كروماتوغرافيا التقسيم بالطرد المركزي

كروماتوغرافيا التقسيم بالطرد المركزي هي تقنية كروماتوغرافية خاصة يكون فيها كل من الطور الثابت والمتحرك سائلاً، ويتم تثبيت الطور الثابت بواسطة قوة طرد مركزي قوية. تتكون كروماتوغرافيا التقسيم بالطرد المركزي من شبكة متصلة على التوالي من خلايا الاستخلاص، والتي تعمل كمستخلصات للعناصر، ويتم ضمان الكفاءة من خلال التتابع. ^{[ 1 ]}

في أربعينيات القرن العشرين، اخترع كريغ أول جهاز لإجراء الفصل بالتيار المعاكس، وأطلق عليه اسم جهاز كريغ للتوزيع بالتيار المعاكس . يتكون الجهاز من سلسلة من الأنابيب الزجاجية المصممة والمرتبة بحيث ينتقل الطور السائل الأخف من أنبوب إلى آخر. وكان الإنجاز الرئيسي التالي هو كروماتوغرافيا القطرات بالتيار المعاكس (DCCC). تعتمد هذه التقنية على الجاذبية فقط لتحريك الطور المتحرك عبر الطور الثابت الموجود في أنابيب رأسية طويلة متصلة على التوالي. بدأ العصر الحديث لكروماتوغرافيا القطرات بالتيار المعاكس مع تطوير إيتو لجهاز الطرد المركزي الكوكبي، والذي طُرح لأول مرة عام 1966 على شكل أنبوب حلزوني مغلق يدور حول محور "كوكبي" كما يدور حول محور "شمسي". طُرحت كروماتوغرافيا الفصل بالطرد المركزي في اليابان عام 1982؛ وصُنع أول جهاز في شركة سانكي للهندسة المحدودة في كيوتو. يتكون الجهاز الأول من اثنتي عشرة خرطوشة مرتبة حول دوار جهاز الطرد المركزي؛ ويبلغ الحجم الداخلي لكل خرطوشة حوالي 15 مل لخمسين قناة. في عام ١٩٩٩، طورت شركة كروماتون أول خلية ضغط ذات شعاعية (FCPC). وخلال عملية تطوير الخلايا، اكتملت خلية Z في عام ٢٠٠٥ والخلية المزدوجة في عام ٢٠٠٩. وفي عام ٢٠١٧، صممت شركة روتاكروم خلايا الضغط ذات الأداء العالي (CPC) باستخدام برنامج محاكاة ديناميكيات الموائع الحاسوبية (CVD) من تطوير لازلو نيميث ولازلو لورانتفي. وبعد آلاف عمليات المحاكاة، كشفت هذه الأداة عن عيوب تصميمات خلايا الضغط التقليدية، وأبرزت قدرة التحميل غير المسبوقة والتصميم القابل للتطوير لخلايا روتاكروم. ^{[ ٢ ]}

غادر الباحثان شركة روتاكروم في الأول من سبتمبر 2019.

في عام 2022، أسس لازلو نيميث شركة LiLiChro، حيث واصل أبحاثه حول الخلايا الأفضل والأكثر كفاءة. ويعمل فريقه حاليًا على براءتي اختراع إضافيتين، مما يعزز مكانة تقنية CPC في مجال الكروماتوغرافيا. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

تتكون خلايا الاستخلاص من أجسام مجوفة مزودة بمداخل ومخارج لتوصيل السائل. تُملأ الخلايا أولاً بالسائل المُختار ليكون الطور الثابت. مع دورانها، يبدأ ضخ الطور المتحرك الذي يدخل الخلايا من المدخل. عند دخوله، يتشكل الطور المتحرك على هيئة قطرات صغيرة وفقًا لقانون ستوكس ، وهي عملية تُسمى التذرية. تسقط هذه القطرات عبر الطور الثابت، مُحدثةً مساحة سطحية كبيرة، وهي عملية تُسمى الاستخلاص. في نهاية الخلايا، تتحد هذه القطرات بفعل التوتر السطحي ، وهي عملية تُسمى الترسيب.

عند حقن خليط عينة ككتلة في تدفق الطور المتحرك، يتم فصل مركبات الخليط وفقًا لمعاملات التوزيع الخاصة بها:${\displaystyle V_{elution}=V_{dead-volume}+K_{upper/lower}*V_{stationary-phase}}$

لا تتطلب كروماتوغرافيا التقسيم بالطرد المركزي سوى خليط ثنائي الطور من المذيبات، لذلك من خلال تغيير تكوين نظام المذيبات، من الممكن ضبط معاملات التقسيم للمركبات المختلفة بحيث يتم ضمان الفصل من خلال الانتقائية العالية.

