جدا سازی ذرات جامد از جریان مایع 56 ص ورد
پركاربردترین شیوه ی جداسازیهای تجزیه ای، كروماتوگرافی است. كروماتوگرافی را، مدت كوتاهی پس از خاتمه ی قرن پیش، یك گیاه شناس روسی به نام میخائیل چه وت Mikhail Tswett ، اختراع و نامگذاری كرد. او این تكنیك را برای جداسازی رنگدانه های گیاهی مختلف نظیر كلروفیلها و زانتوفیلها، با عبور دادن محلولی از این تركیبات از درون یك ستون شیشه ای كه با پودر نرم كلسیم كربنات پر شده بود، به كار گرفت.
پس از مدتی انواع روشهای كروماتوگرافی با بازده بالا ابداع شد. یكی از این روشها، كرماتوگرافی مایع است.
كروماتوگرافی مایع خود به چند دسته تقسیم می شود كه همه ی این روشها از فاز مایع متحرك استفاده می كنند. این روشها عبارتند از كروماتوگرافی تقسیمی یا مایع –مایع، كروماتوگرافی جذب سطحی یا مایع –جامد، كروماتوگرافی تبادل یونی، كروماتوگرافی لایه نازك و كروماتوگرافی كاغذی. سه روش نخست را روشهای ستونی می نامند، دوتای آخری مثال هایی از كروماتوگرافی مسطح هستند.
ستونهای كروماتوگرافی مایعی اولیه، لوله های شیشه ای به قطرهای تقریبی 10 تا 50 میلی متر بودند كه ستونهای ذرات جامد كه فاز ساكن را تشكیل می دادند، به طول های 50 تا 500 سانتی متر را در خود نگه می داشتند.
در انواع اولیه از این نوع كروماتوگرافی، انجام جداسازی بسیار وقت گیر بود. تا اینكه كروماتوگرافی مایعی با عملكرد بالا ابداع شد. بازدهی جداسازی بیشتر با به كارگیری ذرات جامد ریزتر ، زیاد می شود. برقرار سرعت جریان در مواد پركننده نیز فقط به وسیله ی تلمبه كردن مایع با فشارهای خیلی بالا امكان پذیر است.
در كروماتوگرافی جذب سطحی فاز ساكن سطح ذرات ریز جامد را می پوشاند. در این ماده ی پركننده یا فاز ساكن، ماده ی حل شده با حلال شوینده در مورد اشغال محلهایی بر روی سطح جامد رقابت می كنند.
كروماتوگرافی تقسیمی (partition chromatography )
اطلاعات اولیه
در جداسازی مواد به وسیله كروماتوگرافی تقسیمی در ستون ، شیوه كار بسیار شبیه به شیوه كروماتوگرافی جذب سطحی است اختلاف اصلی دو روش در ماهیت ماده پر شده در ستون است.
تعریف
كروماتوگرافی تقسیمی نمونهای از كروماتوگرافی مایع-مایع است كه فاز جامد یك لایه از محلول (مثل آب) است كه روی سطح یك جامد ناصاف مثل سیلیكاژل و یا خاك سیلیسی قرار دارد و فاز متحرك مایعی است كه غیر محلول در مایع اولی میباشد.
اساس كار كروماتوگرافی تقسیمی
سرعت حركت یك جزء از مخلوط تابع انحلال پذیری آن در فاز ساكن است. به عبارت دیگر جدا شدن اجزای بر اساس تقسیم بین دو مایع است. اجسامی كه بیشتر حل میشوند، كندتر از اجسامی كه كمتر حل میشوند به طرف پایین ستون حركت میكنند. در جریان عبور از ستون ، اجسام میان دو فاز تقسیم میشوند و جداسازی مواد بر اساس اختلاف میان ضرایب تقسیم آنها انجام میشوند.
یك مورد خاص
كروماتوگرافی كاغذی مورد خاصی از كروماتوگرافی تقسیمی به شمار میرود كه در آن صفحات كاغذی جای ستون پر شده را میگیرند.
خصوصیات
یكی از خصوصیات اساسی كروماتوگرافی این است كه مخلوط اجسام ابتدا به صورت یك نوار در ستون كه در نتیجه جذب سطحی یا جذب به وسیله فاز ساكن به وجود میآید، ظاهر میشود. برای جداسازی مواد اجزای باید عمل دیگر روی نوار انجام گیرد. تجزیه به روشهای گوناگونی انجام میگیرد.
مقایسه با كروماتوگرافی جذب سطحی
میتوان گفت كه روشهای تقسیمی برای جداسازی تركیبات شیمیایی نزدیك به هم ، مانند اعضای سریهای تركیبات مشابه ، مناسبتر است. مزیت اصلی روش تقسیمی این است كه نوارهای كروماتوگرافی حاصل ، به علت وجود دنباله ، نسبتا باریك و در نتیجه استفاده از ستونها كارآمدتر است، ظرفیت یك ستون تقسیمی ، در واحد حجم ، غالبا كوچكتر از ظرفیت یك ستون جذب سطحی بوده و گاهی این اختلاف خیلی زیاد است.
