روشهای کروماتوگرافی برای جداسازی اجزای موجود در مخلوط ها از یکدیگر استفاده می شوند. البته با توسعۀ تجهیزات الکترونیکی جدید، از این روش ها برای شناسایی و اندازه گیری اجزای مخلوط ها نیز استفاده می شود.
بنابراین، ازآنجاکه اکثر نمونه های موجود در طبیعت به صورت مخلوط های ساده و پیچیده هستند، این روش ها در تجزیۀ شیمیایی آنها اهمیت زیادی دارند. به طوری که برای آنالیز نفت خام، فراورده های نفتی، آب ها، هوای شهری و دودهای خروجی از صنایع مختلف، گیاهان و فراورده های آن، صنایع غذایی و بسیاری از نمونه های پیچیده، کاربرد روزمره دارند. این روش ها نه تنها در آزمایشگاه های تجزیه، بلکه در صنعت نیز کاربرد دارند. برای مثال، در نیروگاههای برق برای تولید آب بویلرها (دیگ های بخار)، از کروماتوگرافی تبادلگر یونی ( Ion-exchange chromatography ) به مقدار بسیار زیادی استفاده می شود. یا برای تولید فلزات باارزش و کم مقدار، در صنایع فلزشناسی، شیمیایی و هسته ای از این روشها استفاده میشود.
کروماتوگرافی نام عمومی روش هایی است که توسط آنها اجزای یک مخلوط، به طور فیزیکی و با توزیع متفاوت بین دو فاز از یکدیگر جدا می شود. یکی از این دو فاز، فاز ساکن (Stationary phase) دیگری فاز متحرک (Mobile phase) نام دارد که به طور مداوم در فاز ساکن جریان دارد. فاز ساکن می تواند جامد یا مایع و فاز متحرک می تواند مایع یا گاز باشد. اساس تفکیک اجزای یک مخلوط، تمایل متفاوت آنها نسبت به فاز ساکن و متحرک است.
کروماتوگرافی برای اولین بار در سال ۱۹۰۶ توسط یک گیاه شناس روسی به نام میشل تسوت کشف و نامگذاری شد. او سعی داشت رنگدانه های برگ های رنگین را با عبور دادن محلول عصاره آنها از یک ستون پر شده از ذرات گچ جاذب، از یکدیگر جدا کند. هر یک از رنگدانه با سرعت متفاوتی به طرف پایین ستون حرکت کرده و بدین ترتیب آنها از یکدیگر جدا شدند. اجزای جدا شده در طول ستون به صورت نوارهای رنگی به آسانی قابل تشخیص بود. ازاین رو، این روش کروماتوگرافی به معنای کروما (رنگ) + گرافی (نگاشتن) نامگذاری شد.
انواع کروماتوگرافی، Types of Chromatography
روش های کروماتوگرافی با توجه به نوع فاز متحرک و شکل فاز ساکن به دو گروه اصلی تقسیم می شوند. فاز متحرک گاز یا مایع است، ولی جامد نیست. از طرف دیگر، فاز ساکن مایع یا جامد است، ولی گاز نیست.
(۱) طبقه بندی بر اساس نوع فاز متحرک
هرگاه فاز متحرک یک مایع باشد، کروماتوگرافی مایع (LC: liquid chromatograph) و اگر فاز متحرک یک گاز باشد، کروماتوگرافی گازی (GC: gas chromatograph) نامیده می شود. کروماتوگرافی گازی یا جی سی از نظر نوع فاز ساکن (نه شکل آن)، به دو گروه تقسیم می شود. اگر فاز ساکن یک مادۀ جامد باشد، کروماتوگرافی گاز ـ جامد (GSC: Gas-solid chromatography) نامیده می شود. اگر فاز ساکن یک مایع باشد، کروماتوگرافی گاز ـ مایع (GLC: Gas-liquid chromatography) نامیده می شود. در کروماتوگرافی گاز- مایع، فاز ساکن مایع بر روی یک تکیه گاه جامد پوشش داده شده و درون یک ستون لوله ای ریخته می شود. لازم به ذکر است که در اصطلاح، به هر دونوع روش، کروماتوگرافی گازی یا جی سی (GC ) گویند. روش کروماتوگرافی گازی، که در بین سایر روش ها بیشترین پیشرفت را کرده است، امروزه پیچیده ترین و متداول ترین روش، به ویژه برای مخلوط گازها و مایعات و جامدات فرّار است. حتی برای مخلوط های بسیار پیچیده زمان جداسازی به وسیله GC اکنون در حدود چند دقیقه است. قدرت تفکیک زیاد، سرعت عمل آنالیز و حساس بودن روش GC سبب شده است که این روش تقریباً درهمه آزمایشگاه های شیمی متداول و مرسوم باشد. ابداع کروماتوگرافی توسط تسوت با کروماتوگرافی مایع بود، که در آن از یک مادۀ جامد به عنوان فاز ساکن استفاده شد. ولی، پیشرفت عمدۀ این روش ها در کروماتوگرافی مایع ـ مایع (LLC: Liquid-liquid chromatograph)است، که در سال ۱۹۴۱ ابداع شدو در آن به جای یک مادۀ جاذب جامد، از مایعی که برروی سطح مادۀ جامد بی اثر قرار داده شده بود و با فاز مایع متحرک غیرقابل اختلاط بود، به عنوان فاز ساکن استفاده کردند. اجزای تشکیل دهندۀ مخلوط، بسته به میزان حلالیت، بین این دو فاز مایع پخش می شوند. اگرچه کروماتوگرافی گازی به دو گروه تقسیم می شود، ولی روش های زیادی در مجموعۀ کروماتوگرافی مایع قرار دارند، که در ادامه راجع به بحث خواهد شد.
