كروماتوغرافيا الطبقة الرقيقة (TLC): المكونات، مبدأ العمل، التطبيقات

كروماتوغرافيا الطبقة الرقيقة (TLC) هي إحدى طرق الفصل اللوني التي تعتمد على انتقال المركبات عبر طبقة رقيقة من مادة صلبة، مثل السيليكا جل أو أكسيد الألمنيوم، والتي تعمل كطور ثابت. يُستخدم مذيب مناسب كطور متحرك لنقل المركبات عبر هذه الطبقة، مما يؤدي إلى فصلها بناءً على اختلاف تفاعلاتها مع الطورين.

تأتي أهمية TLC من كونها تقنية تحليلية أساسية تتميز بالبساطة والسرعة والتكلفة المنخفضة، مما يجعلها أداة فعالة في العديد من التطبيقات العلمية. تلعب دورًا حيويًا في الكيمياء العضوية والصيدلة والكيمياء الحيوية، حيث تُستخدم لمراقبة التفاعلات، وتقييم نقاء المركبات، وتحديد مكوناتها.

ومن خلال فصل المخاليط بناءً على القطبية والتفاعل مع الطور الثابت، توفر نتائج مرئية سريعة، مما يجعلها خيارًا لا غنى عنه في التحليل الأولي، وتطوير طرق كروماتوغرافيا العمود، ومراقبة الجودة. كما أن حاجتها إلى كميات ضئيلة من العينة وسهولة استخدامها يضمنان استمرار أهميتها في البحث والتعليم، رغم توافر تقنيات أكثر تقدمًا.

في هذا المقال، سنأخذك في جولة شاملة حول تقنية كروماتوغرافيا الطبقة الرقيقة، بدءًا من مكوناتها الأساسية وآلية عملها، وصولًا إلى تطبيقاتها في مختلف المجالات. ستتعرف على كيفية استخدامها لتحليل الخلائط الكيميائية بدقة، وكيفية اختيار الطور الثابت والمذيب المناسب لتحقيق أفضل فصل للمركبات.

مكونات الجهاز:

المكونات الرئيسية في جهاز TLC هي:

• اللوحة (الطور الثابت): لوحة كروماتوغرافيا الطبقةالرقيقة (TLC PLATE) هو دعامة مسطحة وصلبة مطلية بطبقة رقيقة من مادة مازة، مثل هلام السيليكا أو أكسيد الألمنيوم أو السيلولوز، والتي تعمل كطور ثابت في التقنية الكروماتوغرافية. يُستخدم هذا اللوح لفصل وتحديد وتحليل المركبات الكيميائية بناءً على حركتها مع الطور المتنقل (نظام المذيبات) عبر الحركة الشعرية. قد تحتوي ألواح TLC على قواعد مختلفة، بما في ذلك الزجاج أو الألومنيوم أو البلاستيك، وقد تُزَوَّد بمؤشرات فلورية لتسهيل الرؤية تحت الأشعة فوق البنفسجية.
• العينة: هو الخليط الذي يراد التعرف على مكوناته. يتم تطبيق كمية صغيرة على شكل نقطة (أو بقع) بالقرب من حافة اللوحة السفلية، تسمى نقطة التطبيق.
• الطور المتحرك (المذيب): مذيب سائل أو خليط من المذيبات يتحرك لأعلى لوحة TLC عن طريق الخاصية الشعرية، ويحمل مكونات العينة بمعدلات مختلفة بناءً على تفاعلاتها مع الطور الثابت. اختيار المذيب المناسب هو مفتاح الفصل الناجح، حيث يؤثر على كيفية تحرك المركبات على اللوح. يتم استخدام المذيبات القطبية لفصل العينات غير القطبية، والعكس مع العينات القطبية. فيما يلي أمثلة على أنواع المذيبات:
  1. مذيبات غير قطبية: تعد الهكسان، الهكسان الحلقي، التولوين، والكلوروفورم من المذيبات غير القطبية.
  2. مذيبات قطبية: أما الميثانول، الإيثانول، الأسيتون، وأسيتات الإيثيل عبارة عن مذيبات قطبية.
  3. خلائط المذيبات: يستخدم خليط من المذيبات مثل "هكسان-أسيتات الإيثيل" و "ميثانول-كلوروفورم" للعينات ذات الطبيعة الخاصة (العينات التي يصعب تصنيفها على أنها قطبية أو غير قطبية).
• غرفة TLC: حاوية محكمة الغلق تحمل لوحة TLC والطور المتحرك، مما يضمن بيئة خاضعة للرقابة لحركة المذيب وفصله.

