کروماتوگراف گازی-طیف سنج جرمی  | Gas Chromatograph-Mass Spectrometer 

کروماتوگرافی گازی (Gas Chromatography-GC)، یک روش فیزیکی است که برای جداسازی، شناسایی و اندازه‌گیری اجزای فرار به کار می‌رود.

 

در روش کروماتوگرافی گازی، فاز گازی یک گاز بی اثر مانند هلیوم، نیتروژن، آرگون و دی‌اکسید کربن است و به فاز متحرک، گاز حامل نیز می‌گویند. فاز ساکن هم جسمی جامد جاذب یا لایه نازکی از یک مایع غیر فرار است که به دیواره داخلی ستون یا به صورت پوششی روی سطح گلوله‌های شیشه‌ای یا فلزی قرار داده شده‌است.

 

در صورتی که فاز ساکن جسم جامد جاذب باشد، کروماتوگرافی گازی گویند و اگر فاز ساکن مایع غیر فرار باشد آن را کروماتوگرافی گاز مایع گویند. اما هردو به کروماتوگرافی گازی معروف هستند.

 

در کروماتوگرافی گازی، جداسازی اجزای یک مخلوط متناسب با میزان توزیع اجزای تشکیل دهنده مخلوط بین فاز متحرک گازی و فاز ساکن جامد یا مایع صورت می‌گیرد. در روش GC، گاز حامل مخلوط را درون ستون حرکت می‌دهد و بین دو فاز در حالت تعادل (گاز-مایع) اجزا تشکیل دهنده مخلوط توزیع می‌شوند؛ بنابراین فاز متحرک اجزا تشکیل دهنده نمونه را به طرف بیرون ستون حرکت می‌دهد و هر مولکولی که با ارتباط سست‌تر جذب ستون شده‌است، زودتر و جزئی که قدرت جذب بیشتری با ستون دارد، دیرتر از ستون خارج می‌شود؛ بنابراین، اجزای مخلوط از یکدیگر جدا می‌گردند.

 

اولین بار این روش در سال 1952 برای جدا کردن مقادیر کم اسیدهای چرب به کار برده شد. اولین دستگاه کروماتوگرافی گازی از نوع گاز-مایع در سال 1955 وارد بازار شد. پس از آن بالغ بر صد مدل مختلف توسط شرکت‌های مختلف ارایه شد.

 

دستگاه GC شامل منبع گازی حامل، سیستم تنظیم‌کننده مقدار گاز، محل تزریق نمونه، ستون کروماتوگرافی، کوره و سیستم تنظیم درجه حرارت محل تزریق، آشکارساز و سیستم شناساگر است.

 

کروماتوگرافی گازی در صنایع مختلفی از جمله کشاورزی، صنایع غذایی، دارویی، آرایشی و بهداشتی، صنایع پتروشیمی و محیط زیست کاربرد دارد. به طور کلی از کروماتوگرافی گازی برای آنالیز باقیمانده سموم کشاورزی و آفت‌کش‌ها، اسیدهای چرب، الکل‌ها، ترکیبات فرار موجود در آب و پساب و عطر و اسانس‌ها استفاده می‌شود.

 

تعیین سطوح بسیار کم از آلودگی های آلی و توانایی تعیین مقدار آنالیت ها از جمله مزیت‌های این روش و قابل استفاده تنها برای نمونه های بخار یا آنهایی که قابلیت تبخیر دارند و اینکه نمونه ها باید پایداری حرارتی داشته باشند تا در هنگام گرم شدن تخریب نشوند نیز از جمله محدودیت‌های این روش است.

 

طیف ‌‎سنجی جرمی (Mass Spectrometry-MS) یکی از کاربردی‌ترین روش‌های آنالیز در شیمی است و به بررسی نسبت جرم به بار مولکول ‌ها با استفاده از میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی می‌پردازد.

 

در سال 1911، «تامسون» برای اثبات وجود نئون-22 در نمونه‌ای از نئون-20 از طیف جرمی استفاده نمود و ثابت کرد که عناصر می‌توانند ایزوتوپ داشته باشند. قدیمی‌ترین طیف سنج جرمی در سال 1918 ساخته شده است.

 

از این روش برای آنالیز عنصری و آنالیز سطح، اندازه‌گیری جرم مولکولی، شناسایی ساختار مولکولی، بررسی واکنش پذیری فاز گازی و تعیین غلظت اجزای یک نمونه استفاده می‌شود.

 

اجزای اصلی دستگاه شامل منبع یون، تجزیه‌گر جرمی و آشکارساز یونی است. فرایند این روش بدین صورت است که در داخل دستگاه خلائی به میزان mmHg 10-5- 10-6 برقرار است. مقدار کمی از نمونه (حدود µ 1) توسط یک لوله از دریچه کوچکی وارد منبع یونش می‌شود. نمونه در اثر گرما و خلاء موجود به صورت گاز در می‌آید. سپس طیف سنج جرمی سه عمل اساسی زیر را انجام می‌دهد:

- مولکول ها توسط جریانی از الکترون های پرانرژی بمباران شده و بعضی از مولکول ها به یون های مربوطه تبدیل می‌گردند. سپس یون ها در یک میدان الکتریکی شتاب داده می‌شوند.

- یون های شتاب داده شده بسته به نسبت جرم به بار آنها در یک میدان مغناطیسی یا الکتریکی جدا می‌گردند.

- یون های دارای نسبت جرم به بار مشخص و معین توسط بخشی از دستگاه که در اثر برخورد یون ها به آن، قادر به شمارش آنها است، آشکار می‌گردند.

 

نتایج داده شده به خروجی توسط آشکارکننده، بزرگ شده و به پردازشگر داده می‌شوند. تصویری که از پردازشگر حاصل می‌گردد یک طیف جرمی (نموداری از تعداد ذرات آشکار شده بر حسب تابعی از نسبت جرم به بار) است.