كروماتوغرافيا العمود

كروماتوغرافيا العمود

توجد تقنيات متعددة لتنقية وفصل المركبات في مختبر الكيمياء العضوية. واحدة من أكثر تقنيات الفصل موثوقية للفصل المجهري ، حيث يتوفر أقل من 10 جرامات من المركب للتحليل ، هي كروماتوغرافيا العمود. تفصل هذه التقنية المركبات في خليط بناء على خصائصها الفيزيائية ، مثل قابليتها للذوبان والقطبية والكراهية للماء وحجمها وشحنتها.

أساسيات الكروماتوغرافيا

المكونات الرئيسية لأي نظام كروماتوغرافيا هي المرحلة الثابتة والمرحلة المتحركة وخليط العينة المراد تحليله. في كروماتوغرافيا العمود ، عادة ما تكون المرحلة الثابتة عبارة عن خرز دقيق ، يتم تعبئتها بشكل موحد في عمود عمودي. يضاف تدفق مستمر للطور المتحرك ، المعروف أيضا باسم المذيب ، إلى الجزء العلوي من العمود ، والذي يتدفق عبر المرحلة الثابتة عن طريق الجاذبية أو بمعدل تدفق متحكم فيه بواسطة مضخة.

تذوب العينة بكمية صغيرة من المذيب ثم تضاف إلى أعلى العمود. يضاف المزيد من المذيبات لإجبار العينة على التدفق عبر المرحلة الثابتة. تنقسم المركبات الموجودة في الخليط بين المرحلة المتحركة والمرحلة الثابتة بناء على خصائصها المختلفة وتشكل نطاقات منفصلة.

ستتحرك المركبات ذات التفاعلات القوية مع الطور الثابت بشكل أبطأ من المركبات ذات التفاعلات الضعيفة مع الطور الثابت. وبالتالي ، فإن المركبات ذات التفاعلات الضعيفة ستخرج من العمود ، أو العزف ، في وقت أبكر من تلك ذات التفاعلات القوية. يتم تحديد قوة تفاعل المركب مع الطور الثابت من خلال عامل التخلف (R _f ) ، وهي نسبة المسافة التي يقطعها المكون إلى تلك التي تقطعها المرحلة المتنقلة. يتم تحديد عامل التخلف عن طريق إجراء كروماتوغرافيا الطبقة الرقيقة أولا.

تشير قيمة عامل التأخير العالية إلى أن العينة تتفاعل بقوة مع المرحلة الثابتة وتستغرق وقتا طويلا للعزف. تشير قيمة عامل التخلف المنخفضة إلى أن العينة لا تتفاعل مع المرحلة الثابتة بقوة شديدة وتمحله بسرعة أكبر. نظرا لأن المركبات تنقسم إلى نطاقات فردية وتتخلص من العمود في أوقات مختلفة بسبب قيم R _f المختلفة ، فيمكن عزلها بشكل فردي عن طريق جمع المذيب من أسفل العمود في كسور.

اعتبارات كروماتوغرافيا العمود

عمود الكروماتوغرافيا عبارة عن أنبوب زجاجي أو بلاستيكي موجه عموديا. يمكن أن يتراوح حجم العمود من بضعة سنتيمترات (مثل ماصة باستور) إلى أمتار (مثل الأعمدة الصناعية). يعتمد قطر العمود على كمية العينة المراد فصلها ، بينما يعتمد طول العمود على صعوبة الفصل. يتطلب التقسيم الأكثر كفاءة إلى نطاقات منفصلة طبقات عينة رقيقة ؛ لذلك ، يعد تحديد القطر المناسب خطوة حيوية. سيؤدي تحميل حجم عينة كبير جدا بالنسبة لقطر العمود إلى إنشاء نطاقات أوسع وأقل تحديدا من نفس حجم العينة في عمود بقطر أكبر.

عند اختيار طول العمود، يجب مراعاة قيم R_f للمكونات. قد يكون من الصعب فصل المكونات ذات عوامل التخلف المتشابهة وتتطلب عمودا أطول لحل النطاقات الفردية. قد لا تحتاج المركبات ذات عوامل التخلف المختلفة جدا إلى عمود طويل ، حيث يجب أن تنقسم بسهولة. عند اختيار المرحلة الثابتة ، من المهم اختيار المرحلة التي تؤدي إلى عوامل تأخر مختلفة لكل مكون.

يعد إعداد العمود هو الجزء الأكثر أهمية في تشغيل عمود كروماتوغرافيا. يجب أن تكون كتلة المرحلة الثابتة المعبأة في العمود 20 ضعفا على الأقل من كتلة العينة. إذا لم يكن العمود يحتوي على قرص مسامي في الأسفل ، فيجب أن يكون معبأا بالقطن وطبقة رقيقة من الرمل. هذا يمنع فقدان المرحلة الثابتة من خلال خروج العمود.

هناك طريقتان لتعبئة العمود: طريقة التعبئة الجافة وطريقة الطين. في الطريقة الجافة ، يتم نقل المرحلة الثابتة إلى العمود في شكل مسحوق. ثم يتم غسل العمود عدة مرات باستخدام الطور / المذيب المتحرك للتأكد من أن المذيب يخترق كل جزء من عمود هلام السيليكا. هذه الطريقة ، إذا لم يتم إجراؤها بشكل صحيح ، يمكن أن تزيد من احتمالية تشكل البقع الجافة والقنوات وفقاعات الهواء في العمود. ستؤثر هذه العيوب على قدرة العمود على تقسيم مكونات الخليط.

