الاستشراب

الاستشراب

الاستشراب chromatography مجموعة من طرائق فصل المكونات في مزيجٍ وتحليلها بالتمزز adsorption على جسم صلب، أو توزعها بين مذيبين solvents. وكان يعرف باسم «التفريق اللوني» اعتماداً على النتيجة التي يؤدي إليها وهي «تفريق» المركبات الممزوجة وملاحظة ذلك اعتماداً على الألوان. وعندما تقدمت تقنيات التفريق تم الاستغناء عن الاعتماد على الألوان في تعرف المركبات، وتم التوصل إلى تحديد هذه المركبات كمياً.

استشراب التمزز

الشكل (1) استشراب الامتزاز في الطور السائل [تظهر أرع مراحل الفصل بشطف جسمين (أ) و(ب) باستعمال المذيب م في عمود من زجاج البيركس مملوء بالألومين]

هو أقدم الطرائق، ويتلخص مبدؤه بما يلي: عند وضع محلول بتماس جسم صلب متمزز للمنحل solute يتثبت جزء من هذا الأخير على الجسم الصلب، وذلك نتيجة لحدوث توزع partition وقيام توازن يتوقف بصورة خاصة على شدة التمزز ومدى قابلية انحلال الجسم المنحل. ولتحقيق ذلك عملياً يصب مزيج الأجسام المراد فصلها منحلة في مذيب مناسب (الماء، الغول) في قمة عمود شاقولي هو أنبوب مفتوح مُلئ بمسحوق جسم صلب اختياراً مناسباً (حجر كلسي، ألومين، طَلْق)، فيسيل المذيب الذي لم يتمززه الجسم الصلب إلى أسفل العمود، في حين يحتجز كل من الأجسام المنحلة على مستوى يزداد انخفاضه بنقصان شدة تمززه، وهكذا تتكون حلقات متوضعة بعضها فوق بعض (الشكل ـ1). ويمكن زيادة المسافة الفاصلة بين الحلقات بإضافة سائل هو الشاطف الذي ينقل الحلقات نحو الأسفل بحله الأجسام المتمززة. فمجموعة هذه الحلقات، التي يظهر موقعها باللون أو بأي وسيلة أخرى، تكوِّن المخطط الاستشرابي chromatogram ويمكن إجراء الفصل إذا كان التظهير development كافياً وذلك بتقطيع العمود أو بإضافة شاطف يجرف الأجسام المتمززة نحو الأسفل في العمود وباستخلاصها الواحد بعد الآخر (الشكل 1).

الشكل (2) مبدأ عمود التبادل الشاردي

استشراب التبادل الشاردي

يرتبط باستشراب التمزز استعمال مبادلات الشوارد (الأيونات) ion -exchangers، وهي مركبات شاردية ضخمة macro-ionic معدنية أحياناً كالألومينات السيليسيومية silico-aluminates (الزيوليت)، وعضوية في الغالب، أي راتنجات حاصلة بتفاعلات التبلمر polymerization أو التكاثف المتعدد polycondensation، ويكون بعضها هابطياً cationic مؤلفاً من نهايات كثيرة COO^- أو SO^-₃ مرتبطة بشوارد H⁺، ويكون بعضها الآخر صاعدياً anionic مؤلفاً من زمرة N⁺R₃ مرتبطة بشوارد OH^- فإذا وضعت هذه الراتنجات بتماس محلول شاردي كانت قادرة على أن تبادل بشواردها H⁺ أو OH^- شوارد من الإشارة نفسها (+ أو-) تأتي من المحلول. ويؤدي هذا التبادل، كما في التمزز، إلى توازن مع المحلول، لذلك يمكن فصل أنواع شاردية عدة وفق تقنية مماثلة لتقنية استشراب الامتزاز (الشكل 2). وهكذا تفصل [url=http://www.arab-ency.com/index.php?module=pnEncyclopedia&func=display_term&id=1826&vid=40]الحموض الأمينية[/url] الناشئة عن تحلل البروتينات الطبيعية بالماء hydrolysis على راتنج مبادل للهوابط cations كما تُفصَل مشتقات [url=http://www.arab-ency.com/index.php?module=pnEncyclopedia&func=display_term&id=1826&vid=40]الحموض النووية[/url] على راتنج مبادل للصواعد anions وتُنزع الشوارد من المياه الطبيعية باستعمال مبادلات الشوارد التي يمكن تنشيطها من جديد عندما تشبع.

