سیال فوق بحرانی یک روش کروماتوگرافی است که در آن از یک فاز متحرک استفاده می‌شود. یک سیال فوق بحرانی ترکیبی است که بیش از دمای بحرانی و فشار بحرانی‌اش گرم و فشرده می‌شود. دمای بحرانی دمایی است که در آن یک ماده نمی‌تواند در حالت مایع وجود داشته باشد، حتی اگر فشار را خیلی زیاد کنیم؛ و همچنین فشار بحرانی فشاری است که بالاتر از آن یک ماده نمی‌تواند به حالت گازی وجود داشته باشد، حتی اگر دما را خیلی بالا ببریم.
کروماتوگرافی سیال فوق بحرانی
تاریخچه کروماتوگرافی سیال فوق بحرانی SFC
در سال 1982 اولین دستگاه تجاری کروماتوگرافی سیال فوق بحرانی توسط شرکت HP تولید و به بازار عرضه شد. در ابتدا تصور می‌شد که سیال فوق بحرانی می‌تواند جای دستگاه HPLC را بگیرد، اما تکرارپذیری ضعیف SFC و بالا بودن قیمت و اپراتوری آن باعث ایجاد مشکل شد و نتوانست به عنوان جایگزین برای کروماتوگرافی مایع عمل کند. این روش با توجه به مزایای آن که شامل مصرف کم حلال سرعت آنالیز و جداسازی در صنعت داروسازی و زمینه‌های تحقیقاتی دیگر مورد توجه قرار گرفته است. همچنین دقت کنید که این 2 روش مکمل یکدیگر هستند و ترکیباتی که با با روش سیال فوق بحرانی قابل آنالیز نیستند با روش HPLC آنالیز می‌شوند.
کروماتوگرافی سیال فوق بحرانی
کروماتوگرافی سیال فوق بحرانی چیست؟
هر ماده‌ای که در دما و فشار بحرانی قرار بگیرد یک سیال فوق بحرانی است. در نقطه فوق بحرانی ماده ماند یک فاز حد واسط بین دو حالت مایع و گاز عمل می‌کند. یک سیال فوق بحرانی دارای حلالیتی در حد مایع ولی خصوصیات انتقال گاز را دارد. داشتن ویسکوزیته پایین‌تر و قدرت نفوذ بالاتر نسبت به حالت مایع، شناوری و چگالی بالاتر نسبت به حالت گازی موجب می‌شود تا خصوصیات انتقال جرم بهتر این سیال در مقایسه با حلال معمولی ایجاد شود. داشتن این خصوصیات فیزیکی باعث شد تا سیال فوق بحرانی بتواند برای کاربردهای استخراجی و جداسازی مورد استفاده قرار بگیرد.
کروماتوگرافی سیال فوق بحرانی
حلال‌هایی که به عنوان سیال فوق بحرانی برای استخراج مورد استفاده قرار می‌گیرند باید بتوانند ارزان، بی‌خطر و غیرسمی باشند و دارای حلالیت خوب و نقطه جوش پایین باشند. از حلال‌هایی که برای استفاده در کروماتوگرافی سیال فوق بحرانی استفاده می‌شود می‌توان به کربن دی اکسید، متان، آمونیاک و اتیلن اشاره کرد.
سیال‌های فوق بحرانی حلال‌هایی جالب هستند که برای کروماتوگرافی به عنوان فاز متحرک استفاده می‌شوند و با توجه به خواصی که دارند هم در کروماتوگرافی گازی و هم کروماتوگرافی مایع قابل استفاده هستند. بدلیل قدرت حلالیت بیشتر امکان انجام جداسازی ترکیبات غیرفرار که دارای وزن مولکولی بالاتر، که مناسب آنالیز با کروماتوگرافی گازی نیستند امکان‌پذیر است. برخورداری از سرعت نفوذ بالاتر در سیال فوق بحرانی موجب شده تا کروماتوگرافی سیال فوق بحرانی تا ده برابر سریع‌تر از کروماتوگرافی مایع (HPLC) باشد.
هنگامی که از سیال‌های فوق بحرانی به عنوان فاز متحرک استفاده می‌شود امکان تاثیرگذاری و کنترل بازداری ترکیبات با تغییر فشار و دما وجود دارد.در حالت فوق بحرانی چگالی فاز متحرک با تغییر فشار و دما تغییر می‌کند و با افزایش فشار در دمای ثابت چگالی افزایش می‌یابد و در انتها قدرت حلالیت افزایش پیدا می‌کند و در نتیجه آنالیت بیشتر در فاز متحرک باقی می‌ماند و بازداری کاهش می‌یابد. در واقع در روش کروماتوگرافی سیال فوق بحرانی علاوه‌بر تغییر فاز متحرک با تغییر فشار و دما نیز امکان تغییر بازداری وجود دارد.
کروماتوگرافی سیال فوق بحرانی
فاز متحرک در کروماتوگرافی سیال فوق بحرانی
کربن دی اکسید از متداول‌ترین سیال‌های فوق بحرانی است که به عنوان فاز متحرک در این نوع کروماتوگرافی استفاده می‌شود. از دلایل متداول بودن استفاده از کربن دی اکسید به عنوان فاز متحرک می‌توان فشار و دمای بحرانی نسبتا پایین‌تر و سازگاری بیشتر آن با محیط به عنوان سیال فوق بحرانی را درنظر گرفت. همچنین کاربرد گسترده آن باعث شده تا در کروماتوگرافی سیال فوق بحرانی کاربرد بیشتری داشته باشد. حلال کربن دی اکسید همچنین با بسیاری از سیستم‌های آشکارساز قابلیت استفاده دارد و تهیه آن با خلوص بسیار بالا به راحتی امکان‌پذیر است.
