વર્ણલેખન (chromatography)

વર્ણલેખન (chromatography)

પ્રવાહી અથવા વાયુરૂપ મિશ્રણમાં રહેલા રાસાયણિક ઘટકોને બે વિષમાંગ (heterogeneous), અમિશ્ર્ય (immiscible) પ્રાવસ્થાઓ (phases) વચ્ચે વરણાત્મક (selective) વિતરણ (distribution) દ્વારા અલગ કરવાની પદ્ધતિ. જે સંયોજનોના રાસાયણિક ગુણધર્મો સરખા હોય (દા.ત., ગાજરમાં રહેલ α, β, અને γકૅરોટિન, અથવા લીલી વનસ્પતિમાંના ક્લૉરોફિલ-a અને ક્લૉરોફિલ-b, અથવા પેટ્રોલિયમમાં આવેલા વિવિધ ઘટકો) તેમને સામાન્ય રાસાયણિક કે ભૌતિક રીતો વડે છૂટા પાડી શકાતા નથી. આવા ઘટકોને છૂટા પાડવા વર્ણલેખીય અથવા વર્ણલેખનીય (chromatographic) અલગીકરણ (separation) પદ્ધતિનો ઉપયોગ થાય છે. આવા પૃથક્કરણની કોઈ પણ પદ્ધતિમાં મિશ્રણમાંના ઘટકો જુદા જુદા કટિબંધો (zones) રૂપે અલગ પડે છે.

1850ના અરસામાં રુંગે નામના જર્મન રસાયણજ્ઞે વર્ણલેખીય પદ્ધતિઓ પૈકીની એક એવી પત્ર-વર્ણલેખન(paper chromatography)ની શોધ કરી હતી. તેમણે રંગોના મિશ્રણમાંથી અંગભૂત રંગોને છૂટા પાડ્યા હતા. 1897માં ડે નામના અમેરિકન રસાયણવિદે સૌપ્રથમ અધિશોષણ-સ્તંભ વર્ણલેખન (adsorption column chromatography) અંગે પ્રયોગો કર્યા હતા. ચૂનાના પથ્થર કે મુલતાની માટી(Fuller’s earth)ના સ્તંભોમાંથી પેટ્રોલિયમ પસાર કરતાં તેમણે જોયું કે પ્રથમ વિભાગમાં મુખ્યત્વે ઓછા અણુભારવાળાં એલિફૅટિક હાઇડ્રોકાર્બનો મળતાં હતાં. 1906માં રશિયન વનસ્પતિવિદ મિખાઈલ સ્વેટે વનસ્પતિનાં લીલાં પાંદડાંના નિષ્કર્ષો(extracts)માંથી વર્ણકો(pigments)ને છૂટા પાડવા વર્ણકોનું મિશ્રણ ધરાવતા દ્રાવણને કાચની એક નળીમાં ભરેલા ઍલ્યુમિના (ઍલ્યુમિનિયમ ઑક્સાઇડ) અથવા અવક્ષિપ્ત (precipitated) ચાક (કૅલ્શિયમ કાર્બોનેટ) જેવા પદાર્થોના સ્તંભના મથાળે મૂકી, વર્ણકોના અધિશોષણ બાદ સ્તંભને પેટ્રોલિયમ ઈથરથી ધોઈ, વર્ણકોને સ્તંભ ઉપર સ્પષ્ટ રંગીન પટાની શ્રેણી રૂપે અલગ પાડ્યા હતા. સ્તંભને નળીમાંથી બહાર કાઢી તેમાંના જુદા જુદા પટાને ભૌતિક રીતે અલગ પાડી અથવા તેમને દ્રાવ્ય કરી શકે તેવાં ખાસ પસંદ કરેલાં દ્રાવકો વડે ધોઈ વર્ણકોને અલગ કરવામાં આવ્યાં હતાં. મિશ્રણમાંથી અંગભૂત રંગોને છૂટા પાડવાની આ પદ્ધતિને સ્વેટે ગ્રીક શબ્દો chroma (= રંગ) અને graphien (= લખવું) પરથી ‘chromatography’ નામ આપ્યું હતું. 25 વર્ષ બાદ 1931માં કુહને આ પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરી ગાજરમાંથી પ્રાપ્ત થતા કૅરોટિનના મિશ્રણમાંથી તેના ઘટકો અલગ પાડ્યા હતા. હવે તો રંગીન ન હોય તેવાં મિશ્રણોમાંના ઘટકોને છૂટા પાડવા પણ આ પદ્ધતિનો બહોળો ઉપયોગ થાય છે. 1941માં વિતરણ વર્ણલેખન (partition chromatography), 1944માં પત્ર(paper)-વર્ણલેખન, 1952માં વાયુ-વર્ણલેખન; જ્યારે 1958માં તનુસ્તર (thin layer) વર્ણલેખનપદ્ધતિ અમલમાં આવી હતી. 1969 પછી ઉચ્ચ કાર્યસાધકતા પ્રવાહી વર્ણલેખનનો વિકાસ થયો છે. આધુનિક વર્ણલેખનને વિકસાવવા બદલ બે અંગ્રેજ નાગરિકો, એ. જે. પી. માર્ટિન અને આર. એલ. એમ. સિન્જને 1952ના વર્ષ માટેનો નોબેલ પુરસ્કાર એનાયત કરવામાં આવ્યો હતો.

પાયારૂપ તકનીક : (ક્ષાલન, eluation) અને વર્ણાલેખ (વર્ણચિત્ર, chromatogram) વિકસન (development) : વર્ણલેખનના પ્રચાલન(operation)માં સૌથી અગત્યની વિધિ ક્ષાલન (eluation)  છે. આથી વર્ણલેખનને ક્ષાલન-વર્ણલેખન (eluation chromatography) પણ કહે છે. તેમાં પૃથક્કરણ કરવાના ઘટકો-(દા.ત., A અને B)નું મિશ્રણ ધરાવતા નમૂનાના દ્રાવણનો એક નાનો ભાગ સાંકડા સંકેન્દ્રણ-આવેગ (concentration impulse) તરીકે વર્ણલેખીય માધ્યમની શરૂઆતમાં કે સ્તંભના મથાળે મૂકવામાં આવે છે (સમય = t₀). તે પછી ગતિશીલ પ્રાવસ્થા દાખલ કરવામાં આવે છે, જેથી તેની સાથે નમૂનામાંના ઘટકો વર્ણલેખીય સંસ્તર(bed)માંથી અભિગમન (migration) પામે છે અને તે દરમિયાન ઘટકો બે પ્રાવસ્થાઓ વચ્ચે વહેંચાવા માંડે છે. વધુ ક્ષાલક (eluant) ઉમેરવાથી નમૂનો નીચેની તરફ આગળ વધે છે અને સ્થિર પ્રાવસ્થાના તાજા ભાગ આગળ વધુ વિભાજન કે વિતરણ થાય છે (સમય = t₁). વધુ ને વધુ દ્રાવક ઉમેરતા જવાથી દ્રાવ્ય પદાર્થ નીચે ઊતરતો જાય છે અને બે પ્રાવસ્થાઓ વચ્ચે તેના વિનિમયની શ્રેણી ઉદભવે છે. દ્રાવ્યની હલચલ ફક્ત ગતિશીલ પ્રાવસ્થામાં જ શક્ય હોઈ તેના અભિગમનનો દર તે આ પ્રાવસ્થામાં કેટલો સમય ગાળે છે તેના ઉપર આધાર રાખે છે. સ્થિર પ્રાવસ્થા વડે પ્રબળપણે પકડાતા પદાર્થો માટે સમયનો આ અંશ નાનો હોય છે (આકૃતિમાં ઘટક B), જ્યારે જેમનું ધારણ (retention) ગતિશીલ પ્રાવસ્થામાં વધુ હોય તેમને માટે તે (અંશ) મોટો હોય છે (આકૃતિમાં ઘટક A). બે દર વચ્ચેના તફાવતને કારણે મિશ્રણમાંના ઘટકો સ્તંભ ઉપર પટા અથવા કટિબંધોના રૂપમાં અલગ પડે છે. આ રીતે છૂટા પડેલા સ્પીસિઝને સ્તંભ ઉપરથી ગતિશીલ પ્રાવસ્થાનો પૂરતો જથ્થો પસાર કરવાથી પટાઓ છેડાના ભાગમાંથી બહાર આવતાં તેમને અલગ કરી શકાય છે (આકૃતિમાંના t₃ અને t₄ સમય). આને ક્ષાલન (eluation) કહે છે. જો સ્તંભને છેડે દ્રાવ્યની સાંદ્રતા પ્રત્યે પ્રતિભાવ આપનાર પરખક મૂક્યો હોય અને સમય(અથવા ગતિશીલ પ્રાવસ્થાના ઉમેરેલા કદ)ના ફલન તરીકે તેનો સંકેત (signal) માપવામાં આવે તો સમમિતીય શૃંગોની શ્રેણી મળે છે (આકૃતિ 1 આ). આવા આલેખને વર્ણાલેખ (chromatogram) કહે છે. તેને ગુણાત્મક તેમજ માત્રાત્મક (જથ્થાત્મક, quantitative) વિશ્ર્લેષણ માટે વાપરી શકાય છે. સમય-અક્ષ પર શૃંગનું સ્થાન ઘટકની પરખ માટે જ્યારે તેની હેઠળનું ક્ષેત્રફળ સ્પીસિઝના જથ્થાના માપ માટે ઉપયોગમાં લઈ શકાય છે.