استشراب التفريق

تستعمل في طريقة الاستشراب هذه هلامة السيليس silica gel التي توضع بانتظام في عمود شاقولي، فيقوم السيليس، وهو الحامل البسيط، على تثبيت ماء الهلام، وهذا الماء يكوِّن الطور المذيب المستقر، وبعد إدخال المزيج المراد فصله في قمة العمود يصب شيئاً فشيئاً مذيب قوامه الكلوروفورم غالباً، فيهبط المذيب في العمود من دون نقل للماء، لكنه يَنقُل نحو الأسفل بسرعات مختلفة كلاً من مكونات المزيج، ويكون أسرع المكونات هبوطاً المكوّن الذي له أعلى معامل تفريق (معامل التفريق هو نسبة كتلة المكّون المنحل في حجم من المذيب المتحرك إلى كتلة المكون المنحل في الحجم نفسه من الماء)، وعندئذ يحدث الفصل وينجز بشطف كاف.

الشكل (3) مبدأ الاستشراب ذي البعدين على الورق

[أ] يظهر المخطط الاستشرابي بمذيبين متتاليين أ وب في اتجاهين متعامدين، فالمذيب (أ) لا يفصل
المركبين 4 و5 اللذين يفرقان بالمذيب (ب) وبهذه الطريقة يمكن فصل 24 حمضاَ أمينياً مختلفاً معاً.
[ب] انتشار المركبات على طور الورقة، وفكرة RF.
[جـ] التطبيق العملي للاستشراب ذي البعدين على الورق.

وهكذا يعد استشراب العمود column chromatography وسيلة دقيقة جداً لتحديد الهوية، وهو لا يحتاج إلا إلى ميليغرامات فقط من المادة المحللة.

أما الاستشراب على الورق paper chromatography (الشكل 3) فهو إضافة إلى بساطته، أكثر دقة ويجري بوضع عدة مكروغرامات من المزيج المراد فصله في زاوية من ورقة ترشيح موضوعة شاقولياً في جو شديد الرطوبة، وتقوم ظاهرة الشعرية capillarity بتسهيل نقل المذيب المتحرك في الورقة. وتتناسب سرعة انجراف الجسم عكساً مع انحلاله في الماء، ويتم تعرف كلٍ من البقع الحاصلة باستعمال كاشفٍ ملائم.

الاستشراب الغازي

هو طريقة حديثة عرفت تطوراً ونماء كبيرين، وفيها يبخر المزيج المراد فصله والمكون من سوائل طيارة، ويمدد بغاز حامل، ويرسل في عمود يحوي سائلاً مناسباً مثبتاً على حامل عاطل، فتنجرف مكونات المزيج الواحد بعد الآخر عند مخرج العمود. وتحدد هوية هذه المكونات وتعاير، بطريقة مناسبة كقياس تغير الناقلية الحرارية للغاز مثلاً. إنها طريقة سريعة وناجحة ودقيقة، وهي تستعمل في البحث وفي الصناعة كصناعة النفط مثلاً (الشكلان 4و5).


الشكل (4) مبدأ جهاز الاستشراب الغازي	الشكل (5) المخطط الاستشرابي الغازي

ومن أشهر العاملين في مضمار الاستشراب ملفين كلفن Melvin Calvin كيمياوي أمريكي (سان بول، مينيسوتا 1911) استعمل في التحليل الكيمياوي الاستشراب على الورق والتصوير الإشعاعي الذاتي autoradiography لمخططات الاستشراب، وحدد بدقة آلية الاصطناع الضوئي باستعمال غاز الكربون الموسوم بالكربون 14 (حامل جائزة نوبل في الكيمياء للعام 1961).

آرتشر جون بورتر مارتن Archer John Porter Martin كيمياوي حيوي إنكليزي (لندن 1910) ابتكر عام 1944 بالاشتراك مع الكيمياوي الإنكليزي رتشارد لورنس ملّينغتون سينغ Richard Laurence Millington Synge (ليفربول 1914) الاستشراب على الورق لفصل [url=http://www.arab-ency.com/index.php?module=pnEncyclopedia&func=display_term&id=1826&vid=40]الحموض الأمينية[/url] الموجودة في البروتينات (تقاسم العالمان جائزة نوبل في الكيمياء لعام 1952).

عصام القلق

مراجع للاستزادة

ـ بونيللي ماكنير، أسس الكروماتغرافيا الغازية، ترجمة مراد يوسف (منشورات وزارة التعليم العالي، دمشق 1979).

-D.R.BROWNING & COLL, Chromatograhy (Masson, Paris 1971).