خانه / اخبار واطلاع رسانی / نانوتکنولوژی / روشی برای شناسایی مواد در ابعاد نانو

روشی برای شناسایی مواد در ابعاد نانو

روشی برای شناسایی مواد در ابعاد نانوReviewed by محمد ابراهیمی on Nov 14Rating:
روشی برای شناسایی مواد در ابعاد نانو
روشی برای شناسایی مواد در ابعاد نانو
کروماتوگرافي راهي است براي تشخيص اجزا در ابعاد نانومتري، با دقتي در حد و اندازة مولکولي و مدتها پيش از شکلگيري فناوري نانو، براي شناسايي مواد به کار ميرفت. اگر چند مولکول با هم داشته باشيم، کروماتوگرافي تشخيص ميدهد غلظت آنها چقدر است. اساس کار کروماتوگرافي جداسازي اجزاي مخلوط با استفاده از سرعت متفاوت حرکت مولکولهاي مختلف در محيط يکسان و با انرژي اولية مشابه است. دستگاههاي کروماتوگرافي پيشرفته، ميليونها مولکول مختلف را در يک ميليمتر مخلوط بهراحتي شناسايي مي‌کنند و پژوهشگران فناوري نانو مي‌توانند به کمک اين روشها قسمت عمده‌اي از مشکلات خود را در شناسايي مواد مورد استفاده رفع کنند.
کروماتوگرافي به عنوان يکي از روشهاي آزمايشيِ کارآمد در نانو فناوري، شامل چند روش است: کروماتوگرافي کاغذي، کروماتوگرافي ژلي و کروماتوگرافي گازي از جمله روشهايي هستند که در اينجا با آنها آشنا مي‌شويم. دقت کنيد که زمان، عامل کنترل ما بر انتخاب ذراتي است که با سرعتهاي مختلف در محيط کروماتوگرافي توزيع مکاني مي‌‌يابند.

 

ريشة لغويِ کروماتوگرافي
در زبان يوناني chroma به معني رنگ و grophein به معني نوشتن است.
اطلاعات اوليه
کروماتوگرافي پُرکاربردترين شيوة جداسازي تجزيه‌اي است که در تمام شاخه‌هاي علوم به کار ميرود. کروماتوگرافي گروه گوناگون و مهمي از روش‌هاي جداسازي را شامل مي‌شود و امکان مي‌دهد تا اجزاي سازندة نزديک به همِ مخلوط‌هاي کمپلکس را جدا، منزوي و شناسايي کند. بسياري از اين جداسازي‌ها به روش‌هاي ديگر نا‌ممکن است.

سير تحولي رشد
اولين روش‌هاي کروماتوگرافي در سال ۱۹۰۳ توسط ميخائيل سوئت ابداع و نام‌گذاري شد. او از اين روش براي جداسازي مواد رنگي استفاده کرد.ريچارد لارنس و جان آرچر در سال ۱۹۵۲ به پاس اکتشافاتشان در زمينة کروماتوگرافي جايزة نوبل گرفتند.

توصيف کروماتوگرافي
کروماتوگرافي را به علت اينکه دربرگيرندة سيستم‌ها و تکنيک‌هاي مختلفي است نمي‌توان به طور مشخص تعريف کرد. اغلب جداسازي‌ها بر مبناي کروماتوگرافي و بر روي مخلوط‌هايي از مواد بي‌رنگ از جمله گازها صورت مي‌گيرد.
کروماتوگرافي متکي بر حرکت نسبي دو فاز است. يکي از اين فازها بدون حرکت است و فاز ساکن ناميده مي‌شود و ديگري را فاز متحرک مي‌نامند. اجزاي يک مخلوط به وسيلة جرياني از يک فاز متحرک از داخل فاز ساکن عبور داده مي‌شوند و جداسازي بر اختلاف در سرعت مهاجرت اجزاي مختلف نمونه استواراست.
مثال
اگر به طور ساده بخواهيم عمل کروماتوگرافي را انجام دهيم، يک ليوان حاوي آب را برميداريم و يک قطره جوهر در آن ميچکانيم. سپس تکهکاغذي را برميداريم و قسمتي از آن را در ليوان آب قرار ميدهيم. پس از مدتي مشاهده ميشود که جوهر از کاغذ بالا ميرود و پخش ميشود.