વર્ગીકરણ : વર્ણલેખનની પદ્ધતિઓને ગતિશીલ પ્રાવસ્થા પ્રમાણે ત્રણ કક્ષામાં વહેંચી શકાય : (1) વાયુ-વર્ણલેખન (GC); (2) પ્રવાહી-વર્ણલેખન (LC); અને (3) અતિક્રાંતિક તરલ (supercritical fluid) વર્ણલેખન. સ્થિર પ્રાવસ્થાને લક્ષમાં લેતાં આના વધુ વિભાગ પડે છે. (સારણી 1).

વાયુ-ઘન (GSC) અને પ્રવાહી-ઘન વર્ણલેખન(LSC)માં નમૂનાના અણુઓ છિદ્રાળુ ઘન પદાર્થની સપાટી સાથે અધિશોષણ (adsorption) તરીકે ઓળખાતી આંતરક્રિયા કરે છે. આથી આ બે રીતોને અધિશોષણ વર્ણલેખન પણ કહે છે. વિવિધ દ્રવ્યો માટે વર્ણલેખનીય માધ્યમની અધિશોષણીય (adsorptive) અસર માધ્યમમાંથી તેમના પસાર થવાના દરને નિયંત્રિત કરે છે. વાયુ-પ્રવાહી અને પ્રવાહી-પ્રવાહી વર્ણલેખનમાં પ્રવાહીરૂપ સ્થિર પ્રાવસ્થા એ નિષ્ક્રિય ઘનની સપાટી પર રહેલી હોય છે. ઘન પદાર્થ પ્રવાહીને ફક્ત ટેકો આપવાનું કામ કરે છે. તે અલગન-વિધિમાં ભાગ લેતો નથી. આ સ્થિર પ્રાવસ્થામાં મિશ્રણમાંના ઘટકોની જુદી જુદી દ્રાવ્યતાને કારણે ઘટકો જુદા જુદા અભિગમન (migration) દરે ગતિ કરે છે. અહીં નમૂનાના અણુઓનું બે પ્રાવસ્થા વચ્ચે થતું વિભાજન (partition) પાયારૂપ હોઈ આ પદ્ધતિઓને વિભાજન-વર્ણલેખન પણ કહે છે. દ્વિપ્રાવસ્થાકીય પ્રણાલીમાં દ્રવ્યના અભિગમન દરને ઉષ્માગતિક વિભાજન ગુણાંક સાથે સાંકળી શકાય છે. સ્તંભ-વર્ણલેખન(column chromatography)માં સ્થિર પ્રાવસ્થા સાંકડી નળીમાં હોય છે અને ગતિશીલ પ્રાવસ્થા તેમાંથી ગુરુત્વ (gravity) હેઠળ અથવા દબાણ હેઠળ પસાર થાય છે. સમતલ (planar) વર્ણલેખનમાં સ્થિર પ્રાવસ્થાને એક સપાટ પ્લેટ ઉપર અથવા કાગળનાં છિદ્રોમાં ટેકવવામાં આવી હોય છે. અહીં ગતિશીલ પ્રાવસ્થા સ્થિર-પ્રાવસ્થામાંથી કેશિકીય (capillary) ક્રિયા દ્વારા અથવા ગુરુત્વની અસર હેઠળ ખસે છે.

સિદ્ધાંત : વર્ણલેખનની પદ્ધતિ ગતિશીલ (mobile) પ્રાવસ્થા તરીકે ઓળખાતા વાયુ કે પ્રવાહીના વહેતા પ્રવાહમાંથી સ્થિર (નિશ્ર્ચર, stationary) પ્રાવસ્થા ઉપર ઘટકોના અધિશોષણના અથવા તેમની વચ્ચેના વિતરણના સાપેક્ષ દર ઉપર આધારિત છે. આવી બે પ્રાવસ્થાઓ જ્યારે એકબીજીના ઘનિષ્ઠ સંપર્કમાં આવે ત્યારે ગતિશીલ પ્રાવસ્થામાં રહેલ બે કે વધુ રાસાયણિક જાતિઓ (species) ઘન પ્રાવસ્થામાંથી પસાર થવા દરમિયાન બે પ્રાવસ્થા વચ્ચે વિતરણ કે અધિશોષણ જેવી આંતરક્રિયાઓની શ્રેણી અનુભવે છે.

સ્થિર પ્રાવસ્થા એ એક વિસરિત (પરિક્ષેપિત, dispersed) માધ્યમ હોય છે, જે પ્રમાણમાં મોટું પૃષ્ઠ-ક્ષેત્રફળ (surface area) ધરાવે છે. સામાન્ય રીતે તે અત્યંત બારીક રૂપમાં રહેલો ઘન પદાર્થ, ગાળણ દ્રવ્ય(દા.ત., ફિલ્ટર પેપર)ની ચાદર કે તકતી અથવા પ્રવાહીની ઘન પદાર્થ ઉપર આવેલ પાતળી ફિલ્મ રૂપે હોય છે. આ સ્થિર પ્રાવસ્થાની રાસાયણિક પ્રકૃતિ પૃથક્કારી પદ્ધતિ ઉપર પ્રાથમિક નિયંત્રણ ધરાવે છે.

સ્થિર અને ગતિશીલ પ્રાવસ્થા વચ્ચે થતી આંતરક્રિયાઓ નમૂનામાંના ઘટકોના ભૌતિક અને રાસાયણિક ગુણધર્મોમાંના તફાવતનો લાભ ઉઠાવે છે. આ તફાવત વૈયક્તિક ઘટકોના અભિગમનનો દર નક્કી કરે છે. દ્રાવ્ય (solute) તરીકે ઓળખાતા રાસાયણિક સંયોજનની સ્થિર માધ્યમ પ્રત્યેનું આકર્ષણ (affinity) જેમ વધુ તેમ તે પ્રણાલીમાં લાંબો સમય રોકાયેલો રહે છે. આમ આ પદ્ધતિ પ્રવાહમાં આગળ વધતા વિવિધ ઘટકોની વિકલનીય (differential) ગતિમંદતા (પ્રતિપ્રવેગ, retardation) અથવા ધારણ (retention) ઉપર આધાર રાખે છે અને સ્થિર પ્રાવસ્થા સાથે વધતી જતી આંતરક્રિયા અનુસાર ઘટકો બહાર આવે છે. સૌથી ઓછો ધીમો પડતો (retarded) ઘટક પ્રથમ અને સૌથી પ્રબળ રીતે પકડાયેલો ઘટક છેલ્લો બહાર આવે છે. આમ આ અલગીકરણ એ અણુઓની ગતિશીલ અને સ્થિર પ્રાવસ્થા વચ્ચે વહેંચાવાની સ્પર્ધા પર આધારિત છે.

કોઈ એક ઘટકની ગતિશીલ પ્રાવસ્થાની સરખામણીમાં સ્થિર પ્રાવસ્થામાંની સાપેક્ષ સાંદ્રતાને વિતરણ (distribution) અથવા વિભાજન (partition) ગુણાંક, K કહે છે. જો સ્થિર પ્રાવસ્થામાંની સાંદ્રતા Cs હોય અને ગતિશીલમાંની C_m હોય તો

આ ગુણાંક વર્ણાલેખ(chromatogram)ને વિકસાવવા દરમિયાન ઘટક સ્થિર પ્રાવસ્થામાંથી જે વેગથી પસાર થાય તેના પર આધાર રાખે છે. જો K વધે તો ગતિનો સરેરાશ વેગ ઘટે છે. Kનાં મૂલ્યો સરળતાથી પ્રાપ્ત થતાં ન હોઈ રાસાયણિક સ્પીસિઝના ધારણ-સમય (t) તરીકે ઓળખાતા પ્રાચલનો ઉપયોગ ગુણાત્મક વિશ્ર્લેષણ માટે થઈ શકે. ધારણ સમય એ સ્થિર પ્રાવસ્થામાંથી નમૂનાના ઘટકનું ક્ષાલન કરવા માટે (ગતિશીલ પ્રાવસ્થા દ્વારા સ્થિર પ્રાવસ્થામાંથી ઘટકને બહાર કાઢવા માટે) લાગતો સમય છે. ધારણ-કદ (V) પણ આવો જ એક અન્ય પ્રાચલ છે. તે સ્થિર પ્રાવસ્થામાંથી ઘટકના ક્ષાલન માટે ગતિશીલ પ્રાવસ્થાનું કદ છે. V અને t એકબીજા સાથે નીચે પ્રમાણે સંકળાયેલાં છે :

V = Ft

જ્યાં F એ ગતિશીલ પ્રાવસ્થાનો વહન દર (flow rate) છે.

