دستگاه GC یا کروماتوگراف گازی از تجهیزات آزمایشگاهی است که برای جداکردن و تشخیص اجزای شیمیایی مخلوط مواد به کار میرود و بر اساس آن میزان مواد و کمیتشان بررسی میشود. کروماتوگراف گازی دارای دو فاز ساکن و متحرک است و از بخشهای مختلفی تشکیل شده است این دستگاه برای نمونههای جامد، مایع و گاز کاربرد دارند؛ اما بیشتر برای موادی که در حالت بخار تجزیه نمیشوند، به کار میرود. برای اینکه نتیجه مثبت باشد باید اجزای تشکیلدهنده فرار باشند. این تکنیک از روشهای پرکاربرد در صنایع مختلف است. برای اینکه به این سؤال پرتکرار پاسخ دهیم یک کروماتوگراف گازی چیست این مطلب را تهیه کردیم تا بهصورت کامل نحوه کار کروماتوگراف گازی، به اجزای تشکیلدهنده و غیره بپردازیم.
کروماتوگراف گازی چگونه کار میکند؟
کروماتوگراف گازی از یک گاز حامل برای جداسازی مواد استفاده میکند. این گاز حامل، نقش فاز متحرک را به عهده دارد. گاز حامل مولکولهای نمونه را بهوسیله سیستم GC منتقل کرده که در حالت ایدهآل بدون واکنش و آسیب عمل میکند. در مرحله بعدی، نمونه در حالت مایع به دستگاه GC وارد یا اینکه از طریق یک سرنگ منتقل میشود و بعد به حالت بخار تغییر شکل میدهد.
اجزای تشکیل دهنده دستگاه GC
در ادامه این مطلب به اجزای تشکیل دهنده دستگاه GC خواهیم پرداخت.
گاز حامل Carrier Gas
گاز حامل مهمترین بخش از اجزای تشکیلدهنده دستگاه GC است که این بخش جزو فاز متحرک دستگاه به شمار می آید. گاز حامل باید خشک، بدون اکسیژن و واکنشناپذیر باشد که در کروماتوگراف گازی استفاده شود. معمولاً گاز هلیوم در دستگاه GC کاربرد بیشتری دارد؛ چون از نظر کارایی ایمنتر است. علاوهبرآن بسته به کارایی، گاز هیدروژن، نیتروژن و آرگون هم به کار میرود. هیدروژن و هلیوم به دلیل سرعت جریان بالاتر و زمان تجزیه کوتاهتر بیشتر استفاده میشوند.
تزریق نمونه Sample Injector
ابتدا یک پورت نمونه را انتخاب کنید و در سرستون وارد کنید. نمونهها میتواند به حالت جامد، مایع و گاز تزریق شود. بهتر است که از پورت های نمونه گرم استفاده کنید که همزمان با واردشدن نمونه، تبخیر شوند. علاوهبرآن نمونههایی که به حالت گاز تزریق شوند، بازدهی بیشتری دارند. بهطورکلی اکثر جداسازیها به مقدار کوچکی از نمونه اولیه نیاز دارند. فقط باید نمونه بهاندازه کافی به ستون کروماتوگراف وارد شود. چون تزریق زیاد نمونه باعث کمشدن رزولوشن شود.
ستون Column
در بخش ستونها ترکیبات نمونهها جدا میشوند و از دو بخش packed column ستون بستهبندی یا فشرده و یا Capillary column ستون مویرگی تشکیل شده است. درواقع ستون، یک لوله مارپیچی متشکل از مواد فلزی یا شیشهای است که دمای بالا را تحمل میکند و از نظر طول و قطر متفاوت است. ابعاد معمول این لوله قطر ۳ میلیمتر و طول ۵ میلیمتر است. فاز ثابت در داخل لوله متصل است و میتواند شامل چندین ماده در انواع جامد، مایع و گاز باشد. فاز ثابت با نمونهها ادغام میشود و مواد را از یکدیگر جدا میکند. فاز ثابت به دو صورت ستون بستهبندیشده و ستون مویرگی وجود دارد.
