کروماتوگرافی گازی - تعریف ، اصل ، کار ، موارد استفاده
- تفاوت کروماتوگرافی گازی با سایر اشکال کروماتوگرافی از این جهت است که فاز متحرک یک گاز است و اجزا به صورت بخار از هم جدا می شوند.
- بنابراین برای جداسازی و تشخیص ترکیبات کوچک مولکولی در فاز گاز استفاده می شود.
- نمونه یا گاز یا مایعی است که در درگاه تزریق بخار می شود. فاز متحرک برای کروماتوگرافی گازی یک گاز حامل است ، به دلیل وزن مولکولی کم و از نظر شیمیایی بی اثر ، نوعاً هلیوم است.
- فشار وارد شده و فاز متحرک آنالیت را از طریق ستون حرکت می دهد. جداسازی با استفاده از یک ستون پوشش داده شده با یک فاز ثابت انجام می شود.
تعادل برای کروماتوگرافی گازی تقسیم می شود و اجزای نمونه بین دو مرحله تقسیم می شوند (یعنی توزیع می شوند): فاز ثابت و فاز متحرک.
ترکیباتی که میل بیشتری به فاز ساکن دارند زمان بیشتری را در ستون می گذرانند و بنابراین بعداً شسته می شوند و زمان ماندگاری بیشتری (Rt) نسبت به نمونه هایی دارند که میل بیشتری برای فاز متحرک دارند.
میل به فاز ثابت عمدتا توسط فعل و انفعالات بین مولکولی هدایت می شود و قطبیت فاز ساکن را می توان برای به حداکثر رساندن فعل و انفعالات و در نتیجه جدایی انتخاب کرد.
قله های ایده آل توزیع های گاوسی و متقارن هستند ، به دلیل ماهیت تصادفی فعل و انفعالات آنالیت با ستون.
- از این رو جداسازی با تقسیم نمونه بین گاز و یک لایه نازک از مایع غیر فرار که روی یک تکیه گاه جامد نگه داشته شده است ، انجام می شود.
- یک نمونه حاوی املاح به داخل یک بلوک گرم شده تزریق می شود و بلافاصله بخار می شود و توسط جریان گاز حامل به داخل ورودی ستون به صورت شاخه بخار جارو می شود.
- املاح توسط فاز ساکن جذب شده و سپس توسط یک گاز حامل تازه جذب می شوند.
- با انتقال نمونه به سمت خروجی ، این فرآیند در هر صفحه تکرار می شود.
- هر املاح با سرعت خاص خود از طریق ستون عبور می کند.
- باندهای آنها بسته به ضرایب پارتیشن و گسترش باند ، به مناطق مجزا از هم جدا می شوند.
- املاح به ترتیب افزایش kd خود یکی پس از دیگری شسته می شوند و وارد ردیاب متصل به انتهای خروجی ستون می شوند.
- در اینجا آنها یک سری سیگنالهای حاصل از تغییر غلظت و میزان شستشو را بر روی ضبط کننده به عنوان یک نمودار زمان در مقابل ترکیب جریان گاز حامل ثبت می کنند.
- زمان ظاهر ، ارتفاع ، عرض و مساحت این قله ها را می توان برای تولید داده های کمی اندازه گیری کرد.
کروماتوگرافی گازی عمدتا از قسمتهای زیر تشکیل شده است:
- گاز حامل در یک سیلندر فشار بالا با تنظیم کننده های فشار همراه و جریان سنج ها
- هلیم ، N 2 ، H ، آرگون به عنوان گازهای حامل استفاده می شود.
- هلیوم به دلیل هدایت حرارتی بالا نسبت به بیشتر بخارات آلی ، برای ردیاب های هدایت حرارتی ترجیح داده می شود.
- N 2 ترجیح داده می شود که مصرف زیاد گاز حامل استفاده شود.
- گاز حامل از مخزن از طریق یک دریچه ضامن ، یک جریان سنج ، (1-1000 میلی لیتر در دقیقه) ، محدود کننده های مویرگی و یک فشار سنج (1-4 اتمسفر) عبور می کند.
- میزان جریان با استفاده از یک شیر سوزنی که روی پایه جریان سنج نصب شده و توسط محدود کننده های مویرگی کنترل می شود ، تنظیم می شود.
- راندمان عملکرد کروماتوگراف گازی مستقیماً به حفظ جریان ثابت گاز بستگی دارد.
- سیستم تزریق نمونه
- نمونه های مایع توسط میکروسیرینژ با سوزنی که از طریق یک تیغه خودسراسانی ، لاستیک سیلیکونی به یک بخار فلزی گرم شده توسط بخاری مقاومتی تزریق می شود ، تزریق می شود.
- نمونه های گازی توسط سرنگ گاز سوز یا از طریق حلقه بای پس و شیرها تزریق می شوند.