المبدأ وآلية الفصل في TLC:

يحدث انفصال مكونات الخليط عندما يتم غمس اللوحة في حجرة تحتوي على المذيب. أثناء انتقال المذيب إلى أعلى اللوحة، فإنه يتفاعل مع مكونات العينة.

• حركة المذيب: يرتفع المذيب عبر الطور الثابت بفعل الخاصية الشعرية، حاملاً معه مكونات العينة.
• التفاعلات الكيميائية:
  • الامتزاز (Adsorption): تتنافس مكونات العينة على الارتباط بالمواقع النشطة (القطبية) للطور الثابت. المركبات الأكثر قطبية تُمتَز بقوة على الطور الثابت فتبطئ حركتها.
  • الذوبانية: المركبات الأقل قطبية تذوب بسهولة في المذيب (الطور المتحرك) وتتحرك مسافة أكبر.

والمخطط التالي يوضح انفصال المكونات على اللوحة

المكون أ: يحب المرحلة الثابتة بشدة. فهو يشكل روابط مؤقتة مع المادة المازة، مما يجعلها تتحرك ببطء إلى أعلى اللوحة.

المكون ب: أقل ولعا بالمرحلة الثابتة. فهو يتحرك بشكل أسرع من المكون أ، لأنه يقضي وقتًا أقل في البقاء.

المكون ج: هو الأسرع مقارنة بالمكونين أ و ب، والأقل ارتباطا بالطور الثابت.

خطوات العمل

1. تحضير اللوح

   يُستخدم لوح مغطى بطبقة رقيقة من السيليكا جل أو أكسيد الألمنيوم.

   تُستخدم الألواح الجاهزة عادةً لتوفير الوقت.

2. وضع علامات على اللوح

   باستخدام قلم رصاص، يُرسم خط رفيع بالقرب من أسفل اللوح (حوالي 1 سم من الحافة).

   يتم تحديد نقاط على الخط حيث ستُطبق العينة.

3. تطبيق العينة

   تُذوّب العينة في مذيب مناسب، ثم تُوضع بقع صغيرة منها على النقاط المحددة باستخدام أنبوب شعري أو ماصة دقيقة.

   يُترك اللوح ليجف حتى يتبخر المذيب.

4. تحضير غرفة الفصل

   يُسكب الطور المتحرك (المذيب) في قاع غرفة TLC بارتفاع 0.5-1 سم.

   يُوضع ورق ترشيح مبلل بالمذيب على الجدران الداخلية للحفاظ على تشبع البخار وتجنب تأثير الحواف.

5. تطوير اللوح (الفصل الكروماتوغرافي)

   يُوضع اللوح بحذر داخل الغرفة بحيث يكون خط البداية فوق مستوى المذيب.

   تُغلق الغرفة بغطاء لمنع تبخر المذيب.

   يُترك اللوح حتى يرتفع الطور المتحرك نحو الأعلى، حاملاً المركبات معه بسرعات مختلفة.

6. إزالة اللوح والتجفيف

   عندما يقترب المذيب من أعلى اللوح، يُزال ويُترك ليجف في الهواء. وبعد ذلك يتم فحص البقع وتحليل المركبات الكيميائية التي تشكلها.

الكشف والتحليل:

بعد إخراج اللوحة وتجفيفها، تأتي مرحلة الكشف عن المكونات المفصولة وتحليلها.

