تاريخ الكروماتوغرافيا

الكروماتوغرافيا هي عملية تمرير خليط عبر مادة خاملة لفصل مكونات المحلول بناءً على الامتزاز التفاضلي . يمتد تاريخ الكروماتوغرافيا من منتصف القرن التاسع عشر إلى القرن الحادي والعشرين. وقد استُخدمت الكروماتوغرافيا، التي تعني حرفيًا "الكتابة الملونة"، ^{[ 1 ]} وسُميت بهذا الاسم حوالي عام 1900، وذلك في المقام الأول لفصل أصباغ النباتات مثل الكلوروفيل (الأخضر) والكاروتينات (البرتقالية والصفراء). وقد ساهمت الأشكال الجديدة للكروماتوغرافيا التي طُوّرت في ثلاثينيات وأربعينيات القرن العشرين في جعل هذه التقنية مفيدة لمجموعة واسعة من عمليات الفصل ومهام التحليل الكيميائي ، وخاصة في الكيمياء الحيوية .

يُنسب استخدام الكروماتوغرافيا في بعض الأحيان إلى الكيميائي الألماني فريدليب فرديناند رونج ، الذي وصف في عام 1855 استخدام الورق لتحليل الأصباغ . كان رونج يضع بقعًا من مواد كيميائية غير عضوية مختلفة على دوائر من ورق الترشيح المشبع مسبقًا بمادة كيميائية أخرى، فتنتج عن التفاعلات بين هذه المواد أنماط لونية فريدة. ^{[ 2 ]} مع ذلك، ووفقًا للتحليل التاريخي الذي أجراه إل إس إيتر ، فإن عمل رونج "لا علاقة له بالكروماتوغرافيا" (بل ينبغي اعتباره مقدمة لاختبارات البقع الكيميائية مثل اختبار شيف ). ^{[ 3 ]}

في ستينيات القرن التاسع عشر، نشر كريستيان فريدريش شونباين وطالبه فريدريش غوبيلسرودر أولى المحاولات لدراسة معدلات انتقال المواد المختلفة عبر ورق الترشيح. ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]} شونباين، الذي اعتقد أن الخاصية الشعرية (بدلاً من الامتزاز) هي المسؤولة عن هذه الحركة، أطلق على هذه التقنية اسم التحليل الشعري ، وقضى غوبيلسرودر معظم حياته المهنية في استخدام التحليل الشعري لاختبار معدلات انتقال مجموعة واسعة من المواد. وعلى عكس كروماتوغرافيا الورق الحديثة، استخدم التحليل الشعري خزانات من المادة المراد تحليلها، مما أدى إلى تكوين مناطق متداخلة من مكونات المحلول بدلاً من نقاط أو نطاقات منفصلة. ^{[ 7 ] [ 8 ]}

استمر العمل على التحليل الشعيري، ولكن دون تطور تقني يُذكر، حتى مطلع القرن العشرين. وجاءت أولى التطورات المهمة على طرق غوبيلسرودر مع عمل رافائيل إي. ليسيغانغ : ففي عام 1927، وضع شرائط ترشيح في حاويات مغلقة ذات جو مشبع بالمذيبات، وفي عام 1943 بدأ باستخدام نقاط منفصلة من العينة ممتصة على ورق ترشيح، مغموسة في مذيب نقي لتحقيق الفصل. ^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]} وقد نُشرت هذه الطريقة، المطابقة تقريبًا لتقنية كروماتوغرافيا الورق الحديثة، قبيل العمل المستقل - والأكثر تأثيرًا - الذي قام به آرتشر مارتن وزملاؤه، والذي دشّن الاستخدام الواسع النطاق لكروماتوغرافيا الورق. ^{[ 12 ]}

في عام 1897، لاحظ الكيميائي الأمريكي ديفيد تالبوت داي (1859-1915)، الذي كان يعمل آنذاك في هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية ، أن النفط الخام يُنتج طبقات لونية عند تسربه صعودًا عبر الطين الناعم أو الحجر الجيري . ^{[ 13 ]} وفي عام 1900، عرض نتائجه في المؤتمر الدولي الأول للبترول في باريس، حيث أثارت ضجة كبيرة. ^{[ 14 ] [ 15 ]}

