واژه کروماتوگرافی گازی برای توصیف روش‌های جداسازی و تحلیل مواد فرار در فاز گاز بکار می‌رود. در کروماتوگرافی گازی، اجزای یک نمونه در حلال، حل و به منظور جداسازی آنالیت‌ها تبخیر می‌شوند. با این کار، نمونه به دو فاز تقسیم خواهد شد: فاز ساکن و فاز متحرک. فاز متحرک به لحاظ شیمیایی، نوعی گاز خنثی است و وظیفه آن حمل مولکول‌های آنالیت از طریق ستون حرارتی است. کروماتوگرافی گازی، نوعی از کروماتوگرافی به شمار می‌آید که از فاز متحرک برای برهم‌کنش با آنالیت استفاده نمی‌کند. فاز ساکن می‌تواند جامد یا مایع باشد که به ترتیب این نوع از کروماتوگرافی را با نام‌های کروماتوگرافی گاز-جامد (GSC) و کروماتوگرافی گاز-مایع (GLC) می‌شناسند.

 مقدمه

در اوایل دهه 1900، کروماتوگرافی گازی توسط «میخاییل سمنوویچ تسوت» (Mikhail Semenovich Tsvett) به عنوان روشی برای جداسازی ترکیبات کشف شد. در شیمی آلی، از ستون کروماتوگرافی مایع-جامد برای جداکردن ترکیبات آلی موجود در یک محلول استفاده می‌شود. ترکیب کروماتوگرافی گازی و طیف‌سنجی جرمی، روشی با اهمیت در شناسایی مولکول‌ها به شمار می‌آید. اجزای کلی دستگاه کروماتوگرافی در زیر آورده شده است:

  • «بخش تزریق» (Inection Port)
  • ستون
  • تجهیزات کنترل جریان «گاز حامل» (Carrier Gas)
  • تجهیزات گرمایی به منظور تثبیت دمای بخش تزریق و ستون
  • «رسام نمودار» (Integrator Chart Recorder)
  • «آشکارسازها» (Detector)

بمنظور جداسازی ترکیبات در «کروماتوگرافی گاز-مایع» (GLC)، یک محلول نمونه، حاوی مواد آلی مورد نظر برای تبخیر شدن، به داخل تزریق می‌شود. سپس، گازهای تبخیر شده به کمک یک گاز بی‌اثر مانند نیتروژن یا گاز نجیب هلیوم، حمل خواهند شد. گاز بی‌اثر از میان ستونی شیشه‌ای، پرشده با سیلیکا عبور می‌کند. سیلیکای موجود در این شیشه، با لایه‌ای مایع اندود شده است. موادی که انحلال‌پذیری کمتری در مایعات دارند،‌ نتایج سریع‌تری را نسبت به مواد با حلال‌پذیری بیشتر،‌ بدست می‌دهند.

در روش GLC، فاز ساکن مایع به یک جامد بی‌اثر جذب یا اینکه در دیواره‌‌ لوله‌های مویین تثبیت می‌شود. ستون کروماتوگرافی می‌تواند توسط گلوله‌های شیشه‌ای پر شود. فاز مایع، به صورت لایه‌ای نازک، به سطح این گلوله‌ها جذب خواهد شد. این درحالیست که روش «کروماتوگرافی گاز-جامد» (GSC) محدودیت‌هایی دارد و کاربردهای آن در آزمایشگاه بسیار محدود است. به همین دلیل، روش کروماتوگرافی گاز-مایع را به طور خلاصه به صورت کروماتوگرافی گازی نام‌گذاری می‌کنند.