الكشف عن البقع وفحص المكونات:

بعد أن يصل المذيب إلى المسافة المحددة وإخراج اللوحة وتجفيفها. يأتي دور الكشف عن البقع وفحص المركبات الكيميائية التي تشكلها كما يلي:

• المركبات الملونة: تُرى مباشرةً دون الحاجة لأدوات خاصة (مثال: الكلوروفيل الأخضر، أصباغ الطعام، الحبر).
• المركبات غير المرئية: تُستخدم طرق مثل:
  • الأشعة فوق البنفسجية (UV) للكشف عن المركبات ذات خاصية الفلورة (مثل مادة الكينين في المشروبات التونيك). حيث تُظهر البقع توهجًا مميزًا عند التعرض للضوء UV.
  • رش كواشف كيميائية لتتفاعل مع المركبات الكيميائية مثل يوديد البوتاسيوم للكشف عن الألكالويدات أو حمض الكبريتيك الذي يتفاعل مع المركبات العضوية لتعطي لونًا بنيّا.
  • تعريض اللوح لأبخرة اليود. وهي طريقة غير تدميرية، حيث يتفاعل فيها اليود مع الروابط المزدوجة. تَظهر البقع بلون بني فاتح وتختفي بعد تبخر اليود (مثال: الكشف عن الدهون).

تحليل النتائج:

تُقاس المسافات التي قطعتها البقع والمذيب، ويُحسب معامل التوزيع $R_f$ لمقارنة المركبات مع القيم المرجعية. ويمكن حسابها باستخدام العلاقة التالية: $$Rf = \frac{\text{المسافة التي قطعتها العينة}}{\text{المسافة التي قطعها المذيب}}$$

من خلال مقارنة المسافة التي قطعتها كل نقطة (بالنسبة إلى واجهة المذيب ونقطة التطبيق)، يستطيع الكيميائيون:

تقدير قطبية المكونات:

تميل المزيد من المكونات القطبية إلى التفاعل بشكل أكبر مع الطور القطبي الثابت، مما يؤدي إلى حركة أبطأ.

تحديد المكونات:

من خلال مقارنة موضع البقعة مع المركبات المرجعية التي تعمل جنبًا إلى جنب مع العينة، من الممكن تحديد هوية (تحليل نوعي) مؤقتة. ومع ذلك، غالبًا ما تكون هناك حاجة إلى مزيد من تقنيات التأكيد.

مراقبة تقدم التفاعل:

يمكن استخدام TLC لمعرفة ما إذا كان التفاعل مكتملًا من خلال ملاحظة اختفاء بقع المادة الأولية وظهور بقع المنتج.

مزايا ونقاط قوة TLC:

تقدم TLC العديد من المزايا:

• البساطة: تتطلب هذه التقنية الحد الأدنى من المعدات كما أنها سهلة التعلم.
• السرعة: يمكن تحقيق عمليات الفصل خلال دقائق إلى عشرات الدقائق.
• الحساسية: حتى الكميات الصغيرة من العينة يمكن تحليلها.
• فعالية التكلفة: TLC هي تقنية غير مكلفة نسبيًا.

تطبيقات TLC:

تجد TLC تطبيقات في مجالات مختلفة:

1. الكيمياء العضوية: تحديد منتجات التفاعل، ومراقبة تقدم التفاعل، وتنقية كميات صغيرة من المركبات.
2. التحليل الدوائي: التحقق من نقاوة الأدوية وتحديد المكونات في تركيباتها.
3. علوم الأغذية: تحديد المضافات الغذائية وتحليل المستخلصات الغذائية.
4. علوم البيئة: الكشف عن الملوثات في عينات المياه والتربة.

نصائح لاحتراف هذه التقنية:

في حين أن المبادئ الأساسية لـ TLC واضحة ومباشرة، إلا أنه مع الاستمرار في التدريب والتعلم يمكنك اكتساب مهارات إضافية في هذه التقنية. تعد الأنواع المختلفة من المراحل الثابتة وتحسين الطور المتحرك أمرًا ضروريًا لتحقيق أفضل فصل لخليطك المحدد. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام تقنيات TLC الكمية لتقدير كمية كل مكون موجود.

في المرات القادمة التي تواجه فيها تحديا في فصل الخلائط، تذكر تقنية TLC. إنها تقنية بسيطة وقوية في نفس الوقت، يمكن أن تعطي نتائج فصل ممتازة.