YEŞİL KROMATOGRAFİ

Kromatografi, bir karışımda bulunan maddelerin biri sabit diğeri hareketli faz olmak üzere birbirleriyle karışmayan iki fazlı bir sistemde ayrılması, tanınması ve saflaştırılması yöntemlerinin genel adıdır.

Doğal bileşiklerin kromatografik olarak ayrılması ve tayini ile ilgili literatürde birçok analiz metodu kullanılmaktadır. Kullanılan analiz metotları arasında en etkili ayırma yüksek performanslı sıvı kromatografisi (HPLC) ve gaz kromatografisi (GC) ile yapılan ayırmadır. Sıvı kromatografisinde (LC) uygulamalarında, ters faz sıvı kromatografisi (RPLC) oldukça popüler bir analitik teknik olarak günümüzde kullanılmaktadır. Bununla birlikte geleneksel RPLC kullanımı için organik çözücüler gerekmektedir ve dünya çapında sadece kromatografik ayırımlar için dahi muazzam bir çözücü tüketimi mevcuttur.

2006 yılından günümüze kadar yaklaşık 130.000 HPLC cihazı kullanılmakta ve bu sıvı kromatografilerinin yaklaşık 71’ini oluşturmaktadır. Bununla birlikte yılda 16.000 yeni HPLC satılmaktadır.

Genel olarak bir HPLC haftada 20 saat çalışmakta ve tek bir HPLC yılda ortalama 60 litre çözücü harcamakta ve 60 litre atık meydana getirmektedir. (Genellikle, asetonitril, metanol, izopropanol, hekzan ve diğer tampon çözücüler.) Bu analitik HPLC’lerin mobil faz ihtiyacını karşılamak için yılda 8.000.000 litre çözücü üretilmektedir. HPLC’de kullanılan bu organik çözücüler toksik ve pahalı olmasının yanında ayırım sonunda oluşan atıklar çevre ve insan sağlığı açısından oldukça tehditkâr ve bu atıkların giderim maliyeti de bir o kadar yüksektir.

Gelişmekte olan ülkelerde teknolojinin kontrolsüz kullanımı sonucu ortaya çıkan en büyük problemlerden biri, belki de en önemlisi endüstriyel atık suların oluşturduğu kirliliktir. Dolayısıyla, bu çevresel kaygılar nedeniyle alınan katı tedbirler ile daha da önem kazanan ayırma, saflaştırma ve tayin metotlarında katı/sabit faz olarak kullanılmak üzere, “doğa ile dost” ürünler ile ilgili araştırmalara ve bu ürünlerin kullanımlarının yaygınlaştırılmasına büyük önem verilmektedir. Özellikle çevre ile ilgili kaygılar nedeniyle bu amaç doğrultusunda konuya duyarlı kuruluşlar önemli bütçeler ayırmaktadır.

 YEŞİL KROMATOGRAFİ (GREEN CHROMATOGRAPHY)

1.Süperkritik Akışkan Kromatografisi

2.Subkritik Su Kromatografisi

3.Yüksek Sıcaklık Sıvı Kromatografisi

SÜPERKRİTİK AKIŞKANLAR

Süperkritik akışkan bir madde kritik sıcaklığın üzerine kadar ısıtıldığında oluşur. Kritik sıcaklık o sıcaklığın üstünde maddenin sıvı halde bulunamayacağı bir sıcaklıktır.  Süperkritik halde bulunan bir maddenin fiziksel özellikleri sıvı ve gaz halinin özelliklerinden farklıdır. Süperkritik akışkankların önemli bir özelliği yüksek yoğunluğa sahip olmaları nedeniyle uçucu olmayan büyük moleküllü iyonları kolay bir şekilde çözmesidir.  Bugüne kadar kullanılan en yaygın madde karbondioksit molekülüdür. CO2,apolar maddeler için çok iyi bir çözücüdür. Ancak CO2,metanol gibi polar bir madde katılarak çözücülük gücü modifiye edilmedikçe,çok polar analitler için iyi bir çözücü değildir.