آشنایی با دستگاه کروماتوگراف

در این بخش سعی می‌کنیم تا با اجزای مختلف دستگاه کروماتوگرافی آشنا شویم. در تصویر زیر، شمایی کلی از یک دستگاه کروماتوگراف نشان داده شده است که بخش‌های مختلف آن قابل مشاهده هستند. لازم به ذکر است که بخش اصلی دستگاه کروماتوگراف، ستون آن است:

کروماتوگرافی گازی

تزریق

برای وارد کردن نمونه به داخل دستگاه، وجود «درگاه نمونه» (Sample Port)، در بالای ستون، لازم است. در روش‌های تزریق جدید، از نمونه‌های گرم استفاده می‌کنند تا نمونه را به طور همزمان تزریق و تبخیر کنند. به منظور انتقال نمونه به محفظه تبخیر،‌ از یک میکروسرنگ کالیبره شده استفاده می‌کنند. با این کار، می‌توان نمونه را با دقت میکرو لیتر، به دستگاه تزریق کرد. در بیشتر موارد، کسر کوچکی از نمونه استفاده می‌شود و از ابزاری برای جداسازی مقدار اضافی نمونه بهره می‌گیرند. دستگاه‌های جدید،‌ این امکان را فراهم کرده‌اند که از متدهای تزریق مختلفی بتوان استفاده کرد. به طور معمول،‌ محفظه تبخیر را تا دمایی کمتر از 50 درجه سانتی‌گراد، بیشتر از پایین‌ترین نقطه جوش ترکیب نمونه حرارت می‌دهند و آن را با گاز حامل ترکیب می‌کنند تا نمونه را به داخل ستون هدایت کنند.

کروماتوگرافی گازی

گاز حامل

گاز حامل نقش مهمی را در کروماتوگرفی گازی ایفا می‌کند. گاز حامل، گازی خشک،‌ بی‌اثر و عاری از اکسیژن است. به همین منظور، از گاز هلیوم به عنوان گاز حامل استفاده می‌کنند. دامنه جریانی زیاد، ایمنی و سازگاری با بیشتر آشکارسازها سبب شده است تا این گاز به عنوان متداول‌ترین نوع گاز حامل در کروماتوگرافی شناخته شود. از گازهای نیتروژن، آرگون و هیدروژن نیز، بسته به نوع عملکرد مورد نظر می‌توان استفاده کرد. هر دو گاز هیدروژن و هلیوم در آشکارسازهای قدیمی همچون یونیزه شدن شعله (FID)، رسانایی حرارتی (TCD) و به‌دام‌انداختن الکترون (ECD) مورد استفاده قرار می‌گیرند که موجب کاهش زمان تحلیل می‌شوند و به دلیل سرعت جریان بالاتر و وزن مولکولی کمتر، دمای «شویش» (Elution) را کاهش می‌دهند. آشکارسازهای دیگری همچون طیف‌سنج جرمی، از نیتروژن یا آرگون استفاده می‌کنند که به دلیل وزن مولکولی بالاتر، مزایای بیشتری نسبت به هیدروژن یا هلیوم دارند.

خلوص گاز

گاز حامل باید خلوص بالایی داشته باشد چراکه ناخالصی‌هایی همچون اکسیژن و آب می‌توانند با فاز مایع در ستون واکنش دهند و آن را تخریب کنند. در این خصوص، ستون‌های شامل پلی‌استر، پلی‌گلایکول و پلی‌آمید، بیشتر در معرض خطر هستند.

تراکم‌پذیری گاز حامل

از آن‌جایی که گاز حاملی که به ستون کروماتوگرافی وارد می‌شود تحت فشار قرار دارد و خروجی ستون نیز در فشار اتمسفری است، در نتیجه، فشار ورودی $$p_i$$، بیشتر از فشار خروجی $$p_o$$ خواهد بود. بنابراین، گاز در بخش ورودی، فشرده و به هنگام عبور از داخل ستون،‌ منبسط می‌شود. همچنین، جریان حجمی نیز از ابتدا تا خروجی ستون، افزایش خواهد یافت.