روش‌هاي کروماتوگرافي
روش‌هاي کروماتوگرافي، بر حسب ماهيت فاز متحرک و سپس بر حسب ماهيت فاز ساکن، ممکن است جامد، مايع و گاز باشند. بدين ترتيب، فرآيند کروماتوگرافي به چهار بخش اصلي تقسيم مي‌شود. بايد گفت که اگر فاز ساکن، مايع باشد کروماتوگرافي را تقسيمي مي‌نامند.انواع کروماتوگرافي
هر يک از ۴ نوع اصلي کروماتوگرافي انواع مختلفي دارد:
کروماتوگرافي مايع ـ جامد
کروماتوگرافي جذب سطحي
کروماتوگرافي لاية نازک
کروماتوگرافي تبادل يوني
کروماتوگرافي ژلي

کروماتوگرافي گاز ـ جامد

کروماتوگرافي مايع ـ مايع
کروماتوگرافي تقسيمي
کروماتوگرافي کاغذي

کروماتوگرافي گاز ـ مايع
کروماتوگرافي گاز ـ مايع
کروماتوگرافي ستون موئين

مزيت روشهاي کروماتوگرافي
روشهاي کروماتوگرافي مي‌توانند جداسازي‌هايي را که به روشهاي ديگر خيلي مشکلاند، به انجام برسانند. زيرا اختلاف جزئي موجود در رفتار جزئي اجسام، در جريان عبور آنها از يک سيستمِ کروماتوگرافي چند برابر مي‌شود.
هر چه اين اختلاف بيشتر شود، قدرت جداسازي بيشتر و براي انجام جداسازي نياز کمتري به وجود اختلافات ديگر خواهد بود.
مزيت کروماتوگرافي نسبت به ستون تقطير اين است که بهآساني مي‌توان به آن دست يافت. با وجود اينکه ممکن است چندين روز طول بکشد تا يک ستون تقطير به حداکثر بازده خود برسد، ولي يک جداسازي کروماتوگرافي مي‌تواند در عرض چند دقيقه يا چند ساعت انجام گيرد.
يکي از مزاياي برجستة روشهاي کروماتوگرافي اين است که آنها آرام هستند. به اين معني که احتمال تجزية مواد جداشونده به وسيلة اين روش‌ها در مقايسه با ساير روش‌ها کمتر است.
مزيت ديگر روش‌هاي کروماتوگرافي اين است که تنها مقدار بسيار کمي از مخلوط براي تجزيه لازم است. به اين علت، روشهاي تجزيه‌اي مربوط به جداسازي کروماتوگرافي مي‌توانند در مقياس ميکرو و نيمه ميکرو انجام گيرند.
روش‌هاي کروماتوگرافي ساده، سريع و وسايل مورد لزوم آنها ارزان هستند. اجزاي مخلوطهاي پيچيده را به کمک اين روشها ميتوان از يکديگر جدا کرد.

انواع کروماتوگرافي
مواد شيميايي مشابه کروماتوگرافي تقسيمي
مواد شيميايي غير مشابه کروماتوگرافي جذب سطحي
گازها و اجسام فرّار کروماتوگرافي گازي
مواد يوني و معدني کروماتوگرافي تبادل يوني در ستون

کروماتوگرافي کاغذي يا لايه نازک
مواد يوني و غير يوني الکتروفوز ناحيه‌اي
مواد زيستي و ترکيباتي با جرم مولکولي نسبي بالا کروماتوگرافي تبادل يون يا ژلي

انواع کروماتوگرافی مواد
 کروماتوگرافي تقسيمي مواد شيميايي مشابه
کروماتوگرافي جذب سطحي مواد شيميايي غير مشابه
کروماتوگرافي گازي گازها و اجسام فرّار
کروماتوگرافي تبادل يوني در ستون کروماتوگرافي کاغذي يا لايه نازک مواد يوني و معدني
الکتروفوز ناحيه‌اي مواد يوني و غير يوني
کروماتوگرافي تبادل يون يا ژلي مواد زيستي و ترکيباتي با جرم مولکولي نسبي بالا
انتخاب بهترين روش کروماتوگرافي
انتخاب نوع روش کروماتوگرافي بجز در موارد واضح (مانند کروماتوگرافي گازي در جداسازي گازها) عموماً تجربي است. زيرا هنوز هيچ راهي براي پيش‌بيني بهترين روش براي جداسازي اجسام، مگر در چند مورد ساده وجود ندارد.
در ابتدا روش‌هاي ساده‌تري مانند کروماتوگرافي کاغذي و لايه نازک امتحان مي‌شوند. در صورتي که با اين روشها مستقيماً قادر به جداسازي باشند، جداسازي را بايد به وسيلة آنها صورت داد. در غير اين صورت، از روش‌هاي پيچيده‌تر استفاده مي‌شود.
کروماتوگرافي مايع با کارايي بالا (HELC)، وقتي که روش‌هاي ساده فاقد کارايي لازم هستند، مي‌تواند جوابگو باشد.کروماتوگرافی گازی
کروماتوگرافی لایه نازک TLC-  Thin Layer Chromatography-