توفر طريقة الملاط عمودا معبأا أكثر اتساقا لا يحتوي على فقاعات هواء ومناطق جافة وقنوات. لهذه الطريقة ، يتم خلط المرحلة الثابتة مع مذيب لتشكيل ملاط متسق. ثم يتم نقل الملاط إلى العمود أثناء النقر على الجانبين للتخلص من أي فقاعات هواء متكونة. يجب أن يكون محبس العمود ، إذا كان هناك واحد ، مفتوحا خلال هذه الخطوة للسماح للمذيب بالتصريف.

كروماتوغرافيا هلام السيليكا

يتم استغلال العديد من الخصائص المختلفة لفصل مزيج من المركبات ، مثل الحجم والشحنة والكراهية للماء. إحدى الخصائص المستخدمة لفصل المركبات في الكيمياء العضوية هي القطبية. لهذا الغرض ، يعد هلام السيليكا وهلام الألومينا أكثر المراحل الثابتة شيوعا. هلام السيليكا قطبي للغاية ويشكل تفاعلات ثنائية القطب قوية مع المركبات القطبية. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يشكل هلام السيليكا روابط هيدروجينية مع المادة التحليلية بسبب وجود مجموعات -OH على سطحه.

ترتبط مكونات الخليط الأكثر قطبية بقوة بهلام السيليكا وتنتقل ببطء عبر العمود ، في حين أن المكونات غير القطبية تكون أكثر قابلية للذوبان في المرحلة المتحركة وتنتقل بسرعة عبر العمود. وبالتالي ، من الضروري أن يكون لمكونات الخليط أقطاب مختلفة. يتم التخلص من المكونات التي تتفاعل بقوة مع المرحلة الثابتة عن طريق تدفق طور قطبي متحرك عبر العمود.

المراجع

1. شولر ، إم إل ، كارجي ، ك. ، ديليزا ، م. (2017). هندسة العمليات الحيوية ، المفاهيم الأساسية. نهر السرج العلوي ، نيوجيرسي: قاعة برنتيس.
2. هاريس ، العاصمة (2015). التحليل الكيميائي الكمي. نيويورك ، نيويورك: دبليو إتش فريمان وشركاه.

كروماتوغرافيا العمود هي تقنية تستخدم عمودا معبأا لفصل المركبات بناء على تفاعلاتها مع الطور الثابت ، والتي عادة ما تكون على شكل حبات مجهرية. تمتلئ الفراغات بين الخرزات بالمذيبات. يسمح فتح العمود للمذيب بالتدفق عبر المرحلة الثابتة. عندما يتم تطبيق خليط على الجزء العلوي من العمود المعبأ متبوعا بمزيد من المذيب ، ينتقل الخليط إلى المرحلة المتحركة ويتدفق عبر المرحلة الثابتة.

يتفاعل كل مكون من مكونات الخليط مع المرحلة الثابتة بطريقة مختلفة. بعض المكونات لها تفاعلات ضعيفة مع المرحلة الثابتة وبالتالي تتحرك بسرعة عبر العمود ، بينما يكون للآخرين تفاعلات قوية مع المرحلة الثابتة وبالتالي تتحرك بشكل أبطأ. هذا يفصل المركبات المختلفة إلى نطاقات يتم جمعها في أجزاء صغيرة. هذا يتيح تنقية كل مركب.

إذن ، ما نوع الخصائص التي يمكن استخدامها لفصل الخلائط؟ واحدة من أكثر الخصائص استخداما هي القطبية. لهذا الغرض ، غالبا ما يستخدم هلام السيليكا ، وهو شكل من أشكال ثاني أكسيد السيليكون ، كمرحلة ثابتة. يتفاعل هلام السيليكا مع المركبات عن طريق تفاعلات ثنائي القطب ثنائي القطب والترابط الهيدروجيني من خلال مجموعات -OH التي تتشكل على سطحه. وبالتالي ، ستتفاعل المركبات القطبية بقوة مع المرحلة الثابتة ، بينما تتفاعل المركبات غير القطبية بشكل ضعيف.

تشمل الخصائص الأخرى التي يمكن استغلالها للفصل الحجم والشحنة وكراهية الماء. الطريقة الشائعة لتحميل المرحلة الثابتة في العمود هي ملاط الطور الثابت والمذيب. بعد ذلك ، يتم تعبئة المرحلة الثابتة عن طريق تدفق المزيد من المذيبات عبر العمود لضغط الملاط. من الضروري أن تكون المرحلة الثابتة معبأة بشكل موحد بدون فقاعات هواء أو قنوات فارغة أو بقع جافة. يمكن أن تعطل هذه التدفق وتسبب اختلاط العصابات.

عند اختيار عمود ، يعتمد القطر على حجم العينة المراد فصلها. يجب أن تغطي العينة الجزء العلوي من العمود بطبقة رقيقة ومتساوية. تؤدي طبقة العينة السميكة إلى نطاقات أوسع. يعتمد طول العمود على مدى جودة انفصال المركبات في المرحلة الثابتة. تتطلب المركبات ذات الصلات المتشابهة للمرحلة الثابتة عمودا طويلا للفصل المناسب. ومع ذلك ، يمكن فصل مزيج من المركبات ذات الصلات المختلفة جدا للمرحلة الثابتة على عمود أقصر.

في هذا المختبر ، سوف تستكشف كروماتوغرافيا العمود عن طريق تعبئة عمود هلام السيليكا وإعداده أولا. بعد ذلك ، ستستخدم العمود الخاص بك لفصل المكونات الملونة في صبغة الطعام الخضراء.