کروماتوگرافی یکی از مهمترین و کاربردیترین روشهای جداسازی و شناسایی مواد در شیمی است. در میان انواع مختلف روشهای کروماتوگرافی، دو روش کروماتوگرافی کاغذی (Paper Chromatography) و کروماتوگرافی لایه نازک (TLC – Thin Layer Chromatography) به دلیل سادگی، سرعت بالا و نیاز نداشتن به تجهیزات پیچیده، جایگاه ویژهای در آزمایشگاههای آموزشی و تحقیقاتی دارند. در این مقاله از شیمی ارت، به بررسی اصول، مراحل انجام و کاربردهای این دو روش جداسازی میپردازیم.
مبانی و اصول کلی کروماتوگرافی
پایه و اساس تمامی روشهای کروماتوگرافی بر مبنای توزیع اجزای یک مخلوط بین دو فاز استوار است:
-
فاز ساکن (Stationary Phase): فازی که ثابت و بیپویش است و نمونه روی آن قرار میگیرد یا از روی آن عبور میکند.
-
فاز متحرک (Mobile Phase): مایع یا گازی است که به کمک کاپیلاریته یا فشار، روی فاز ساکن حرکت کرده و باعث جابجایی اجزای مخلوط میشود.
جداسازی در این روشها بر اساس میزان تفاوت در میل ترکیبی (توزیع) هر یک از اجزای مخلوط بین فاز ساکن و فاز متحرک انجام میشود. مادهای که میل ترکیبی بیشتری با فاز متحرک داشته باشد، سریعتر حرکت کرده و مسافت بیشتری را طی میکند، در حالی که ماده دارای میل ترکیبی بیشتر با فاز ساکن، دیرتر جابجا میشود.
کروماتوگرافی کاغذی (Paper Chromatography)
کروماتوگرافی کاغذی یکی از قدیمیترین اشکال کروماتوگرافی است که فاز ساکن در آن یک نوع کاغذ خاص (معمولاً کاغذ سلولزی با خلوص بالا) است.
نحوه انجام آزمایش:
-
آمادهسازی کاغذ: یک خط افقی در پایین نوار کاغذی با مداد کشیده میشود (مداد به این دلیل استفاده میشود که گرافیت در حلال حل نمیشود و در کار اخلال ایجاد نمیکند).
-
لکهگذاری: قطرهای از محلول نمونه مجهول روی خط مبدأ قرار گرفته و خشک میشود.
-
توسعه کروماتوگرام: نوار کاغذی به صورت عمودی درون ظرف حاوی حلال (فاز متحرک) قرار میگیرد، به طوری که انتهای پایینی کاغذ با حلال تماس داشته باشد اما لکه نمونه کاملاً بالاتر از سطح حلال قرار بگیرد.
-
حرکت حلال: حلال به کمک نیروی مویینگی (کاپیلاریته) در طول کاغذ به سمت بالا حرکت میکند و با عبور از روی لکه، اجزای مختلف را به همراه خود جابجا میکند.
کروماتوگرافی لایه نازک (TLC)
کروماتوگرافی لایه نازک یا TLC شباهت زیادی به کروماتوگرافی کاغذی دارد، با این تفاوت که به جای کاغذ، از یک لایه نازک از ماده جاذب (مانند سیلیکاژل، آلومینا یا سلولز) که روی یک صفحه شیشهای، پلاستیکی یا آلومینیومی پوشانده شده است، به عنوان فاز ساکن استفاده میشود. TLC به دلیل سرعت بالاتر، وضوح بهتر و تفکیک دقیقتر، بسیار بیشتر از کروماتوگرافی کاغذی در آزمایشگاههای مدرن کاربرد دارد.
مراحل انجام آزمایش TLC:
-
تهیه صفحه: رسم خط مبدأ با مداد در فاصله کمی از لبه پایینی صفحه TLC.
-
نقطه گذاری: قرار دادن نمونه روی خط مبدأ به کمک لوله مویین.
-
قرار دادن در محفظه (توسعه): قرار دادن صفحه درون یک محفظه دربسته (مانند بشر دربسته) که حاوی مقدار کمی حلال مناسب است. دربسته بودن محفظه باعث اشباع شدن فضای داخل از بخار حلال میشود.
-
تکمیل فرآیند: هنگامی که حلال به چند سانتیمتری لبه بالایی صفحه رسید، صفحه خارج شده، بلافاصله خط پیشروی حلال با مداد علامتگذاری شده و اجازه داده میشود خشک شود.
فاکتور نگهداری ($R_f$)
برای شناسایی و مقایسه مواد در کروماتوگرافی کاغذی و TLC از مفهومی به نام ضریب نگهداری یا فاکتور $R_f$ (Retention Factor) استفاده میشود. این فاکتور مقدار ثابتی برای هر ماده در شرایط مشخص (نوع فاز ساکن، فاز متحرک و دما) است.
فرمول محاسبه $R_f$ به صورت زیر است:
مقدار $R_f$ همیشه عددی بین صفر و یک ($0 < R_f < 1$) است. هر چه میل ترکیبی ماده با فاز متحرک بیشتر باشد، مقدار $R_f$ آن به عدد یک نزدیکتر خواهد بود.
روشهای ظاهرسازی (Visualization)
بسیاری از ترکیبات شیمیایی (مانند اسیدهای آمینه، قندها یا بسیاری از ترکیبات آلی) بیرنگ هستند و پس از اتمام کروماتوگرافی روی کاغذ یا صفحه TLC دیده نمیشوند. برای مشاهده این لکهها از روشهای ظاهرسازی استفاده میشود:
-
اشعه ماوراء بنفش (UV): اگر صفحه TLC حاوی مادهای فلورسنت باشد، با تابش نور UV در طول موجهای ۲۵۴ یا ۳۶۵ نانومتر، لکهها به صورت تیرهتر یا درخشان ظاهر میشوند.
-
معرفهای شیمیایی: استفاده از اسپریهای شیمیایی خاص (مانند محلور نینهیدرین برای اسیدهای آمینه یا ید برای ترکیبات آلی) که با واکنش شیمیایی لکهها را رنگی میکنند.
کاربردهای کروماتوگرافی کاغذی و TLC
-
بررسی خلوص مواد و تشخیص تعداد اجزای موجود در یک مخلوط.
-
پایش روند پیشرفت یک واکنش شیمیایی در سنتزهای آلی.
-
شناسایی مقدماتی مواد با مقایسه مقدار $R_f$ آنها با مواد استاندارد و شناخته شده.
-
جداسازی رنگها، رنگدانه های گیاهی (مانند کلروفیل)، اسیدهای آمینه و داروها.
سخن پایانی
کروماتوگرافی کاغذی و لایه نازک از ابزارهای پایهای، سریع و مقرونبهصرفه در شیمی تجزیه هستند که امکان جداسازی و تحلیل کیفی مخلوطها را با کمترین مقدار نمونه فراهم میکنند. تسلط بر اصول این روشها پایهگذار درک روشهای پیشرفتهتر کروماتوگرافی است. ما در شیمی ارت تلاش میکنیم تا مفاهیم کاربردی شیمی را به سادهترین و دقیقترین شکل ممکن برای ارتقای دانش شما عزیزان ارائه دهیم.
بدون دیدگاه