کروماتوگرافی گازی چیست ؟

کروماتوگرافی گازی یکی از روش‌های کروماتوگرافی است که برای بررسی و جداسازی مواد فرار بدون تجزیه شدن آن‌ها به کار می‌رود. در این روش، جداسازی اجزا یک مخلوط متناسب با میزان توزیع اجزا تشکیل دهنده مخلوط بین فاز متحرک گازی و فاز ساکن جامد یا مایع صورت می‌گیرد.
. کروماتوگرافی گازی در صنایع مختلفی مانند صنایع غذایی، داروسازی و کنترل کیفیت محصولات استفاده می‌شود.

راهنمای استفاده از دستگاه کروماتوگرافی گازی ( GC )

انتخاب گاز حامل مناسب:

گاز حامل باید خلوص بالایی داشته باشد. معمولاً نیتروژن با خلوص 99.99 درصد استفاده می‌شود، اما گازهای دیگری مانند هلیوم، آرگون و دی‌اکسید کربن نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند.

در کروماتوگرافی گازی، گاز حامل نقش حمل کننده مولکول‌های آنالیت از طریق ستون حرارتی را دارد. انتخاب گاز حامل مناسب در کروماتوگرافی گازی بسیار مهم است .

عوامل موثر در انتخاب گاز حامل کروماتوگرافی گازی

بی‌اثر بودن شیمیایی: گاز حامل باید از نظر شیمیایی بی‌اثر باشد و با آنالیت واکنش ندهد

خلوص بالا: گاز حامل باید خلوص بالایی داشته باشد تا ناخالصی‌هایی مانند اکسیژن و آب که می‌توانند با فاز ساکن در ستون واکنش دهند و آن را تخریب کنند، از آن حذف شوند. برخی از گازهای حامل شامل هلیوم، آرگون، نیتروژن، هیدروژن و دی‌اکسید کربن هستند

سرعت جریان: سرعت جریان گاز حامل باید مناسب باشد تا آنالیت به طور کامل از ستون عبور کند و زمان تجزیه و تحلیل کاهش یابد. سرعت جریان گاز حامل می‌تواند آهسته، سریع یا بسیار سریع باشد

نوع ستون: نوع ستون کروماتوگرافی گازی نیز می‌تواند تأثیری در انتخاب گاز حامل داشته باشد. برای مثال، در ستون‌هایی که فاز ساکن آنها جامد است، از گاز حامل بی‌اثر مانند هلیوم و آرگون استفاده می‌شود، در حالی که در ستون‌هایی که فاز ساکن مایع غیرفرار است، از گاز حامل مانند هیدروژن، نیتروژن و دی‌اکسید کربن استفاده می‌شود.

تراکم‌پذیری مناسب: گاز حامل باید تراکم‌پذیری مناسبی داشته باشد تا بتواند به خوبی از ستون عبور کند و نمونه را به خوبی جداسازی کند.

قیمت مناسب: قیمت گاز حامل باید مناسب باشد تا بتواند به صورت پایدار در طول آزمایش استفاده شود

سازگاری با دتکتور: گاز حامل باید با دتکتور سازگار باشد تا بتواند به خوبی تشخیص داده شود

به طور کلی، گاز حامل مناسب باید خلوص بالا، تراکم‌پذیری مناسب، سرعت جریان مناسب، قیمت مناسب و سازگاری با دتکتور را داشته باشد. استفاده از گاز حامل مناسب می‌تواند به بهبود دقت و حساسیت تجزیه و تحلیل کمک کند.

با توجه به این عوامل، انتخاب گاز حامل در کروماتوگرافی گازی باید با دقت و با توجه به نیازهای آزمایشی و خصوصیات آنالیت انجام شود.

تزریق نمونه:

نمونه آنالیت معمولاً در حالت مایع به سیستم تزریق می‌شود.

در کروماتوگرافی گازی، نمونه به صورت توده‌ای از بخار و با سرعت بهینه وارد ستون کروماتوگرافی گازی شده و با گاز حامل مخلوط شده و بعد از مخلوط شدن، فاز متحرک وارد ستون می‌شود. برای تزریق نمونه به دستگاه کروماتوگرافی گازی، محفظه تبخیر را تا دمایی کمتر از 50 درجه سانتی‌گراد، بیشتر از پایین‌ترین نقطه جوش ترکیب نمونه حرارت داده و آن را با گاز حامل ترکیب می‌کنند تا نمونه را به داخل ستون هدایت کنند. گاز حامل باید خشک، عاری از اکسیژن و از لحاظ شیمیایی بی‌اثر باشد.