સ્થિર પ્રાવસ્થા ઉપરથી અથવા તેમાંથી ગતિશીલ પ્રાવસ્થાને પસાર થવા માટે લાગતો સમય એટલે કે ગતિશીલ પ્રાવસ્થામાંના સરેરાશ એક અણુને સ્થિર પ્રાવસ્થાના એક છેડેથી બીજા છેડે પહોંચતાં લાગતો સમય t_m હોય તો તેને અનુવર્તી ગતિશીલ પ્રાવસ્થાના કદ V_mને મૃત કદ (dead volume), અંતરાલીય (interstitial) કદ અથવા શૂન્ય કે રિક્ત (void) કદ કહે છે. V_m અને t_m પણ એકબીજાથી સંકળાયેલા છે :

V_m = Ft_m

વર્ણલેખનીય ગુણાત્મક વિશ્ર્લેષણમાં સામાન્ય રીતે વધુ વપરાતી પદ્ધતિ એ સમાન સંજોગો હેઠળ નમૂનાના ઘટકોના ધારણ-સમય કે ધારણ-કદને જ્ઞાત પદાર્થના આવાં મૂલ્યો સાથે સરખાવવાની છે. પણ પ્રાયોગિક સંજોગો (દા.ત., ગતિશીલ અને સ્થિર પ્રાવસ્થા, વહનદર, તાપમાન વગેરે) સાથે V અને t બદલાતાં હોવાથી આવાં મૂલ્યોની યાદી બનાવવી શક્ય નથી. જો સ્થિર અને ગતિશીલ પ્રાવસ્થા બદલવામાં આવી ન હોય તો સાપેક્ષ ધારણ (relative retention) aનો ઉપયોગ કરી આવાં પ્રાયોગિક પ્રાચલોની અસર નાબૂદ કરી શકાય :

એક પદાર્થ માટેનો વિતરણ-ગુણાંક K અને સુધારેલા ધારણ-સમય કે ધારણ-કદ સીધા અનુપાતમાં હોવાથી αને વિતરણ-ગુણાંકોમાં દર્શાવી શકાય :

આયન-વિનિમય વર્ણલેખનમાં aને અલગન અવયવ (separation factor) કહે છે.

વિતરણ-ગુણાંક વર્ણાલેખ(chromatogram)માંથી સીધો મેળવી શકાતો ન હોવાથી વિતરણ-ગુણાંક સાથે સંબંધિત પણ વર્ણાલેખમાંથી સીધું મેળવી શકાતું એવું ધારિતા અવયવ (capacity factor) k´ નામનું પદ જરૂરી બને છે. આમ :

જ્યાં m_s અને m_m એ અનુક્રમે સ્થિર અને ગતિશીલ પ્રાવસ્થામાં જે તે પદાર્થની મોલ-સંખ્યા (અથવા દળ) અને V_s અને V_m એ અનુક્રમે સ્થિર અને ગતિશીલ પ્રાવસ્થાના સ્તંભમાંનાં કદ છે. ઉપરના સમીકરણમાંથી એ સ્પષ્ટ થાય છે કે ધારિતા-અવયવ એ સ્પીસિઝના બે પ્રાવસ્થામાંના જથ્થાનો ગુણોત્તર છે :

k´નું મૂલ્ય વર્ણાલેખમાંથી નીચેનાં સમીકરણોના ઉપયોગ વડે મળી શકે :

t = t_m (1 + k´)

અથવા

V = V_m (1 + k´)

કોઈ કોઈ વાર ઉપયોગી એવું અન્ય એક સમીકરણ એ ધારણ ગુણોત્તર γ માટેનું છે :

આ ગુણોત્તર અગત્યનો છે કારણ કે તે ગતિશીલ પ્રાવસ્થામાં ઘટકનો સરેરાશ એક અણુ સમયનો કેટલો અંશ ગાળે છે તે દર્શાવે છે.

પટ–વિસ્તૃતીકરણ (band broadening) : વર્ણલેખીય સ્તંભમાંથી કોઈ એક સ્પીસિઝના સઘળા અણુઓ એકસમાન દરે પસાર થતા નથી. આને લીધે વર્ણાલેખ ઘટકદીઠ અલગ અલગ સાંકડી સીધી રેખાઓને બદલે પહોળા પટાની શ્રેણીનો બનેલો જોવા મળે છે (આકૃતિ 2). આમાંના પ્રત્યેક શૃંગની ટોચને અનુવર્તી સમય કે કદ એ જે તે સ્પીસિઝ માટેનો સૌથી વધુ સંભાવ્ય ધારણ-સમય કે કદ છે. તેને સ્પીસિઝના ધારણ-સમય કે કદ તરીકે લેવામાં આવે છે.

પટને પહોળા બનાવવામાં નીચેના અવયવો કારણભૂત છે : (1) સ્તંભ ઉપર નમૂનાને સારી એવી જાડાઈના પટ રૂપે દાખલ કરવો (નમૂનાને એકીસાથે દાખલ કરી શકાતો નથી); (ii) સ્તંભમાં ઉચ્ચતર સાંદ્રતાવાળાં અને ન્યૂનતર સાંદ્રતાવાળાં ક્ષેત્રો વચ્ચેનો તફાવત; (iii) સ્તંભમાંથી વિવિધ અણુઓનું જુદી જુદી લંબાઈવાળા અસમાન પથ દ્વારા વહન; (iv) ગતિશીલ અને સ્થિર પ્રાવસ્થાઓ વચ્ચે દ્રાવ્ય(solute)નું સમતોલન સ્થાપવામાં નિષ્ફળ જવું.

કાર્યક્ષમતા (efficiency) : નિસ્યંદનની માફક વર્ણલેખનમાં પણ સૈદ્ધાંતિક પ્લેટ(theoretical plate)નો ખ્યાલ ક્ષમતા માપવા માટે સ્વીકારવામાં આવ્યો છે. વર્ણલેખનીય સૈદ્ધાંતિક પ્લેટ એટલે નમૂનાના ઘટકનું સ્થિર અને ગતિશીલ પ્રાવસ્થા વચ્ચે એકાકી (single) સંતુલન-સ્થાપન (equilibration) એમ ગણી શકાય. જો બંને પ્રાવસ્થા પ્રવાહી હોય તો સૈદ્ધાંતિક પ્લેટ એટલે નિષ્કર્ષણ બાદ બે પ્રવાહી પ્રાવસ્થામાં જેટલું સંકેન્દ્રણ જોવા મળે તેટલું સંકેન્દ્રણ સ્થિર અને ગતિશીલ પ્રાવસ્થાઓ વચ્ચે મેળવવા માટે સ્તંભનો જરૂરી ભાગ (portion). સ્તંભમાં પણ સંતુલન સંભવી શકે અને નિષ્કર્ષણ કરતાં અલગીકરણ વધુ ક્ષમતાથી થઈ શકે છે. સ્તંભમાં સૈદ્ધાંતિક પ્લેટોની સંખ્યા (n) જેમ વધુ તેમ તેની ક્ષમતા વધુ.

ક્ષમતાના અન્ય માપ તરીકે સૈદ્ધાંતિક પ્લેટને સમતુલ્ય ઊંચાઈ H (height equivalent to theoretical plate, HETP) છે. HETP એ એકાકી (single) સૈદ્ધાંતિક પ્લેટને અનુવર્તી સ્તંભ-લંબાઈ છે. જો સ્તંભની લંબાઈ L હોય અને તેના પર સૈદ્ધાંતિક પ્લેટની સંખ્યા n હોય તો

સારી ક્ષમતાવાળા સ્તંભ માટે nનું મૂલ્ય મોટું અથવા Hનું મૂલ્ય નાનું હોય છે.

સ્તંભની ક્ષમતા ધારણ સમય (t) તેમજ શૃંગની પહોળાઈ (w) સાથે સાંકળી શકાય છે; જેમ કે,

જો આલેખ ગૉસિયન (Guassian) હોય તો પ્રસરણ એ શૃંગના પ્રમાણિત વિચલન (standard deviation) sના વર્ગ બરાબર હોવાથી

શૃંગ-પહોળાઈ w એ આલેખના ઊંચે જતા ભાગના બે સ્પર્શકો(tangents)ના બહિર્વેશનથી મળતું આધાર-રેખા (baseline) ઉપરનું અંતર છે. જો પટ-પહોળાઈ (band width) w હોય તો

wને બદલે અર્ધી શૃંગ-ઊંચાઈએ પટ-પહોળાઈ  માપવાનું વધુ અનુકૂળ હોવાથી

મોટાભાગના વર્ણલેખનીય સ્તંભોની કાર્યક્ષમતા નીચેના સમીકરણ વડે સન્નિકટપણે દર્શાવી શકાય છે :

જ્યાં H એ પ્લેટની ઊંચાઈ સેમી.માં છે; જ્યારે u એ ગતિશીલ પ્રાવસ્થાનો રેખીય (linear) વેગ સેમી./સેકન્ડમાં છે. રાશિ B એ અનુદૈર્ઘ્ય (longitudinal) વિસરણ (diffusion) ગુણાંક જ્યારે C_S અને C_M એ અનુક્રમે સ્થિર અને ગતિશીલ પ્રાવસ્થા માટે દ્રવ્યમાન-સ્થાનાંતર (mass transfer) ગુણાંકો છે.

