World Chemical Group

Column Chromatography

Column Chromatography (คอลัมน์โครมาโทกราฟี) เป็นเทคนิคพื้นฐานในห้องปฏิบัติการเคมีที่ใช้สำหรับแยกและทำสารประกอบผสมให้บริสุทธิ์ โดยอาศัยหลักการความแตกต่างของความสามารถในการถูกดูดซับ (Adsorption) และการกระจายตัว (Partition) ของสารแต่ละชนิดระหว่างเฟสคงที่ (Stationary Phase) และเฟสเคลื่อนที่ (Mobile Phase) หรือเข้าใจง่าย ๆ ก็คือ เป็นเทคนิคการแยกสารผสมให้บริสุทธิ์ โดยอาศัยหลักการความสามารถในการเคลื่อนที่ผ่านตัวดูดซับ (stationary phase) ไม่เท่ากันขององค์ประกอบแต่ละชนิดในสารผสม นั่นเอง

หัวใจสำคัญของ Column Chromatography คือหลักการดูดซับที่แตกต่างกัน หลักการนี้อาศัยข้อเท็จจริงที่ว่าโมเลกุลแม้จะมีโครงสร้างคล้ายกัน ก็มีแรงดึงดูดต่อพื้นผิวของสารดูดซับที่เป็นของแข็ง ซึ่งในกรณีนี้คือเฟสคงที่ (Stationary Phase) ในระดับที่แตกต่างกัน

เฟสคงที่ (Stationary Phase)

จะเป็นวัสดุที่ทำหน้าที่ดูดซับสาร เช่น ซิลิกาเจล ซึ่งเป็นซิลิคอนไดออกไซด์ในรูปแบบที่มีรูพรุนและเป็นเม็ดเล็ก ๆ ถือเป็นเฟสคงที่ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ความนิยมของมันเกิดจากคุณสมบัติที่เหมาะสม เช่นมี พื้นที่ผิวขนาดใหญ่ (มีรูพรุนอยู่มาก) ทำให้ดูดซับสารได้ดี

เฟสเคลื่อนที่ (Mobile Phase)

มักเป็นตัวทำละลายอินทรีย์หรือส่วนผสมของตัวทำละลายอินทรีย์ ทำหน้าที่เป็นของเหลวพาหะ ปัจจัยในการเลือกใช้เฟสเคลื่อนที่ ได้แก่ ความสามารถในการละลายของส่วนประกอบในส่วนผสม และประสิทธิภาพการแยกที่ต้องการด้วยเฟสคงที่ที่เลือกใช้ ตัวอย่างเช่น ตัวทำละลายที่มีขั้ว เช่น Methanol หรือน้ำ มักใช้ในโครมาโทกราฟีแบบเฟสปกติ ซึ่งเฟสคงที่นั้นมีขั้วมากกว่า ในทางตรงกันข้าม โครมาโทกราฟีแบบเฟสผกผัน ซึ่งเฟสคงที่นั้นมีขั้วน้อยกว่า มักใช้ตัวทำละลายอินทรีย์ที่มีขั้วน้อยกว่า เช่น Hexane หรือ Ethyl Acetate

การเลือกเฟสคงที่ (Stationary Phase)

การเลือกเฟสคงที่ที่เหมาะสมถือเป็นการตัดสินใจที่สำคัญยิ่งในโครมาโทกราฟีแบบคอลัมน์ เฟสคงที่คือเฟสของแข็งที่ยึดติดอยู่ภายในคอลัมน์ เฟสคงที่ที่นิยมใช้กันทั่วไป ได้แก่ ซิลิกาเจล อลูมินา และเซลลูโลส

หลักการแยก Fraction

ในขณะที่ตัวทำละลาย (Mobile Phase) ไหลผ่านคอลัมน์ มันจะพาเอาสารผสมเคลื่อนที่ลงมาด้วย แต่ละสารจะมีความเร็วไม่เท่ากัน ทำให้เกิดการ “แยกชั้น”

• การดักเก็บตามลำดับ: เมื่อสารที่เคลื่อนที่เร็วที่สุดมาถึงปลายคอลัมน์ มันจะไหลออกมาพร้อมกับตัวทำละลาย เราจึงต้องเอาหลอดทดลองมารองรับไว้
• การเปลี่ยนหลอด: เราจะเปลี่ยนหลอดทดลองไปเรื่อยๆ (เช่น เปลี่ยนทุกๆ 5 หรือ 10 มิลลิลิตร) เพื่อแยกสารแต่ละชนิดที่ไหลออกมาคนละช่วงเวลาออกจากกันการตรวจสอบ
• (Monitoring): หลังจากเก็บจนครบ เราจะนำสารในแต่ละหลอดไปตรวจ เช่น ใช้เทคนิค Thin Layer Chromatography (TLC) เพื่อดูว่าหลอดไหนมีสารตัวเดียวกัน หรือหลอดไหนบริสุทธิ์พอที่จะนำไปรวมกันเพื่อใช้งานต่อ

ประโยชน์ของ Column Chromatography

ครอบคลุมทั้งงานวิจัยและการผลิตขนาดใหญ่ โดยเน้นที่การ “ทำให้บริสุทธิ์” (Purification) เป็นหลัก

