رُبمّا تساءلت يوماً بعدما انسكب كوب من الماء على ورقة ملطخة بالحبر خاص بك للكتابة، عن سبب عدم اندماج الحبر والماء معاً حيث يأخذ الحبر مسارات طوليّة على الماء، الجواب ببساطة هذا ما يُدعي تأثير الكروماتوغرافيا، إذاً الكروماتوغرافيا هي فصل المواد الكيميائيّة عن بعضها بتمريرها في محلول عبر وسيط، حيث تتحرك المواد الكيميائيّة بمعدلات مختلفة وتنفصل في طورين، هذه التقنيّة ساعدتنا في حياتنا منذ اختراعها من قبل عالم النبات الروسي سيميونوفيتش تسويت في أواخر القرن التاسع عشر، وكانت جائزة نوبل في اختراع الكروماتوغرافيا بأنواعها من نصيب العالم السويدي تيسيليوس في القرن العشرين.

تشبه الكروماتوغرافيا بآلية عملها ساحة السباق، فكّر في الأمر ببساطة واعتبر المواد الكيميائيّة المجتمعة كالمتسابقين، بينما ساحة السباق هي سائل أو غاز (وسط الانتشار) فيكون السائل هنا مكوّن بعض السوائل المختلفة، وبالتالي تكون التقنيّة هنا مكونة من ثلاثة أقسام:

  • قسم ثابت يكون عبارة عن مادة صلبة أو طبقة من سائل على دعامة صلبة.
  • قسم متحرك يكون سائل أو غاز.
  • جزيئات منفصلة.

الكروماتوجرافيا

تنتشر المواد الكيميائيّة في الوسط بسرعات مختلفة كالمتسابقين من خلال مادة صلبة ثابتة، تلتصق جزيئات المادة السائلة على السطح الصلب بشكل مؤقت ثمّ تعود مجدداً إلى السائل الأم، هذه العمليّة المتبادلة تسمّى الادمصاص ( يختلف الادمصاص عن الامتصاص فتكون جزيئات المادة هنا غير محصورة بالجسم الآخر كما الامتصاص)، ويتم فصل المواد بسبب الاختلاف الامتصاصي لسوائل الوسط فبعض السوائل تستهلك وقتاً طويلاً في المرحلة الصلبة فيكون انتشاره بطيئاً بينما البعض الآخر تستغرق وقتاً أطول في المرحلة السائلة، والكروماتوغرافيا هنا هو تأثير السطح الصلب في الانتشار.

بعض من استخدامات الكروماتوغرافيا:

  • اختبار الطب الشرعي: كتحليل دم الشخص بعد الوفاة لتحديد مستوى الكحول والمخدرات والمواد السامة في الجسم.
  • اختبار وجود المخدرات: وذلك يندرج أيضاً تحت مسمّى الطب الشرعي فيتم استخدام الكروماتوغرافيا السائلة لتحديد وجود مخدرات أو منشطات في مجرى الدم للأشخاص.
  • تحليل اللحوم: يتم استخدام الكروماتوغرافيا لفضح بائعي اللحوم الذين يخلطون لحم البقر بأنواع لحوم لحيوانات أخرى كالحصان، وتعد هذه الطريقة من أفضل الطرق للكشف وتتفوق على الطرق التقليدية أيضاً.
  • تستخدم الكروماتوغرافيا في الصناعة للحفاظ على مستوى محدد لوجود مادة في صناعاتهم، كما يفعل مصنّعو السكريات ليحافظوا على مستوى محدد من السكر دون أدنى هامش خطأ.
  • استخدم الكروماتوغرافيا مؤخراً للكشف عن المضادات التي تقوم بتقييد فيروس إيبولا الذي قتل أكثر من 5000 شخصاً عام 2013 في غينيا وليبيريا وسيراليون.

أنواع الكروماتوغرافيا:

  • كروماتوغرافيا السائل: يستخدم هذا النوع من الكروماتوغرافيا في تحليل أيونات المعادن والمركبات العضويّة للبحث عن ملوثات البحيرات والأنهار بعد أخذ عينة منها.
  • كروماتوغرافيا الغاز: يكثر استخدام هذا النوع في الطب الشرعي لتحليل الألياف وتحليل الدم للمجني عليه، ويستخدم أيضاً للكشف عن القنابل في المطارات.
  • كروماتوغرافيا الطبقة الرقيقة: يتم استخدام كروماتوغرافيا أيضاً لتحليل صبغات الألياف لشخص ما في الطب الشرعي، أو للتحقق من كون مركب عضوي ما نقيّاً، بالإضافة لأهميته في الكشف عن بقايا المبيدات الحشريّة الغذائيّة.
  • كروماتوغرافيا الورق: يتم في هذا النوع فصل المذيبات بعد رفعها للأعلى من خلال شريط ورقي واستخدام الخاصيّة الشعريّة.