تزریق نمونه در دستگاه کروماتوگرافی گازی یکی از مراحل مهم در این فرآیند است. برای تزریق نمونه در کروماتوگرافی گازی، معمولاً از روش تزریق Split استفاده می‌شود که رایج‌ترین و همه‌کاره‌ترین روش در این زمینه است

. در این روش، نمونه با تزریق در یک لایه شیشه‌ای گرم‌شده تبخیر می‌شود و سپس گاز حامل یا کل نمونه (حالت Splitless) یا بخشی از آن (حالت تقسیم) را به داخل ستون می‌برد

برای تزریق نمونه در کروماتوگرافی گازی، مراحل زیر را دنبال کنید:

ابتدا دستگاه کروماتوگرافی گازی را روشن کنید و دمای محفظه تبخیر را تنظیم کنید. دمای محفظه تبخیر باید کمتر از 50 درجه سانتیگراد و بیشتر از پایین‌ترین نقطه جوش ترکیب نمونه باشد

نمونه مایع یا گازی را از طریق یک دیسک لاستیکی و به یک پورت گرم و با دمای کنترل‌شده متصل به ستون تزریق کنید

گاز حامل (مانند هلیوم، آرگون، نیتروژن یا هیدروژن) را از طریق سیستم تزریق به داخل ستون هدایت کنید

همانطور که گاز حامل مولکول‌های آنالیت را از طریق ستون حمل می‌کند، مولکول‌های آنالیت به دیواره‌های ستون یا روی مواد بسته‌بندی می‌چسبند و در نهایت جدا می‌شوند.

برای تنظیم دمای کروماتوگرافی گازی، باید به عوامل زیر توجه شود:

دمای ستون:

تنظیم دمای ستون باید به دمای جوش نمونه بستگی داشته باشد و این دما می‌تواند به دو صورت ایزوترمال و برنامه‌پذیر تنظیم شود. در روش ایزوترمال، دمای ستون ثابت است، در حالی که در روش برنامه‌پذیر، دمای ستون با زمان تغییر می‌کند

دمای انژکتور:

دمای انژکتور باید به گونه‌ای تنظیم شود که نمونه به صورت کامل تبخیر شود و به ستون وارد شود. در روش Splitless، دمای انژکتور باید بالاتر از دمای جوش نمونه باشد تا نمونه به صورت کامل تبخیر شود. در روش Split، دمای انژکتور باید پایین‌تر از دمای جوش نمونه باشد تا بخشی از نمونه به صورت بخار به ستون وارد شود

دمای گاز حامل: دمای گاز حامل باید به گونه‌ای تنظیم شود که نمونه به صورت کامل از ستون عبور کند. تنظیم دمای گاز حامل می‌تواند به صورت ایزوترمال یا برنامه‌پذیر تنظیم شود

دمای دتکتور: دمای دتکتور باید به گونه‌ای تنظیم شود که سیگنال دهی بهینه را ارائه کند. دمای دتکتور می‌تواند به صورت ایزوترمال یا برنامه‌پذیر تنظیم شود

به طور کلی، تنظیم دمای کروماتوگرافی گازی باید با توجه به خصوصیات نمونه و هدف تجزیه و تحلیل انجام شود. تنظیم درست دما می‌تواند به بهبود دقت و حساسیت تجزیه و تحلیل کمک کند.

تفاوت روش های تزریق در کروماتوگرافی گازی

در کروماتوگرافی گازی، دو روش تزریق Split و Splitless وجود دارد که در هر دو روش، نمونه به صورت بخار وارد ستون کروماتوگرافی گازی می‌شود. با این حال، تفاوت اصلی بین این دو روش در میزان گاز حاملی است که برای حمل نمونه به کار می‌رود. در روش Split، یک قسمت از نمونه به صورت بخار به ستون وارد می‌شود و بخش دیگری از نمونه با گاز حامل به سمت خارج از ستون هدایت می‌شود. با این روش، میزان گاز حامل بسیار بالا است و به عنوان یک راه حل برای جلوگیری از تشکیل بخارات زیاد در ستون استفاده می‌شود. در روش Splitless، تمام نمونه به صورت بخار به ستون وارد می‌شود و گاز حامل بسیار کمتری برای حمل نمونه به کار می‌رود. این روش برای نمونه‌هایی که حجم کمی دارند و برای تشخیص ترکیبات کم مقدار مفید استفاده می‌شود.