بدلیل آنکه CO2 یک حلال غیر قطبی است و با تغییر چگالی آن قابلیت حل کردن مواد قطبی را در خود ندارد. به عنوان مثال در چگالی 0.25 g/cm-3 کربن دی اکسید قدرت حلالیتی شبیه به آلکان‌های فلوره و در چگالی 0.98 g/cm-3 و کمی قطبی‌تر از هگزان است. به همین دلیل از فازهای متحرک 2تایی یا 3 تایی برای افزایش قطبیت کربن دی اکسید در کروماتوگرافی سیال فوق بحرانی استفاده می‌شود. محدوده وسیعی از حلال‌های قطبی مانند متانول، اتانول، بوتانول، استونیتریل، آب و تتراهیدروفوران به صورت اصلاحگر (Modifier) به CO2 اضافه می‌شود. از میان اصلاحگرهای گفته شده متداول‌ترین آنها متانول است که تاثیر افزودن این اصلاحگرها بر بازداری و گزینش‌پذیری فاز متحرک پیچیده است. این اصلاحگرها بر بازداری و گزینش‌پذیری فاز متحرک پیچیده تاثیرگذار است و ضمن افزایش قطبیت چگالی فاز متحرک و برهمکنش با فاز ساکن آن را تغییر می‌دهد.
کروماتوگرافی سیال فوق بحرانی
فاز ساکن در کروماتوگرافی سیال فوق بحرانی
سیال فوق بحرانی را می‌توان هم با ستون‌های فشرده و هم مویی به کار برد. ستون‌های مویی برای آنالیز ترکیبات پیچیده‌تر بدلیل کارآیی بیشتری که دارند بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند. ستون‌های فشرده برای آنالیز نمونه‌های ساده‌تر کاربرد دارند و بدلیل آنکه دارای زمان آنالیز کوتاه‌تر و قابلیت بارگذاری مقدار بیشتری نمونه را دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرند.
SFC یا کروماتوگرافی سیال فوق بحرانی است، بدلیل آنکه شامل یک فاز متحرک غیر قطبی و یک فاز ساکن قطبی است؛ به همین دلیل ستون‌های غیرقطبی HPLC مانند C18 در روش SFC به کار می‌رود. همچنین فازهای ساکن کایرال در SFC استفاده می‌شوند که بیشتر آنها دارای پایه سیلیکایی هستند. ستون‌های کایرالی که برای کروماتوگرافی مایع طراحی شده‌اند می‌توانند در کروماتوگرافی سیال فوق بحرانی نیز استفاده شوند.
کروماتوگرافی سیال فوق بحرانی
آشکارسازهای دستگاه کروماتوگرافی سیال فوق بحرانی
امکان استفاده از بیشتر آشکارسازهای کروماتوگرافی گازی و مایع در روش کروماتوگرافی سیال فوق بحرانی وجود دارد، اما بیشتر آنها به صورت تجاری در دستگاه‌های SFC قابلیت استفاده ندارند. متداول‌ترین نوع آشکارساز در کروماتوگرافی سیال فوق بحرانی آشکارساز ماوراء بنفش (UV-VIS) است که بدلیل حساسیت مناسب، گستره وسیع دینامیکی و همچنین شفاف بودن فاز متحرک CO2 کاربرد دارد. آشکارساز پراش نور تبخیری و آشکارساز یونیزاسیون شعله‌ای نیز از انواع آشکارسازهایی هستند که می‌توانند مورد استفاده قرار بگیرند. آشکارساز جرمی بدلیل اطلاعات کمی و کیفی که ارائه می‌دهد مانند همه روش‌های دیگر انتخابی بسیار عالی برای این نوع کروماتوگرافی است.
کروماتوگرافی سیال فوق بحرانی
کروماتوگرافی سیال فوق بحرانی در چه مواردی کاربرد دارد؟
این نوع کروماتوگرافی در جداسازی ترکیبات کایرال از یکدیگر، آنالیز ترکیباتی که دارای جرم مولکولی بالا هستند و همچنین آنالیز پلیمر، مواد نفتی و ترکیبات دارویی کاربرد دارد.
نکاتی در مورد آنالیز کروماتوگرافی سیال فوق بحرانی
- روش کروماتوگرافی سیال فوق بحرانی روشی سریع است و در مدت زمانی کوتاه آنالیز را انجام می‌دهد بنابراین مصرف حلال کمتری دارد.
- علاوه‌بر تغییر حلال با تغییر فشار و دما هم می‌توان بازداری و در نتیجه جداسازی ترکیبات را کنترل کرد.
- دستگاه این نوع کروماتوگرافی گران است و هنوز با بسیاری از آشکارسازها به صورت تجاری در دسترس قرار نگرفته است.
- در روش کروماتوگرافی سیال فوق بحرانی مسئله دفع و پاکسازی حلال وجود ندارد و به عنوان یک روش دوستدار محیط زیست شناخته شده است.
کروماتوگرافی سیال فوق بحرانی
نتیجه گیری
کروماتوگرافی سیال فوق بحرانی از روش‌های آنالیز مواد در آزمایشگاه شیمی تجزیه است که بدلیل مزایای آن کاربرد گسترده‌ای پیدا کرده است.
ثبت ديدگاه