کروماتوگرافی گازی - آشکارساز کروماتوگرافی گازی

در کروماتوگرافی گازی (FID) آشکارساز یونیزاسیون شعله

برخی آنالیت ها مانند مونوکسید کربن و دی اکسید کربن با وجود داشتن کربن، توسط آشکارسازی یونیزاسیون شعله قابل اندازه گیری نمی باشند حال اگر در برخی از صنایع پتروشیمی و همچنین پالایشگاه های گاز قرار بر اندازه‌گیری مونوکسید کربن و یا دی اکسید کربن به وسیله گاز کروماتوگراف  دارای آشکارسازی یونیزاسیون شعله باشد از قطعه‌ای به نام متانایزر در دستگاه گاز کروماتوگرافی استفاده می نمایند که توسط جریان گاز هیدروژن در دمای بالا و مجاورت کاتالیستی مانند پودر نیکل، ترکیبات یاد شده را به متان احیا می‌کند.  جریان تشکیل شده توسط الکترومتر تقویت می‌شود در شکل زیر عناصر اصلی تشکیل دهنده آشکارساز یونیزاسیون شعله را نشان می‌دهند فرآیند یونیزاسیون از نوک شعله شروع شده و سایر قسمت های شعله نیز در این پروسه درگیر می باشند ترکیبات آلی در قسمت غنی از هیدروژن متحمل با کنش های تجزیه ای شده که منجر به تولید گونه‌های یک کربنه شده و در قسمت ممزوج شدن گازهای جبرانی هیدروژن با هوا این گونه های یک کربنه متحمل واکنش زیر می شوند.

(شکل پایین )در طی فرایند انالیز دمای متانایزر با استفاده از گرمای بدنه آشکارسازی یونیزاسیون شعله به حدود 380 درجه سانتیگراد میرسد ، خروجی ستون به همراه جریان گاز هیدروژن آشکارسازیونیزاسیون شعله وارد متانایزر شده و موجب تبدیل مونوکسید کربن و دی اکسید کربن متان از آنجایی که این تبدیلات پس از جداسازی آنالیت ها در ستون انجام می‌گیرد ،زمان بازداری آنها تغییری نمی نمایند.  در شکل  پایین پاسخ نسبی این آشکار ساز به ترتیب به چند ترکیب اکسیژن دار لیست گردیده است علت پاسخ ضعیف تر این آشکارساز به ترکیبات اکسیژن دار طولانی تر شدن فرآیند اکسایش آنها و تولید تعداد کمتری یون مثبت که منجر به پاسخ ضعیف‌تر آن می گردد، می باشد.

تمام اکسیژن ورودی تمام اکسیژن ورودی (از طریق هوا) در واکنش های درون شعله مصرف نمی‌شود و مقدار مصرفی آن بیشتر از مقدار استوکیومتری لازمه می‌باشد برای اغلب آشکارسازها فلوی هوا ۳۰۰ تا ۵۰۰ میلی لیتر بر دقیقه می باشد. این یعنی هر چقدر تعداد اتم های اکسیژن بیشتر شود پاسخ حاصل نیز ضعیف تر است آشکارساز یونیزاسیون شعله به همه ترکیبات آلی که در شعله می سوزند جواب می‌دهد سیگنال حاصله تقریباً متناسب با تعداد اتمهای کربن ان میباشد. از ویژگی های  ترکیباتی که با این آشکارساز قابل شناسایی هستند ، وجود حداقل یک پیوند کربن هیدروژن است ولی وجود اتم هایی مانند اکسیژن - گوگرد و هالوژن ها پاسخ آن را تحت تاثیر قرار می‌دهد و از شدت پاسخ می کاهد.

آشکارساز کروماتوگرافی گازی

گاز حامل (هیدروژن یا هلیم) از یکی از سیم پیچ ها عبور نموده و پس از گذر از ستون وارد سیم پیچ دوم می شود که اگر گاز حامل خارج شده از ستون حاوی نمونه نیز باشد در این صورت چون گرما رسانندگی همه ی ترکیبات آلی از هیدروژن و هلیوم کمتر است لذا سیم پیچ داغتر شده و مقاومت آن افزایش می یابد که حاصل آن کاهش شدت جریان است در این صورت آشکارساز اختلاف جریان را ثبت نموده و به شکل پیک ظاهر می کند. برچسب ها : TPH, آشکارساز, اندازه گیری ترکیبات BTEX, اندازه گیری ترکیبات MTBE, اندازه گیری ترکیبات PCB, اندازه گیری سموم ارگانیک فسفره, اندازه گیری سموم ارگانیک کلره, دستگاه gc, دستگاه GC-MS, ستـــون, ستون مویینه, سیلندر گاز حامل, کروماتوگرافی گازی, کل هیدروکربن های آروماتیک, کل هیدروکربن های نفتی اشتراک این مطلب.