يُنسب الفضل في أول عملية فصل كروماتوغرافي حقيقية عادةً إلى عالم النبات الروسي الإيطالي ميخائيل تسفيت . طبق تسفيت ملاحظاته حول استخلاص المواد باستخدام ورق الترشيح على طرق الفصل العمودي الجديدة التي طُوّرت في تسعينيات القرن التاسع عشر لفصل مكونات البترول . استخدم تسفيت عمود امتزاز سائل يحتوي على كربونات الكالسيوم لفصل أصباغ النبات الصفراء والبرتقالية والخضراء (المعروفة اليوم باسم الزانثوفيل والكاروتينات والكلوروفيل ، على التوالي). وُصفت هذه الطريقة في 30 ديسمبر 1901، في المؤتمر الحادي عشر لعلماء الطبيعة والأطباء في سانت بطرسبرغ . ونُشر أول وصف مطبوع لها عام 1903، في وقائع جمعية وارسو لعلماء الطبيعة، قسم علم الأحياء. استخدم ميخائيل مصطلح "الكروماتوغرافيا " لأول مرة في منشوراته عام 1906 في ورقتين بحثيتين حول الكلوروفيل نُشرتا في المجلة النباتية الألمانية " Berichte der Deutschen Botanischen Gesellschaft" . وفي عام 1907، عرض جهاز الكروماتوغرافيا الخاص به أمام الجمعية النباتية الألمانية. وكلمة "Цвет" تعني "لون" باللغة الروسية، لذا يُحتمل أن يكون اختياره اسم "الكروماتوغرافيا" (والتي تعني حرفيًا "الكتابة الملونة") وسيلةً لضمان تخليد اسمه، كونه من عامة الشعب في روسيا القيصرية.

في محاضرة ألقاها عام ١٩٠٣ (نُشرت عام ١٩٠٥)، وصف تسفيت أيضًا استخدام ورق الترشيح لمحاكاة خصائص ألياف النباتات الحية في تجاربه على أصباغ النبات، وهو ما يُعدّ مقدمةً لتقنية كروماتوغرافيا الورق . ووجد أنه يستطيع استخلاص بعض الأصباغ (مثل الكاروتينات البرتقالية والزانثوفيل الأصفر ) من الأوراق باستخدام مذيبات غير قطبية ، بينما تتطلب أصباغ أخرى (مثل الكلوروفيل ) مذيبات قطبية . وقد استنتج أن الكلوروفيل يرتبط بنسيج النبات عن طريق الامتزاز ، وأن استخدام مذيبات أقوى ضروري للتغلب على هذا الامتزاز. ولاختبار ذلك، وضع أصباغًا مذابة على ورق الترشيح، وترك المذيب يتبخر، ثم استخدم مذيبات مختلفة لمعرفة أيها يستطيع استخلاص الأصباغ من ورق الترشيح. ووجد النمط نفسه كما في استخلاص الأصباغ من الأوراق: يمكن استخلاص الكاروتين من ورق الترشيح باستخدام مذيبات غير قطبية، بينما يتطلب الكلوروفيل مذيبات قطبية. ^{[ ١٦ ]}

لم يُستخدم عمل تسفيت إلا قليلاً حتى ثلاثينيات القرن العشرين. ^{[ 17 ]}

لم تشهد أساليب الكروماتوغرافيا تغييرات تُذكر بعد عمل تسفيت حتى طفرة الأبحاث في منتصف القرن العشرين حول التقنيات الجديدة، ويعود الفضل في ذلك بشكل خاص إلى أعمال آرتشر جون بورتر مارتن وريتشارد لورانس ميلينغتون سينج . من خلال "دمج تقنيتين، الكروماتوغرافيا واستخلاص المذيبات بالتيار المعاكس"، ^{[ 18 ]} طور مارتن وسينج كروماتوغرافيا التوزيع لفصل المواد الكيميائية ذات الاختلافات الطفيفة في معاملات التوزيع بين مذيبين سائلين. ^{[ 19 ]} بدأ مارتن، الذي كان يعمل سابقًا في كيمياء الفيتامينات (بما في ذلك محاولات تنقية فيتامين هـ )، التعاون مع سينج في عام 1938، وجلب خبرته في تصميم المعدات إلى مشروع سينج لفصل الأحماض الأمينية . بعد تجارب غير ناجحة مع آلات استخلاص التيار المعاكس المعقدة وطرق كروماتوغرافيا السائل-السائل حيث تتحرك السوائل في اتجاهين متعاكسين، ^{[ 20 ]} توصل مارتن إلى فكرة استخدام هلام السيليكا في الأعمدة لتثبيت الماء أثناء تدفق مذيب عضوي عبر العمود. أظهر مارتن وسينج إمكانات هذه الطرق من خلال فصل الأحماض الأمينية التي تم تمييزها في العمود بإضافة الميثيل الأحمر . ^{[ 21 ]} وفي سلسلة من المنشورات التي بدأت عام 1941، وصفا طرقًا أكثر فعالية لفصل الأحماض الأمينية والمواد الكيميائية العضوية الأخرى. ^{[ 22 ]}