વિભેદન (resolution) (R) : વિભેદન એ વર્ણલેખમાંના બે પાસપાસેનાં શૃંગો વચ્ચેના અલગનનું માપ છે. આ અલગનનું પ્રમાણ બે પ્રાચલો ઉપર આધારિત છે. બે શૃંગોના ધારણ સમય વચ્ચેનો ગાળો જેમ વધુ તેમ અલગન વધુ. એટલે કે વિભેદન એ શૃંગોના ધારણ-સમય વચ્ચેના તફાવતના સીધા અનુપાતમાં હોય છે. વધુમાં અલગનનું પ્રમાણ એ દરેક શૃંગની પહોળાઈનો જે ભાગ પાસેના શૃંગની નજીકતમ (nearest) હોય તેના ઉપર પણ આધાર રાખે છે. જેમ શૃંગની અર્ધ પહોળાઈઓ (half-widths) વધે તેમ શૃંગો વચ્ચેનું જુદાપણું ઘટે છે એટલે કે વિભેદન ઘટે છે. બે શૃંગો વચ્ચેના વિભેદન Rને નીચેના સમીકરણ વડે દર્શાવી શકાય :

અહીં ધારણ-સમય t₂નું મૂલ્ય t₁ કરતાં વધુ છે. સમમિતીય શૃંગો માટે વિભેદન-મૂલ્ય 1.0 આવવું એ શૃંગોનો 2 % જેટલો અતિવ્યાપ (overlap) દર્શાવે છે. જો બે શૃંગો સરખા માપનાં હોય તો વિભેદન-મૂલ્ય 1.5 એ શૃંગો વચ્ચે સંપૂર્ણ અલગન (1 %થી ઓછો અતિવ્યાપ) દર્શાવે છે.

વાયુ–વર્ણલેખન (gas chromatography) : આ પદ્ધતિમાં વાયુરૂપ પ્રાવસ્થાને સ્થિર શોષક (sorbent) ઉપર પસાર કરવામાં આવે છે. તેના બે મુખ્ય પ્રકાર છે : વાયુ-પ્રવાહી વર્ણલેખન (GLC) અને વાયુ-ઘન વર્ણલેખન (GSC). પહેલામાં ગતિશીલ વાયુ અને નિષ્ક્રિય ટેકા ઉપર આચ્છાદિત અબાષ્પશીલ પ્રવાહી વચ્ચે નમૂનાનું વિભાજન થાય છે; જ્યારે બીજા પ્રકારમાં મોટું ક્ષેત્રફળ ધરાવતો ઘન પદાર્થ સ્થિર પ્રાવસ્થા તરીકે હોય છે (આકૃતિ 3). તેના મુખ્ય ભાગ નીચે પ્રમાણે હોય છે :

(i) નળાકારમાં ઉચ્ચ દબાણે રહેલ વાહતુક (carrier) વાયુનો સ્રોત : આવા વાયુ તરીકે હીલિયમ, નાઇટ્રોજન, હાઇડ્રોજન અથવા આર્ગોનનો ઉપયોગ થાય છે.

(ii) નમૂનાના અંત:ક્ષેપન(injection)ની પ્રણાલી અને વ્યુત્પન્નીકરણ (derivatisation) : નમૂનો દાખલ કરવા અનેક પ્રયુક્તિઓ વપરાય છે. મોટેભાગે પ્રવાહી નમૂનો દાખલ કરવા માટે અધસ્ત્વકી (hypodermic) અંત:ક્ષેપન માટેની સોયવાળી સૂક્ષ્મ પિચકારી (microsyringe) વપરાય છે. તેના વડે સ્તંભના મથાળે આવેલ ધાતુના ગરમ બ્લૉકમાં 1થી 10 μL જેટલો નમૂનો જાળવીને દાખલ કરવામાં આવે છે. આ કામ કુશળ હાથ અને અભ્યાસ માગી લે છે. બ્લૉકનું તાપમાન નમૂનાનું વિઘટન કર્યા વિના તેને ઝડપથી બાષ્પમાં ફેરવે તેવું હોય છે. સામાન્ય રીતે તે નમૂનામાંના સૌથી ઓછા બાષ્પશીલ ઘટકના ઉત્કલનબિંદુ જેટલું રાખવામાં આવે છે. જો નમૂનો તેની ઉચ્ચ ધ્રુવીયતા (polarity), નીચી બાષ્પશીલતા અથવા ઉષ્મીય અસ્થિરતાને કારણે દાખલ કરવા યોગ્ય ન હોય તો તેનાં બાષ્પશીલ વ્યુત્પન્નો બનાવવામાં આવે છે. આ માટે સિલેલેશન (sylalation) [સક્રિય હાઇડ્રોજનને સ્થાને ટ્રાઇમિથાઇલસિલાઇલ, Si(CH₃)₃ અથવા તેવા સમૂહ દાખલ કરવા] પ્રક્રિયકો વાપરવામાં આવે છે. ધાતુઓના અલગીકરણ માટે તેમને તટસ્થ ધાતુ-કિલેટોમાં ફેરવવામાં આવે છે.

(iii) સ્તંભ : નમૂનાના ઘટકોનું અલગીકરણ સ્તંભમાં થાય છે. ટેકારૂપ ઘન પદાર્થની પ્રકૃતિ, પ્રવાહી પ્રાવસ્થાનો પ્રકાર અને જથ્થો, પરિવેષ્ટન(packing)ની પદ્ધતિ, લંબાઈ અને તાપમાન જેવા અવયવો જોઈતું વિભેદન મેળવવા માટે અગત્યના છે. સ્તંભનું તાપમાન ± 0.5° સે.ની સીમામાં અચળ રહે તે માટે તેને તાપસ્થાપીય રીતે (thermo-statically) નિયંત્રિત એવી ભઠ્ઠી(oven)માં રાખવામાં આવે છે. બે પ્રકારના સ્તંભો ઉપયોગમાં લેવાય છે : પરિવેદૃષ્ટિત (packed) સ્તંભો અને ખુલ્લી નળીવાળા સ્તંભો.

(iv) પરખક (સંસૂચક, detector) : અલગન-સ્તંભના નિષ્કાસ-છેડા (exit end) આગળ મૂકવામાં આવતા પરખકનું કાર્ય બહાર આવતા વાહતુક વાયુના પ્રવાહમાં છૂટા પડેલા ઘટકોને પારખી તેમના જથ્થાઓનું માપ કાઢવાનું હોય છે. પરખકમાંથી મળતા નિર્ગત(output)ને રેકૉર્ડરમાં દાખલ કરી વર્ણાલેખ મેળવવામાં આવે છે. પરખકો તરીકે ઉષ્મીય વાહકતા, જ્યોત-આયનીકરણ, તાપાયનિક (thermionic) અને ઇલેક્ટ્રૉન-પકડ (electron capture) જેવા પરખકો વધુ વપરાય છે. આવા પરખકોની સંવેદિતા, પ્રતિભાવની રૈખિકતા (linearity) અને સ્થાયિત્વ એ અગત્યના ગુણધર્મો છે.

પ્રવાહી વર્ણલેખનની માફક વાયુ-વર્ણલેખનમાં પણ સ્તંભની ક્ષમતા સૈદ્ધાંતિક પ્લેટોની સંખ્યા n અથવા સૈદ્ધાંતિક પ્લેટને સમતુલ્ય ઊંચાઈ H વડે માપવામાં આવે છે. પણ વાયુ-વર્ણલેખનમાં સ્તંભની ક્ષમતા માટે પ્લેટ-સિદ્ધાંતને બદલે દર-સિદ્ધાંત(rate theory)નો ઉપયોગ વધુ અનુકૂળ પડે છે. આ સિદ્ધાંત મુજબ વાયુ-વર્ણલેખન માટે સૈદ્ધાંતિક પ્લેટને સમતુલ્ય ઊંચાઈ વાહતુક-વાયુના વેગ u અથવા υ સાથે નીચેના વાન ડીમટર સમીકરણ વડે દર્શાવાય છે :

જ્યાં A, B અને C પ્રાયોગિક સંજોગોના વિશિષ્ટ સેટ માટે અચળાંકો છે. સૈદ્ધાંતિક રીતે આ સમીકરણ અનંત લાંબા સ્તંભો માટે જ વાપરી શકાય છે; પણ વ્યવહારમાં તે ઓછામાં ઓછી 1,000 પ્લેટ ધરાવતા સ્તંભ માટે સારું કામ આપે છે.

