شیمیکده

کروماتوگرافی به عنوان یکی از روش های آزمایشی کارآمد در نانو فناوری شامل چند روش است:

کروماتوگرافی کاغذی ، کروماتوگرافی ژلی و کروماتوگرافی گازی از جمله روش هایی هستند که در اینجا با آنها آشنا می شوید. دقت کنید که زمان عامل کنترل ما بر انتخاب ذرات است که با سرعت های مختلف در محیط  کروماتوگرافی توزیع مکان می یابد .

کروماتوگرافی در زبان یونانیChroma  به معنی رنگ وGorphein  به معنی نوشتن است.

کروماتوگرافی پرکاربردترین جداسازی تجزیه ای است که در تمام شاخه های علوم به کار می رود و امکان می دهد تا اجزای سازنده ی نزدیک به هم مخلوط های کمپلکس را جدا ، منزوی و شناسایی کنند که بسیاری از این جداسازی ها به روش دیگر ناممکن است.

مثال :

اگر به طور ساده بخواهیم عمل کروماتوگرافی را انجام دهیم ، یک لیوان حاوی آب برمی داریم و یک قطره جوهر در آن می چکانیم ، سپس تکه کاغذی را برمی داریم و قسمتی از آن را در لیوان آب قرار می دهیم ، پس از مدتی مشاهده می کنیم جوهر از کاغذ بالا می رود و پخش می شود

تاریخچه کروماتوگرافی:

واژه ی کروماتوگرافی که ریشه ای یونانی دارد، برای نخستین بار توسط تسوت ، بکار رفت. او که در سوئیس تحصیلات خود را به پایان رسانده بود و در آزمایشگاه گیاه شناسی شهر پترزبورگ به پژوهش می پرداخت مقاله ی مهم خود را در سال 1903 ارائه داد.

پس از چندی ، پژوهشگران به اهمیت یافته های او پی بردند و به این ترتیب رشد چشم گیری روش کروماتوگرافی را فراگرفت. کروماتوگرافی در 12 طرح پژوهشی که موفق به دریافت جایزه ی نوبل شدند نقش کلیدی داشته است .چنان که ، تیزلیوس به خاطر پژوهش های گسترده روی « تجزیه به وسیله ی جذب و الکتروفورز » ، به عنوان نخستین کسی شناخته می شود که با استفاده از روش یاد شده ، جایزه ی نوبل  شیمی در سال 1948 را از آن خود کرد . مارتین وسینج نیز در سال 1952 برای بار دوم به کمک این روش به خاطر پژوهش هایی درباره ی « کروماتوگرافی گازی از طریق پخش » برنده ی جایزه ی نوبل شیمی شناخته شدند.

بسیاری از پژوهشگران بر این باورند که حرکت محلول ها در خاک و جذب مواد معدنی توسط گیاهان ، پدیده ی کروماتوگرافی را در طبیعت به نمایش می گذارد. به هر حال ، کروماتوگرافی عبارت از جداسازی اجزای مخلوطی از ترکیب ها با استفاده از دو فاز است. یکی از فازها ثابت است و دیگری که حالت مایع یا گازی دارد فاز متحرک نامیده می شود . روشن نیست که چرا در نشریه های علمی دهه ی 20 میلادی ، از کروماتوگرافی سخنی به میان نیامده است . در همان سالها ، یک پژوهشگر آمریکایی به نام پالمر ، در این زمینه فعالیت می کرد. او در نخستین مقاله ی خود جداسازی دانه های رنگی شامل کاروتنوئید ها ، گزانتوفیل ها و کلروفیل را گزارش داد.

در دهه ی 40 ، گروه پژوهشی مارتین کروماتوگرافی کاغذی را معرفی کرده و گسترش داد. ارن ویلهلم کورن تیزلیوس  در این دوران اصول و فرمول روش های گوناگون کروماتوگرافی را ارائه کرد و فعالیت های او به بهبود روش کروماتوگرافی انجامید. دهه ی 50 را می توان دهه ی پیشرفت کروماتوگرافی گازی به شمار آورد . در این دهه ، جیمز و مارتین برای نخستین بار به طور کامل کروماتوگرافی مایع – گاز را شرح دادند که در آن مولکول های نمونه ، چه فرّار و چه نیم فرّار توسط فاز متحرک یعنی گاز حمل می شدند.