أكمل القراءة

تعتبر الكروماتوجرافيا تقنية فيزيائية وحيوية مهمة، يمكن من خلالها فصل مكونات الخليط، وتحديدها، وتنقيتها، وذلك عبر مرحلتين أساسيتين تدعى المرحلة الأولى بالطور الثابت والمرحلة الثانية بالطور المتحرك، ثم تخضع للتحليل التحليل النوعي والكمي.

  • المرحلة الثابتة: تتكون هذه المرحلة دائمًا من الطور الصلب أو “طبقة من السائل الممتز على دعامة السطح الصلبة”.
  • المرحلة المتحركة: تتكون هذه المرحلة دائمًا من سائل أو مكون غازي.

آلية عمل الكروماتوجرافيا:

تتحرك المكونات المختلفة للخليط والموجودة على الوسط الثابت بسرعات مختلفة، مما يؤدي إلى فصلها عن بعضها البعض، يعتمد ذلك على اختلاف درجة امتزاز مواد الخليط على السطح الصلب، وبالتالي تحركها بسرعات مختلفة. تنخفض سرعة انسياب المواد كلما ازدادت درجة امتزازها من قبل الوسط الثابت، وتتحرك ببطء في نظام الكروماتوجرافيا، بينما يمر البعض الآخر بسرعة إلى الطور المتحرك، ويترك النظام بشكل أسرع، وهكذا يتم فصلها عن بعضها البعض.

تشمل العوامل المؤثرة في عملية الفصل هذه على الخصائص الجزيئية للمواد وعلاقتها بالامتزاز (مواد صلبة أو مواد سائلة)، ووجودها ضمن أطوار فيزيائية مختلفة، وتقارب أو اختلافات أوزانها الجزيئية.

هناك آليات متعددة للكروموتوجرافيا، ويمكن فصل المواد بطرق مختلفة بالاعتماد على خصائصها المتنوعة مثل الحجم والشكل، والشحنة الكهربائية الإجمالية، وعلى المجموعات الكارهة للماء الموجودة على السطح، وقدرتها على الارتباط مع المرحلة الثابتة، هذا يؤدي إلى أنواع مختلفة من تقنيات الفصل اللوني، لكل منها أجهزتها الخاصة ومبادؤها المختلفة للعمل، على سبيل المثال يوجد أربع تقنيات فصل تعتمد على الخصائص الجزيئية تستخدم آليات التبادل الأيوني، والامتصاص السطحي، والتقسيم، واستبعاد نسبة للحجم، تعتمد تقنيات الكروماتوجرافيا الأخرى على خصائص القاعدة الثابتة، بما في ذلك طريقة العمود، والطبقة الرقيقة، والكروماتوجرافيا الورقية.

لمحة تاريخية عن الكروماتوجرافيا:

يُعزى اكتشاف تقنية الكروماتوجرافيا عمومًا إلى عالم النبات الروسي ميخائيل سيميونوفيتش تسويت، حيث قام في عام 1901 بفصل الأصبغة النباتية ذات الألوان المختلفة معتمدًا على خصائصها الفيزيائية والكيمائية، وأطلق عليها طريقة الفصل اللوني، وبدأت بعدها سلسلة من الجهود لتطوير هذه الطريقة وتحسينها واختراع طرق جديدة.

تطبيقات الكروماتوجرافيا:

ضمن قطاع الأدوية:

  • لتحديد وتحليل العينات واكتشاف مكوناتها الكيمائية.
  • فصل المركبات على أساس وزنها الجزيئي وما تحتويه من العناصر.
  • اكتشاف المركبات المجهولة وتحديد درجة نقاء الخليط.
  • تطوير الأدوية الموجودة وتحسين جودتها.

في مجال الصناعات الكيماوية:

  • في فحص عينات المياه، وكذلك فحص جودة  ونقاء الهواء.
  • يستخدم للكشف عن الملوثات المختلفة مثل ثنائي الفينيل متعدد الكلور (PCBs).
  • في المبيدات الحشرية والزيوت.

في مجال الصناعات الغذائية:

  • في الكشف عن الأغذية الفاسدة والمواد المضافة.
  • تحديد الجودة الغذائية للطعام.

في مجال الطب الشرعي:

  • له العديد من الاستخدامات في فحص مسرح الجريمة مثل تحليل عينات الدم والشعر من مكان الجريمة.

في مجال الدراسات البيولوجيا الجزيئية:

  • يتم تطبيق تقنيات الكروموتوجرافيا المختلفة جنبًا إلى جنب مع أبحاث الحمض النووي في الدراسات الخلوية المختلفة.
  • تُستخدم في فصل البروتين مثل تنقية الأنسولين، وتجزئة البلازما وتنقية الإليزا وأيضًا في أقسام مختلفة مثل صناعة الوقود والتكنولوجيا الحيوية والعمليات الكيميائية الحيوية.

الكروماتوجرافيا

أكمل القراءة

هل لديك إجابة على "ما هي الكروماتوجرافيا"؟