استشراب

استشراب
الاستشراب أو الكروماتوغرافيا أو الكروماتوجرافيا أو التفريق اللوني طريقة لفصل وتنقية المواد الكيميائية المختلطة. تعتمد الطريقة على أن مكونات المخلوط توزع نفسها بنسب مختلفة بين مكوني نظام ثنائي أحدهما متحرك والآخر ثابت. يمكن تصنيف طرق الاستشراب المختلفة على أساس مكونات النظام الثنائي، فمثلا استشراب: الصلب-سائل تستخدم مكونا صلبا كالسيليكا أو الألومينا وأوراق الترشيح ومكونا سائلا متحركا كأي مذيب كالماء أو المذيبات العضوية.
واشتشراب الصلب-غاز تستخدم سائلا مدمصا على صلب كمكون ثابت وأحد الغازات كمكون متحرك.
التاريخ
نشأت فكرة التحليل الاستشرابي على يد العالم الروسي تسويت سنة 1901م عندما حاول فصل الصبغات النباتية الملونة، ولهذا أسماها الكروماتوجرافي (كلمة chroma باللغة اللاتينية معناها لون وgraphein تعني الكتابة) إلا أن هذه الطريقة تتبع الآن بنجاح في فصل جميع المواد غير الملونة من مخاليطها سواء الصلبة أو السائلة أو الغازية.
طرق الاستشراب
تعتمد التقنيات الكروموتوغرافبة على طبيعة الدعامة المستعملة في الطور الصلب، وعلى المبادئ الأساسية الداخلة في فصل المكونات في المزيج قيد الدراسة.
تستعمل ثلاثة أنواع من الدعائم في الكروموتوغرافيا هي الورقة والطبقة الرقيقة والعمود. وتؤدي إلى نشوء فئات من طرق الكروموتوغرافيا المتاحة لمحلل المواد الغذائية.
1- الاستشراب المستوي
كروموتوغرافية الورقة:
يتألف الطور الساكن من صفيحة من الورق، حيث اُستخدم ورق الترشيح العادي في عمليات الفصل الكروماتوغرافي يمكن أن تكون بنية الورق من السيللوز أو الورق المعالج كيميائيًا،
يتدفق الطور المتحرك السائل في شعريات الورقة مسببةً الفصل الكروماتوغرافي.
ومن فوائد هذه الطريقة بقاء المناطق المفصولة على الورقة ذاتها، حيث يمكن التعرف عليها أو استخلاصها.
يمكن اختيار شكل النسيج المكون للورقة وسماكتها حسب طبيعة المواد المراد فصلها، أما أبعاد الورقة المستخدمة فهي عادة 1,5-2,5 سم عرضًا و25-30 سم طولاً.
وطريقة الفصل مشابهة لل TLC لكنها تحتاج لوقت أطول نوعا ما.
كروموتوغرافية الطبقة الرقيقة: (Thin Layer)
وتستخدم بهدف فصل مواد المزيج لمعرفة ألوانه لكن لا نحصل على مادة اللون بشكل محسوس.
يوجد على الطرف الخلفي للصفيحة (الطبقة الرقيقة) معدن ألومنيوم أو زجاج ومغطاة بالسيليكا وهو الطور الساكن.
2_ الاستشراب العمودي
*الكروموتوغرافيا السائلة LC.
كروموتوغرافيا سائل-سائل LLC.
كروموتوغرافيا سائل صلب LSC.
يستعمل في الكروموتوغرافيا العمودية عادة الزجاج لدعم الطور الصلب، حيث يشترى الطور الصلب مسبقاً وينشط إذا لزم الأمر بتسخينه إلى درجة حرارة معينة، ويغسل في حالة راتينج المبادل الأيوني أو يبلل بالماء لينتفخ في حالة الترشيح الهلامي وتضاف العينة المراد فصلها إلى أعلى العمود ثم تلفظ بمذيب ملائم.