به طور معمول، جریان حجمی را در خروجی اندازه می‌گیرند که بیشترین مقدار را دارد. برای بدست آوردن جریان متوسط $$\overline{F}_c$$، جریان خروجی در ضریب تصحیح $$j$$ ضرب خواهد شد:

$$j = \frac { 3 } { 2 } \left[ \frac { \left( \frac { p _ { \mathrm { i } } } { p _ { \mathrm { o } } } \right) ^ { 2 } – 1 } { \left( \frac { p _ { \mathrm { i } } } { p _ { \mathrm { o } } } \right) ^ { 3 } – 1 } \right]$$

$$\bar { F } _ { \mathrm { c } } = j \times F _ { \mathrm { c } }$$

کنترل جریان

اندازه‌گیری و کنترل جریان گاز برای بازده ستون و تحلیل کیفی بسیار ضروری است. بازده ستون به سرعت خطی گاز بستگی دارد که به سادگی می‌توان آن را بدست آورد. برای بررسی کیفی، باید جریانی ثابت و «قابل تولید مجدد» (Reproducible) داشته باشیم تا از طریق آن بتوان «زمان‌های بازداری» (Retention Time) قابل تولید مجدد داشته باشیم. مقایسه زمان‌های بازداری، از سریع‌ترین و ساده‌ترین روش‌ها برای شناسایی ترکیبات به شمار می‌آید. توجه داشته باشید که دو ترکیب یا بیشتر، زمان‌های بازداری یکسانی می‌توانند داشته باشند اما هیچ ترکیبی، زمان‌های بازداری متفاوتی ندارد. در نتیجه،‌ از مشخصه‌های یک حل‌شونده، زمان بازداری آن است اما این زمان، یکتا نیست. لازم به ذکر است که برای استفاده از این روش، تجهیزات مناسب کنترل جریان مورد نیاز خواهد بود.

کروماتوگرافی گازی

گرمکن ستون

یک گرمکن ترموستاتی، وظیفه کنترل دمای ستون را با دقت 0/1 درجه سانتیگراد به عهده دارد که از دو طریق از آن استفاده می‌کنند. «شرایط همدما» (Isothermal Programming) یا شرایط دمای متغیر. در شرایط همدما، دمای ستون در طول جداسازی، ثابت می‌ماند. نقطه بهینه دما در این حالت را، میانه بازه نقطه جوش نمونه در نظر می‌گیرند. زمانی که نقطه جوش، بازه عریضی نداشته باشد، می‌توان از شرایط همدما استفاده کرد. اگر بازه نقطه جوش عریضی داشته باشیم و شرایط همدما را برای دمای پایین ستون در نظر بگیریم، برش‌هایی از نمونه که نقطه جوش پایین دارند، به خوبی مشخص خواهند شد اما برش‌ها با نقطه جوش بالاتر، دچار «پهن‌شدگی باند» (Band Broadening) خواهند شد. اگر دما را به نزدیکی نقطه جوش موادی برسانیم که خود، نقطه جوش بالایی دارند، اجزا با نقطه جوش بالا، به خوبی و با پیک (قله)‌های تیز مشخص خواهند شد اما اجزا با نقطه جوش پایین‌تر، به سرعت شویش می‌شوند و هیچ جداسازی صورت نمی‌گیرد.

در شرایط دمای متغیر،‌ دمای ستون به طور پیوسته یا پله‌ای و با پیشرفت فرآیند، افزایش می‌یابد. از این روش می‌توان برای جداسازی موادی استفاده کرد که بازه نقطه جوش عریضی داشته باشند. در نتیجه، فرآیند در دمای پایین آغاز می‌شود تا مشکلات اجزا با نقطه جوش پایین را نداشته باشیم و در طی فرآیند نیز با افزایش دما، مشکل دمای پایین را برای اجزا با نقطه جوش بالا حل خواهیم کرد. به طور معمول، سرعتی برابر با 5-7 درجه سانتیگراد در هر دقیقه را برای این فرآیند در نظر می‌گیرند.

کروماتوگرافی گازی

انواع ستون کروماتوگرافی گازی

ستون‌های لوله‌باز که به ستون‌های مویین نیز معروف هستند، در دو شکل مختلف وجود دارند. نوع اول موسوم به ستون «لوله‌باز دیواره اندود» (Wall Coated Open Tubular) یا (WCOT) هستند و نوع دوم معروف به ستون‌های «لوله‌باز کمکی» (Support Coated Open Tubular) یا SCOT است.