સમીકરણમાંનું A પદ નમૂનાના ઘટક દ્વારા પરિવેદૃષ્ટિત સ્તંભમાંથી પસાર થવા દરમિયાન લેવાતા જુદા જુદા પથ સાથે સંકળાયેલ છે. વર્ણલેખ(chromatograph)ની ઇંજેક્શન-પ્રણાલી પણ તેને (Hને) અસર કરે છે. વાન ડીમટર સમીકરણમાંનું B પદ 2γDm બરાબર હોય છે. અહીં γ એ અવરોધ (obstruction) અવયવ છે અને તે સ્તંભ કેવી રીતે પૅક કરવામાં આવ્યો છે, તેનો ફલન (function) છે. D_m એ ગતિશીલ વાયુ-પ્રાવસ્થામાં નમૂનાના અણુઓનો પ્રસરણ-(diffusion)-ગુણાંક છે. વાહતુક વાયુનો વેગ (u અથવા υ) વધારવાથી Bનું મૂલ્ય નીચું લાવી શકાય. પદ C એ સ્તંભમાં વાયુ અને પ્રવાહી પ્રાવસ્થાઓ વચ્ચે જે દરે સમતોલન પ્રસ્થાપિત થાય છે તેના વ્યસ્ત પ્રમાણ સાથે સંકળાયેલ છે. A પદ સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતા ગતિશીલ પ્રાવસ્થાના વેગથી સ્વતંત્ર હોવાથી Hમાં તેનો ફાળો અચળ હોય છે. નીચા વહનદરે B પદનું મૂલ્ય મોટું અને Cનું નાનું હોય છે; પણ ઊંચા વહનદર માટે B પદ નાનું અને C મોટું હોય છે. વર્ણલેખન-સ્તંભની ઇષ્ટતમ (optimum) કાર્યક્ષમતા (ન્યૂનતમ H) માટે H અને u(અથવા υ)નાં મૂલ્યો નીચેનાં સમીકરણોમાં દર્શાવેલાં છે :

સમતલી (planar) વર્ણલેખન : સમતલી વર્ણલેખન-પદ્ધતિઓમાં તનુસ્તર-વર્ણલેખન (thin layer chromatography, TLC), પત્ર-વર્ણલેખન (paper chromatography, PC) અને વિદ્યુત-વર્ણલેખન(electrochromatography)નો સમાવેશ થાય છે. દરેક પદ્ધતિ પદાર્થના પ્રમાણમાં પાતળા (thin) સ્તરનો ઉપયોગ કરે છે, જે સ્વ-ટેકણ (self-supporting) હોય છે અથવા કાચ, પ્લાસ્ટિક અથવા ધાતુની સપાટી પર આચ્છાદિત કરેલ છે. આમાં ગતિશીલ પ્રાવસ્થા સ્થિર પ્રાવસ્થામાંથી કેશિકીય (capillary) ક્રિયા દ્વારા પસાર થાય છે અને કેટલીક વાર ગુરુત્વ અથવા વિદ્યુતીય વિભવ તેમાં મદદરૂપ થાય છે. સમતલી વર્ણલેખનને દ્વિપરિમાણી વર્ણલેખન પણ કહે છે. હાલમાં મોટાભાગની સમતલી વર્ણલેખન-પદ્ધતિઓ તનુ-સ્તર-તકનીક પર આધારિત હોય છે, કારણ કે તે ઝડપી હોય છે, વિભેદન સારું ધરાવે છે અને પત્ર-વર્ણલેખન કરતાં વધુ સંવેદી હોય છે. ઔષધ-ઉદ્યોગમાં TLCનો વધુ ઉપયોગ થાય છે.

તનુસ્તર (thin layer) વર્ણલેખન (TLC) : આ સમતલી વર્ણલેખનનો પ્રકાર છે. તેમાં સ્થિર પ્રાવસ્થા કાચ, પ્લાસ્ટિક અથવા ઍલ્યુમિનિયમની પ્લેટ પર આવેલા ઘન પદાર્થના પાતળા સ્તરની બનેલી હોય છે. પ્લેટ ફક્ત સ્થિર પ્રાવસ્થાને ટેકો આપવાનું કાર્ય કરે છે. TLC માટે પ્લેટ તૈયાર કરવા સ્થિર પ્રાવસ્થાનો રગડો (slurry) બનાવી, જરૂર પડે તેમાં બંધક (binder) ઉમેરી, તેને પ્રસારક(spreader)માં ભરવામાં આવે છે. પ્રસારક વડે પ્લેટ પર સ્લરીનું 0.10થી 10 mm અથવા 150થી 250 μm જાડું, એકસરખું પાતળું પડ પાથરી શકાય છે. તે સુકાઈ જાય એટલે પ્લેટ વપરાશ માટે તૈયાર ગણાય છે. જરૂર પડે તેને 80°થી 90° સે. તાપમાને ઓવનમાં સૂકવવામાં આવે છે. TLC પ્લેટો 20 x 20 સેમી.ની હોય છે. જોકે અન્ય પરિમાણવાળી પણ બનાવી શકાય. પ્લાસ્ટર ઑવ્ પૅરિસ [(CaSO₄)_{2 ·} H₂O] એ સામાન્ય બંધક છે.

અહીં 1, 2 અથવા 5 μL જેટલા નમૂનાને પ્લેટના તળિયાથી 2થી 2.5 સેમી. ઉપરના ભાગે ઉદગમ-રેખા (origin line) પર એક તરફ મૂકવામાં આવે છે. પ્લેટને શુદ્ધ વિકસન-દ્રાવકમાં 0.5 સેમી. જેટલી ઊંડાઈએ ડુબાડી તેને આરોહી (ascending) તકનીક વડે વિકસાવવામાં આળે છે. ટાંકી અથવા કક્ષને કક્ષના પાયામાં ડૂબેલા હોય તેવા ગાળણપત્ર વડે આચ્છાદિત કરવામાં આવે છે, જેથી કક્ષ દ્રાવકની બાષ્પ વડે સંતૃપ્ત રહે. દ્રાવક-અગ્ર (solvent front) ઇચ્છિત પ્રમાણમાં (10-15 સેમી. જેટલું) ખસે ત્યાં સુધી વિકસવા દેવામાં આવે છે. આ પછી પ્લેટને કક્ષમાંથી બહાર કાઢી લઈ દ્રાવક-અગ્ર ક્યાં સુધી પહોંચ્યો છે તે દર્શાવતું ચિહન (પેન્સિલ વડે) કરવામાં આવે છે. આ પ્લેટને ઓવન અથવા ધૂમ્ર-કક્ષ(fuming chamber)માં સુકાવા દેવામાં આવે છે. જો બિંદુ (spots) રૂપે અલગ પડેલા ઘટકો રંગીન ન હોય તો તેઓ જે જગાએ હોય તેના પર રંગીન ક્ષેત્રો ઉત્પન્ન કરે તેવા પ્રક્રિયકોનો છંટકાવ કરવામાં આવે છે. દ્રાવકે અને સંયોજને ઉદગમસ્થાનથી કાપેલા અંતર ઉપરથી તેનું R_f (relate to front) મૂલ્ય નક્કી કરવામાં આવે છે :

આ મૂલ્ય 1.0 કરતાં ઓછું હોય છે. R_f મૂલ્ય એ પદાર્થનો આંતરિક (intrinsic) ગુણધર્મ હોવાથી તેને પારખવામાં ઉપયોગી નીવડે છે. તે પછી બિંદુની પ્રકાશ-ઘનતા(photodensity)માંથી માત્રાત્મક પૃથક્કરણ કરવામાં આવે છે. દ્રાવ્યનાં બિંદુઓ (solute spots) અને અધિશોષક વચ્ચેની પરાવર્તિત (અથવા પારગમિત) પ્રકાશની તીવ્રતાનો તફાવત ચાર્ટ રેકૉર્ડર (chart recorder) દ્વારા આલેખિત શૃંગોની શ્રેણી રૂપે જોવા મળે છે. શૃંગોનાં ક્ષેત્રફળ એ વિવિધ બિંદુમાં આવેલા પદાર્થોને અનુવર્તી હોય છે. આને જ્ઞાત જથ્થાવાળા મિશ્રણના સરખા સંજોગોમાં મેળવેલા આલેખ સાથે સરખાવવાથી જે તે પદાર્થનું પ્રમાણ જાણી શકાય છે.

એક વિકલ્પી સસ્તી રીતમાં અલગ પડેલા ઘટકોવાળા અધિશોષકને છોલી તેમાંથી ઘટકને નિષ્કર્ષણ અને પછી અપકેન્દ્રણ (centrifugation) દ્વારા અલગ પાડી તેનું વિશ્ર્લેષણ કરવામાં આવે છે.

પત્ર–વર્ણલેખન (paper chromatography – PC) : સમતલ (plane) વર્ણલેખનનો આ એક પ્રકાર છે; જ્યારે મિશ્રણનો જથ્થો ઘણો ઓછો હોય ત્યારે આ પદ્ધતિનો ઉપયોગ થાય છે. આ પદ્ધતિમાં ગાળણપત્રમાંના સેલ્યુલોઝના સ્તંભ પર આવેલા પાણી (સ્થિર પ્રાવસ્થા) અને પ્રવાહી દ્રાવક (ગતિશીલ પ્રાવસ્થા) વચ્ચે દ્રાવ્યનું વિતરણ થાય છે. પત્ર-વર્ણાલેખ (પત્ર-વર્ણચિત્ર, paper chromatogram) જે રીતે વિકસાવવામાં આવે છે તે પ્રમાણે તેના ત્રણ પ્રકાર છે : (i) આરોહી વિકસન (ascending development), (ii) અવરોહી વિકસન (descending development), અને (iii) ત્રિજ્યક વિકસન (radial development). આ પૈકી પહેલો પ્રકાર સૌથી વધુ લોકપ્રિય છે.