تختلف الاستشراب السائل عن الطرق الأخرى بأن الطور الساكن مؤلف من مادة خاملة مثل السيليكا أو البولي سيتارين المحتوي على مكونات أيونية مثل مجموعات الكربوكسيل أو مجموعات الأمونيوم، حيث يمكن أن تتبادل المكونات الأولية في العينة المارة في العمود مع المكونات الأيونية في الطور الساكن مؤدية إلى فصلها عن مكونات العينة الأخرى، يستعمل في كروموتوغرافيا العمود عادة الزجاج لدعم الطور الصلب.
خطوات العمل:
ناخذ مثلا مزيج وليكن مكون من مادتين وأردنا إجراء عملية الفصل بواسطة استشراب العمود، فإن تسلسل عملية الفصل ستكون على النحو التالي:
نقوم بحقن المزيج على سطح العامود المملوء بالطور الساكن.
نغسل بكمية قليلة من المحلول الطارد فتنفصل المواد، ولكنها تبقى قريبة من بعضها.
نجعل تدفق المحلول الطارد مستمرًا فنحصل على تباين في فصل المواد (نحصل على عدة طبقات متباعدة) حيث يتم فصل المواد تباعًا (أولى ثم ثانية) تبعًا لألفتها، وبذلك يصبح العمود خالي من المواد وجاهز لعملية فصل أخرى، ونقوم بتسجيل الزمن تباعًا:
لحظة خروج أول قطرة وآخر قطرة للمادة الأولى من العمود، ثم نحسب الزمن الوسطي لخروج المادة الأولى، حيث يعبر الزمن الوسطي لخروج المادة عن أعلى تركيز لها، ونفس الأمر بالنسبة للمادة الثانية وهكذا..
3-استشراب السائل ذات الاداء العالي
(HPLC) أهمية استشراب السائل عالي الأداء ترجع إلى أن بعض المواد ليست بطيارة كفاية بحيث تستطيع فصلها بكروماتوغرافي الغاز
وتتطلب درجات الفصل العالية اتزانات مكتملة للمذابات بين الأطوار لهذا يستخدم جسيمات دعم صلبة صغيرة جدًا وطبقات رقيقة من الطور السائل وحشوة مترابطة لتلك الجسيمات واقطار أعمدة صغيرة أيضًا.
الجسيمات المذكورة اعلاه تعطي درجات فصل أفضل بسبب:
السريان المتجانس خلال العمود.
المسافة التي ينتشر من خلالها المذاب في الطور المتحرك في مستوى الجسيمات.
معدل السريان الأفضل والذي يكون أسرع بالنسبة للجسيمات الصغيرة بسبب انتشار المذاب خلال مسافات أصغر، وكذلك يفضل استخدام ضغط عالي حيث يؤدي استخدام ضغط قدره 1000-ps7000 إلى إنتاج معدل سريان0.5
*الكروموتوغرافيا الغازية GS.
تعد هذه التقنية وسيلة تحليلة مهمة لتحليل المواد الغذائية، وتكتسب أهميتها في دراسة تركيب الحموض الدهنية في الدهون والزيوت.
يتكون الطور الغازي (المتحرك) غالبًا من غاز خامل يمكن أن يكون الهيدروجين أو الهيليوم أو الآزوت ويسمى الغاز الحامل وينساب الغاز عبر عمود في درجة حرارة معينة تتراوح بين 60م إلى أكثر من 200م لكي يتحول إلى أبخرة ويتم فصلها.
الصفات التي يجب توفرها في المادة المراد فصلها بالاستشراب الغازي:
1. أن تكون قابلة للتطاير في درجة حرارة العمود.
2. أن تكون المادة ثابتة حراريًا لا تتفكك في درجة حرارة العمود.
أقسام جهاز الـ GC:
1. اسطوانة الغاز:الحاوية على الطور المتحرك
2. حجرة الحقن.
3. العمود: مزود بفرن للتحكم بدرجة حرارته.
4.الكاشف: متصل مع راسم خطي يعطي الكروماتوغرام الموافق.