สารสกัดจากธรรมชาติ

ใช้แยกสารสำคัญ (Active Ingredients) ออกจากสารสกัดหยาบ (Crude Extract) เช่น การแยกสารต้านอนุมูลอิสระจากน้ำมันมะกอก หรือการแยกสารสำคัญจากสมุนไพร

สารสังเคราะห์ที่มีสิ่งเจือปน (Impurities)

ในการสังเคราะห์สารเคมี มักเกิดผลพลอยได้ (By-products) หรือสารที่ทำปฏิกิริยาไม่หมด เทคนิคนี้จะช่วย “ล้าง” สิ่งเจือปนเหล่านั้นออกเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่บริสุทธิ์ตามต้องการ

การผลิตยา

ใช้แยกสารออกฤทธิ์ทางเภสัชกรรม (APIs) ออกจากส่วนผสมอื่นๆ เพื่อความปลอดภัยและประสิทธิภาพของยา

ในระดับโรงงานเขาใช้แบบไหนกัน ?

Prep-HPLC (Preparative HPLC)

คือการใช้เครื่อง HPLC ขนาดใหญ่ที่มีแรงดันสูงเพื่อให้แยกสารได้เร็วและแม่นยำมาก เหมาะกับการผลิตยาที่ต้องการความบริสุทธิ์สูง

Flash Chromatography

เป็นการใช้แรงดันอากาศช่วยดันตัวทำละลายให้ไหลผ่านคอลัมน์เร็วขึ้น นิยมใช้ในการผลิตสารเคมีที่ต้องการความรวดเร็วและรองรับปริมาณสารได้มาก

Industrial Scale Column

ในโรงงานอาหารหรือยา คอลัมน์อาจมีขนาดใหญ่เท่าถังน้ำมันหรือสูงหลายเมตร บรรจุตัวดูดซับจำนวนมหาศาลเพื่อรองรับการผลิตทีละมากๆ (Mass Production)

การกลั่นลำดับส่วน (Fractional Distillation) ไม่ง่ายกว่าเหรอ ?

การกลั่นลำดับส่วนก็สามารถใช้แยกสารตามจุดเดือดได้เหมือนกัน แต่ก็มีข้อจำกัด และข้อแตกต่างดังนี้

เมื่อไหร่ควรใช้ “การกลั่นลำดับส่วน” (Fractional Distillation) ?

เกณฑ์การแยก: ใช้ จุดเดือด (Boiling Point) ที่ต่างกัน

ความเหมาะสม: ใช้กับ ของเหลวที่ระเหยง่าย และ ทนความร้อนได้ดี (ไม่สลายตัวเมื่อโดนต้ม)

ปริมาณ: ทำได้ทีละมากๆ (Bulk) ในราคาที่ถูกกว่า เพราะไม่ต้องใช้ตัวดูดซับราคาแพงอย่างซิลิกาเจล

ข้อจำกัด: สารที่มีจุดเดือดใกล้กันมาก (ต่างกันน้อยกว่า 25°C) จะแยกได้ยาก และสารที่ไวต่อความร้อน (Heat-sensitive) จะพังก่อนได้แยก

เมื่อไหร่ควรใช้ “โครมาโทกราฟี” (Column Chromatography) ?

เกณฑ์การแยก: ใช้ ความขั้ว (Polarity) และการยึดเกาะกับตัวดูดซับ

ความเหมาะสม: ใช้กับสารที่ กลั่นยาก เช่น สารที่สลายตัวเมื่อโดนความร้อน, สารที่มีจุดเดือดสูงมากจนต้มไม่ไหว หรือสารที่มี “ไอโซเมอร์” (โครงสร้างต่างกันแต่จุดเดือดเท่ากัน)

ปริมาณ: มักใช้กับปริมาณน้อยถึงปานกลาง เพราะมีค่าใช้จ่ายเรื่องตัวทำละลาย (Solvent) และตัวดูดซับสูงกว่า

ข้อดี: แยกสารที่จุดเดือดเท่ากันแต่ “ขั้ว” ต่างกันได้สบายมาก

วิดีโอสาธิตการทำ Column Chromatography

ขอบคุณวิดีโอจาก: ผศ.ดร.ธนธรณ์ ขอทวีวัฒนา ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

สนใจติดต่อ เวิลด์เคมีคอล กรุ๊ป ผู้นําด้านการจําหน่ายและนำเข้า สารเคมีภัณฑ์ เคมีภัณฑ์อุตสาหกรรม ขนาดใหญ่ และ ขนาดย่อม ประเภท เคมีอุตสาหกรรม เคมีทําความสะอาด เคมีสระว่ายน้ำ เคมีบำบัดน้ำ เคมีงานปั้น-งานหล่อ เคมีอาหาร กลิ่น สารสกัด สี น้ำหอม เคมีเครื่องสำอาง อาทิ กลีเซอรีน โซดาไฟเกล็ด โซเดียมเมต้าไบซัลไฟต์ เอทิลแอลกอฮอล์ ฯลฯ สารพัดด้านเคมี เวิลด์เคมิคอล กรุ๊ป พร้อมให้บริการและให้ปรึกษากับลูกค้าทุกท่าน

สนใจสอบถามข้อมูลเพิ่มเติมได้ที่

Line ID : @worldchemical
Facebook : https://www.facebook.com/chemical.chiangmai
เว็บไซต์ : www.worldchemical.co.th
โทร : 053 204 446-7