمای ستون
• فشار

در کروماتوگرافی ستونی از چه حلالی استفاده می‌شود؟

در کروماتوگرافی ستونی معمولاً مخلوطی از حلال‌های قطبی و غیرقطبی استفاده می‌شود تا به‌توان جداسازی ترکیبات گوناگون را انجام داد. حلال‌های آلی هگزان و اتیل استات برای مواد قطبی و متانول و محلول‌های آبی برای مواد غیرقطبی رایج‌ترین حلال‌های مورد استفاده در این تکینک هستند.