حيث ينادي العلماء حاليًا 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 وبدؤوا في استخدام الأعشاب والمنتجات الطبيعية كبديل للأدوية. فإذا سمعنا أن عشبا معينا يفيد في علاج بعض الأمراض، فماذا يتبع العلماء للتحقق من ذلك ؟ إنهم يحللون هذا العشب ليفصلوا كل مكون من مكوناته بحالة نقية، ويستخلصوا المادة الفعالة كدواء. معنى ذلك أنه لتعرف مخلوط معين لابد من تحليله إلى مكوناته الأصلية بحالة نقية.
أهمية الفصل الاستشرابي
وطرق الفصل التقليدية مثل الترشيح والتقطير والترسيب غالبا ما نستخدم فيها التسخين والأحماض والقلويات، وهذه الطريقة تستغرق كثيرا من الوقت وكثيرا من الكواشف كما أن جزءا كبيرا من المادة يفقد في أثناء هذه العملية بجانب أن المركبات البيولوجية مثل بروتينات الدم مثلا.
ويعد التحليل الكروماتوجرافي من أهم طرق الفصل الحديثة كطريقة سهلة وسريعة تحافظ على كيان المركبات المراد فصلها وتصلح لفصل مكونات أي مخلوط سواء كان في الحالة الصلبة أو السائلة أو الغازية وكان لهذا النوع من التحليل الفضل الأول في التقدم الملموس في كيمياء البروتينات والمضادات الحيوية والهرمونات والفيتامينات..الخ.
أنواع التحليل الكروماتوغرافي
ويمكن تقسيم التحليل الكروماتوغرافي حسب نوع القوى المسؤولة عن الفصل التي تتوقف بدورها على الطور الساكن المستخدم إلى ثلاثة أنواع:
أ- استشراب الادمصاص (الامتزاز)
ويقصد به التحليل الكروماتوغرافي عن طريق الادمصاص على السطح (يسمى أيضا الاستشراب الامتزازي)، والطور الساكن هنا مادة صلبة عارية. وفي هذا النوع تكون القوى المسؤولة عن فصل مكونات الخليط هي قوى الامتزاز، حيث تمتز مكونات الخليط المختلفة بدرجات متفاوتة باستخدام صنف ثابت له خاصية الامتزاز مثل كربونات الكالسيوم أو السيليكاجل. ففي الاستشراب بالطبقة الرقيقة تنقط عينة من الخليط على مادة السيليكاجل التي تغطي صفيحة زجاجية على شكل طبقة رقيقة، ثم يتصاعد المذيب من المستودع إلى أعلى هذه الطبقة وبعد مروره بموضع العينة فإن مكونات الخليط المختلفة تتحرك خلال طبقة السيلكاجل بمعدلات مختلفة بحيث المكونات الأكثر امتزازا تكون حركتها أبطأ والنتيجة هي فصل النقطة الأصلية إلى مجموعة نقاط كل منها يحتوي على أحد المكونات.
ب- استشراب تقاسمي
الاستشراب التقاسمي يحلل عن طريق الاختلاف في انحلالية المادة المراد فصلها مابين الطورين الساكن والمتحرك، ويشترط في الطور الساكن أن يكون سائل مشرّب أو مطعم على مادة صلبة.
ج- استشراب التبادل الأيوني
تحليل عن طريق تبادل الأيونات بين المادة المراد فصلها وبين أيونات السطح الذي يُحدث عملية التبادل وهي مادة راتنجية ويمثل الطور الساكن.
انظر أيضاً
استشراب عبور الهلام
استشراب انجذابي
استشراب التبادل الأيوني
المراجع
وصلات خارجية
IUPAC Nomenclature for Chromatography
Chromedia مجتمع وقاعدة بيانات على الإنترنت خاص بممارسي الاستشراب (يجب دفع رسم اشتراك)
Library 4 Science: Chrom-Ed Series
Hydrophobic Interaction & Reversed Phase Chromatography Handbook
Overlapping Peaks Program – Learning by Simulations
Chromatography Videos – MIT OCW – Digital Lab Techniques Manual
Chromatography Equations Calculators – MicroSolv Technology Corporation
اختراعات روسية
تقنيات وأدوات حيوية
علم الأمراض الكيميائي