برای تزریق Split در کروماتوگرافی گازی، معمولاً در شرایط زیر استفاده می‌شود:

نمونه‌هایی که حجم زیادی دارند و می‌توانند بخارات زیادی در ستون تولید کنند.

نمونه‌ ای که ترکیبات زیادی دارد و نیاز به تمیز کردن ستون از ترکیبات غیرمورد نظر دارد.

نمونه‌هایی که میزان ترکیبات کمتری دارند و نیاز به تمرکز و تشدید سیگنال دارند.

در مقابل، تزریق Splitless در کروماتوگرافی گازی در شرایط زیر استفاده می‌شود:

نمونه‌هایی که حجم کمی دارند و نیاز به تشخیص ترکیبات کم مقدار دارند.

نمونه‌ ای که ترکیبات غلیظی دارد و نیاز به تمرکز و تمیز کردن ستون از ترکیبات غیرمورد نظر ندارد.

نمونه‌هایی که میزان ترکیبات بیشتری دارند و نیاز به تمرکز سیگنال ندارند.

به طور کلی، استفاده از روش Split یا Split less بستگی به خصوصیات نمونه و هدف تجزیه و تحلیل دارد. انتخاب درست روش تزریق می‌تواند به بهبود حساسیت و دقت تجزیه و تحلیل کمک کند.

تنظیم دمای ستون:

دمای ستون بهینه کمی بالاتر از نقطه جوش متوسط نمونه است. دمای آون در دو حالت ایزوترمال (Isothermal) و برنامه‌پذیر (Programing) تنظیم می‌شود

برای تنظیم دمای بهینه برای ستون در کروماتوگرافی گازی، می‌توانید از روش‌ها و راهنمایی‌های زیر استفاده کنید:

استفاده از راهنمای تولید کننده: بهترین راه برای تنظیم دمای بهینه ستون، مطالعه راهنمای تولید کننده دستگاه کروماتوگرافی است. تولید کننده دستگاه معمولاً راهنمایی‌های دقیقی در مورد تنظیم دما و پارامترهای دیگر ارائه می‌دهد.

تجربه قبلی: تجربه قبلی خود را در تنظیم دما به کار بگیرید. اگر در آزمایش‌های قبلی با تنظیم دماهای مختلف آزمایشی، نتایج بهتری به دست آورده‌اید، می‌توانید از همان تنظیمات استفاده کنید.

تست و خطا: می‌توانید با تست و خطا، دماهای مختلف را برای ستون تنظیم کنید و نتایج را بررسی کنید. با تغییر دما، می‌توانید تأثیر آن را بر جداسازی و طیف نمونه‌ها بررسی کنید و دمای بهینه را تعیین کنید.

تنظیم انژکتور: دمای انژکتور نیز می‌تواند تأثیر زیادی بر دمای ستون داشته باشد. با تنظیم دمای انژکتور، می‌توانید دمای بهینه برای ستون را تعیین کنید.

تنظیم دمای گاز حامل: دمای گاز حامل نیز می‌تواند تأثیری در دمای ستون داشته باشد. با تنظیم دمای گاز حامل، می‌توانید دمای بهینه برای ستون را تعیین کنید.

با توجه به این راهنماها و با توجه به خصوصیات نمونه و هدف تجزیه و تحلیل، می‌توانید دمای بهینه برای ستون در کروماتوگرافی گازی تنظیم کنید.

جداسازی اجزا:

اجزای یک نمونه تبخیر شده با تقسیم بین فاز متحرک گازی و فاز ساکن جداسازی می‌شوند

جداسازی اجزا در کروماتوگرافی گازی از طریق تزریق نمونه به ستون و استفاده از فاز ساکن و گاز حامل انجام می‌شود. در کروماتوگرافی گازی، اجزا مختلف موجود در نمونه بر اساس تفاوت‌های فیزیکی و شیمیایی جدا می‌شوند. این فرایند جداسازی بر اساس تفاوت در جذب و الکترون‌پذیری اجزا در فاز ساکن و تراکم‌پذیری آنها در گاز حامل انجام می‌شود.

مراحل جداسازی اجزا در کروماتوگرافی گازی

تزریق نمونه: نمونه مورد بررسی را به صورت گازی یا مایع به سیستم کروماتوگرافی گازی تزریق می‌کنیم. تزریق نمونه می‌تواند به صورت Split یا Splitless باشد، که در بالا به آنها اشاره شد.

جداسازی در ستون: نمونه پس از تزریق، به ستون کروماتوگرافی گازی هدایت می‌شود. ستون معمولاً دارای فاز ساکن است که اجزا را بر اساس تفاوت‌های فیزیکی و شیمیایی جدا می‌کند. فاز ساکن می‌تواند جامد یا مایع باشد و بسته به نوع نمونه و اجزا مورد بررسی، انتخاب می‌شود.