کروماتوگرافی با لایه نازک نوعی از کروماتوگرافی جذب سطحی است که در این روش از صفحات با ضخامت نازک استفاده می‌شود و موقعیت اجزای جدا شده روی صفحه مشخص می‌گردد. ذرات روی لایه باید تراکم زیادی داشته باشند و همسان و کوچک باشند. قائم ساکن اغلب از جنس سلولز است که برای جدا سازی مولکول‌های هیدروفیلی مثل هیدرات‌های کربن ، اسیدهای آمینه ، مشتقات اسید نوکلئیک و مواد معدنی استفاده می‌شود.
سیر تحولی و رشد
در سال ۱۹۳۸ ایزومیلو و شرایبده استفاده از یک جاذب کروماتوگرافی به شکل یک لایه نازک تثبیت شده بر روی یک تکیه‌گاه محکم و بی‌اثر را پیشنهاد کرده‌اند و در سال ۱۹۵۱ کیر شنر ، میلر ، و کلر ، ترپن‌ها را بر روی یک «نوار کروماتوگرافی» جدا کردند. این نوار از یک باریکه کوچک شیشه‌ای با جاذب مخلوط با نشاسته یا گچ شکسته‌بندی ، که به عنوان چسباننده عمل می‌کند، پوشیده شده بود. طرز به کار بردن باریکه‌ها مانند روش به کار بردن کاغذ کروماتوگرافی کاغذی بود و در واقع هدف اولیه استفاده از روش لایه نازک به کار بردن روش‌های کروماتوگرافی تقسیمی و کاغذی در یک سیستم جذب سطحی بوده است. در اواخر دهه ۱۹۵۰ استال ، روش‌های ساده‌ای را برای تهیه صفحات اختراع کرد و نشان داد که کروماتوگرافی لایه نازک می‌تواند برای بسیاری از جداسازی‌ها به کار رود.
مکانیزم کار کروماتوگرافی لایه نازک
در ابتدا لازم است که صفحات کروماتوگرافی تهیه شوند، یعنی جاذبه به صورت لایه نازکی با ضخامت یکنواخت روی یک تکیه‌گاه سفت بی‌اثر پخش شود. معمولا از صفحات شیشه‌ای استفاده می‌شود، البته روش‌های دیگری نیز وجود دارد. جاذب جامد بصورت پودر ریز را با آب و گاهی با یک مایع فرار ، به صورت خمیر در می‌آورند، و آن نرا به وسیله دستگاه‌های پخش کننده تجارتی یا یک پخش کننده خانگی ساده یا حتی تنها با استفاده از دست روی صفحه پخش می‌کنند. تهیه لایه با استفاده از روش پاشیدن یا فرو بردن نیز امکان‌پذیر است.

صفحه پوشیده از خمیر را خشک و با گرم کردن در حدود ۱۰۰ ، به مدت از قبل تعیین شده ، آن را فعال می‌کنند. محلولی از نمونه در یک حلال فرار را به وسیله یک پی‌پت یا سرنگ روی صفحه قرار می‌دهند. وقتی که لکه خشک شده صفحه را بطور عمود در مخزن مناسب طوری قرار می‌دهند که لبه پایینی آن در فاز متحرک انتخاب شده فرو رود، بدین ترتیب جداسازی مواد با استفاده از روش کروماتوگرافی صعودی انجام می‌شود.
اگر از یک دستگاه پیچیده‌تر استفاده شود، می‌توان کروماتوگرافی نزولی یا افقی را انجام داد، ولی این روش‌ها کمتر متداول هستند. در پایان عمل ، حلال را از صفحه تبخیر می‌کنند و لکه‌های جدا شده را به وسیله روش‌های فیزیکی یا شیمیایی ، به ترتیبی که در کروماتوگراف‌های کاغذی به کار می‌روند، آشکار و شناسایی می‌کنند. شیوه عملی لازم در این روش ، بجز تهیه صفحات ، بسیار شبیه روش کروماتوگرافی کاغذی است.
مقایسه کروماتوگرافی لایه نازک با انواع کروماتوگرافی
مقایسه با کروماتوگرافی ستونی جذب سطحی:

کروماتوگرافی ستونی جذب سطحی متداول ، فرآیندی کند است و مقادیر نسبتا زیادی از جاذب و نمونه لازم دارد. پیشرفت‌های اخیر در سیستم‌های با کارایی بالا مطمئنا مشکلات سرعت ، مقیاس و شناسایی را از بین برده‌اند. ولی این سیستم‌ها قیمت خیلی زیادی دارند و دستگاه مربوط به آنها بسیار پیچیده است. در کروماتوگرافی لایه نازک تنها مقادیر کمی از جاذب و نمونه لازم است، دستگاه ساده و ارزان است.
لکه‌های جدا شده در روی صفحه مانند کروماتوگرافی کاغذی آشکار می‌شوند بنابراین ، معمولا جمع‌آوری اجزا لازم نیست. با وجود این هیچ اشکالی در انجام جدا سازی‌های مقدماتی وجود نداشته و جداسازی مواد با افزایش ضخامت لایه و یا به کار بردن مقدار زیادی از نمونه ، بیشتر انجام می‌گیرد. بعد از جداسازی مواد ، به دست آوردن یک جسم بطور مجزا به طریق فراشیدن و جمع ‌آوری آن قسمت از لایه که جسم بر روی آن جذب شده ، ساده است. بعد از این عمل می‌توان جسم را در یک حلال مناسب استخراج کرد.

مقایسه با کروماتوگرافی کاغذی :
روش لایه نازک دارای مزیت عمده سرعت بیشتر ، در اکثر موارد ، جداسازی مواد بهتر می‌باشد. زمان متوسط برای حرکت حلال به مقدار ۱۰ در کروماتوگرافی لایه نازک روی سیلیکاژل ۳۰ – ۲۰ دقیقه است، در صورتی که همان جداسازی مواد بر روی یک کاغذ سریع ممکن است ۲ ساعت طول بکشد. جداسازی مواد بهتر به این واقعیت مربوط می‌شود که جاذب در کروماتوگرافی لایه نازک دارای ظرفیت بیشتری نسبت به کاغذ در کروماتوگرافی کاغذی است. بنابراین لکه‌های جدا شده شکل و اندازه کله اصلی را به طور نسبتا زیادی حفظ می‌کنند و پخش شدن وابسته به کروماتوگرافی تقسیمی روی کاغذ در لایه نازک صورت نمی‌گیرد.

کاربرد کروماتوگرافی لایه نازک
کروماتوگرافی لایه نازک پر کاربردترین روش در صنایع داروسازی برای تمام اندازه‌گیری‌های مهم و تعیین درجه خلوص محصولات است. هم‌چنین ، کاربرد گسترده‌ای در آزمایشگاه‌های بالینی پیدا کرده است و ستون فقرات مطالعات متعدد زیست شناسی و زیست شیمیایی شده است. بالاخره ، کاربرد گسترده‌ای در آزمایشگاه‌های صنایع شیمیایی پیدا کرده است.

کروماتوگرافی جذب سطحی
کروماتوگرافی جذب سطحی (Adsorption Chromatography) ، نمونه‌ای از کروماتوگرافی مایع – جامد است که در آن عمل جداسازی مواد بعلت متفاوت بودن جذب سطحی اجزای مختلف مخل
ستون کروماتوگرافی جذب سطحی
برای جداسازی مواد یک مخلوط ‏‏‏‎، می‌توان از ستون استفاده کرد. داخل این ستون با جامد فعالی مانند آلومین (فاز ساکن) پر شده است و با حلالی مانند هگزان (فاز متحرک) پوشیده شده است. هرگاه نمونه کوچکی از مخلوط در بالای ستون قرار گیرد ، نواری از ماده جذب شده تشکیل می‌شود، حلال با عبور خود از میان ستون اجزای مخلوط را با خود حمل می‌کند.

جداسازی کامل
سرعت حرکت هر جزء‏ ، به میزان جذب سطحی آن بر روی ماده داخل ستون بستگی دارد. به این ترتیب ، ماده‌ای که کم جذب شده است، سریع‌تر از ماده‌ای که زیاد جذب شده است، حرکت می‌کند. واضح است که اگر اختلاف بین جذب‌های سطحی به حد کافی زیاد باشد، جداسازی مواد کامل انجام خواهد گرفت. اجزایی که قابلیت جذب بالاتری دارند، در قسمت بالای ستون و اجسامی که کمتر جذب می‌شوند در قسمت‌های پایین ستون ، جذب خواهند شد.

نیروهای بین اجزا
این نیروها ممکن است یا از نوع نیروهای واندروالسی ، مانند نیروهایی که در مورد آلومین است یا از نوع نیروهای الکترستاتیک باشند، مانند جداسازی یون‌ها بوسیله کروماتوگرافی تبادل یونی که در آن فاز ساکن یک ماده مبادله کننده یون است ، یا ممکن است از یک ستون که از ماده مناسب متخلخلی پر شده، برای جدا کردن مواد حل‌شده بر اساس اندازه مولکول آنها استفاده کرد، مانند کروماتوگرافی ژلی.
کروماتوگرافی لایه نازک نمونه ویژه‌ای از کروماتوگرافی جذب سطحی است که در این روش ، به جای اینکه جاذب را در یک ستون استوانه‌ای پر کنیم، آن را بصورت لایه نازک روی یک صفحه شیشه‌ای یا لایه پلاستیکی یا ورقه فلزی قرار می‌دهیم.

مقایسه با کروماتوگرافی تقسیمی
روش‌های جذب سطحی ، برای جداسازی مواد انواع مختلف ترکیبات شیمیایی بهتر هستند. ظرفیت یک ستون جذب سطحی ، در واحد حجم ، غالبا بزرگتر از ظرفیت یک ستون تقسیمی بوده و گاهی این اختلاف خیلی زیاد است.