ستون‌های WCOT، لوله‌های مویینی هستند که با لایه‌ای نازک از فاز ساکن در طول دیواره اندود شده است. در ستون‌های SCOT، در ابتدا، دیواره ستون با لایه‌ای نازک با ضخامت ۳۰ میکرومتر از یک جاذب جامد، اندود می‌شود. این جاذب که معمولا از جنس «خاک دیاتومه» (Diatomaceous Earth) است، با مایع فاز ساکن فرآوری خواهد شد. ستون‌های SCOT به دلیل حجم نمونه بالایی که دارند، در مقایسه با ستون‌های WCOT، حجم بیشتری از فاز ساکن را در خود نگهداری می‌کنند اما ستون‌های WCOT، بازده بالاتری را بدست می‌دهند.

بیشتر ستون‌های WCOT جدید از شیشه ساخته شده‌اند اما استفاده از ستون‌هایی از جنس فولاد ضدزنگ، آلومینیوم، مس و پلاستیک نیز دور از ذهن نیست. بسته به نوع استفاده، هر کدام از ستون‌ها نقاط ضعف و قوت خود را دارند. از نقاط قوت ستون‌های WCOT شیشه‌ای می‌توان به امکان «زدایش شیمیایی» (Chemical Etching) اشاره کرد که معمولا به کمک هیدروکلریک اسید غلیظ یا گازی بدست می‌آید. فرآیند زدایش (شستشو)، سبب ایجاد سطحی زبر روی شیشه می‌شود که به همین دلیل، به چسبندگی محکم‌تر آن به سطح ستون کمک می‌کند.

کروماتوگرافی گازی

یکی از متداول‌ترین نوع از ستون‌های مویین، نوع خاصی از WCOT موسوم به ستون «دیواره اندود با شیشه سیلیسی» (Fused-Silica Wall Coated) یا FSWC است. دیواره این ستون‌ها شامل سیلیس خالص با مقادیر کمی از اکسیدهای فلزی هستند. ضخامت این ستون‌ها به مراتب از ستون‌های شیشه‌ای کمتر خواهد بود به طوریکه قطر آن‌ها در حدود 0/1 میلی‌متر و طول آن‌ها ۱۰۰ متر است. بمنظور حفاظت از از ستون، دیواره خارجی لوله را با پلی‌ایمید پوشش می‌دهند و آن‌را به گونه‌ای خم می‌کنند تا در گرمکن دستگاه کروماتوگرافی گازی قرار گیرد.

ستون‌های FSWC، به دلیل بی‌اثر بودن، بازده بالای ستون و حجم کم نمونه مورد نیاز، جایگزین مناسبی برای سایر ستون‌های مورد استفاده هستند. در ستون‌های WCOT، در طول ۱۰۰ متر می‌توان به حدود ۴۰۰ هزار سینی نظری دست پیدا کرد که رکورد جهانی آن بیش از ۲ میلیون ستون در یک مقطع 1/3 کیلومتری ذکر شده است.

ستون‌های پرشده، از شیشه یا لوله‌های فلزی ساخته شده‌اند که با موادی همچون خاک دیاتومه پر شده‌اند. قطر این ستون‌ها نسبت به ستون‌های قبلی، بیشتر و طول آن‌ها محدود است. دلیل این امر، دشواری پرکردن یکنواخت این ستون‌ها ذکر می‌شود. در نتیجه،‌ بازدهی ستون‌های پرشده در بهترین حالت، حدود ۵۰ درصد ستون‌های WCOT خواهد بود. علاوه بر این، خاک دیاتومه‌ای که برای پر کردن ستون از آن‌ها بهره می‌گیرند،‌ به مرور، به دلیل جذب ناخالصی‌های ستون، غیرفعال می‌شوند. در مقابل، ساخت ستون‌های لوله‌باز FSWC به گونه‌ای است که این مشکلات را به همراه ندارند. در جدول زیر، مشخصات ستون‌های مختلف کروماتوگرافی گازی آورده شده‌ است:

