کروماتوگرافی چیست؟

کروماتوگرافی یک روش تحلیلی کلیدی است که برای تفکیک مخلوط‌ها به اجزای مجزای آن‌ها به کار می‌رود.

این تکنیک به پیشرفت‌های علمی در حوزه‌های مختلفی از جمله کشاورزی، بیوتکنولوژی، علوم غذایی، داروسازی و صنایع شیمیایی کمک شایانی کرده است.

در این مقاله، به تشریح اصول کروماتوگرافی می‌پردازیم و دستورالعمل‌های مرحله به مرحله‌ای ارائه می‌دهیم تا بتوانید آزمایش ساده‌ای را انجام دهید. این روش، فرصتی عالی برای تقویت مهارت‌های تحلیلی و پشتیبانی از مطالعات شیمی GCSE شما به شمار می‌آید.

کروماتوگرافی چیست؟

کروماتوگرافی یک روش فیزیکی است که برای تفکیک مخلوط‌ها به اجزای شیمیایی مشخص آن‌ها به کار می‌رود.

پس از انجام جداسازی، امکان تجزیه و تحلیل دقیق‌تر هر یک از مواد فراهم می‌شود. مخلوط مورد نظر می‌تواند به صورت محلول، کلوئید یا سوسپانسیون وجود داشته باشد و همچنین می‌تواند در حالت‌های مختلف ماده مانند جامد، مایع یا گاز باشد.

بنابراین، فرآیند کروماتوگرافی دقیقا چگونه کار می کند؟

در ابتدا، مخلوطی که قرار است مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرد، در یک حلال سیال حل می‌شود. این سیال، که می‌تواند به صورت مایع یا گاز باشد، به عنوان “فاز متحرک” شناخته می‌شود. اجزای مخلوط از طریق یک سیستم (مانند یک ورق کاغذ یا یک ستون فولادی) که مواد بر روی آن ثابت شده‌اند، جابجا می‌شوند. این مرحله به “فاز ثابت” معروف است. مواد تشکیل‌دهنده به دلیل تعاملات متفاوتی که با فاز متحرک و ثابت دارند، از یکدیگر جدا می‌شوند.

کروماتوگرافی برای نخستین بار در سال 1903 توسط گیاه‌شناس میخائیل تسوت توسعه یافت، که توانست رنگدانه‌های گیاهی مانند کلروفیل و کاروتنوئیدها را جدا کند.

امروزه، کروماتوگرافی به عنوان ابزاری برای تجزیه و تحلیل ترکیب شیمیایی و خواص مولکولی انواع مخلوط‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. قابلیت تطبیق‌پذیری این روش به معنای کاربردهای گسترده آن در زمینه‌های شیمی و همچنین در زندگی روزمره است (که در ادامه بیشتر به این موضوع خواهیم پرداخت).

هدف از آزمایش کروماتوگرافی عملی

هدف این آزمایش عملی، یاری رساندن به شما در فهم اصول کروماتوگرافی و ارتقاء مهارت‌های آزمایشگاهی و تحلیلی است. با بهره‌گیری از مواد و تجهیزات ساده موجود در آزمایشگاه شیمی مدرسه، روش جداسازی اجزای یک مخلوط را به منظور به منظور تجزیه و تحلیل خواهید آموخت

تکنیک‌های مختلفی از کروماتوگرافی، از جمله کروماتوگرافی گازی و کروماتوگرافی فاز معکوس، وجود دارند. با این حال، بسیاری از این روش‌ها نیازمند تجهیزات آزمایشگاهی با هزینه بالا هستند. برای اهداف ساده و عملی، ما از کروماتوگرافی کاغذی استفاده خواهیم کرد تا بررسی کنیم آیا می‌توان رنگدانه‌های خاصی را به طور مؤثرتری جدا کرد.

مواد و تجهیزات مورد نیاز

در ادامه، فهرستی از مواد و تجهیزاتی که برای انجام این آزمایش ساده کروماتوگرافی کاغذی لازم است، ارائه شده است. شما باید قادر باشید اکثر این مواد را در آزمایشگاه یا کلاس درس خود پیدا کنید.

مواد:

• کاغذ کروماتوگرافی
• قلم ژل
• محلول شستشو

تجهیزات:

• لیوان 500 میلی لیتری
• مداد
• خط کش
• روکش پلاستیکی
• نوار
• دستمال کاغذی

تجزیه گام به گام: روش

این آزمایش را می‌توان به‌طور مستقل یا با همکاری یک شریک آزمایشگاهی انجام داد. رعایت دستورالعمل‌ها و ثبت دقیق نتایج از اهمیت بالایی برخوردار است..