کروماتوگرافی کاغذی (paper chromatoghraphy)
انواع جداسازی‌های مختلف و ساده بر روی کاغذ به عنوان پیشروان کروماتوگرافی کاغذی توصیف شده‌اند. این سیستم معمولا به عنوان نمونه بارزی از سیستم تقسیمی در نظر گرفته می‌شود که در آن فاز ساکن آب است و به وسیله جذب سطحی بر روی مولکول‌های سلولز قرار می‌گیرد و مولکول‌های سلولز نیز به نوبه خود به وسیله ساختار الیافی کاغذ در وضعیت‌های ثابت نگه داشته می‌شود. امروزه ، به هر حال ، مشخص شده است که جذب سطحی اجزای فاز متحرک و حل شونده‌ها و اثرات تبادل یون نیز نقش‌هایی را ایفا می‌کنند و کاغذ به هیچ عنوان تنها به صورت تکیه گاه بی اثر نیست.
سیر تحولی رشد
روش پیشنهادی رانگ در سال ۱۸۵۰ و فرآیندی که آن را تجزیه موئینه‌ای می‌نامند، از جمله آنها می‌باشند. چنین روش‌هایی در واقع بیشتر شبیه کروماتوگرافی جذب سطحی بودند و کروماتوگرافی کاغذی به مفهوم فعلی ، گسترش سیستم تقسیمی است که به وسیله مارتین و سینج در سال ۱۹۴۱ ارائه شد. در سال ۱۹۴۴ کونسدن ، گوردن و مارتین اسیدهای آمینه و پپتیدهای موجود در محصول آبکافت ، پروتئین پشم را به وسیله روشی جدا کردند که در آن به جای ستون پودر از یک صفحه یا نوار کاغذی آویزان در داخل یک ظرف سرپوش‌دار استفاده شده بود.
کاربرد
در ابتدا کروماتوگرافی کاغذی برای جداسازی مخلوط‌های مواد آلی به کار رفت. ولی بعد از آن ، عمدتا به وسیله برستال و پولارد و همکاران آنها ، برای جداسازی یون‌های معدنی به سرعت به کار گرفته شد. هم آنیون‌ها و هم کاتیون‌ها را به وسیله این روش می‌توان جدا کرد.
خصوصیت ویژه
یک خصوصیت ویژه روش کروماتوگرافی کاغذی این است که چیزی مربوط به محلول یا گاز خارج شده از ستون که در سیستم‌های معمول مایع یا گاز با آن برخورد می‌کنیم وجود ندارد. ترکیبات جدا شده روی کاغذ مکان‌یابی و شناسایی می‌شوند در نتیجه ، جداسازی به طور نسبتا دائم در روی کاغذ ثبت می‌شود. در این روش اجزای جدا شده جمع آوری نمی‌شوند و احتیاجی به وسایل پیچیده کنترل پیوسته نیست. اندازه گیری کمی ترکیبات جدا شده را می‌توان روی کاغذ انجام داد ولی اگر بخواهند اجرای را از کاغذ خارج کنند. تنها کار لازم این است که قسمت مربوط به هر یک از اجسام را از کاغذ ببرند و هر یک را به طور جداگانه بشویند.
طرح کلی روش
قطره‌ای از محلولحاوی مخلوطی که باید جدا شود را روی یک صفحه یا نوار کاغذ صافی در محل علامت گذاری شده قرار می‌دهند. در این محل ، قطره به صورت یک لکه حلقوی پخش می‌شود. وقتی که لکه خشک شده کاغذ را در یک ظرف مناسب سربسته طوری قرار دهند که یک سر آن در حلال انتخاب شده به عنوان فاز متحرک فرو رود. حلال از طریق الیاف کاغذ در نتیجه عمل موئینگی نفوذ می‌کند و نکته مهم این است که سطح کاغذ نباید کاملا به وسیله حلال پوشانده شود. زیرا در این صورت ، اصلا جدا سازی صورت نمی‌گیرد یا نواحی خیلی پخش می‌شوند.
وقتی که جبهه حلال مسافت مناسبی را طی کرد یا بعد از یک زمان از قبل تعیین شده ، کاغذ را از طرف بیرون آورده ، جبهه حلال را با علامتی مشخص می‌کنند و می‌گذارند تا صفحه خشک شود. وقتی که محل‌های مناطق جدا شده آشکار شدند لازم است که هر یک از اجسام به طور جداگانه شناسایی شوند. در موارد ایده‌آل ، هر جسم با واکنشگر مکان‌یاب ، رنگ مخصوصی می‌دهد که در مورد مواد معدنی بیشتر و درمورد مواد آلی کمتر مشاهده می‌شود. ساده‌ترین روش شناسایی بر اساس مقدار Rf یعنی نسبت فاصله طی شده به وسیله جبهه حلال است.