نوع ستون
«پرشده» (Packed) SCOT WCOT FSWC
طول ستون 6-1 متر 100-10 متر 1000-10 متر 1000-10 متر
قطر داخلی 4-2 میلی‌متر 0/5 میلی‌متر 0/75-0/25 میلی‌متر 0/3-0/1 میلی‌متر
بازده (سینی/متر) 1000-500 1200-600 4000-1000 4000-2000
اندازه نمونه (ng) 1000000-10 1000-10 1000-10 75-10
فشار بالا پایین پایین پایین
سرعت آهسته سریع سریع سریع
بی‌اثر بودن ضعیف مناسب خوب بهترین

در زمینه‌های مختلفی می‌توان از ستون‌های متفاوتی بهره گرفت. بسته به نوع نمونه، برخی از ستون‌های کروماتوگرافی گازی از برخی دیگر بهتر هستند. به طور مثال، ستون FSWC که در تصویر  زیر آمده، به طور ویژه برای بررسی الکل در خون طراحی شده است.

کروماتوگرافی گازی

سیستم‌های آشکارساز

«آشکارساز» (Detector) دستگاهی است که در انتهای ستون قرار دارد و امکان اندازه‌گیری کمی اجزای مخلوط شویش شده را فراهم می‌کند. در حالت نظری، هر نوع خاصیتی در مخلوط گازی که با گاز حامل متفاوت باشد را می‌توان به عنوان روش آشکارسازی بکار برد. این نوع از خواص آشکارسازی به دو دسته تقسیم می‌شوند: خواص توده‌ای و خواص ویژه. «خواص توده‌ای» (Bulk Properties) که به خواص کلی نیز معروف هستند، به خاصیت‌هایی می‌گویند که آنالیت و گاز حامل، هر دو آن را داشته باشند اما با درجات متفاوت. خواص ویژه، به ویژگی‌هایی می‌گویند که سبب می‌شود تا به کمک آن به وجود برخی عناصر پی برد.

هر آشکارساز دو قسمت اصلی دارد که در نهایت وظیفه تبدیل خواص شناسایی شده به سیگنال الکتریکی را دارند. این سیگنال‌ها در نهایت بر روی یک کروماتوگرام (رنگ‌نگار) ثبت می‌شوند. بخش اول یک آشکارساز، سنسور آن است که در نزدیک‌ترین نقطه خروجی ستون نصب می‌شود تا نتایج آن بهینه باشد. بخش دوم، شامل قطعه‌ای الکترونیکی است که وظیفه تبدیل سیگنال‌های آنالوگ به دیجیتال را دارد و به کمک آن می‌توان سیگنال‌ها را در کامپیوتر مورد بررسی قرار داد. هرقدر تبدیل سیگنال، زودتر انجام شود، «نسبت سیگنال به نویز» (Singnal-to-Noise Ration) بیشتر خواهد بود چراکه سیگنال‌های آنالوگ به راحتی دچار اختلال می‌شوند.

کروماتوگرافی گازی

مشخصه‌های آشکارساز

یک آشکار ساز کروماتوگرافی گازی را با مشخصه‌های متعددی تعریف می‌کنند. اولین موردی که در خصوص یک آشکارساز ذکر می‌شود،‌ میزان حساسیت مناسب جهت فراهم کردن سیگنال‌ها با وضوح بالا برای تمامی اجزای مخلوط خواهد بود. این مورد، نوعی از آشکارساز ایده‌ال است که در آن، حجم نمونه به صفر می‌رسد و حساسیت آشکارساز نیز مقداری بی‌نهایت خواهد داشت. علاوه بر این، مقدار نمونه نیز باید قابلیت بازتولید داشته باشد زیرا بسیاری از ستون‌ها در صورت عدم تزریق نمونه کافی، پیک (قله)های مناسبی بدست نمی‌دهند.

یک ستون ایده‌آل باید از لحاظ شیمیایی خنثی باشد و موجب تغییر ماهیت نمونه نشود. ستون‌های بهینه،‌ این قابلیت را دارند که در دمای $$-200\ ^\circ C$$ تا $$400\ ^\circ C$$ عملکرد مناسبی داشته باشند.