આરોહી પ્રકારમાં કાગળની લંબચોરસ (3થી 5 સેમી. x 20થી 30 સેમી.) પટ્ટીનો સ્થિર પ્રાવસ્થા તરીકે ઉપયોગ થાય છે. ગતિશીલ પ્રાવસ્થા પેપરમાંથી ઉપરની તરફ વહે છે. (અવરોહી પ્રકારમાં આનાથી ઊલટું બને છે). ઘણુંખરું પટ્ટીને નીચેના છેડે V-આકારની ખાંચ પાડી તેના પહોળા ભાગ આગળ નમૂનાનું નાનું બિંદુ મૂકવામાં આવે છે.

જેમ જેમ વર્ણાલેખ વિકસતો જાય તેમ તેમ નમૂનાના ઘટકો ઓછી સાંદ્રતાવાળા ભાગ તરફ પ્રસરતા જાય છે અને બિંદુ(spot)ને સહેજ પહોળું બનાવે છે. બિંદુ મૂક્યા પછી દ્રાવક સુકાઈ જાય પછી પટ્ટીનો અણીદાર છેડો ગતિશીલ પ્રાવસ્થા ધરાવતા પાત્રમાં ડુબાડવામાં આવે છે. કાગળની પટ્ટી અને દ્રાવકના સ્રોતને કાચના પાત્ર વડે ચુસ્ત રીતે ઢાંકી દેવામાં આવે છે, જેથી અંદરનો ભાગ ગતિશીલ પ્રાવસ્થાની બાષ્પ વડે સંતૃપ્ત બની રહે. જરૂર પડ્યે આ માટે દ્રાવક વડે ભીનાં કરેલાં ગાળણપત્રોના ટુકડા પણ પાત્રમાં લટકાવવામાં આવે છે.

કેશાકર્ષણને લીધે ગતિશીલ પ્રાવસ્થા ઉપર ચઢે છે અને તે બિંદુ પરથી પસાર થાય ત્યારે ઘટકોને પોતાની સાથે લઈ જાય છે. આ ઘટકોનું ગતિશીલ પ્રાવસ્થાવાળા દ્રાવક અને કાગળ સાથે જોડાયેલ સ્થિર પ્રાવસ્થા વચ્ચે વિભાજન થાય છે. સામાન્ય પ્રાવસ્થા (normal phase) PCમાં સ્થિર પ્રાવસ્થા તરીકે પાણી હોય છે, જે પેપરમાંના સેલ્યુલોઝના બહુલકી (polymeric) એન્હાઇડ્રોગ્લુકોઝ એકમો(C₆H₁₀O₅)માંના ધ્રુવીય ઑક્સિજન પરમાણુ સાથે હાઇડ્રોજન-બંધિત થાય છે (hydrogen bonded). ગતિશીલ પ્રાવસ્થા પાણી કરતાં ઓછી ધ્રુવીય હોય છે.

અવરોહી વર્ણલેખનમાં નમૂનાનું બિંદુ પટ્ટીના ઉપલે છેડે મૂકી તેને પાત્રના ઉપરના ભાગે આવેલ પાત્રમાં ડુબાડવામાં આવે છે. આથી પ્રવાહી ગુરુત્વ હેઠળ નીચે આવે છે અને વર્ણાલેખ વિકસે છે.

ત્રિજ્ય વિકસન પ્રકારમાં સ્થિર પ્રાવસ્થાના વર્તુળાકાર ટુકડાના કેન્દ્રમાં નમૂનાને બિંદુ રૂપે મૂકવામાં આવે છે. સુકાયેલા બિંદુ ઉપર પિપેટ કે પિચકારી વડે ધીમેથી ગતિશીલ પ્રાવસ્થા ઉમેરતાં તે બહારની તરફ ખસે છે અને છૂટા પડેલા ઘટકોનાં વલયો ઉત્પન્ન થાય છે. આ પદ્ધતિનો એક પ્રકાર રિંગ-ઓવન તકનીક (ring-oven technique) તરીકે ઓળખાય છે; જેમાં વર્તુળાકાર કાગળની બહારની બાજુઓને વલયાકાર ભઠ્ઠી પર ટેકવવામાં આવે છે. (આકૃતિ 6). ભઠ્ઠીને વિદ્યુત વડે ગરમ કરવાથી ગતિશીલ પ્રાવસ્થા ગાળણપત્રની કિનારીએ પહોંચે ત્યારે તેનું બાષ્પીભવન થાય છે.

જ્યારે નમૂનામાંના ઘટકોને એક દ્રાવક અથવા દ્રાવકોના એક મિશ્રણ વડે છૂટા પાડવાનું શક્ય ન હોય ત્યારે દ્વિપરિમાણી વિકસનનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. આ માટે સેલ્યુલોઝના ચોરસ ટુકડાનો ઉપયોગ કરી તેના એક ખૂણા પર નમૂનાનું બિંદુ મૂકવામાં આવે છે અને આરોહી વર્ણલેખનની માફક એક ગતિશીલ પ્રાવસ્થા વડે તેને વિકસાવવામાં આવે છે. વિકસન પછી કાગળને સૂકવી તેને 90°ને કાટખૂણે એવી રીતે ફેરવવામાં આવે છે કે જેથી વિકસેલો ભાગ ધરાવતી કિનારી નીચેના ભાગે રહે. આ પછી બીજા દ્રાવક વડે તેને વિકસાવતાં ઘટકો વધુ છૂટા પડે છે. (આકૃતિ 7). જો નમૂનામાંના ઘટકો રંગીન ન હોય તો તેમને શ્યમાન બનાવવા ભૌતિક કે રાસાયણિક રીતો વપરાય છે; દા.ત., એમાઇન્સ માટે નિન્હાઇડ્રિનનો છંટકાવ કરવાથી જાંબલી રંગનું ટપકું મળે છે.

વિકસિત સમતલ વર્ણાલેખમાં દ્રાવ્યનું ધારણ (retention) તેના ગતિમંદતા (પશ્ર્ચગમન, retardation) અવયવ R_f વડે માપવામાં આવે છે :

જ્યાં d_s એ નમૂનાના ઘટકે કાપેલું અંતર, જ્યારે d_m એ દ્રાવક-અગ્રે કાપેલું અંતર છે. પશ્ર્ચગમન અવયવો (R_f) અથવા સાપેક્ષ પશ્ર્ચગમન અવયવો ઉપરથી ગુણાત્મક વિશ્ર્લેષણ થઈ શકે.

આયન–વિનિમય વર્ણલેખન (Ion-exchange chromatography) : 1935માં હોમ્સ નામના રસાયણવિદે વર્ણલેખીય પૃથક્કરણમાં આયન-વિનિમય રેઝિનોનો સૌપ્રથમ ઉપયોગ કર્યો હતો. આવા રેઝિનોમાં વિનિમય પામી શકે તેવા સમૂહો આવેલા હોય છે. કેટાયન-વિનિમય રેઝિનો સલ્ફોનિક ઍસિડ-સમૂહો (RSO₃^– H⁺) (પ્રબળ ઍસિડ પ્રકાર) અથવા કાર્બોક્સિલિક ઍસિડ-સમૂહો (RCOOH) ધરાવે છે. એનાયન-વિનિમય રેઝિનો બેઝિક એમાઇન પ્રકારના ક્રિયાત્મક (functional) સમૂહો [RN(CH₃)₃⁺ H^–] ધરાવે છે. આવા રેઝિનો જલીય માધ્યમમાં સામાન્ય રીતે અદ્રાવ્ય હોય છે. આથી જ્યારે કેટાયન વિનિમયક(exchanger)ને Mx+ કેટાયનો ધરાવતા દ્રાવણમાં ડુબાડવામાં આવે છે ત્યારે ઘન અને દ્રાવણ પ્રાવસ્થા વચ્ચે નીચેનું વિનિમય-સમતોલન પ્રસ્થાપિત થાય છે :

જ્યાં M^x+ એ કેટાયન અને R એ એક સલ્ફૉનિક ઍસિડ સમૂહ ધરાવતા રેઝિનના અણુનો ભાગ છે. એનાયન વિનિમય રેઝિન માટે આવું સમતોલન નીચે પ્રમાણે દર્શાવી શકાય :

જ્યાં A^x– એ એનાયન છે.

વર્ણલેખીય પૃથક્કરણ માટે કાચની એક નળીમાં રેઝિનના ચૂર્ણને ભરી સ્તંભ તૈયાર કરવામાં આવે છે. વિશ્ર્લેષ્ય(analyte)ને સ્તંભને મથાળે દાખલ કરવામાં આવે છે. ક્ષાલન માટે એવા દ્રાવણનો ઉપયોગ થાય છે કે જે રેઝિનની સપાટી પર આવેલા વિશ્ર્લેષ્યના વીજભારિત આયનો સાથે સ્પર્ધા કરી શકે તેવો આયન ધરાવે; દા.ત., ક્લોરાઇડ, થાયૉસાયનેટ, સલ્ફેટ અને ફૉસ્ફેટ જેવા આયનો ધરાવતા દ્રાવણને બેઝિક રૂપના એનાયન-વિનિમય રેઝિનના સ્તંભને મથાળે દાખલ કરવાથી એનાયનો સ્તંભ ઉપર રોકાઈ જાય છે.