- حجم نمونه نمونه از 0.1 تا 0.2 میلی لیتر است.
- ستون جداسازی
- قلب کروماتوگرافی گازی ستونی است که از فلزاتی ساخته شده است که به شکل U خم می شوند یا به صورت مارپیچ باز یا یک پنکیک مسطح در می آیند.
- مس تا 250 0 مفید است
- اتصالات قفل سوئیج درج ستون را آسان می کند.
- بسته به نیاز از چندین اندازه ستون استفاده می شود.
- مراحل مایع
- انواع بی نهایت فازهای مایع فقط به دلیل نوسانات ، پایداری حرارتی و توانایی خیس کردن تکیه گاه در دسترس هستند.
- هیچ فازی برای همه مشکلات جدایی در همه دما کار نمی کند.
غیر قطبی - پارافین ، اسکوالان ، گریس های سیلیکون ، آپیزون L ، لاستیک آدامس سیلیکون. این مواد اجزا of را به ترتیب نقاط جوش آنها جدا می کنند.
قطب میانی - این مواد حاوی یک گروه قطبی یا قطبی بر روی یک اسکلت بلند غیر قطبی هستند که می توانند املاح قطبی و غیر قطبی را حل کنند. مثلا. دی اتیل هگزیل فتالات برای جداسازی الکلهای با جوش زیاد استفاده می شود.
قطبی - کاربوکس - فازهای مایع با نسبت زیادی از گروه های قطبی. جداسازی مواد قطبی و غیر قطبی.
پیوند هیدروژنی - فازهای مایع قطبی با پیوند هیدروژن بالا مانند گلیکول.
فازهای هدف خاص - اتکا به واکنش شیمیایی با املاح برای رسیدن به جداسازی ها. به عنوان مثال AgNO3 موجود در گلیکول هیدروکربنهای اشباع نشده را جدا می کند.
- پشتیبانی می کند
- ساختار و مشخصات سطح مواد پشتیبانی پارامترهای مهمی هستند که به ترتیب کارایی تکیه گاه و درجه تفکیک را تعیین می کنند.
- این تکیه گاه باید بی اثر باشد اما قادر به تثبیت حجم زیادی از فاز مایع به عنوان یک فیلم نازک بر روی سطح آن باشد.
- برای اطمینان از دستیابی سریع به تعادل بین فازهای ثابت و متحرک ، سطح آن باید زیاد باشد.
- پشتیبانی باید به اندازه کافی قوی باشد تا در برابر خرابی هندلینگ مقاومت کند و بتواند درون یک تخت یکنواخت قرار گیرد.
- زمین دیاتومه ، كیزلگور تحت تیمار Na2CO3 به مدت 900 0 C باعث همجوشی ذرات به سنگدانه های درشت می شود.
- از دانه های شیشه ای با سطح کم و تخلخل کم می توان برای پوشش دادن تا 3٪ فازهای ثابت استفاده کرد.
- از دانه های پلیمری متخلخل که در درجه اتصال عرضی استایرن با آلکیل وینیل بنزن متفاوت هستند نیز استفاده می شود که تا 250 0 پایدار هستند
- ردیاب
- ردیاب ها ورود اجزای جدا شده را حس کرده و سیگنال ارائه می دهند.
- اینها یا وابسته به غلظت یا وابسته به جرم هستند.
- آشکارساز باید نزدیک به خروج ستون و دمای صحیح باشد تا از تجزیه جلوگیری کند.
- ضبط کننده
- ضبط کننده باید به طور کلی 10 میلی آمپر (مقیاس کامل) مجهز به قلم پاسخ سریع (1 ثانیه یا کمتر) باشد. ضبط کننده باید با یک سری مقاومت های با کیفیت خوب که از طریق ورودی متصل شده اند ، سیگنال های بزرگ را کاهش دهد.
- یکپارچه ساز ممکن است افزودنی خوبی باشد.
مرحله 1: تزریق نمونه و بخار دهی
- مقدار کمی از نمونه مایع برای تجزیه و تحلیل در یک سرنگ کشیده می شود.
- سوزن سرنگ در درگاه تزریق گرم کروماتوگراف گازی قرار گرفته و نمونه به سرعت تزریق می شود.
- تزریق نمونه "زمان" در نظر گرفته می شود ، یعنی فرض بر این است که کل نمونه به طور هم زمان وارد کروماتوگراف گازی می شود ، بنابراین نمونه باید سریع تزریق شود.
- تنظیم شده است که دما بالاتر از نقاط جوش اجزای مخلوط باشد تا اجزای آن بخار شوند.
- سپس اجزای بخار شده با فاز متحرک گاز بی اثر مخلوط می شوند تا به ستون کروماتوگرافی گازی منتقل شوند.