ستون مویرگی
ستون لوله باز که به ستونهای مویین هم معروف هستند به دو شکل اصلی قرار دارند. ستون اول یک ستون لوله باز با پوشش بسیار نازک WCOT که معمولترین نوع آن بهصورت ستونهای لوله باز سیلیس جوشخورده است. نوع دوم ستون لوله باز SCOT که سطوح داخلی آن از مواد نگهدارنده تشکیل شده است. این ستونها از جنس شیشه هستند و قطر آن به ۰.۱ میلیمتر و طول آن به ۱۰۰ متر میرسد.
ستون بستهبندی شده
ستونهای بستهبندیشده Packed Columns از جنس شیشه یا فلز ساخته میشوند که با یک ماده جامد مثل خاک دیاتومه بستهبندیشدهاند و قطر بیشتری نسبت به لولههای باز و محدوده طولی محدودی دارند. به همین دلیل، ستونهای بستهبندی میتوانند فقط ۵۰% از کارایی یک ستون WCOT را داشته باشند. بهطورکلی بسته به نوع نمونه بعضی از ستونهای GC عملکرد بهتری دارند.
بخش گرمایش یا دمای ستونی
کوره ستونی برای کنترل دمای ستون استفاده میشود و مانند هر کوره گرمایی مسئولیت تأمین گرمای gc را به عهده دارد. مواد بخار شده را بعد از تزریق خارج میکند و ستون را گرم نگه میدارد تا مولکولهای گازی در حرکت باشند. دمای کوره ستونی میتواند از دمای اتاق تا ۳۰۰ درجه سانتیگراد متغیر باشد. کوره را میتوان به دو حالت ایزوترمال و یا برنامهریزی هم دما تنظیم کنید و حتماً GC باید کمی بالاتر از متوسط دمای جوش اجزای نمونه قرار گیرد. در بخش همدما، دمای ستون در فرایند جداسازی ثابت خواهد بود. دمای بهینه برای ستون برای عملیات همدما، در حدود وسط نقطهجوش نمونه است.
سیستم تشخیص (آشکارساز)
آشکارساز یا دتکتور دستگاهی است که در انتهای ستون قرار دارد و همه اجزای شیمیایی نمونه را شناسایی میکند. دادههای ثبت شده از طریق آشکارساز به رایانهای منتقل میشوند و یک نمونه دوبعدی به نام کروماتوگرام ایجاد میکند. آشکارساز روشها و انواع مختلفی دارند به این صورت که گاهی یکه GC با یک طیفسنج جرمی MS جفت میشود.
مزایای کروماتوگراف گازی
کروماتوگراف گازی مزایای زیادی دارد که باعث می شود نتیجه دقیق تر بررسی شود.
سرعت بالا
GC یک روش سریع برای تجزیهوتحلیل مواد است که میتواند به طور همزمان چند نمونه را تجزیه کند. علت آن طراحی دستگاه gc است. سوراخهای باریک روی ستون باعث میشود که امکان جداسازی موثر را فراهم میکند.
دقت زیاد
یکی از مزیتهای فوقالعاده کروماتوگراف گازی، حساسیت و دقت بالای آن است. علت دقت بالای آن، استفاده از نمونههای کوچک و جداسازی موثر ترکیبات است. GC توانایی تشخیص مقادیر کمی از ترکیبات را در یک مخلوط دارد و این ویژگی عالی باعث میشود که GC را به یک ابزار قدرتمند تبدیل کند.
وضوح بالا
GC این قابلیت را دارد که مخلوط های پیچیده را با وضوح بالا از یکدیگر جدا کند. وضوح بالای دستگاه GC به دلیل لوله های مویین با سوراخ های باریک و قابلیت کنترل سرعت جریان گاز حامل است.
قابلیت تجزیه و تحلیل ترکیبات پیچیده
کروماتوگراف گازی یک روش جداسازی قدرتمند است که مخلوط ترکیبات فرار را از هم جدا و تجزیه میکند.
کاربردهای مختلف کروماتوگراف گازی چیست
GC یک تکنیک پرکاربرد در اکثر صنایع است و برای کنترل کیفیت در ساخت بسیاری از محصولات شیمیایی، میکروپلاستیکها، صنایع غذایی، داروسازی، پتروشیمی و تحلیل شهابسنگها از آن استفاده میشود.