خارج کردن جسم از کاغذ
روش‌های ارائه شده مستلزم به کارگیری یک واکنشگر مکان یاب شیمیایی برای تعیین محل لکه هستند، و لکه‌های رنگی اساس ارزیابی را تشکیل می‌دهند. بعضی اوقات می‌توان کمپلکس را شستشو داد و به وسیله روش رنگ سنجی تخمین زد، ولی اگر تغییر شیمیایی قابل قبول نباشد ماده تغییر نیافته را باید شستشو داد. عمل شستشو را می‌توان با وارد کردن تکه کاغذ در یک حلال ، به وسیله استخراج در یک دستگاه سوکسیله ، یا با استفاده از آرایش خاصی ، که در کاغذ یک جریان نزولی کروماتوگرافی ایجاد می‌نماید، انجام داد. برای جداسازی‌های معدنی تکه‌های کاغذ را می‌توان به صورت خاکستر در آورده ، باقیمانده‌ها را در اسید حل کرد. نتایج این روش به اندازه روش شستشو خوب نیستند. از اینرو محلول‌های به دست آمده را می‌توان به وسیله هر روش مناسبی تجزیه کرد، روش‌هایی که اغلب به دنبال روش‌های کروماتوگرافی به کار می‌روند عبارتند از رنگ سنجی و قطبش نگاری.
پیدا کردن یک روش کروماتوگرافی ، که بتواند به طور کمی تمامی اجزای یک مخلوط را جدا کند، مطلقا ضروری نیست. ارزیابی کمی فلزات با قطبش نگاری و ارزیابی کمی مواد آلی مشکل‌تر از فلزات است زیرا ، برای مواد آلی ، روش‌های موجود برای آزمایش محلول حاصل از شستشو محدودتر هستند. ارزیابی مواد آلی معمولا بر روی کاغذ صورت می‌گیرند و بنابراین ، لازم است که هر جسمی از اجسام دیگر به طور کمی جدا شود.

نقایص کروماتوگرافی کاغذی
لکه‌های چند تایی :

در کروماتوگرافی یون‌ها فلزی ، اگر دارای آنیونی متفاوت از آنیون موجود در محلول اولیه باشد، ممکن است رقابتی بین آنیون‌ها برای یون فلزی وجود داشته باشد، که در نتیجه دو لکه به دست می‌آید که هر یک از آنها مربوط به یکی از نمکهای فلزی می‌باشد. ممکن است یون فلزی دو کمپلکس متفاوت با حلال ایجاد کند. در جدا سازی‌های آلی ، ممکن است جسم دو شکل متفاوت وجود داشته باشد. به عنوان مثال یک آمینو اسید می‌تواند به صورت کاتیون و یون دو قطبی باشد.
دنباله دار شدن :
اگر مخلوط یه مقدار زیاد از حد روی کاغذ قرار داده شود، یا سرعت عبور حلال متفاوت باشد، جسم نمی‌تواند برای ایجاد یک لکه مجزا به تعادل برسد. در این صورت این لکه ، در سطح بزرگی از کاغذ پخش شده و از حلال در حال پیشروی عقب می‌ماند. دنباله‌دار شدن ممکن است به سبب اثرات جذبی سطحی تر ایجاد شود.
اثرات لبه یا کناره :
لکه‌ها خیلی نزدیک به کنار نوار ، ممکن است در امتداد کنار کاغذ پخش شوند، عمل نفوذ ممکن است به علت بالا بودن غلظت موضعی فاز متحرک در آن ناحیه ، و یا به علت بالاتر بودن سرعت تبخیر حلال در کنار کاغذ ، که منجر به اثرات تقسیمی غیرعادی می‌شوند، باشد.
روش کمی کروماتوگرافی کاغذی
کاربرد کمی این روش نه تنها احتیاج به یک جداسازی کمی ، بلکه مکان‌یابی و ارزیابی کمی اجسام موجود نیز دارد. یک جداسازی کیفی رضایت بخش ، الزاما برای کار کمی مفید نیست. اندازه گیری کمی را می‌توان یا با سنجش مقدار جسم موجود در لکه روی کاغذ ، یا با خارج کردن جسم از کاغذ و تجزیه اجزای جدا شده به وسیله روش‌های کمی متداول انجام داد. لکه اولیه از نمونه مناسب روی کاغذ قرار می‌دهند، خشک کردن لکه باید تحت شرایط استاندارد زمان و دما صورت گیرد.
در تهیه حلال باید دقت زیادی روی نسبت‌های اجزای صورت گیرد، برقرار ساختن تعادل باید به طور استاندارد انجام گیرد، طول عبور حلال در تمامی نوبت‌ها یکسان باشد، در طول آزمایش ، دما باید ثابت بماند، و خشک کردن ورقه باید در یک زمان و دمای استاندارد انجام گیرد. واکنشگر مکان‌یاب (در صورت استفاده از لکه‌های رنگی) باید به طریق کاملا تکرارپذیر افزوده شود. و هر عمل بعدی ، مانند خشک کردن یا قراردادن در معرض بخار آمونیاک ، باید در مدت استاندارد انجام گیرد. مقدار جسمی که در یک جداسازی کروماتوگرافی باید روی کاغذ قرار گیرد، متغیر است.