مرحله 2: جدایی در ستون
- اجزای موجود در این مخلوط بر اساس توانایی جذب و یا اتصال به فاز ساکن از هم جدا می شوند.
- مولفه ای که به شدت به فاز ساکن جذب می شود ، بیشترین زمان را در ستون می گذراند (برای طولانی ترین زمان در ستون حفظ می شود) و بنابراین بیشترین زمان نگهداری (Rt) را خواهد داشت. آخرین بار از کروماتوگراف گازی پدیدار می شود.
- مولفه ای که کمترین جذب را به فاز ساکن داشته باشد ، کمترین زمان را در ستون می گذراند (برای کمترین زمان در ستون حفظ می شود) و بنابراین ، کمترین زمان نگهداری (Rt) را خواهد داشت. ابتدا از کروماتوگراف گازی خارج می شود.
- اگر مخلوطی از 2 جز را در نظر بگیریم که در آن مولفه A قطبی تر از م componentلفه B است:
- مولفه A در ستون قطبی زمان ماندگاری بیشتری نسبت به م componentلفه B خواهد داشت
- مولفه A در ستون غیر قطبی زمان ماندگاری کمتری نسبت به م componentلفه B خواهد داشت
مرحله 3: تشخیص و ضبط نتایج
- اجزای مخلوط به دلیل تفاوت در زمان نگهداری در ستون ، در زمان های مختلف به آشکارساز می رسند.
- ابتدا مولفه ای که در ستون کمترین زمان را حفظ می کند ، شناسایی می شود. مولفه ای که بیشترین زمان را در ستون حفظ می کند آخرین شناسایی می شود.
- آشکارساز سیگنالی را به ضبط کننده نمودار می فرستد که منجر به اوج گرفتن روی کاغذ نمودار می شود. مولفه ای که ابتدا شناسایی می شود ابتدا ضبط می شود. مولفه ای که آخرین شناسایی می شود آخرین بار ثبت می شود.
- تجزیه و تحلیل GC برای محاسبه محتوای یک محصول شیمیایی ، به عنوان مثال برای اطمینان از کیفیت محصولات در صنایع شیمیایی استفاده می شود. یا اندازه گیری مواد سمی در خاک ، هوا یا آب.
- از کروماتوگرافی گازی در تجزیه و تحلیل موارد زیر استفاده می شود:
(الف) آلاینده های منتقله از هوا
(ب) داروهای تقویت کننده عملکرد در نمونه های ادرار ورزشکار
(ج) نشت روغن
(د) روغنهای اساسی در تهیه عطر
- GC اگر به درستی استفاده شود بسیار دقیق است و می تواند پیکومول های ماده را در یک نمونه مایع 1 میلی لیتر یا غلظت های هر میلیارد نمونه های گازی را اندازه گیری کند.
- از کروماتوگرافی گازی در علوم پزشکی قانونی بسیار استفاده می شود. نظم و انضباط متنوعی به عنوان دوز جامد دارو (فرم پیش از مصرف) شناسایی و تعیین مقدار ، تحقیق در مورد آتش سوزی ، تجزیه و تحلیل تراشه های رنگی و موارد سم شناسی ، GC را برای شناسایی و تعیین کمیت نمونه های مختلف بیولوژیکی و شواهد صحنه جنایت به کار می گیرد.
- استفاده از ستون های طولانی تر و سرعت بالاتر گاز حامل اجازه جدا شدن سریع را در عرض چند دقیقه می دهد.
- دمای کار بالاتر تا 5000 درجه سانتیگراد و امکان تبدیل هر ماده به یک جز component فرار ، کروماتوگرافی گازی را به یکی از تکنیک های متنوع تبدیل می کند.
- GC برای نظارت بر محیط زیست و کاربردهای صنعتی محبوب است زیرا بسیار قابل اعتماد است و تقریباً به طور مداوم قابل اجرا است.
- GC معمولاً در کاربردهایی که مولکولهای فرار کوچک و با محلولهای غیرآبی شناسایی می شوند ، استفاده می شود.
- GC برای مولکولهای غیر قطبی مورد علاقه است.
- ترکیبی که باید تجزیه و تحلیل شود باید تحت شرایط کار GC پایدار باشد.
- آنها باید فشار بخار به طور قابل توجهی بیشتر از صفر داشته باشند.
- به طور معمول ، ترکیبات مورد تجزیه و تحلیل کمتر از 1000 Da هستند ، زیرا بخار شدن ترکیبات بزرگتر کار دشواری است.
- همچنین لازم است نمونه ها فاقد نمک باشند. آنها نباید یون داشته باشند.
- مقادیر بسیار کمی از یک ماده قابل اندازه گیری است ، اما اغلب لازم است که نمونه باید در مقایسه با نمونه حاوی ماده خالص و مشکوک به عنوان استاندارد مرجع اندازه گیری شود.