(۲) طبقه بندی بر اساس شکل فاز ساکن
روش های کروماتوگرافی بر اساس شکل فاز ساکن به دو نوع ستونی و مسطح تقسیم می شوند. در اوایل کشف کروماتوگرافی، فاز ساکن جامد درون ستون شیشه ای باریک و بلند پر می شد، که البته هنوز هم رایج است (شکل). این روش، کروماتوگرافی ستونی نام دارد. فاز ساکن مایع می تواند برروی تکیه گاه جامد پوشش داده شده و درون ستون پر شود و لذا، LLC ستونی تهیه کرد. در سالهای اخیر، روش کروماتوگرافی با ستون های بسته، به علت ساخت سیستم های دستگاهی جدید، پرکننده های ستون جدید و درک بهتر از کروماتوگرافی، بسیار مورد توجه قرار گرفته است.
روش کروماتوگرافی با عملکرد زیاد (HPLC: High-Performance Liquid Chromatography)نیز در مجموعۀ کروماتوگرافی مایع ستونی است، که اخیراً به اندازه GC متداول شده است. این روش، به خاطر جداسازی سریع نمونه های غیرفرّار یا ناپدیدار، به سرعت رو به پیشرفت است.
شکل. طرحی برای جداسازی اجزای A و B یک مخلوط توسط کروماتوگراف مایع (LC) ستونی، نمودار پائینی علامت خروجی از آشکارساز (کروماتوگرام) را در
مراحل مختلف شویش نشان می دهد. زمانهای t0، t1، t2، t3 و t4 به ترتیب بیانگر، شروع تزریق مخلوط، آغاز شویش، حرکت سریع تر ترکیب A به علت برهمکنش ضعیف با فاز ساکن،
خروج اولین ترکیب (A) از ستون، و خروج دومین ترکیب (B) از ستون، هستند.
کروماتوگراف یونی (IC: Ion Chromatograph) نوعی کروماتوگرافی ستونی است که فاز ساکن آن را مواد تبادلگریونی تشکیل می دهد و با توجه به فاز متحرک آن که یک مایع است، در مجموعۀ روش های کروماتوگرافی مایع قرار دارد. امروزه این روش برای اندازه گیری مقادیر کم یون های معدنی و آلی، به ویژه در آب ها و نمونه های معدنی به کار میرود. در ابتدای کشف کروماتوگرافی، تجزیۀ مقادیر کم مواد موجود در یک مخلوط با کروماتوگرافی ستونی مشکل بود، لذا، برای رفع این مشکل روش کروماتوگرافی کاغذی(PC: Paper chromatography) توسعه یافت. در این روش، که نوعی کروماتوگرافی مسطح است، تفکیک اجزای مخلوط بر روی ورقه های کاغذ مخصوص، انجام می شود. پی بردن به مزایای کروماتوگرافی مسطح، سبب توسعۀ آن به صورت کروماتوگرافی لایه نازک یا تی ال سی (TLC: Thin-layer chromatography) شد. در این روش، تفکیک اجزای مخلوط بر روی لایه های نازکی از یک مادۀ جاذب پوشش داده شده بر روی صفحات شیشه ای یا صفحات سخت دیگر انجام می شود. برای افزایش قدرت تفکیک ترکیبات یونی به وسیلۀPC یا TLC ، می توان یک میدان الکتریکی در طول کاغذ یا صفحه اعمال کرد. در این صورت، روش های حاصل به ترتیب الکتروفورز کاغذی (Paper electrophoresis) و الکتروفورز لایۀ نازک (Thin-layer electrophoresis) نامیده می شود.