استُخدمت تقنية الفصل الكروماتوغرافي بالطرد المركزي على نطاق واسع لعزل وتنقية المنتجات الطبيعية على مدى 40 عامًا. ^{[ 6 ]} وبفضل قدرتها على تحقيق انتقائية عالية جدًا، وقدرتها على تحمل العينات التي تحتوي على مواد جسيمية، يُمكن العمل مع المستخلصات المباشرة للكتلة الحيوية، على عكس تقنية الفصل الكروماتوغرافي السائل التقليدية، حيث تُؤدي الشوائب إلى تدهور الطور الثابت الصلب مما يجعل الفصل مستحيلاً.

يوجد العديد من مصنعي أجهزة كروماتوغرافيا التقسيم بالطرد المركزي على نطاق المختبر حول العالم، مثل جيلسون (أرمين إنسترومنت)، وكروماتون (روسيليه روباتيل)، وإيه إي سي إس-كويك بريب. تعمل هذه الأجهزة بمعدلات تدفق تتراوح بين 1 و500 مل/دقيقة، مع احتفاظ الطور الثابت بنسبة تتراوح بين 40 و80%.

بفضل نظام الدوار الجديد الذي تم تطويره بعد عام 2022، تمكنت شركة LiLiChro من ابتكار جهاز تحليلي دقيق (miniLiLi) بحجم دوار داخلي لا يتجاوز 34 مل، مما يسمح له بالعمل بمعدل تدفق 1 مل/دقيقة. في المقابل، يتميز كل من جهاز miniLiLi وجهاز midiLiLi بحجم 140 مل بقدرة على الاحتفاظ بالطور الثابت بنسبة تزيد عن 90%.

لا تستخدم كروماتوغرافيا التقسيم بالطرد المركزي أي طور ثابت صلب، مما يضمن فصلًا فعالًا من حيث التكلفة حتى في أعلى المستويات الصناعية. وعلى عكس كروماتوغرافيا التيار المعاكس، يُمكن الحصول على معدلات تدفق عالية جدًا (على سبيل المثال 10 لترات/دقيقة) بنسبة طور ثابت نشط تزيد عن 80%، مما يضمن فصلًا جيدًا وإنتاجية عالية. وبما أن المادة في كروماتوغرافيا التقسيم بالطرد المركزي تُذاب وتُحمّل على العمود بوحدات الكتلة/الحجم، فإن قدرة التحميل تكون أعلى بكثير من تقنيات كروماتوغرافيا المواد الصلبة والسائلة التقليدية، حيث تُحمّل المادة على مساحة السطح النشط للطور الثابت، والتي تشغل أقل من 10% من مساحة العمود.

تختلف الأجهزة الصناعية مثل Gilson (Armen Instrument) وKromaton (Rousselet Robatel) وRotaChrom Technologies (RotaChrom) عن الأجهزة المختبرية في معدل التدفق المطبق مع احتفاظ مُرضٍ بالطور الثابت (70-90%). لا يختلف حل LiLiChro عن الحلول التحليلية، لذا يمكن توسيعه بشكل خطي تمامًا، ويتجاوز احتفاظه بالطور الثابت 90% في جميع الحالات. تتميز الأجهزة الصناعية بمعدلات تدفق تصل إلى عدة لترات في الدقيقة، مع قدرتها على تنقية مواد تتراوح من 10 كيلوغرامات إلى أطنان شهريًا.

يتطلب تشغيل معدات الإنتاج على نطاق واسع معدات تحضير المذيبات بكميات صناعية (خلاط/مُرَسِّب) ومعدات استعادة المذيبات.

إحدى الطرق الشائعة لزيادة الكفاءة في كروماتوغرافيا السوائل الصناعية هي الإنتاج المستمر، ويتم ذلك باستخدام تقنية SMB ( السرير المتحرك المُحاكى ). أما في كروماتوغرافيا السوائل، فلا حاجة لمحاكاة السرير المتحرك، إذ يُمكن تحريكه فعليًا، ولذلك تُستخدم تقنية TMB (السرير المتحرك الحقيقي). تعتمد تقنية TMB على التبديل المستمر للجهاز بين وضعَي ASC وDSC، مما يُحاكي السرير المتحرك. هذه التقنية أقل تكلفة بكثير من تقنية SMB، وكفاءتها لا تقل عنها. تتوفر أنظمة TMB بسعات تتراوح من ملليغرامات إلى طن من شركة LiLiChro.

• الكروماتوغرافيا
• الكروماتوغرافيا الشعاعية

• 1995 - كروماتوغرافيا التقسيم بالطرد المركزي - سلسلة علوم الكروماتوغرافيا - المجلد 68، المحرر: آلان ب. فوكو، مارسيل ديكر إنك ^{[ 11 ] [ 12 ]}