“Chromatography” เป็นเทคนิคการแยกสารผสมที่มีความสำคัญอย่างยิ่งในงานวิเคราะห์ทางเคมี ชีวเคมี และวิทยาศาสตร์สาขาอื่นๆ เทคนิคนี้อาศัยการกระจายตัวของสารระหว่างวัฏภาคสองชนิดที่แตกต่างกัน ทำให้สามารถแยกองค์ประกอบของสารผสมออกจากกันได้อย่างมีประสิทธิภาพ บทความนี้จะกล่าวถึงความรู้พื้นฐานและหลักการสำคัญของ “Chromatography” เพื่อให้เข้าใจถึงกลไกการทำงาน องค์ประกอบหลัก และการประยุกต์ใช้ในงานวิเคราะห์ต่างๆ
“Chromatography” คือ
“Chromatography” คือ วิธีการแยกสารผสมออกเป็นองค์ประกอบย่อยโดยอาศัยความแตกต่างในการกระจายตัวของสารแต่ละชนิดระหว่างสองวัฏภาค ได้แก่ วัฏภาคคงที่ (stationary phase) ซึ่งอาจเป็นของแข็ง ของเหลว หรือเจล และวัฏภาคเคลื่อนที่ (mobile phase) ซึ่งอาจเป็นของเหลวหรือแก๊สที่ไหลผ่านวัฏภาคคงที่ สารผสมจะถูกละลายในวัฏภาคเคลื่อนที่แล้วไหลผ่านวัฏภาคคงที่ ซึ่งสารแต่ละชนิดจะมีอันตรกิริยากับวัฏภาคทั้งสองแตกต่างกัน ทำให้เกิดการแยกออกจากกันและเคลื่อนที่ไปได้ด้วยอัตราที่ต่างกัน สุดท้ายจะได้สารแต่ละชนิดแยกออกมาจากกันอย่างบริสุทธิ์
หลักการพื้นฐานของ “Chromatography”
หลักการสำคัญของ “Chromatography” คือการอาศัยสมดุลของสารระหว่างวัฏภาคเคลื่อนที่และวัฏภาคคงที่ โดยสารแต่ละชนิดจะมีสัมประสิทธิ์การกระจายตัว (distribution coefficient) ระหว่างสองวัฏภาคที่แตกต่างกัน สารที่มีสัมประสิทธิ์สูงจะมีแนวโน้มในการละลายหรือยึดเกาะกับวัฏภาคคงที่ได้ดีกว่า จึงเคลื่อนที่ช้ากว่าสารที่มีสัมประสิทธิ์ต่ำซึ่งจะเคลื่อนที่ไปกับวัฏภาคเคลื่อนที่ได้เร็วกว่า ความแตกต่างนี้เกิดจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างสารกับวัฏภาคทั้งสอง เช่น แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุล พันธะไฮโดรเจน หรือแรงไฟฟ้าสถิต ซึ่งส่งผลต่อการกระจายตัวและเวลาที่สารแต่ละชนิดเคลื่อนที่ผ่านระบบ “Chromatography”
ส่วนประกอบหลักของระบบ “Chromatography”
- วัฏภาคคงที่ (Stationary phase) อาจเป็นของแข็ง ของเหลว หรือเจลที่บรรจุอยู่ในคอลัมน์หรือเคลือบบนพื้นผิว มีหน้าที่เป็นตัวดูดซับหรือกั้นการเคลื่อนที่ของสารผ่านระบบ
- วัฏภาคเคลื่อนที่ (Mobile phase) ของเหลวหรือแก๊สที่ละลายหรือพาสารผสมเคลื่อนที่ผ่านวัฏภาคคงที่ ทำหน้าที่ชะและพาสารผ่านระบบ
- คอลัมน์ (Column) ท่อหรือหลอดที่บรรจุวัฏภาคคงที่ อาจทำจากแก้ว โลหะ หรือพลาสติก มีหน้าที่เป็นภาชนะให้เกิดการแยกสารโดยการกระจายตัวระหว่างวัฏภาคสองชนิด