در این روش، از بسپارهای مایع که روی پایه ای خنثی پوشش داده شده بود، به عنوان فاز ثابت استفاده می شد. سرعت عبور هر جزء از نمونه که با فاز متحرک حرکت می کند ، به مقدار جاذبه ی میان آن جزء با فاز ثابت بستگی دارد. در سال 1952 ، ارائه این روش جایزه ی نوبل را از آن مارتین و سینج کرد.

در سال 1955، نخستین دستگاه کروماتوگرافی مایع – گاز تجاری توسط شرکت پرکین المر ساخته شد و به بازار راه یافت . وان دیمتر بحث نظری درباره ی این روش را در سال 1956 ارائه داد . در نیمه ی دوم دههی 60 ، با بهره گیری از پژوهش های نظری گیدینگز و کارهای علمی هوروات کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا شکل گرفت.

به این ترتیب بسیاری از مشکلات  موجود در کروماتوگرافی مایع کلاسیک ، مانند کندی انتقال جرم میان دو فاز متحرک و ثابت برطرف شد. هوروات و همکارانش در سال 1967 موفق به ساخت نخستین سامانه ی کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا شدند.

چندی نگذشت که این روش کاربرد گسترده ای در تجزیه ی دارویی ، آلاینده های زیست محیطی و عنصر های کمیاب یافت . چنان که با توجه به مراجع علمی ، رشد این نوع از روش یاد شده سریعتر از انواع دیگر آن بوده است . در اواخر این دهه ، کروماتوگرافی خشک ستونی شناخته شد.

از جمله برتری هایی که برای این روش برشمرده شد، هزینه ی کم ، نیاز به زمان کوتاه برای جداسازی و سادگی آن بود . در این روش ، برخلاف کروماتوگرافی ستونی ، شست و شوی ترکیب ها در ستون انجام نمی گیرد . به این ترتیب که، پس از وارد شدن نمونه از بالای ستون، اندکی حلال ، تنها در حد پر کردن فضای میان ذره های فاز ثابت به ستون افزوده می شود .

سپس با مکش جداسازی انجام می شود. در این نوع کروماتوگرافی ، سیلیس یا آلومینا به عنوان فاز ثابت کاربرد دارند . اگر جنس ستون از نایلون باشد، در پایان کار می توان با برش دادن ستون ، لایه های گوناگونی را که تشکیل شده است ، از یکدیگر جدا کرد .

پیشرفت های چشمگیر در پیوند دادن تجهیزات کروماتوگرافی به دشستگاه های گوناگون طیف سنجی از رویداد های دهه ی 70 به شمار می رود. به این ترتیب، استفاده ی هم زمان از کروماتوگرافی و طیف سنجی، با تزریق مقداری از نمونه ، جداسازی و شناسایی مواد را در پی داشت.

 در این زمان استفاده از GC/IR، GC/FTIR ، GC/MS ، HPLC/MSمتداول شد.

در این میان دو مورد آخر کاربرد گسترده تری پیدا کرد .در واقع ، نخستین روش دوگانه ی کروماتوگرافی و طیف سنجی ، GC/MS بود .

با برقراری پیوند  GC و MS ، حجم گاز حامل خارج شده از GC کاهش می یابد و به این ترتیب ، از سوختن برخی سیم ها که تنها در خلاء سالم می مانند جلوگیری می شود. متدوال ترین سامانه در این زمینه ، سامانه ی جداسازی پاششی است که در آن ، مولکول های سنگین به  MS وارد می شوند ولی گاز حامل که هلیم است به خاطر سبک بودن به بیرون از سامانه مکیده می شود. به هر حال پیوند HPLC و MS با دشواری های بیشتری همراه بود زیرا باید حلال های به کار رفته به عنوان فاز متحرک ، پیش از ورود نمونه به دستگاه MS حذف می شد.

 در همین دهه بود که نخستین دستگاه تجاری کروماتوگرافی مبادله ی یون راهی بازار شد. همچنین نخستین مقاله ی علمی کروماتوگرافی مبادله ی یون با کارایی بالا ، با استفاده از تجهیزات HPLC در این دهه به چاپ رسید. آنچه در پیشرفت این روش سهم به سزایی داشت، یکی تهیه ی ذره های رزین مبادله کننده ی یون با قطر µ10 یا کمتر و دیگری ،امکان دسترسی به اشکار سازی هایی بود که با خاصیت رسانایی الکتریکی کار می کردند .