كروماتوگرافی جذب سطحی (Adsorption Chromatography) ، نمونهای از كروماتوگرافی مایع – جامد است كه در آن عمل جداسازی مواد بعلت متفاوت بودن جذب سطحی اجزای مختلف مخلوط و فاز ساكن (جامد) انجام میگیرد.
ستون كروماتوگرافی جذب سطحی
برای جداسازی مواد یك مخلوط ، میتوان از ستون استفاده كرد. داخل این ستون با جامد فعالی مانند آلومین (فاز ساكن) پر شده است و با حلالی مانند هگزان (فاز متحرك) پوشیده شده است. هرگاه نمونه كوچكی از مخلوط در بالای ستون قرار گیرد ، نواری از ماده جذب شده تشكیل میشود، حلال با عبور خود از میان ستون اجزای مخلوط را با خود حمل میكند.
جداسازی كامل
سرعت حركت هر جزء ، به میزان جذب سطحی آن بر روی ماده داخل ستون بستگی دارد. به این ترتیب ، مادهای كه كم جذب شده است، سریعتر از مادهای كه زیاد جذب شده است،
جدا سازی با سانتریفوژ
سانتریفوژ دستگاهی است که از آن برای چرخاندن مواد با سرعت بالا استفاده میشود. دانشمندان معمولاً دستگاه سانتریفوژ را برای جدا کردن ذرات جامد از یک مایع یا تقسیم مخلوط مایعات به اجزای مختلف آن به کار میگیرند.
مخلوط را درون لولهای قرار میدهند که طوری قرار داده شدهاست که با چرخش دستگاه، به سمت خارج از مرکز حرکت میکند و به حالت افقی قرار میگیرند. در این حالت، نیروی گریز از مرکز میخواهد که مخلوط را برخلاف مرکز سانتریفوژ براندو از این نقطه دور کند و ذرات یا مایع سنگین تر بیش تر به سمت بیرون (یا ته مخلوط) رانده میشوند. وقتی سانتریفوژ از حرکت باز میایستد، مواد به همین حالت غیر مخلوط میمانند. خون و سایر نمونههای بیولوژیکی را معمولاً به وسیله دستگاه سانتریفوژ جدا میکنند.
سریعترین سانتریفوژ با نام «فرامرکز گریز» با سرعت ۲۰۰۰۰۰ دور در دقیقه میچرخد. از دستگاههای گریز از مرکز بزرگ برای انجام آزمایش بر روی خلبانان نظامی و فضانوردان استفاده میشود تا میزان مقاومت آنان در شتابهای بالا معلوم شود. انواع انواع دستگاههای مرکز گریز برای مصارف گوناگون ساخته شدهاست. نمونههای خانگی این دستگاه برای جداکردن آب از سبزیها مثل کاهو و غیره بکار میرود.
همچنین در ماشینهای لباسشویی نیز برای خشک کردن لباس استفاده میشود. در نمونههای آزمایشگاهی برای جداکردن گلوبولهای خون از پلاسما استفاده میشود. دستگاههای صنعتی با موتورهای قوی و در ابعاد بزرگ برای جدا کردن مواد بکار میرود. در کار غنیسازی اورانیوم نیز از دستگاههای مرکزگریز گازی استفاده میشود. اساس کار سانتریفوژها سانتریفوژی به قدرت 20g در مرکز فضایی ناسا هر گاه جسمی با سرعت معینی حول یک مرکز با محور دوران کند نیرویی در جسم متحرک و در جهت عمود بر مسیر دوران و به سمت خارج از مرکز ایجاد میگردد.
که به نیروی فراگریز یا نیروی گریز از مرکز موسوم است که مقدار آن از رابطه F=MRW2 که در آن R شعاع دوران M جرم جسم و V سرعت خطی و W سرعت زاویهای است بدست میآید. محور دوران ممکن است به سه حال قائم، افقی یا مایل باشد.
تعریف دوم سانتریفوژ سانتريفوژ نمودن يکي از روشهاي جدا سازي است که در آن با استفاده از نيروي گريز از مرکز، قسمتهاي سبکتر يک محلول ، مخلوط ويا سوسپانسيون ، از قسمتهاي سنگينترآن جدا ميشود .
به طور مثال:
براي جداسازي سرم از لخته (دور سانتريفيوژ RPM 2000) ب راي تهيه رسوب ادرار (RPM (2000-1500)
انواع سانتريفوژ :
سانتريفوژ هاي شناور ((Horizontal- head /Swinging- bucket و سانتريفوژ هاي زاويه ثابت ،
انواعي از سانتريفوژ هستند که بيشتر در آزمايشگاههاي تشخيص طبي استفاده ميشوند .
در سانتريفوژ هاي شناور، لوله ها در حالت توقف وضعيت عمودي و در حال حرکت وضعيت افقي دارند.
رسوب به صورت صاف در ته لوله قرار مي گيرد در سانتريفوژهاي زاويه ثابت (fixed angle bucket) ، لوله ها در همه حال داراي زاويه ثابت نسبت به محور سانتريفوژ ميباشند. سرعت اين نوع سانتريفوژ ، ميتواند نسبت به مورد قبلي بيشترباشد ولي در زمان چرخش بعلت مقاومت به هوا