علاوه بر آن ، این آشکارساز به گازهای احتراق ناپذیر از قبیل SO 2 ، CO 2 ، H 2 O و  NO x  حساس نیست، لذا این آشکارساز برای تجزیه بیشتر نمونه های آلی که شامل آب و اکسیدهای نیتروژن یا گوگرد نیز هستند بسیار مفید است. بسیاری از ترکیبات آلی در دمای شعله هیدروژن/ هوا، پیرولیز شده (از هم پاشیدگی یک ترکیب به وسیله ی گرما) و واسطه های یونی و الکترونهایی تولید می کنند که الکتریسیته را از درون شعله هدایت می کنند. یکی از انواع آشکارساز کروماتوگرافی گازی،  آشکارساز TCD می باشد که از دو محفظه کاملا ” هم اندازه تشکیل شده که هر یک دارای یک سیم پیچ (پلاتین، طلا یا تنگستن) داغ است. سپس گاز داغ در اطراف یک ساچمه روبیدیم سیلیکات که به طریق الکتریکی گرما داده شده است و در پتانسیلی حدود 180ولت نسبت به جمع کننده نگه داشته می شود، جریان می یابد.

ساچمه گرم شده پلاسمایی می سازد که دمای آن 600تا 800درجه سانتی گراد است که این دما سبب ایجاد تعداد خیلی زیادی یون از مولکول های حاوی فسفر و یا نیتروژن می شود. زمانی که یک گونه الکترونگاتیو همراه گاز حامل وارد آشکارساز می شود سبب گیراندازی الکترونها شده و باعث کاهش جریان بین جمع کننده آند و کاتد می گردد. این آشکارساز بسیار انتخابی است و به مولکول های دارای گروه های الکترونگاتیو حساس است، مثل هالوژن ها، پراکسیدها، کینون ها و گروه های نیترو. گونه های باردار تولید شده در یک جمع کننده، جمع آوری می شود و سپس جریان الکتریکی حاصل برای اندازه گیری به یک تقویت کننده هدایت می شود.

کروماتوگرافی گازی (GC)

اساس کار کروماتوگرافی گازی برپایه فشاربخار ترکیبات (نمونه با فشاربخار بالاتر در دمای پایین‌تری تبخیر شده و زودتر از ستون خارج می‌شود) و توزیع هر ترکیب بین دو فاز ساکن و متحرک (که به دلیل غیرفعال بودن فاز متحرک بیشتر بر برهمکنش ترکیبات با فاز ساکن مورد نظر قرار می‌گیرد) می‌باشد. در سیستم کروماتوگرافی گازی، نمونه بعد از جداسازی در ستون وارد آشکارساز شده و با دریافت هر جزء از اجزای نمونه یک سیگنال الکتریکی تولید می‌کند که پس از فرستاده شدن به یک دستگاه رسام، کروماتوگرام نمونه رسم می‌شود که همچنین شدت هر پیک مربوط به هر ترکیب با مقدار کمی آن جزء متناسب است.

در این روش فاز متحرک یک گاز غیرفعال مانند نیتروژن یا هیدروژن بوده و همچنین فاز ساکن می‌تواند جامد و یا یک مایع ویسکوز متصل شده به یک بستر جامد باشد که در این صورت این روش بسته به حالت فاز ساکن به دو روش کروماتوگرافی گاز-جامد (GSC)[۲] و کروماتوگرافی گاز-مایع (GLC)[۳] تقسیم‌بندی می‌شود. همانطور که از ابتدای مقاله با مسیر ورود نمونه به دستگاه آشنا شدید، بر اساس شکل۱۰ می‌توان بیان کرد پس از ورود نمونه به ستون و تبخیر اجزاء مختلف بر اساس نقطه جوش آنها؛ توسط فاز متحرک وارد ستون شده و بر اساس میزان برهمکنش آنها با فاز ساکن از یکدیگر جدا می‌شوند. همان‌طور که در شکل ۲ مشاهده می‌کنید، محفظه تزریق از قسمت‌های مختلفی از قبیل سپتوم، خروجی گاز تمیزکننده سپتوم، ورودی گاز حامل، محفظه تبخیر نمونه، لاینر، محل ورود گاز حامل همراه با نمونه به ستون تشکیل شده است که به توضیح آن خواهیم پرداخت.