تعامل با گاز حامل: گاز حامل، که معمولاً یک گاز بی‌اثر مانند هلیوم، آرگون یا نیتروژن است، اجزا را از ستون عبور می‌دهد. گاز حامل باید تراکم‌پذیری مناسبی داشته باشد تا بتواند به خوبی اجزا را از ستون جدا کند.

تشخیص اجزا: اجزا جدا شده پس از عبور از ستون وارد دتکتور می‌شوند. دتکتور نوع و ترکیبات مورد تشخیص را تعیین می‌کند.

قسمت دتکتوردستگاه معمولاً از نوع فلزی، حرارتی، فلورسانس، جذب UV یا جذب نشری است.

از وضایف دتکتور میتوان به این مورد اشاره نمود که سیگنال‌های تولید شده توسط اجزا را تشخیص می‌دهد و به صورت الکترونیکی آنها را ثبت می‌کند.

تجزیه و تحلیل نتایج: سیگنال‌های ثبت شده توسط دتکتور تجزیه و تحلیل می‌شوند تا اجزا مورد نظر شناسایی و کمیت‌سنجی شوند. از روش‌های مختلفی مانند طیف‌سنجی جرمی (GC-MS) و طیف‌سنجی UV-Vis استفاده می‌شود.

با استفاده از این مراحل، اجزا مختلف در کروماتوگرافی گازی جدا شده و قابل شناسایی و تجزیه و تحلیل می‌شوند. انتخاب فاز ساکن و گاز حامل مناسب بر اساس خواص و نیازهای نمونه و اجزا مورد بررسی می‌تواند به بهبود جداسازی و دقت تجزیه و تحلیل کمک کند.

آشکارسازی:

اجزا جدا شده توسط آشکارساز شناسایی می‌شوند

. در کروماتوگرافی گازی، آشکارسازی نقش مهمی در تشخیص و تحلیل اجزا بازی می‌کند. آشکارسازی به معنای تشخیص و ثبت سیگنال‌های تولید شده توسط اجزا جدا شده در ستون است. این سیگنال‌ها معمولاً به صورت الکترونیکی ثبت می‌شوند و بر اساس آنها می‌توان اجزا را شناسایی و کمیت‌سنجی کرد.

در کروماتوگرافی گازی، از انواع آشکارسازها استفاده می‌شود که هر کدام ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند. برخی از آشکارسازهای معمول در کروماتوگرافی گازی عبارتند از:

آشکارساز حرارتی (Thermal Conductivity Detector – TCD): این آشکارساز بر اساس تفاوت در هدایت حرارتی گاز حامل و گازهای جدا شده کار می‌کند. وقتی که گازهای جدا شده از ستون عبور می‌کنند، هدایت حرارتی گاز حامل تغییر می‌کند و این تغییر در جریان الکتریکی آشکارساز قابل تشخیص است.

آشکارساز فلم (Flame Ionization Detector – FID): این آشکارساز بر اساس یونیزاسیون و احتراق ترکیبات آلی کار می‌کند. وقتی که ترکیبات آلی از ستون عبور می‌کنند، در حضور شعله، احتراق می‌شوند و یون‌های تشکیل شده به عنوان سیگنال تشخیص داده می‌شوند.

آشکارساز جذب UV (Ultraviolet Absorbance Detector – UVD): این آشکارساز بر اساس جذب نور فرابنفش توسط ترکیبات آلی کار می‌کند. وقتی که ترکیبات آلی از ستون عبور می‌کنند، نور فرابنفش به آنها تابیده می‌شود و جذب نور توسط آنها قابل تشخیص است.

آشکارساز جرمی (Mass Spectrometry Detector – MSD): این آشکارساز بر اساس تجزیه و تحلیل جرمی ترکیبات کار می‌کند. وقتی که ترکیبات از ستون عبور می‌کنند، توسط MSD تجزیه و تحلیل می‌شوند و طیف جرمی آنها ثبت می‌شود. این آشکارساز به دقت بالا و توانایی شناسایی دقیق ترکیبات کمک می‌کند.

هر آشکارسازی که استفاده می‌شود، ویژگی‌ها و محدودیت‌های خود را دارد و بسته به نوع نمونه و اجزا مورد بررسی، انتخاب می‌شود. استفاده از آشکارساز مناسب می‌تواند به بهبود دقت و حساسیت تجزیه و تحلیل کمک کند.