آماده سازی راه اندازی

مرحله 1: ابتدا دست‌های خود را به‌خوبی بشویید تا هرگونه روغن اضافی از روی آن‌ها پاک شود. لبه‌های کاغذ کروماتوگرافی را با احتیاط بگیرید و دقت کنید که اثر انگشت روی آن باقی نماند.

مرحله 2: کاغذ کروماتوگرافی را بر روی یک حوله کاغذی قرار دهید تا از آلودگی به گرد و غبار جلوگیری شود. کاغذ باید به‌طور صاف و بدون چین و چروک باشد. با استفاده از یک خط‌کش، یک خط مستقیم به فاصله 1.5 سانتی‌متر از پایین کاغذ بکشید.

سپس یک خط موازی دیگر به فاصله 10 سانتی‌متر از لبه پایین بکشید. خط اول به‌عنوان خط شروع و خط دوم به‌عنوان خط پایان در نظر گرفته می‌شود.

اعمال نمونه

مرحله 1: از خط شروع در سمت راست، حدود 2.5 سانتی‌متر اندازه‌گیری کنید. این قسمت را به آرامی با یک “X” کوچک علامت‌گذاری کنید. سپس از این نقطه، فواصل 1.5 سانتی‌متری را در امتداد خط شروع اندازه‌گیری کنید و هر یک را با یک “X” و جوهرهای رنگی زیر آن علامت‌گذاری کنید.

• مشکی
• بورگوندی
• قرمز
• صورتی
• بنفش
• فیروزه ای
• سبز
• آبی

مرحله 2: یک تکه نوار کوچک بردارید. با استفاده از کاغذ کروماتوگرافی، یک رول استوانه‌ای شکل بسازید (لکه‌ها باید در قسمت بیرونی قرار گیرند). لبه‌های بالایی و پایینی کاغذ را بچسبانید، اما دقت کنید که دو لبه کاغذ روی هم نیفتند.

توسعه کروماتوگرام

مرحله 1: 25 میلی‌لیتر از محلول شستشو را در یک ظرف 500 میلی‌لیتری بریزید و سپس یک تکه پلاستیک را به عنوان پوشش روی آن قرار دهید.

مرحله 2: سیلندر کاغذی که آماده کرده‌اید را به آرامی داخل بشر قرار دهید. سپس می‌توانید لیوان را با پوشش پلاستیکی بپوشانید. فقط اطمینان حاصل کنید که لکه‌های جوهر بالاتر از سطح مایع قرار دارند. حالا باید حدود 45 تا 90 دقیقه صبر کنید تا حرکت مایع شوینده به سمت بالا و به خط پایان برسد و به آرامی برخی از اجزای رنگی لکه‌های جوهر را با خود جابه‌جا کند.

مرحله 3: هنگامی که حلال به خط پایان رسید، کاغذ را از بشر خارج کنید و اجازه دهید مقداری از مایعات اضافی داخل لیوان بریزد. نوار را با احتیاط بردارید و کاغذ کروماتوگرافی که اکنون به آن کروماتوگرام می‌گویند، روی یک دستمال کاغذی قرار دهید. آن را در داخل هود قرار دهید و بگذارید خشک شود (برای تسریع در فرآیند خشک شدن می‌توانید از لامپ حرارتی موجود در هود به مدت 5 تا 10 دقیقه استفاده کنید).

تجزیه و تحلیل نتایج

پس از خشک شدن کروماتوگرام، می‌توانید نتایج را با استفاده از روش‌های کمی و کیفی تحلیل کنید (برای این مرحله به خط‌کش نیاز دارید).

مرحله 1: هر رنگ اصلی را بر اساس ترتیبی که در ابتدا برای هر نقطه رنگی مشخص کرده‌اید، زیر علامت “X” شروع کنید. متوجه خواهید شد که لکه‌های رنگی مختلفی بین خط شروع و خط پایان ایجاد شده است. دور هر نقطه رنگی متمایز را دایره‌گذاری کنید.

مرحله 2: خط‌کش را بردارید و از آن برای کشیدن علامت مثبت در مرکز هر نقطه استفاده کنید. سپس فاصله هر نقطه از خط شروع را اندازه‌گیری کرده و در دفترچه آزمایشگاه خود ثبت کنید (از سانتی‌متر به عنوان واحد اندازه‌گیری استفاده کنید). این مقادیر را می‌توان به عنوان مقادیر D در نظر گرفت.