البته واضح است که هیچ آشکارسازی تمامی این قابلیت‌ها را همزمان و با هم ندارد. در جدول زیر،‌ آشکارسازهای مختلف و ویژگی‌های آن‌ها آورده شده است و در ادامه قصد داریم تا به طور خلاصه به توضیح یکی از این آشکارسازها بپردازیم.

نوع آشکارساز نماد انگلیسی نمونه‌های مناسب محدوده شناسایی
طیف‌سنج جرمی MS قابل تنظیم برای تمامی نمونه‌ها $$.25 {- } 100 \mathrm\ { pg }$$
یونش شعله FID هیدروکربن‌ها $$1 \mathrm { pg } / \mathrm { s }$$
هدایت حرارتی TCD تمامی نمونه‌ها $$500 \mathrm { pg } / \mathrm { ml }$$
به‌دام انداختن الکترون ECD هیدروکربن‌های هالوژن‌دار $$\text { 5 fg/s }$$
گسیل اتمی AED انتخابی $$1\ pg$$
نورتابی شیمیایی CS واکنش‌گر (ریجنت) اکسنده محدوده «جریان تاریکی» (Dark Current) افزاینده فوتوالکتریک
یونش نوری PID ترکیبات بخار و گاز $$0.002 – .02\ \mu g / L$$

آشکارساز طیف‌سنج جرمی

شناساگرهای «طیف‌سنج جرمی» (Mass Spectrometer)، از قدرتمند‌ترین شناساگرها به شمار می‌آیند. در یک سیستم کروماتوگرافی گازی شامل طیف‌سنج جرمی (GC/MS)، این طیف‌سنج، جرم‌ها را به طور پیوسته در طول فرآیند جداسازی اسکن می‌کند. زمانی که نمونه از ستون کروماتوگرافی گازی خارج شود، از میان خط انتقالی عبور خواهد کرد که به ورودی طیف‌سنج جرمی می‌رسد.

در مرحله بعد، نمونه دچار یونش و «گسیختگی» (Fragmentation) خواهد شد. این اتفاق به طور معمول از طریق یک منبع یونی انجام می‌شود. در طول فرآیند، نمونه توسط الکترون‌ها بمباران خواهد شد. در اثر این اتفاق، مولکول‌ها به دلیل دافعه الکترواستاتیک، الکترون از دست می‌دهند و دچار یونش می‌شوند. ادامه بمباران سبب گسیختگی آن‌ها خواهد شد. در مرحله بعد، یون‌ها بر اساس نسبت جرم به بار مرتب خواهند شد.

کروماتوگرام،‌ «زمان‌های بازداری» (Retention Time) را نشان خواهد داد و طیف‌سنج جرمی، از پیک‌ها برای مشخص کردن نوع مولکول‌های حاضر در مخلوط استفاده خواهد کرد. تصویر زیر، یک نمودار طیف‌سنجی جرمی آب را با نسبت‌های جرم به بار $$(m/z)$$ مناسبی نشان می‌دهد.

کروماتوگرافی گازی

محدودیت‌های سیستم کروماتوگرافی گازی-طیف‌سنج جرمی

این نوع از سیستم‌های GC-MS بسیار گرانقیمت هستند و اوپراتورهای ماهری نیز برای آن‌ها وجود ندارد. همچنین به دلیل قیمت بالای این دستگاه‌ها، دانشگاه‌های مختلف در دنیا، امکان آموزش افراد متخصص در این زمینه را ندارند.

تحلیل داده‌ها در کروماتوگرافی گازی

کروماتوگرام یک نمونه هیدروکربنی در سیستم GC-MS به همان شکلی خواهد بود که آن را با FID انجام دهیم. به پیک با پهنای یک ثانیه توجه داشته باشید. این امر بدان معنی است که سیستم طیف‌سنج جرمی باید پیک سیستم کروماتوگرافی گازی را در حدود ده بار در ثانیه بمنظور بدست آوردن یک طیف مناسب جرمی اسکن کند.