موارد استعمال کروماتوگرافی کاغذی
منابع علمی مربوط به روش‌های تجزیه‌ای و بررسی ترکیبات طبیعی نشان می‌دهد که کروماتوگرافی کاغذی در هر رشته‌ای کاربرد دارد. با این همه ، این روش هنوز هم در جداسازی‌های مواد با ماهیت زیستی وسیعترین کاربرد را دارد.
کروماتوگرافی کاغذی اکثرا به عنوان یک وسیله تحقیقاتی به کار می‌رود، و به طور گسترده‌ای در تجزیه‌های روزمره مخصوصا در جداسازی‌های جدیدی که هیچ روش کلاسیک برای آنها وجود ندارد، نیز مورد استفاده قرار می گیرد. روش اخیر در مسائل کلینیکی و زیست شیمیایی ، جداسازی اسیدهای آمینه و پپتیدها در بررسی ساختارهای پروتئین کاربد دارد.
آزمایش روزمره ادرار و سایر مایعات بدن برای اسید آمینه و قند ، جداسازی بازهای پورین و نوکلئوتیدها در آزمایش اسیدهای نوکلئیک ، جداسازی استرئیدها ، تجزیه عمومی ، تجزیه بسپارها ، تشخیص و ارزیابی فلزات در خاک ها و نمونه های زمین شناسی ، بررسی ترکیبات فنلی در عصاره های گیاهی ، جداسازی آلکالوئیدها ، جداسازی ترکیبات علامت دار به وسیله رادیو ایزوتوپ‌ها ، کروماتوگرافی کاغذی برای جداسازی مواد فرار غیر فعال مانند هیدروکربن‌ها و دیگری جداسازی اسیدهای چرب با فراریت بیشتر مناسب نمی باشد.

کروماتوگرافی تقسیمی
در جداسازی مواد بوسیله کروماتوگرافی تقسیمی در ستون ، شیوه کار بسیار شبیه به شیوه کروماتوگرافی جذب سطحی است. اختلاف اصلی دو روش در ماهیت ماده پر شده در ستون است.
اساس کار کروماتوگرافی تقسیمی
سرعت حرکت یک جزء از مخلوط تابع انحلال پذیری آن در فاز ساکن است. به عبارت دیگر ، جدا شدن اجزا بر اساس تقسیم بین دو مایع است. اجسامی که بیشتر حل می‌شوند، کندتر از اجسامی که کمتر حل می‌شوند به طرف پایین ستون حرکت می‌کنند. در جریان عبور از ستون ، اجسام میان دو فاز تقسیم می‌شوند و جداسازی مواد بر اساس اختلاف میان ضرایب تقسیم آنها انجام می‌شوند.
یک مورد خاص
کروماتوگرافی کاغذی مورد خاصی از کروماتوگرافی تقسیمی به شمار می‌رود که در آن صفحات کاغذی جای ستون پر شده را می‌گیرند.
خصوصیات
یکی از خصوصیات اساسی کروماتوگرافی این است که مخلوط اجسام ابتدا به صورت یک نوار در ستون که در نتیجه جذب سطحی یا جذب به وسیله فاز ساکن به وجود می‌آید، ظاهر می‌شود. برای جداسازی مواد اجزای باید عمل دیگر روی نوار انجام گیرد. تجزیه به روش‌های گوناگونی انجام می‌گیرد.
مقایسه با کروماتوگرافی جذب سطحی
می‌توان گفت که روش‌های تقسیمی برای جداسازی ترکیبات شیمیایی نزدیک به هم ، مانند اعضای سری‌های ترکیبات مشابه ، مناسب‌تر است. مزیت اصلی روش تقسیمی این است که نوارهای کروماتوگرافی حاصل ، به علت وجود دنباله ، نسبتا باریک و در نتیجه استفاده از ستون‌ها کارآمدتر است. ظرفیت یک ستون تقسیمی ، در واحد حجم ، غالبا کوچک‌تر از ظرفیت یک ستون جذب سطحی بوده و گاهی این اختلاف خیلی زیاد است.