مرحله 3: دورترین فاصله‌ای که مایع شوینده طی کرده است را برای هر نقطه از خط شروع اندازه‌گیری کنید. اندازه‌گیری‌های خود را ثبت کنید. این مقادیر را می‌توان به عنوان مقادیر F تعیین کرد.

مرحله 4: برای هر نقطه رنگی، ضریب احتباس یا Rf را محاسبه کنید. این ضریب به سادگی نسبت مقادیر D به مقادیر F برای هر نقطه است. مقادیر D نشان‌دهنده مسافتی است که حل شونده طی کرده، در حالی که مقادیر F نشان‌دهنده مسافتی است که حلال طی کرده است. هر یک از اجزای یک مخلوط دارای مقادیر Rf خاص خود هستند. هرچه مقدار Rf به 1.0 نزدیک‌تر باشد، نشان‌دهنده نگه‌داری کمتر اجزاء است.

مرحله 5: تجزیه و تحلیل و گزارش خود را بر اساس مقادیر Rf و رنگ‌های توصیفی هر نقطه تهیه کنید.

اقدامات احتیاطی ایمنی هنگام آزمایش با کروماتوگرافی

این آزمایش هیچ خطری ندارد، زیرا شما از مواد غیر سمی، غیر قابل اشتعال و غیر خورنده استفاده خواهید کرد. تنها احتیاطی که باید رعایت کنید این است که از وجود اثر انگشت و آلودگی بر روی کاغذ کروماتوگرافی اطمینان حاصل کنید. همچنین، کار با ظروف شیشه‌ای باید به‌درستی انجام شود تا از شکستگی آن‌ها جلوگیری شود.

کروماتوگرافی نه تنها در مطالعات آکادمیک شیمی مفید است، بلکه در زندگی روزمره نیز کاربردهای گسترده‌ای دارد.

صنعت کشاورزی: کروماتوگرافی به منظور تجزیه و تحلیل، شناسایی و تأیید محتویات مختلف محصولات کشاورزی به کار می‌رود. این روش به کارشناسان کمک می‌کند تا وجود ترکیبات شیمیایی خاصی را در میوه‌ها، سبزیجات و گیاهان تشخیص دهند.

علم محیط زیست: با استفاده از تکنیک‌های کروماتوگرافی می‌توان آلاینده‌هایی نظیر میکروپلاستیک‌ها و گازهای گلخانه‌ای را شناسایی کرد. به عنوان نمونه، کروماتوگرافی گازی به طور معمول برای شناسایی و اندازه‌گیری غلظت ترکیبات آلی فرار در نمونه‌های هوایی به کار می‌رود.

علم پزشکی قانونی: در حوزه پزشکی قانونی، رایج‌ترین انواع کروماتوگرافی شامل کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا (HPLC) و کروماتوگرافی مسطح هستند. این تکنیک‌ها برای شناسایی سموم در نمونه‌های خون و همچنین ردپای سایر آلاینده‌های سمی در بافت‌های نمونه مورد استفاده قرار می‌گیرند.

بیوتکنولوژی:در بیوتکنولوژی، کروماتوگرافی ابزاری بسیار کارآمد برای تجزیه و تحلیل ترکیبات بیوشیمیایی خاصی مانند اسیدهای نوکلئیک، ویتامین‌ها، چربی‌ها، کربوهیدرات‌ها و پروتئین‌ها به شمار می‌آید.

علوم غذایی: یکی از موارد بارز استفاده از کروماتوگرافی در علوم غذایی، رسوایی گوشت اسب در سال 2013 در اروپا بود. این تکنیک به کشف فعالیت‌های غیرقانونی و غیراخلاقی در مخلوط کردن گوشت اسب بدون اعلام در محصولات به ظاهر حاوی گوشت گاو کمک کرد.

داروها: کروماتوگرافی در تجزیه و تحلیل سمیت و اثربخشی انواع محصولات دارویی و داروها به کار می‌رود و همچنین در کنترل کیفیت این محصولات بسیار مفید است.

خلاصه

کروماتوگرافی یک روش تحلیلی چندمنظوره است که برای تفکیک مخلوط‌ها به اجزای اصلی آن‌ها به کار می‌رود. انجام آزمایش‌های کروماتوگرافی نه تنها یک روش عالی برای تقویت مهارت‌های تحلیلی شماست، بلکه به درک عمیق‌تری از این تکنیک علمی مهم نیز کمک می‌کند. این روش در دنیای واقعی کاربردهای گسترده‌ای دارد، از جمله در حوزه‌های پزشکی قانونی، علوم محیطی، داروسازی و بیوتکنولوژی.