SÜPERKRİTİK AKIŞKAN KROMATOGRAFİSİ (SFC)

SFC; gaz ve sıvı kromatografinin bir hibridi sayılır ve her iki yöntemin üstün yönlerini birleştirmektedir.Bu teknik kolon kromatografisinin üçüncü önemli tipidir. SFC,sıvı ve gaz kromatografisiyle mümkün olmayan bir grup bileşiğin ayrılmasını ve tayinini mümkün kıldığı için önemlidir. Bu bileşikler arasında;

1. Uçucu olmayan veya gaz kromatografi şartlarında termal bozunmaya uğrayan bileşikler,
2.  Sıvı kromatografide kullanılan spektroskopik veya elektrokimyasal dedektörlerle belirlenmelerini mümkün kılacak fonksiyonel gruplara  sahip  olmayan bileşikler.

SUBKRİTİK SU KROMATOGRAFİSİ (SBWC)

Su, kaynama sıcaklığı ile kritik sıcaklığı arasında subkritik su olarak adlandırılır. Suyun kritik sıcaklığı 374˚C’dir. Oda koşullarında su kritik sıcaklığın altında sıvı halde bulunurken 100˚C’in üzerinde aşırı ısıtılmış su olarak adlandırılır. Son yıllardaki çalışmalarda bu su diğer organik çözücülerin yerini almıştır.

Suyun sıcaklığının arttırılması ile dielektrik sabiti, difüzyon hızı, viskozitesi ve ayrışma sabiti gibi fizikokimyasal özelliklerinde değişim meydana gelmektedir. Artan sıcaklık ile suyun difüzyon hızı artar, viskozitesi ve yüzey gerilimi azalır bununla birlikte polaritesinin azalması suyun apolar yapıdaki molekülleri çözme gücünün artmasına neden olur.

Subkritik su kromatografisi (SBWC), sıvı kromatografisinde yürütücü faz olarak subkritik suyun kullanıldığı kromatografi türüdür. Subkritik su kromatografisinin pek çok potansiyel avantajı vardır. Bunlar arasında artan analiz hızı, gelişmiş bir ayırım ve azalan organik çözücü sarfiyatı özellikle sayılabilir. Böylece saf suyun eluent olarak kullanılması sıvı kromatografisinde en uç nokta olarak belirtilmekte ve subkritik su için “Ayırma biliminde kullanılacak nihai yeşil çözücü” tanımı yapılmaktadır.

Sıvı kromatografisinin en yaygın kullanılan tekniği olan ters-faz sıvı kromatografisinde (RPLC), metanol, asetonitril veya tetrahidrofuran gibi su ile karışabilen organik çözücüler kullanılmaktadır. Kullanılan bu organik çözücüler yalnızca toksik ve yanıcı değil aynı zamanda ayırım sonunda meydana getirdikleri atık miktarından dolayı oldukça pahalı ve çevreye zararlı bir durum oluşturmaktadırlar. Bu yüzden saf suyun eluent olarak kullanılması büyük bir fırsat yaratmaktadır.

YÜKSEK SICAKLIK SIVI KROMATOGRAFİSİ (HTLC)

Yüksek sıcaklık sıvı kromatografisi (HTLC), ortam sıcaklığının üzerinde (40 °C) ve süperkritik sıcaklığın altında (374 °C) yer almaktadır. HTLC ile saf suyun elüsyon gücü yüksek sıcaklıkta mobil faz olarak organik çözücü-su karışımı kullanılarak da ayarlanabilmektedir.

Sıcaklığın artması sıvıların dielektrik sabitini azaltmaktadır. Bu da sıcaklığın uygun yükseltildiği sürece mobil fazdaki organik çözücü oranını azaltmasına izin vermektedir. Genel bir kural olarak sıcaklıktaki 2-6 °C’lik artış, mobil fazdaki organik çözücü miktarının belirli yüzdelerde azalmasına olanak sağlamaktadır. Böylece artan sıcaklık analiz sonrası oluşacak atığın bertaraf maliyetinin azaltılmasına da önemli ölçüde katkı sağlamaktadır.

Prof. Dr. Berkant Kayan

Aksaray Üniversitesi