نانوفناوری و کروماتوگرافی

کروماتوگرافی راهی است برای تشخیص اجزا در ابعاد نانومتری، با دقتی در حد و اندازة مولکولی و مدتها پیش از شکل گیری فناوری نانو، برای شناسایی مواد به کار می رفت. اگر چند مولکول با هم داشته باشیم، کروماتوگرافی تشخیص می دهد غلظت آنها چقدر است. اساس کار کروماتوگرافی جداسازی اجزای مخلوط با استفاده از سرعت متفاوت حرکت مولکولهای مختلف در محیط یکسان و با انرژی اولیة مشابه است. دستگاههای کروماتوگرافی پیشرفته، میلیون ها مولکول مختلف را در یک میلیمتر مخلوط براحتی شناسایی می‌کنند و پژوهشگران فناوری نانو می‌توانند به کمک این روشها قسمت عمده‌ای از مشکلات خود را در شناسایی مواد مورد استفاده رفع کنند.

کروماتوگرافی به عنوان یکی از روشهای آزمایشی 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 سرعت های مختلف در محیط کروماتوگرافی توزیع مکانی می‌‌یابند.

ریشه لغوی کروماتوگرافی

در زبان یونانی chroma به معنی رنگ و grophein به معنی نوشتن است.

اطلاعات اولیه

کروماتوگرافی پُرکاربردترین شیوه جداسازی تجزیه‌ای است که در تمام شاخه‌های علوم به کار می رود. کروماتوگرافی گروه گوناگون و مهمی از روش‌های جداسازی را شامل می‌شود و امکان می‌دهد تا اجزای سازندة 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 زمینة کروماتوگرافی جایزة نوبل گرفتند.

توصیف کروماتوگرافی

کروماتوگرافی را به علت اینکه دربرگیرندة 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 وسیلة 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 برمی?داریم و یک قطره جوهر در آن می?چکانیم. سپس تکه کاغذی را برمی داریم و قسمتی از آن را در لیوان آب قرار می دهیم. پس از مدتی مشاهده می شود که جوهر از کاغذ بالا می رود و پخش می شود.

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 ـ جامد

کروماتوگرافی جذب سطحی

کروماتوگرافی لایة نازک

کروماتوگرافی تبادل یونی

کروماتوگرافی ژلی

کروماتوگرافی گاز ـ جامد

کروماتوگرافی مایع ـ مایع

کروماتوگرافی تقسیمی

کروماتوگرافی کاغذی

کروماتوگرافی گاز ـ مایع

کروماتوگرافی گاز ـ مایع

کروماتوگرافی ستون موئین

مزیت روش?های کروماتوگرافی

مزیت کروماتوگرافی نسبت به ستون تقطیر این است که به آسانی 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 برجستة روشهای کروماتوگرافی این است که آنها آرام هستند. به این معنی که احتمال تجزیة مواد جداشونده به وسیلة 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 می توان از یکدیگر جدا کرد.

انتخاب بهترین روش کروماتوگرافی

انتخاب نوع روش کروماتوگرافی بجز در موارد واضح (مانند کروماتوگرافی گازی در جداسازی گازها) عموماً تجربی است. زیرا هنوز هیچ راهی برای پیش‌بینی بهترین روش برای جداسازی اجسام، مگر در چند مورد ساده وجود ندارد.

در ابتدا روش‌های ساده‌تری مانند کروماتوگرافی کاغذی و لایه نازک امتحان می‌شوند. در صورتی که با این روشها مستقیماً قادر به جداسازی باشند، جداسازی را باید به وسیلة آنها صورت داد. در غیر این صورت، از روش‌های پیچیده‌تر استفاده می‌شود.

کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا (HELC)، وقتی که روش‌های ساده فاقد کارایی لازم هستند، می‌تواند جوابگو باشد. ولی دانشمندان دریافتند که بهترین نوع به خاطر دقیق تر بودن کروماتوگرافی ژلی است.

منابع:

دانشنامه رشد