با تزریق نمونه مورد آنالیز در نسبت‌های مختلف ۱:۱۰، ۱:۲۰، ۱:۳۰و ۱:۴۰ که به ترتیب در شکل ۱۱-ب تا ۱۱-ث آورده شده می‌توان نتیجه گرفت بهترین نسبت بین آلوده‌کننده و نانوذره ۱:۴۰ بوده که توانسته به طور تقریبا کاملی آن را از بین ببرد. دما در آون دارای یک بیشینه و یک کمینه بوده و باید توجه داشت که دماهای انتخابی برای هر ستون بیشتر از کمینه دمایی و کمتر از بیشینه دمایی باشد، در غیر این صورت بسته به نوع ستون؛ تجزیه ویا تبخیر فاز ساکن می‌تواند رخ دهد. به عنوان مثال سنتز نانوذرات کلسیم اکسید در حضور پلی وینیل پیرولیدون[۲۶] و اثربخشی آن در حذف ۲-کلرواتیل فنیل سولفید 2-CEPS که از دسته ترکیبات سمی و آلوده‌کننده در آفت‌کش‌ها می‌باشد، مورد بررسی قرارگرفته است.

دستگاه های چند آشکارسازی در کروماتوگرافی گازی

راه اندازی آشکارسازهای موازی مشکلات ناشی از اختلاف شرایط عملکرد آشکارسازهای مورد استفاده را حذف می کند، زیرا در این سامانه هر یک از آشکارسازها به طور جداگانه عمل می کنند. آنالیز کروماتوگرافی گازی به طور معمول نیاز به تایید نتایج به دست آمده، به ویژه هنگام آنالیز نمونه های پیچیده، (محیط زیست، مواد غذایی، دارویی و غیره) دارد. زمانی که دو آشکارساز به صورت سری به هم متصل می شوند، باید شرایط عملکرد مشابهی داشته باشند و اولین آشکارساز قرار گرفته در این سری، باید غیرتخریبی باشد. در روش های سنتی برای تأیید نتایج کروماتوگرافی گازی همواره از آنالیزهای تکمیلی با استفاده از ستونی با قطبیت متفاوت استفاده می شود.

در مورد آشکارسازهایی که در فشار یکسان کار می کنند، به طور معمول زمان های بازداری یکسانی در کروماتوگرام ها حاصل می شود. در چنین مواردی امکان خطاهای کیفی و کمی به دلیل هم شویشی تداخل ماتریس، جا به جا شدن زمان بازداری و غیره وجود دارد. پردازش کروماتوگرام ها هنگامی که زمان بازداری به دست آمده از آشکارسازهای مختلف یکسان باشد، بسیار ساده تر است. در تصویر بالا، مورد (د) یک دستگاه چندآشکارسازی ترکیبی از نوع سری و موازی را نشان می دهد. این مقاله در شماره 26 فصلنامه دانش آزمایشگاهی ایران (تابستان 1398) منتشر شده است. روش های مختلفی برای غلبه بر این مشکلات و تأیید نتایج توسعه یافته اند.

مشکل اصلی زمانی رخ می دهد که آشکارسازها در فشارهای متفاوتی کار کنند. توضیحات بیشتر و دقیق تر در این زمینه را در متن مقاله ببینید.

دتکتور شناسایی را انجام می دهد جهت شناسایی مواد با GC از Retention time (RT) استفاده می شود Retention time زمانی است که طول می کشد تا جسم از دتکتور بیرون بیاید، یعنی از زمان تزریق نمونه تا زمان ظاهرشدن پیک ها روی دستگاه که برای یک ماده تحت شرایط ثابت، مقداری ثابت است. بنابراین فاز متحرک اجزا تشکیل دهنده نمونه را به طرف بیرون ستون حرکت میدهد و هر مولکولی که با ارتباط سست‌تر جذب ستون شده است، زودتر و جزیی که قدرت جذب بیشتری با ستون دارد، دیرتر از ستون خارج می شوند. محل تزریق نمونه (injector) : دو محل تزریق در بالا و پائین وجود دارد که نمونه را به سرعت و توسط یک سرنگ در یکی از آنها بسته به اینکه از ستون بالایی یا پایینی استفاده می کنیم تزریق می کنیم.