ત્યારબાદ બેઝના મંદ દ્રાવણ વડે ક્ષાલન કરવાથી ઉપરની પ્રક્રિયા ઊલટાઈ જાય છે અને એનાયનો મુક્ત થાય છે. વિવિધ આયનોના વિભાજન ગુણોત્તર જુદા જુદા હોવાથી ક્ષાલન દરમિયાન એનાયનોનું પ્રભાજન (fractionation) થાય છે. તે જ પ્રમાણે ધનાયનોનું નિષ્કર્ષણ દ્રાવ્ય સાઇટ્રેટ જેવા જલીય દ્રાવણ વડે કરવામાં આવે છે. સાઇટ્રેટ આયન વિવિધ ધનાયનો સાથે જુદી જુદી ઝડપે સંકીર્ણ ક્ષાર બનાવતો હોવાથી, આવા સંકીર્ણ ક્ષારો રેઝિનના સ્તંભમાં જુદા જુદા કટિબંધ રૂપે અલગ પડે છે. બીજા વિશ્વયુદ્ધ દરમિયાન વિરલ મૃદ્ધાતુઓ (દા.ત., Sa, Eu, Y, Ce વગેરે)ના અલગન માટે આ રીતનો ઉપયોગ કરવામાં આવેલો. આયન-વિનિમય વર્ણલેખનનું એક આકર્ષક પાસું એ છે કે ક્ષાલિત (eluated) સ્પીસિઝની પરખ અને નિર્ધારણ માટે વાહકતા માપનો એક અનુકૂળ પદ્ધતિ પૂરી પાડે છે, 1975માં આવી પદ્ધતિનો ઉપયોગ સૌપ્રથમ સૂચવાયેલો અને હવે તે શક્તિશાળી અને અગત્યની તકનીક બની છે.

આયન-વિનિમય રેઝિનવાળાં પરિવેષ્ટનો ધરાવતા બે પ્રકારનાં વર્ણલેખન હાલ ઉપયોગમાં લેવાય છે : નિરોધક(suppressor)આધારિત અને એકલ-સ્તંભ આયન-વર્ણલેખન. પહેલા પ્રકારમાં આયન-વિનિમય સ્તંભ પછી ક્ષાલક નિરોધક સ્તંભ (eluant suppressor column) જોડી દેવામાં આવે છે. આ સ્તંભમાં એક બીજું આયન-વિનિમય રેઝિન ભરવામાં આવે છે, જે ક્ષાલનકારી (eluating) દ્રાવકના આયનોને સીમિત આયનીકરણ પામતાં આણ્વીય સ્પીસિઝમાં ફેરવે છે અને વિશ્ર્લેષ્યની વિદ્યુતવાહકતાને અસર થતી નથી. હવે તો એવા સૂક્ષ્મપટલ નિરોધકો મળે છે, જે સતત કામ આપી શકે છે અને તેમનું પુનરુદભવન કરવાની જરૂર પડતી નથી.

ઉચ્ચ કાર્યસાધકતા (અથવા ઉચ્ચ દબાણ) પ્રવાહી વર્ણલેખન (high performance liquid chromatography અથવા high pressure liquid chromatography, HPLC) : પ્રવાહી વર્ણલેખનની શરૂઆતમાં 10થી 50 મિમી. આંતરિક વ્યાસ ધરાવતા કાચના સ્તંભો વપરાતા હતા. આ સ્તંભોમાં સ્થિર પ્રાવસ્થા રચતા અધિશોષિત પ્રવાહી વડે આચ્છાદિત એવા ઘન કણો 50થી 500 સેમી. લંબાઈ સુધી ભરવામાં આવતા. આવી સ્થિર પ્રાવસ્થામાંથી માફકસર(reasonable)નો વહનદર (flow rate) મળી શકે તે માટે ઘન કણોના આમાપ (size) 150થી 200 mmથી મોટા રાખવામાં આવતા; પણ તેમ છતાં વહનદર પ્રતિ મિનિટે કેટલાક દશાંશ મિલીલિટર જેટલો જ મળતો. શૂન્યાવકાશ કે દબાણનો ઉપયોગ કરીને વહનદર વધારવાના પ્રયત્નો અસરકારક નીવડતા ન હતા. કારણ કે વહનદર વધારવા જતાં પ્લેટ-ઊંચાઈ(plate heights)માં વધારો અને તે રીતે સ્તંભની કાર્યક્ષમતામાં ઘટાડો થતો હતો.

પ્રવાહી વર્ણલેખનના વિકાસ દરમિયાન એવું સૂચન થયેલું કે પૅકિંગ(સંકુલન)માંના કણોના આમાપ ઘટાડવાથી પ્લે-ઊંચાઈમાં મોટો ઘટાડો થઈ શકે. 1960ના દશકાના ઉત્તરાર્ધમાં 5થી 10 mm વ્યાસના કણોવાળાં પૅકિંગ બનાવવાનું અને વાપરવાનું શક્ય બન્યું. આ ટૅકનૉલૉજી માટે અતિવિકસિત સાધનો જરૂરી હતાં. આથી આવા વર્ણલેખનને HPLC નામ આપ્યું. તેમાં વપરાતા મજબૂત કાચ કે સ્ટેનલેસ સ્ટીલના સ્તંભની લંબાઈ 10થી 30 સેમી., નળીનો અંદરનો વ્યાસ 4થી 10 મિમી. અને પરિવેષ્ટન માટેના કણોનાં આમાપ 5થી 10 μm હોય છે. આવા સ્તંભો 40,000થી 60,000 પ્લેટ/મીટર ધરાવે છે. હવે તો 1થી 4.6 મિમી. આંતરિક વ્યાસ અને 3થી 7.5 સેમી. લંબાઈવાળા અને 3થી 5 μm આમાપના કણો ધરાવતા સૂક્ષ્મ સ્તંભો (microcolumns) ઉપયોગમાં લેવાય છે. તેઓ 1,00,000 પ્લેટ/મીટર ધરાવે છે. આને લીધે આઠ વિભિન્ન ઘટકોને 15 સેકન્ડ જેટલા સમયમાં અલગ કરવાનું શક્ય બન્યું છે.

HPLCના વધુ વપરાશમાં હોય તેવા પાંચ પ્રકાર છે : (i) વિતરણ અથવા પ્રવાહી-પ્રવાહી વર્ણલેખન, (ii) અધિશોષણ અથવા પ્રવાહી-ઘન વર્ણલેખન, (iii) આયન-વિનિમય (ion exchange) વર્ણલેખન અને બે પ્રકારના આમાપ-અપવર્જન (size-exclusion) વર્ણલેખન, (iv) જેલ-પારગમન (gel permeation) વર્ણલેખન અને (v) જેલ-ગાળણ (gel filtration) વર્ણલેખન.

આમાપ–અપવર્જન વર્ણલેખન (size-exclusion chromatography) : આમાપ-અપવર્જન અથવા જેલ વર્ણલેખન પ્રવાહી વર્ણલેખન-પદ્ધતિઓ પૈકી નવીનતમ છે. તે ઉચ્ચ અણુભાર ધરાવતા સ્પીસિઝ માટે ખાસ ઉપયોગી છે. આ પદ્ધતિ માટેનાં પરિવેષ્ટનો (packings) સિલિકા અથવા બહુલકોના નાના (~ 10 mm) કણોના બનેલાં હોય છે. આ કણોનું એવું જાળું રચાયેલું હોય છે કે તેમાંનાં છિદ્રો એકસરખાં હોય અને તેમાં દ્રાવ્ય અને દ્રાવકના અણુઓ સહેલાઈથી પ્રસરી શકે. છિદ્રોમાં ગયેલા અણુઓ અસરકારક રીતે ફસાઈ જાય છે અને ગતિશીલ પ્રાવસ્થાના પ્રવાહમાંથી દૂર થાય છે. તેમનો સરેરાશ ધારણ-સમય અણુઓના અસરકારક આમાપ ઉપર આધાર રાખે છે. પરિવેષ્ટનના છિદ્રના સરેરાશ માપ કરતાં જે અણુઓ મોટા હોય તેઓ બાકાત રહે છે અને તેઓનું ધારણ થતું નથી એટલે કે તેઓ સ્તંભમાંથી ગતિશીલ પ્રાવસ્થાના દરે જ પસાર થાય છે. જે અણુઓ છિદ્રો કરતાં સારા એવા નાના હોય તેઓ છિદ્ર-જાળ(pore maze)માં ઘૂસી જાય છે અને સૌથી વધુ સમય માટે ત્યાં ફસાયેલા રહે છે. એટલે કે તેઓનું ક્ષાલન છેલ્લું થાય છે. આ બે અંતિમ અવસ્થાઓ વચ્ચેના માપવાળા અણુઓનું પરિવેષ્ટનમાં સરેરાશ ભેદન (penetration) તેમના વ્યાસ ઉપર આધાર રાખે છે. આમાપ-અપવર્જન અલગીકરણ વિશ્ર્લેષ્ય (analyte) અને સ્થિર પ્રાવસ્થા વચ્ચેની કોઈ ભૌતિક કે રાસાયણિક આંતરક્રિયા સાથે સંકળાયેલું નથી. ખરેખર તો આવી ક્રિયા ન થાય માટે ખાસ કાળજી લેવામાં આવે છે.