کروماتوگرافی گازی

در تصویر زیر، مکانیسم کلی برای گسیختگی ان-هگزان (نرمال هگزان) نشان داده شده است. یک الکترون یونیزه کننده سبب برانگیختگی مولکول و خروج یک الکترون و تولید یون مولکولی با نسبت جرم به بار 86 می‌شود. این ذرات، ناپایدار هستند و به سرعت به ذرات پایدارتر تبدیل خواهند شد که در این حالت، نسبت جرم به بار آن‌ها به ترتیب ۴۳،۵۷،۷۱ و ۲۹ است. بخشی که بیشترین فراوانی را دارد، یعنی $$m/z = 57$$ را به عنوان «پیک مبنا» (Base Pick) در نظر می‌گیرند و نمودار بر اساس آن مقیاس خواهد شد و سایر پیک‌ها بر اساس مقیاس اصلی رسم می‌شوند. نتیجه، طیف جرمی ان-هگزان خواهد بود.

کروماتوگرافی گازی

کروماتوگرافی گازی
طیف جرمی نرمال هگزان

رسم داده‌ها

داده‌ها را می‌توان به دو صورت رسم کرد:

  • «اسکن کلی» (Total Scan) که به TIC معروف است.
  • رصد انتخابی یون‌ها (SIM)

روش اول برای مشخص کردن ترکیبات ناشناخته بکار می‌رود که در این حالت، دامنه‌ جرمی مشخصی به طور مثال بین 40-400 دالتون اسکن خواهد شد. کلیه پیک‌ها گزارش می‌شوند و به کمک آنها، طیف جرمی به منظور شناسایی پیک‌ها مورد استفاده قرار خواهد گرفت و به کمک کامپیوتر، عمل تطبیق و شناسایی پیک‌ها صورت می‌گیرد.

در حالت دوم،‌ تنها تعداد کمی از یون‌ها کنترل خواهند شد و جمع‌آوری داده در طول عمر پیک کروماتوگرافی گازی بیشتر خواهد بود. در نتیجه، داده‌های «کمی» (Quantitative) بهتری خواهیم داشت و به تبع آن، حساسیت بالاتر می‌رود. به خاطر داشته باشید که از SIM نمی‌توان در تحلیل‌های کیفی استفاده کرد اما برای بررسی ترکیب‌هایی خاص، بسیار مناسب است.

کروماتوگرافی گازی

کاربردهای کروماتوگرافی گازی

کروماتوگرافی گازی،‌ روشی فیزیکی برای جداسازی مخلوط‌های فرار به شمار می‌آید. از این روش در زمینه‌های بسیاری همچون داروسازی، ساخت لوازم آرایشی و حتی در بررسی سموم می‌توان بهره گرفت. از آن‌جایی که در این روش، نمونه‌ها باید فرار باشند، تنفس انسان، خون، بزاق و دیگر ترشحاتی که حاوی مقدار زیادی از مواد آلی فرار هستند را از طریق کروماتوگرافی گازی می‌توان به سادگی مورد تحلیل و بررسی قرار داد.

نمونه‌های هوا را نیز می‌توان به کمک کروماتوگرافی گازی مورد بررسی قرار داد. در بیشتر مواقع، واحدهای کنترل کیفیت هوا از کروماتوگرافی به همراه FID برای تعیین نوع اجزا در نمونه هوا استفاده می‌کنند. با وجود اینکه آشکارسازهای دیگری را نیز می‌توان بکار گرفت اما به دلیل حساسیت و وضوح مناسب و همچنین قابلیت آشکارسازی مولکول‌های بسیار کوچک، از FID بهره می‌گیرند.

کروماتوگرافی گازی به همراه طیف‌سنج جرمی نیز روش دیگری است که به کمک آن می‌توان اجزای یک مخلوط را به کمک عوامل زمان بازداری و فراوانی نمونه تعیین کرد. از این روش، بیشتر در داروسازی و تعیین مقادیر مواد شیمیایی یک دارو استفاده‌ می‌شود. علاوه بر این، شرکت‌های سازنده لوازم آرایشی و بهداشتی، برای اندازه‌گیری میزان مواد شیمیایی از کروماتوگرافی گازی به همراه طیف‌سنج جرمی بهره می‌گیرند.