- อุปกรณ์ป้อนสาร (Injection system) ใช้ในการนำสารผสมเข้าสู่ระบบ “Chromatography” ได้แก่ ไมโครไซริงจ์ วาล์ว และปั๊ม
- ตัวตรวจวัด (Detector) ใช้ในการตรวจวัดปริมาณสารแต่ละชนิดที่แยกออกมาจากคอลัมน์ อาจอาศัยการดูดกลืนแสง การเรืองแสง หรือการวัดค่าทางไฟฟ้า
กระบวนการแยกสารใน “Chromatography”
- สารผสมจะถูกละลายในวัฏภาคเคลื่อนที่แล้วนำเข้าสู่ระบบ “Chromatography” ผ่านอุปกรณ์ป้อนสาร
- วัฏภาคเคลื่อนที่จะไหลผ่านวัฏภาคคงที่ในคอลัมน์ โดยสารต่างชนิดกันจะมีอันตรกิริยากับวัฏภาคทั้งสองแตกต่างกัน
- สารบางชนิดจะถูกดูดซับหรือยึดเกาะกับวัฏภาคคงที่แน่นกว่า จึงเคลื่อนที่ช้ากว่าสารที่มีอันตรกิริยาน้อยกว่า
- เมื่อวัฏภาคเคลื่อนที่ไหลผ่านคอลัมน์ไปเรื่อยๆ สารแต่ละชนิดก็จะค่อยๆ แยกออกจากกันเป็นแถบหรือพีค
- สารที่แยกออกมาจากคอลัมน์จะผ่านเข้าสู่ตัวตรวจวัดเพื่อวิเคราะห์ชนิดและปริมาณของสาร โดยจะปรากฏเป็นสัญญาณในรูปกราฟที่เรียกว่า โครมาโทแกรม
เทคนิค “Chromatography” หลักๆ และการประยุกต์ใช้
- Gas Chromatography (GC) ใช้แก๊สเป็นวัฏภาคเคลื่อนที่ เหมาะสำหรับสารที่ระเหยเป็นไอได้ง่าย มักใช้ในการวิเคราะห์สารเคมีในอุตสาหกรรมปิโตรเคมีและอาหาร
- Liquid Chromatography (LC) ใช้ของเหลวเป็นวัฏภาคเคลื่อนที่ เหมาะกับสารที่ไม่ระเหยและมีขั้วสูง เช่น การวิเคราะห์ยาและสารชีวโมเลกุลในงานเภสัชศาสตร์
- High-Performance Liquid Chromatography (HPLC) เป็น LC ที่ใช้ความดันสูงเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการแยกสาร ใช้อย่างแพร่หลายในหลายอุตสาหกรรม
- Thin-Layer Chromatography (TLC) ใช้แผ่นแก้วหรือพลาสติกเคลือบด้วยตัวดูดซับเป็นวัฏภาคคงที่ เหมาะสำหรับการแยกสารปริมาณน้อยและไม่ซับซ้อนมาก
- Ion-Exchange Chromatography (IEC) อาศัยปฏิสัมพันธ์ทางไฟฟ้าสถิตระหว่างสารที่มีประจุกับตัวแลกเปลี่ยนไอออนบนวัฏภาคคงที่ ใช้ในการแยกกรดอะมิโน โปรตีน และสารอื่นๆ ที่มีประจุ
กล่าวได้ว่า “Chromatography” เป็นเทคนิคที่มีความหลากหลาย สามารถปรับเปลี่ยนองค์ประกอบของวัฏภาคและสภาวะในการแยกสารให้เหมาะสมกับสารตัวอย่างและวัตถุประสงค์ของการวิเคราะห์ จึงถูกนำไปประยุกต์ใช้ในงานวิจัยและอุตสาหกรรมต่างๆ อย่างกว้างขวาง ไม่ว่าจะเป็นการพัฒนายา การควบคุมคุณภาพผลิตภัณฑ์ การตรวจวัดสารปนเปื้อนในสิ่งแวดล้อม ไปจนถึงการวิเคราะห์สารเคมีในงานนิติวิทยาศาสตร์