در دهه ی80،کروماتوگرافی مایع با کارآیی بالا به عنوان روشی متداول در جداسازی ترکیب های شیمیایی شناخته شد . نو آوری هایی در این روش روی داد که از آن جمله می توان به این موارد اشاره کرد :

استفاده از تجهیزات خودکار و برنامه های نرم افزاری

افزایش کیفیت ستون ها و تکرار پذیری آزمایشها

پیشرفت معادله های ریاضی برای اندازه گیری های مربوط به شست و شو و کارایی ستون ها .

در خلال این دهه ، ستون های میکرو و سامانه های کروماتوگرافی مایع با کارآیی بالا به صورت تجاری در آمد.

روش های کروماتوگرافی مایع میکرو، الکتروفورز مویین ، کروماتوگرافی با مایع فرابحرانی میکرو،کروماتوگرافی گازی مویی از جمله نوآوریهای مهم کرماتوگرافی در این دهه بوده اند.پیش از این دوره،جداسازی ترکیب های دستواره با استفاده ازکروماتوگرافی مایع با کارایی بالا،تنها پس از مشتق سازی امکان پذیر بود اما با وجود فازهای ثابت دستواره ای که توسط پیرکل ساخته شد ،دیگر نیازی به مشتق سازی نبود.

پس از آن فازهای ثابت دستواره به صورت تجاری روانه بازار شد و طراحی فازهای ثابت برای کاربرد های اختصاصی نیز معمول شد . هم چنین در این دهه ،افزایش چشمگیر تعداد مقاله های علمی در زمینه کاربرد کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا را در زیست فناوری دربرداشت .

به کمک این روش صرفه جویی در زمان و هزینه ی جداسازی ها ، بدون کاهش در کارایی و تکرار پذیری نتایج ممکن شدوروش دیگری که در همین دهه شناخته و متداول شد، کروماتوگرافی مویین با مایع فرا بحرانی بود این روش نسبت به کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا توانایی بیشتری داشته ، می تواند ترکیب های حساس به گرما و مولکول های بزرگ با وزن مولکولی بالا را مورد بررسی قرار دهد .

در واقع ، این نوع از کروماتوگرافی به عنوان مکملی برای کروماتوگرافی گازی و کروماتوگرافی مایع با کارآیی بالا به شمار می رود . مایع های فرابحرانی که به عنوان فاز متحرک در این روش به کار می روند ، خنثی ، خالص ،غیرسمی و ارزانند و با استفاده از آنها مصرف حلال های آلی که اثر های نامناسب بر سلامتی و ایمنی دارند کاهش می یابد . دهه ی پایانی قرن بیستم ، رشد دو نوع کروماتوگرافی را در بر داشت ، یکی الکترو کروماتوگرافی مویین (CEC) و دیگری الکتروفورز مویین ( .(CE 

 در دهه ی 1930 تیزلیوس الکتروفورز را معرفی کرد . اما در سال 1947 پرتریوس در دانشگاه پرتوریا استفاده از الکترو – اسمز را برای جاری شدن فاز متحرک در کروماتوگرافی مایع پیشنهاد کرد.

پیشرفت گسترده در الکتروکروماتوگرافی مویین در دههی 1980 با کار یورگنسون و لوکاس نشان داده شد. آنها با استفاده از الکترواسمز در ستون های مویین نشان دادند که در این حال ارتفاع بشقاب ها در ستون کاهش می یابد و این خود ، به معنی افزایش در کارایی روش یاد شده بود . این روش ، برگرفته از جداسازی بر پایه ی الکتروفورز است. در اینجا از ستونی مویین ، پر شده از سیلیکاژل استفاده می شود . با برقراری ولتاژی ویژه در ستون ، نمونه هایی که دارای بار الکتریکی هستند و در یک الکترولیت حل شده اند ، از ستون می گذرند.

در روش الکتروفورز مویین ، غربال نمونه توسط یک شبکه از ژل انجام می گیرد و اجزایی که بار مثبت یا منفی دارند در PH ویژه از نمونه جدا می شوند پیوند هر دوی این دستگاه ها به دستگاه طیف سنج جرمی ، از جمله پیشرفت های برجسته ی کروماتورافی در این دهه به شمار می رود.

گرداوری کننده:خانم آتوسا شیخ امیر لو