کروماتوگرافی ژلی
در مطالعات جذب سطحی بر روی سیلیکاژل و کربن فعال ، اثرات الک مولکولی با موادی که جرم مولکولی بالایی دارند، مشاهده شده است. جداسازی‌های مبتنی بر الک کردن مولکولی را می‌توان بر روی اجسام بی‌بار در جریان مهاجرت الکترو اسمزی از داخل ژل‌ها انجام داد. این اساس جداسازی‌هایی را که مبتنی بر اندازه‌های نسبی مولکول‌ها هستند، تشکیل می‌دهند و از اصطلاح صاف کردن بوسیله ژل استفاده می‌شود.
سیر تحولی و رشد
در سال ۱۹۵۴ ، “مولد وسینچ” نشان دادند که جداسازی‌ها مبتنی بر الک کردن مولکولی را می‌توان بر روی اجسام بی‌بار از داخل ژل‌ها انجام داد. در سال ۱۹۵۹ “پورات” و “فلودین” ، اصل معینی را ارائه دادند و از اصطلاح ، صاف کردن بوسیله ژل برای شرح روش خودشان در مورد جداسازی مواد مولکول‌هایی با منشاء زیستی در سیستم‌های آبی بوسیله ژل‌های پلی‌ساکارید استفاده کردند.
ولی “دترمان” در سال ۱۹۶۴ پیشنهاد کرد که کروماتوگرافی ژلی ( Gel Cromatography ) ، عمومی‌ترین اسم برای این شیوه است.
نکات قابل توجه این روش
در کروماتوگرافی ژلی ، فاز ساکن از یک قالب بسپار متخلخل تشکیل شده است که منفذهای آن بوسیله حلالی که به عنوان فاز متحرک بکار می‌رود، کاملا پر شده است. اندازه سوراخ بسیار مهم است چون اساس جدایی بر این است که مولکولی‌های بزرگتر از یک اندازه معین اصلا وارد سوراخ‌ها نشوند و تمام یا قسمتی از سوراخ‌ها برای ورود مولکول‌های کوچکتر آماده است. جریان فاز متحرک موجب می‌شود که مولکول‌های بزرگتر بدون برخورد با مانعی ، بدون نفوذ در قالب ژل از ستون عبور کنند، در حالی‌که مولکول‌های کوچک‌تر بر حسب شدت نفوذ آنها در ژل در ستون نگه داشته می‌شوند.
خروج اجزای مخلوط
بدین ترتیب اجزای مخلوط به ترتیب جرم مولکولی نسبی از ستون خارج می‌شوند، ابتدا بزرگترین مولکول خارج می‌شود. ترکیباتی که اصلا وارد ژل نمی‌شوند از یکدیگر جدا نمی‌شوند و همچنین مولکول‌های کوچکی که کاملا در ژل نفوذ می‌کنند، از یکدیگر جدا نمی‌شوند. مولکول‌های کوچکی که کاملا در ژل نفوذ می‌کنند از یکدیگر جدا نمی‌شوند. مولکول‌های با اندازه متوسط بر حسب درجه نفوذ آنها در قالب در ستون نگه داشته می‌شوند. اگر مواد ترکیب شیمیایی مشابه داشته باشند، به ترتیب جرم مولکولی نسبی از ستون شسته می‌شوند.
مقایسه با کروماتوگرافی تقسیمی
از اثرات جذب سطحی بر روی سطح ذرات ژل معمولا می‌توان صرف نظر کرد و در نتیجه کروماتوگرافی ژلی را می‌توان به‌عنوان نوعی کروماتوگرافی تقسیمی در نظر گرفت. مایع موجود در داخل قالب ژل ، فاز ساکن و شوینده سیالی که بقیه ستون را پر می‌کند، فاز متحرک را تشکیل می‌دهند. به‌عبارت دیگر ، یک ستون تقسیمی داریم که در آن دو فاز مایع ، متحرک و ساکن ، ترکیب یکسانی دارند.
ماهیت ژل کروماتوگرافی
ژل باید تا حد ممکن از نظر شیمیایی بی‌اثر و از نظر مکانیکی تا حد امکان پایدار باشد. مواد ژلی بصورت دانه تهیه می‌شوند و لازم است همانند رزین‌های تبادل یونی ، اندازه ذرات نسبتا یکنواخت باشد و تخلخل یکنواختی داشته باشد.
نمونه
گرانروی نمونه مهم است و نباید از دو برابر گرانروی شوینده بیشتر باشد. حجم نمونه نیز مهم است. هر قدر حجم نمونه کمتر باشد، کاهش غلظت هر جزء در محلول خارج شده بیشتر خواهد بود. این اثر رقیق شدن در تصمیم‌گیری در مورد اندازه‌های ستون و نمونه باید مد نظر قرار گیرد.
کاربرد کروماتوگرافی ژلی
با اینکه این روش بیشتر برای جداسازی‌هایی در مقیاس کوچک در کارهای تحقیقاتی و تجزیه‌های روزمره بکار می‌رود، ولی کاربردهایی نیز در مقیاس بالاتر در تولیدات صنعتی دارد. کروماتوگرافی ژلی ابتدا برای جداسازی مواد مولکول‌های بزرگی که منشاء زیستی دارند، مانند پروتئین‌ها ، پلی‌ساکاریدها ، اسیدهای نوکلئیک و آنریم‌ها بکار رفت و هنوز هم بیشترین کاربرد این روش در همین زمینه‌ها است.
اخیرا جداسازی مواد و بررسی بسپارهای مصنوعی ، حدود کاربرد این روش را افزایش داده‌اند و این روش ، قسمت مهمی از تکنولوژی بسپارها شده است. نمک‌زدایی از محلول‌ها برای مثال از پروتئین‌ها، یکی از کاربردها‌ی مهم محیط‌های ژلی است.

منبع : nanoclub.ir

امتیاز دهید:
1 ستاره2 ستاره3 ستاره4 ستاره5 ستاره (امتیازی داده نشده)
Loading...
برای عضویت درکانال تلگرام جم شیمی روی تصویر کلیک کنید

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

محدودیت زمانی،روی فلش کلیک کنید تا کد جدید تولید شود