معادله حاکم در کروماتوگرافی گازی

از «ارتفاع معادل سینی نظری» (Height Equivalent to a Theoretical Plate) که به HETP موسوم است جهت محاسبه نرخ جریان به کمک تعداد کل سینی‌های نظری (N) و طول ستون (L) کاربرد دارد. در برخی موارد صنعتی، از HETP بمنظور تبدیل تعداد سینی‌های نظری به ارتفاع ستون پرشده استفاده می‌کنند. HETP را می‌توان به کمک «رابطه فن-بیمتر» (van-Beemter) محاسبه کرد:

$$HETP= A + \dfrac{B}{υ} + Cv $$

  • : عبارت مربوط به «نفوذ اددی» (Eddy Diffusion) که موجب پهن‌شدگی باند مربوط به حل‌شونده خواهد شد.
  • : عبارت مربوط به «نفوذ طولی» (Longitudinal Diffusion) است که موجب پهن‌شدگی باند مربوط به آنالیت می‌شود.
  • : ضریب انتقال جرم بین فاز ساکن و متحرک
  • $$v$$: سرعت خطی

اگر این مطلب برای شما مفید بوده است، آموزش‌های زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

^^

سهیل بحر کاظمی (+)

«سهیل بحرکاظمی» دانش‌آموخته کارشناسی ارشد رشته مهندسی نفت، گرایش مهندسی مخازن هیدروکربوری از دانشگاه علوم و تحقیقات تهران است. به عکاسی و شیمی آلی علاقه دارد و در زمینه‌ متون شیمی به تولید محتوا می‌پردازد.

بر اساس رای 40 نفر

آیا این مطلب برای شما مفید بود؟

3 نظر در “کروماتوگرافی گازی — از صفر تا صد

  • با سلام و خسته نباشید، چند تا سوال داشتم،نتونستم جایی پیدا کنم:
    ۱. منظور از مسمومیت ستون چیست و چه موقع رخ می دهد و چگونه آن را رفع کنیم؟
    ۲. چه موقع از ستون با طول زیاد استفاده می شود؟ محدودیت طول ستون چقدر است؟
    ۳. چرا به جای GC mass از FTIR و یا raman استفاده نمی کنیم؟ مگر چه ار جحیتی دارد؟
    ممنون میشم بهم جواب بدید

    1. با سلام؛

      از همراهی شما با مجله فرادرس سپاس‌گزاریم.
      در پاسخ به سوال اول باید بگوییم که غیرفعال شدن ستون به هر دلیلی می‌تواند موجب مسمومیت شود که در برخی موارد، همانطور که در متن ذکر شده است، به دلیل جذب ناخالصی‌های ستون در ستون‌های پرشده رخ می‌دهد. برای جلوگیری از این اتفاق باید به دستگاه و دستورالعمل‌های مربوط به «تعمیر و نگهداری» (Maintenance) مراجعه کرد.
      در پاسخ به سوال دوم هم باید گفت طول ستون یکی از عواملی است که بر نتیجه کروماتوگرافی تاثیرگذار است. در حقیقت، زمان، وضوح و سرعت کروماتوگرافی را باید در نظر داشته باشیم و بر اساس آن، طول ستون مناسب انتخاب شود اما به طور معمول، برای بدست آوردن وضوح بیشتر نتایج، از طول ستون بلندتر استفاده می‌کنند.
      از سایر روش‌های طیف‌سنجی نیز استفاده می‌شود که به این موارد در مطالب «تعیین گروه عاملی به کمک طیف سنجی مادون قرمز — از صفر تا صد»، «شناسایی پلیمرها — به زبان ساده» و «طیف سنجی مولکولی — به زبان ساده» پرداخته شده است.

      با تشکر

نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *