کروماتوگرافی راهی است برای تشخیص اجزا در ابعاد نانومتری، با دقتی در حد و اندازه مولکولی و مدتها پیش از شکلگیری فناوری نانو، برای شناسایی مواد به کار میرفت. اگر چند مولکول با هم داشته باشیم، کروماتوگرافی تشخیص میدهد غلظت آنها چقدر است. اساس کار کروماتوگرافی جدا سازی اجزای مخلوط با استفاده از سرعت متفاوت حرکت مولکولهای مختلف در محیط یکسان و با انرژی اولیه مشابه است. دستگاههای کروماتوگرافی پیشرفته، میلیونها مولکول مختلف را در یک میلیمتر مخلوط بهراحتی شناسایی می‌کنند و پژوهشگران فناوری نانو می‌توانند به کمک این روشها قسمت عمده‌ای از کروماتوگرافی به عنوان یکی از روشهای آزمایشیِ کارآمد در نانو فناوری، شامل چند روش است: کروماتوگرافی کاغذی، کروماتوگرافی ژلی و کروماتوگرافی گازی از جمله روشهایی هستند که در اینجا با آنها آشنا می‌شویم. دقت کنید که زمان، عامل کنترل ما بر انتخاب ذراتی است که با سرعتهای مختلف در محیط کروماتوگرافی توزیع مکانی می‌‌یابند.
ریشه لغویِ کروماتوگرافی در زبان یونانی chroma به معنی رنگ و grophein به معنی نوشتن است.
اطلاعات اولیه
کروماتوگرافی پُرکاربردترین شیوه جدا سازی تجزیه ای است که در تمام شاخه‌های علوم به کار میرود. کروماتوگرافی گروه گوناگون و مهمی از روشهای جداسازی را شامل میشود و امکان میدهد تا اجزای سازنده نزدیک به همِ مخلوطهای کمپلکس را جدا، منزوی و شناسایی کند. بسیاری از این جداسازی‌ها به روشهای دیگر نا‌ممکن است.
سیر تحولی رشد
اولین روشهای کروماتوگرافی در سال 1903 توسط میخائیل سوئت ابداع و نام‌گذاری شد. او از این روش برای جداسازی مواد رنگی استفاده کرد.ریچارد لارنس و جان آرچر در سال 1952 به پاس اکتشافاتشان در زمینه کروماتوگرافی جایزه نوبل گرفتند.
توصیف کروماتو گرافی
کروماتوگرافی را به علت اینکه دربرگیرنده سیستم‌ها و تکنیک‌های مختلفی است نمی‌توان به طور مشخص تعریف کرد. اغلب جداسازی‌ها بر مبنای کروماتوگرافی و بر روی مخلوط‌هایی از مواد بی‌رنگ از جمله گازها صورت میگیرد.
کروماتوگرافی متکی بر حرکت نسبی دو فاز است. یکی از این فازها بدون حرکت است و فاز ساکن نامیده میشود و دیگری را فاز متحرک می‌نامند. اجزای یک مخلوط به وسیله جریانی از یک فاز متحرک از داخل فاز ساکن عبور داده می‌شوند و جداسازی بر اختلاف در سرعت مهاجرت اجزای مختلف نمونه استواراست.
مثال
اگر به طور ساده بخواهیم عمل کروماتوگرافی را انجام دهیم، یک لیوان حاوی آب را برمیداریم و یک قطره جوهر در آن میچکانیم. سپس تکهکاغذی را برمیداریم و قسمتی از آن را در لیوان آب قرار میدهیم. پس از مدتی مشاهده میشود که جوهر از کاغذ بالا میرود و پخش میشود.
روشهای کروماتوگرافی
روشهای کروماتوگرافی، بر حسب ماهیت فاز متحرک و سپس بر حسب ماهیت فاز ساکن، ممکن است جامد، مایع و گاز باشند. بدین ترتیب، فرآیند کروماتوگرافی به چهار بخش اصلی تقسیم میشود. باید گفت که اگر فاز ساکن، مایع باشد کروماتوگرافی را تقسیمی می‌نامند.
انواع کروماتوگرافی
هر یک از 4 نوع اصلی کروماتوگرافی انواع مختلفی دارد:
کروماتوگرافی مایع جامد
کروماتوگرافی جذب سطحی
کروماتوگرافی لایه نازک
کروماتوگرافی تبادل یونی
کروماتوگرافی ژلی
کروماتوگرافی گاز جامد
کروماتوگرافی مایع مایع
کروماتوگرافی تقسیمی
کروماتوگرافی کاغذی
کروماتوگرافی گاز مایع
کروماتوگرافی گاز مایع
کروماتوگرافی ستون موئین
مزیت روشهای کروماتوگرافی
روشهای کروماتوگرافی می‌توانند جداسازی‌هایی را که به روشهای دیگر خیلی مشکلاند، به انجام برسانند. زیرا اختلاف جزئی موجود در رفتار جزئی اجسام، در جریان عبور آنها از یک سیستمِ کروماتوگرافی چند برابر میشود.
هر چه این اختلاف بیشتر شود، قدرت جداسازی بیشتر و برای انجام جداسازی نیاز کمتری به وجود اختلافات دیگر خواهد بود.
مزیت کروماتوگرافی نسبت به ستون تقطیر این است که بهآسانی میتوان به آن دست یافت. با وجود اینکه ممکن است چندین روز طول بکشد تا یک ستون تقطیر به حداکثر بازده خود برسد، ولی یک جداسازی کروماتوگرافی می‌تواند در عرض چند دقیقه یا چند ساعت انجام گیرد.
یکی از مزایای برجسته روشهای کروماتوگرافی این است که آنها آرام هستند. به این معنی که احتمال تجزیه مواد جداشونده به وسیله این روشها در مقایسه با سایر روشها کمتر است.
مزیت دیگر روشهای کروماتوگرافی این است که تنها مقدار بسیار کمی از مخلوط برای تجزیه لازم است. به این علت، روشهای تجزیه‌ای مربوط به جداسازی کروماتوگرافی می‌توانند در مقیاس میکرو و نیمه میکرو انجام گیرند.
روشهای کروماتوگرافی ساده، سریع و وسایل مورد لزوم آنها ارزان هستند. اجزای مخلوطهای پیچیده را به کمک این روشها میتوان از یکدیگر جدا کرد
انتخاب بهترین روش کروماتو گرافی
انتخاب نوع روش کروماتوگرافی بجز در موارد واضح (مانند کروماتوگرافی گازی در جداسازی مواد گازها) عموما تجربی است. زیرا هنوز هیچ راهی جهت پیش بینی بهترین روش برای جداسازی مواد اجسام مگر در چند مورد ساده وجود ندارد. در ابتدا روشهای ساده‌تر مانند کروماتوگرافی کاغذی و لایه نازک امتحان می‌شوند. زیرا این روشها در صورتی که مستقیما قادر به جداسازی مواد نباشند نوع سیستم کروماتوگرافی را که جداسازی مواد بوسیله آن باید صورت بگیرد، مشخص می‌کنند آنگاه در صورت لزوم از روشهای پیچیده‌تر استفاده میشود. از فهرست زیر میتوان به عنوان یک راهنمای تقریبی استفاده کرد.
در جداسازی‌های مشکل وقتی که روشهای ساده فاقد کارایی لازم هستند روش کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا (helc) می تواند جواب گو باشد.
مباحث مرتبط با عنوان
تجزیه مواد
تقطیر
تقطیر جز به جز
جداسازی مواد
جداسازی مواد رنگی
جداسازی مواد زیستی
جداسازی مواد شیمیایی غیر مشابه
جداسازی مواد شیمیایی مشابه
جداسازی مواد کمپلکس
جداسازی گازها و مواد فرار
جداسازی مواد یونی و غیر یونی
جداسازی مواد یونی و معدنی
حرکت نسبی فازهای ماده
کروماتوگرافی الکترفورز ناحیه‌ای
کروماتوگرافی تبادل یونی
کروماتوگرافی تقسیمی
کروماتوگرافی ژلی
کروماتوگرافی ژلی الکتروفورز
کروماتوگرافی جذب سطحی
کروماتوگرافی کاغذی
کروماتوگرافی لایه نازک
کروماتوگرافی مایع
کروماتوگرافی مایع – جامد
کروماتوگرافی مایع – مایع
کروماتوگرافی گاز – جامد
کروماتوگرافی گازی
نگاه اجمالی
هدف از جداسازی ، حذف مزاحمت‌ها ، غلیظ کردن محلول مورد نظر و یا سایر موارد است. برای جداسازی از اختلاف در خصوصیات فیزیکی استفاده میشود، مثل فراریت ، حلالیت و ضریب تقسیم مواد و ... در آنالیز و جداسازی مواد مختلف از تکنیک‌های ویژه‌ای برحسب نوع و ساختار مواد و مخلوط‌ها استفاده میشود که برخی از آنها که معروف بوده و حائز اهمیت بیشتری هستند، در زیر می‌آوریم.
تبلور
هدف از تبلور ، جداسازی ناخالصی از اجسام جامد است. در این روش ، ابتدا جامد ناخالص را در یک حلال گرم حل می‌کنند، سپس محلول را صاف می‌کنند. ناخالصی‌ها در فاز مایع باقی می‌مانند. اگر تبلور طی چند مرحله صورت گیرد، به آن تبلور جزء به جزء می‌گویند. در این روش انتخاب حلال از اهمیت بالایی برخوردار است. اگر از تکنیک ذوب برای جداسازی ناخالصی از جامد استفاده شود، به آن تصفیه ذوب گویند.
این روش در جدا کردن ناخالصی‌های ژرمانیم و اسید بتروییک کاربرد دارد. در این فرآیند ، ضریب تقسیم برابر با نسبت غلظت ناخالصی در فاز جامد به غلظت ناخالصی در فاز مایع است.
تقطیر
اگر هدف از تقطیر ، جداسازی یک مخلوط به اجزای بالا باشد، از تقطیر ساده برای جداسازی اجزاء استفاده میشود. اما اگر همه اجزاء فرار باشند، از تقطیر جزء به جزء برای جداسازی استفاده میشود. اگر یک مخلوط تولید آزئوتروپ کند، ( مثل آب و الکل)نمی‌توان از روش تقطیر جزء به جزء ، اجزای آن را جدا کرد. برای جداسازی این مخلوط از روشهای تقطیر با بخار آب ، تقطیر در خلاء و تقطیر ناگهانی استفاده می‌کنند.
در تقطیر با بخار آب هیچگاه درجه حرارت تقطیر از نقطه جوش آب بیشتر نمی‌شود. ترکیباتی نظیر تولوئن ، اتیلن ، گلیسیرین و اسیدهای چرب از این طریق جدا می‌شوند. برای جلوگیری از تجزیه مایعاتی که دارای نقطه جوش بالایی هستند از تقطیر در خلاء استفاده میشود. با کاهش فشار ، نقطه جوش مایع کاهش پیدا می‌کند.
در تهیه آب آشامیدنی از آب دریا و تهیه آب مقطر نیروگاه‌ها از تقطیر ناگهانی استفاده میشود. در این روش مایع بطور مداوم وارد و بخار بطور مداوم خارج میشود.
رسوب دادن
نوعی روش جداسازی است که اساس آن اختلاف حلالیت اجسام میباشد. یعنی جزیی که حلالیت کمتری دارد زودتر جدا میشود. با افزایش نیروی جاذبه سرعت ته‌نشین شدن افزایش پیدا می‌کند. عمل سانتریفوژ در واقع بر همین اساس است.
کروماتوگرافی
اساس کروماتوگرافی ، جذب سطحی مواد و توزیع آنها در دو فاز میباشد. یکی از فازها ثابت و فاز دیگر متحرک است که نمونه مورد نظر در فاز متحرک جدا میشود. فاز ثابت یا جامد است و یا مایع و فاز متحرک یا مایع است و یا گاز . اگر فاز ثابت ، جامد و فاز متحرک ، مایع باشد، به آن کروماتوگرافی مایع جامد (LSC) گویند. اگر فاز متحرک ، گاز و فاز ثابت ، جامد باشد، به آن کروماتوگرافی گاز - جامد ( GSC ) گویند. اگر فاز متحرک ، مایع و فاز ثابت نیز مایع باشد به آن کروماتوگرافی مایع مایع ( LLC) یا (HPLC ) گویند و در نهایت اگر فاز متحرک ، گاز و فاز ثابت ، مایع باشد، به آن کروماتوگرافی گاز - مایع ( GLC) یا (VPC ) گویند.
در LSC ، جدا شدن بر اساس جذب سطحی یا تعریض یون‌ها و یا تشکیل کمپلکس میباشد. در GSC اساس ، جداسازی جذب سطحی است. در LLC و GLC ، مواد بر اساس توزیع بین دو فاز جدا می‌شوند. پس کروماتوگرافی روشی برای جداسازی مخلوط بدلیل اختلاف تحرک آنها میباشد.