ستون (column) : ستون نقش اصلی جداسازی را به عهده دارد که از جنس های مختلف می باشد: ستون فولادی، مسی، شیشه ایی یا استیل باشد که سخت پر می شود و حتما باید توسط کارخانه سازنده پر شود. آشکارسازهای متداول در کروماتوگرافی گازی چهار نوع هستند: یونش شعله‌ای هدایت حرارتی نورسنج شعله‌ای الکترون گیر که استفاده از آشکارساز یونش شعله‌ای رایج‌تر است. فاز ساکن اما یک جسم جامد جاذب و یا لایه نازکی از یک مایع غیر فرار است که به دیواره داخلی ستون یا به صورت پوششی روی سطح گلوله های شیشه ای یا فلزی قرار گرفته است. دستگاه کروماتوگرافی گازی (Gas Chromatography) دستگاهی است که مواد فرار را بدون تجزیه ‌شدن آن ها جداسازی می کند و کاربرد وسیعی در آزمایشگاه های شیمی دارد.

در کروماتوگرافی گازی (GC)، جداسازی اجزا یک مخلوط متناسب با میزان توزیع اجزا تشکیل دهنده بین فاز متحرک گازی و فاز ساکن جامد یا مایع صورت میگیرد. در کروماتوگرافی گازی، فاز گازی یک فاز بی اثر (برای مثال هلیوم، نیتروژن، آرگون و دی اکسید کربن) است که به آن فاز متحرک یا گاز حامل می گویند. اگر فاز ساکن جسم جامد جاذب باشد اصطلاحا کروماتوگرافی گازی گویند و اگر فاز ساکن مایع غیر فرار باشد آن را کروماتوگرافی گاز مایع گویند. دتکتور تفکیکی ، پاسخ این دتکتور به این صورت است که وقتی گاز حامل به تنهایی می اید، خط صاف و وقتی به همراه نمونه می اید یک پیک می دهد. فلومتر: توسط این قسمت از دستگاه تنظیم فشار گاز حامل صورت می گیرد که اگر نمونه سریعتر بیرون بیاید ممکن است دو پیک روی هم بیفتند.

دانشگاه محقق اردبیلی

دستگاه GC  یک سیستم کروماتوگرافی گازی جهت جداسازی تر کیبات فرار تا دمای جوش  450 0C می باشد که جهت شناسایی کیفی و کمی با استفاده از آشکارساز طیف سنجی جرمی امکان آنالیز انواع ترکیبات از جمله ترکیبات آلی و هیدروکربنی، سموم و انواع آفت کشها ، آلودگی های نفتی، انواع اسانس و. این آشکار ساز مجهز به سیستم یونیزاسیون از نوع EI  بوده و آنالایزر آن از نوع Single Quadrupole   می باشد همچنین جهت دستیابی به حساسیت بالا دتکتور آن از نوع  (EMP) Triple-Axis Detector می باشد که دارای Noise و Drift   بسیار پائین می باشد. کروماتوگرافی گازی با آشکارساز طیف سنجی جرمی  آزمایشگاه مرکزی دانشگاه محقق اردبیلی -ساخت شرکت Agilent  آمریکا نصب و راه­اندازی شد و آماده ارائه خدمات به استادان، دانشجویان و پژوهشگران گرامی می­باشد.

استادان محترم و دانشجویان عزیز دانشگاه محقق اردبیلی می­توانند با استفاده از گرنت و تخفیف ویژه تعریف شده در سامانه آزمایشگاه مرکزی از خدمات این دستگاه استفاده نمایند. سیستم DIP  به صورت مستقیم به آشکارساز MSD  متصل شده و امکان شناسایی نمونه در کمترین زمان بدون نیاز به استفاده از GC  را فراهم می نماید. در طیف وسیعی از کاربردها از جمله کنترل کیفی مواد غذایی و آشامیدنی، کنترل کیفیت در محصولات کشاورزی، طعم دهنده و خوشبو کننده ها، داروسازی و. دانشگاه محقق اردبیلی-طبقه همکف خانه فرهنگ-آزمایشگاه مرکزی-آزمایشگاه کروماتوگرافی گازی با آشکارساز طیف سنجی جرمی  .

آدرس: اردبیل - انتهای خیابان دانشگاه - دانشگاه محقق اردبیلی.

منبع