سعياً وراء طرق أفضل وأسهل لتحديد الأحماض الأمينية المكونة للببتيدات، اتجه مارتن وسينج أيضاً إلى وسائط كروماتوغرافية أخرى. وصف ملخص قصير نُشر عام ١٩٤٣، تلاه مقال مفصل عام ١٩٤٤، استخدام ورق الترشيح كطور ثابت لإجراء الكروماتوغرافيا على الأحماض الأمينية: كروماتوغرافيا الورق . ^{[ ٢٣ ]} وبحلول عام ١٩٤٧، طبق مارتن وسينج وزملاؤهما هذه الطريقة (إلى جانب كاشف فريد سانجر لتحديد بقايا الطرف الأميني ) لتحديد تسلسل الببتيد الخماسي لجراميسيدين إس . وكانت هذه الطرق، وغيرها من طرق كروماتوغرافيا الورق ذات الصلة ، أساسية أيضاً لجهود فريد سانجر لتحديد تسلسل الأحماض الأمينية للأنسولين . ^{[ ٢٤ ]}

حصل مارتن وسينج على جائزة نوبل في الكيمياء عام 1952 "لاختراعهما لتقنية كروماتوغرافيا التقسيم".

كان التطور التالي هو كروماتوغرافيا الغاز (GC). ^{[ 25 ]} وقد تنبأ مارتن وسينج بمبادئها في بحثهما المنشور عام 1941. ^{[ 22 ]} ووضعت إريكا كريمر الأساس النظري لكروماتوغرافيا الغاز عام 1944. وفي عام 1947، قام الكيميائي النمساوي فريتز بريور، بتوجيه من إريكا كريمر، ببناء أول نموذج أولي لكروماتوغرافيا الغاز ^{[ 26 ]} ونجح في فصل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون خلال أبحاث الدكتوراه التي أجراها عام 1947. ^{[ 27 ]}

بدأ مارتن وأنتوني تي جيمس العمل على تطوير تقنية كروماتوغرافيا الغاز (GC) في عام 1949. وفي محاضرة نوبل التي ألقاها عام 1952، أعلن مارتن عن نجاحه في فصل مجموعة واسعة من المركبات الطبيعية باستخدام تقنية كروماتوغرافيا الغاز.

سرعان ما تم اعتماد تقنية كروماتوغرافيا الغاز (GC) لسهولة وفعالية فصل المواد الكيميائية العضوية، وسرعان ما تم تطوير طرق كشف جديدة لتحليل الناتج. وشكّل كاشف التوصيل الحراري ، الذي وصفه إن إتش راي عام 1954، الأساس لعدة طرق أخرى: كاشف التأين باللهب الذي ابتكره جيه هارلي، و دبليو نيل، وفي بريتوريوس عام 1958، ^{[ 28 ]} وكاشف التقاط الإلكترون الذي ابتكره جيمس لوفلوك عام 1958. كما أدخل آخرون مطياف الكتلة إلى كروماتوغرافيا الغاز في أواخر الخمسينيات. ^{[ 29 ]}

مهّد عمل مارتن وسينج الطريق أيضًا لتقنية كروماتوغرافيا السائل عالي الأداء (HPLC) ، حيث أشارا إلى أن جزيئات المادة الماصة الصغيرة والضغط يمكن أن ينتجا تقنيات كروماتوغرافيا سائلة سريعة. وقد أصبح هذا الأمر عمليًا على نطاق واسع بحلول أواخر الستينيات (واستُخدمت هذه الطريقة لفصل الأحماض الأمينية في وقت مبكر من عام 1960). ^{[ 30 ]}

بدأت التطورات الأولى في مجال كروماتوغرافيا الطبقة الرقيقة في أربعينيات القرن العشرين، وتطورت التقنيات بسرعة في خمسينيات القرن العشرين بعد إدخال ألواح كبيرة نسبياً ومواد مستقرة نسبياً للطبقات الماصة . ^{[ 31 ]}

في عام 1987، مُنح بيدرو كواتريكاساس ومئير ويلتشيك جائزة وولف في الطب لاختراعهما وتطويرهما لتقنية كروماتوغرافيا التقارب وتطبيقاتها في العلوم الطبية الحيوية. ^{[ 32 ]}

• مارتن، آرتشر جيه بي (12 ديسمبر 1952). "تطور كروماتوغرافيا التقسيم. محاضرة نوبل" (ملف PDF) . محاضرات نوبل، الكيمياء 1942-1962 . أمستردام: إلسيفير.
• إيتري، ليزلي ستيفن (2001). "فجر كروماتوغرافيا الورق". كروماتوغرافيا . 54 ( 5-6 ): 409-414 . doi : 10.1007/BF02492694 . S2CID 95357195 . 
• تاتشستون، جوزيف سي. (1993). "تاريخ الكروماتوغرافيا". مجلة الكروماتوغرافيا السائلة . 16 (8): 1647-1665 . doi : 10.1080/10826079308021679 .