આમાપ-અપવર્જન પરિવેષ્ટનો પૈકી કેટલાંક જલચાહક (hydrophilic) હોય છે, જેમનો ઉપયોગ જલીય ગતિશીલ પ્રાવસ્થા સાથે થાય છે; જ્યારે કેટલાંક જલનિંદક (hydrophobic) હોય છે, જે અધ્રુવીય કાર્બનિક પદાર્થો સાથે વપરાય છે. જલચાહક પરિવેષ્ટનો પર આધારિત વર્ણલેખનને કેટલીક વાર જેલ-ગાળણ (gel filtration) કહે છે; જ્યારે જલનિંદક પરિવેષ્ટનો પર આધારિત તકનીકને જેલ-પારગમન (gel permeation) કહે છે. કોઈ એક પરિવેષ્ટન માટે યોગ્ય એવા સરેરાશ અણુભાર કેટલાક શતકથી માંડીને લાખોનું મૂલ્ય ધરાવતા હોઈ શકે. HPLC તથા આધુનિક વર્ણલેખન માટેની સ્થિર પ્રાવસ્થાઓ સ્ટાયરીન-ડાઇવિનાઇલ બેન્ઝીન સહબહુલકોના સૂક્ષ્મ કણોની બનેલી હોય છે.

જેલ-ગાળણ અને જેલ-પારગમન વર્ણલેખનમાં પૉલિસેકેરાઇડ કે પૉલિએક્રિલેમાઇડનાં તિર્યક્ બંધિત (cross linked) જેલનો ઉપયોગ થાય છે. અણુઓને તેમના આમાપ પ્રમાણે અલગ પાડવા જેલને ઉપયોગમાં લેતાં પહેલાં ફુલાવવામાં આવે છે.

અતિક્રાંતિક તરલ વર્ણલેખન (supercritical fluid chromatography, SFC) : SFC એ વાયુ અને પ્રવાહી વર્ણલેખન-પદ્ધતિઓનાં સારાં પાસાંઓને આવરી લેતી પદ્ધતિ છે. એ જાણીતું છે કે ક્રાંતિક (critical) તાપમાન(T_c)થી ઊંચેના તાપમાને દબાણ આપીને પણ વાયુરૂપ પદાર્થનું પ્રવાહીકરણ થઈ શકતું નથી. આથી જ્યારે પણ એક પદાર્થને તેના ક્રાંતિક તાપમાનથી ઊંચા તાપમાને ગરમ કરવામાં આવે ત્યારે અતિક્રાંતિક તરલ ઉદભવે છે; દા.ત., કાર્બન ડાયૉક્સાઇડ (CO₂) 31° સે. કરતાં ઊંચા તાપમાને અતિક્રાંતિક તરલ રૂપે હોય છે અને તે અવસ્થામાં CO₂ના અણુઓ વાયુની માફક સ્વતંત્ર રીતે વર્તે છે. અતિક્રાંતિક તરલ અવસ્થામાં પદાર્થના ભૌતિક ગુણધર્મો તેની પ્રવાહી કે વાયુ અવસ્થા કરતાં નોંધપાત્ર રીતે અલગ પડે છે; જેમ કે અતિક્રાંતિક તરલની ઘનતા અનુવર્તી વાયુ કરતાં 200થી 400 ગણી વધુ હોય છે, જે પ્રવાહી અવસ્થાને મળતી આવે છે. આવું તરલ મોટા, અબાષ્પશીલ અણુઓને ઓગાળવાની ક્ષમતા ધરાવે છે. આથી આવા વર્ણલેખનમાં CO₂ (Tc = 31° સે.), C₂H₆ (Tc = 32° સે.) અને નાઇટ્રસ ઑક્સાઇડ (N₂O) (Tc = 37° સે.) જેવાં નીચાં ક્રાંતિક તાપમાનવાળાં અતિક્રાંતિક તરલો ઉપયોગમાં વધુ લેવાય છે. [ઉદ્યોગોમાં પણ આ ઘટનાનો ઉપયોગ કરી CO₂ દ્વારા કૉફીના દાણા(beans)માંથી કૅફિન અને સિગારેટની તમાકુમાંથી નિકોટિન દૂર કરવામાં આવે છે.]

SFCમાં ઉપયોગમાં લેવાતાં ઉપકરણો HPLC જેવાં જ પણ સ્તંભ ઉપરના દબાણ(column pressure)નું નિયંત્રણ અને માપનની સગવડ ધરાવતાં હોય છે. દબાણ વધારવાથી ઘનતામાં વધારો થતાં ધારિતા (capacity) અવયવ (k´) અને તેથી ક્ષાલન-સમય બદલાય છે.

SFCમાં સંકુલિત (પરિવેદૃષ્ટિત, packed) તથા ખુલ્લા નળાકારવાળા એમ બંને પ્રકારના સ્તંભો વાપરી શકાય છે. જોકે તેમની લંબાઈ વધુ હોય છે. અતિક્રાંતિક તરલની સ્નિગ્ધતા (viscosity) ઓછી હોવાને કારણે આ પ્રકારના વર્ણલેખનમાં 10થી 20 મીટર લાંબા તથા અંદરનો વ્યાસ 50 કે 100 mm હોય તેવા સ્તંભો ઉપયોગમાં લેવામાં આવે છે. સ્તંભના આવરણ (coating) તરીકે પૉલિસિલોક્ઝેન વાપરવામાં આવે છે; જેથી 0.05થી 0.4 mm જેટલી જાડાઈની ફિલ્મ મળી શકે છે.

ઉપયોગિતા : વર્ણલેખન-પદ્ધતિ એ પ્રાથમિક રીતે પૃથક્કરણ (separation) અને વિલગન(isolation)ની પદ્ધતિ તરીકે વપરાતી આવી છે. પૃથક્કરણની સામાન્ય પદ્ધતિઓ(દા.ત. અવક્ષેપન કે સ્ફટિકીકરણ)થી તે એ રીતે જુદી પડે છે કે સામાન્ય રીતે તે એક જ તબક્કામાં મિશ્રણમાંના અનેક ઘટકોને છૂટા પાડી શકે છે. તે એવી સર્વતોમુખી પદ્ધતિ છે કે જે જટિલ મિશ્રણોમાં રહેલા વ્યક્તિગત પદાર્થોની સંખ્યા, તેમના સાપેક્ષ જથ્થા કે તેમની પ્રકૃતિની પૂર્વમાહિતી વિના ઘટકોને અલગ પાડી શકે છે. સ્થિર પ્રાવસ્થાની વિશાળ પસંદગીનો અવકાશ, વિભિન્ન તકનીકો, દ્રવ્યના માપનના વિવિધ સિદ્ધાંતો તથા સ્વચાલનને કારણે વર્ણલેખનનો ઉપયોગ કાર્બનિક અને અકાર્બનિક – એમ અનેક જાતનાં રાસાયણિક સંયોજનોના પૃથક્કરણ માટે થાય છે. હલકા વાયુઓથી માંડીને સંશ્ર્લેષિત બહુલકો, પ્રોટીન, ન્યૂક્લીઇક ઍસિડો જેવા બૃહદણુઓ તેમજ ઉપકોષીય અને કોષીય (cellular) એકમોને પણ તે આવરી લે છે. વળી સામાન્ય સાંદ્રતા તો ઠીક પણ 10-15 ગ્રા. જેટલી નીચી સાંદ્રતાવાળાં અત્યંત સંવેદી વૈશ્ર્લેષિક (analytical) નિર્ધારણો પણ તેના વડે થઈ શકે છે.

આમ, આ પદ્ધતિનો ઉપયોગ જૈવિક ઉદગમ(biological origin)વાળાં રાસાયણિક સંયોજનો [દા.ત., પ્રોટીનમાંના ઍમીનોઍસિડ ખંડો (fragments)], જટિલ પેટ્રોલિયમ મિશ્રણોમાંના ઘટકો તેમજ અત્તરો (perfumes) અને સુગંધીઓ (flavours) જેવાં સેંકડો વિભિન્ન ઘટકો ધરાવતાં બાષ્પશીલ ઍરોમૅટિક મિશ્રણોના અલગન માટે થાય છે.

લઘુરૂપિત (miniaturized) વાયુ-વર્ણલેખો(gas chromato-graphs)નો ઉપયોગ ગ્રહો(planets)ના વાતાવરણના અભ્યાસ માટે અવકાશયાનોમાં થાય છે. તેલની રિફાઇનરીઓ અને પેટ્રોકેમિકલ ફૅક્ટરીઓમાં રોજિંદા વિશ્ર્લેષણ માટે પણ વર્ણલેખન-પદ્ધતિ વપરાય છે. આંતરિક રીતે આચ્છાદિત (internally coated) એવા કેશિકા સ્તંભો (capillary columns) વાપરવાથી પૃથક્કરણની ઊંચી ક્ષમતા પ્રાપ્ત થઈ શકે છે.

જ. દા. તલાટી