کروماتوگراف گازی-طیف سنج مادون قرمز تبدیل فوریه  | Gas Chromatograph-Fourier Transform Infrared 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.

 

دستگاه های مختلفی برای طیف سنجی مادون قرمز وجود دارند که پر کاربردترین آنها دستگاه طیف سنجی مادون قرمز-تبدیل فوریه (Fourier Transform Infrared Spectroscopy-FTIR) است و مزایای منحصر به فردی دارد. این روش طیف سنجی را می‌توان برای جامدات، مایعات و گازها بکار برد که هر کدام نیازمند مراحل آماده‌سازی مختلفی برای نمونه و استفاده از تجهیزات ویژه دارند.

 

طیف‌سنجی تبدیل فوریه یک روش اندازه‌گیری است که به کمک آن، بر اساس اندازه‌گیری همدوسی منبع تابشی، طیف به دست می‌آید.

 

طیف سنجی تبدیل فوریه به کل نور، شامل طول موج‌های مختلف، در یک زمان اجازه عبور می‌دهد تا شدت کل نور اندازه‌گیری شود. سپس داده‌های دیگری مبنی بر این که موج شامل چه طول موج‌هایی است به رایانه داده می‌شود. این روند چندین بار تکرار می‌شود سپس کل داده‌ها به کامپیوتر داده می‌شود و بعد از کار کردن روی داده‌ها اطلاعاتی که هر طول موج شامل چه مقدار نور است به دست می‌آید. برای اندازه‌گیری دقیق‌تر، بین نور و آشکارساز، چند آینه قرار می‌گیرد که فقط به بعضی از طول موج‌ها اجازه عبور می‌دهد. با تغییر و جابجایی یکی از آینه‌ها به دسته‌ای دیگر از طول موج ها اجازه عبور داده می‌شود و در نتیجه داده‌های دیگری به دست می‌آید.

 

یک فرایند رایانه‌ای نیاز است تا داده‌های خام (شدت نور برای هر مکان از آینه) را به نتایج مورد نیاز (شدت نور در هر طول موج) تبدیل کند. در این روش از الگوریتم تبدیل فوریه استفاده می‌شود. (به همین دلیل طیف سنجی تبدیل فوریه نامیده می‌شود.)

 

روش طیف سنجی تبدیل فوریه هم برای اندازه گیری طیف نشری (مثلاً طیف نشری یک ستاره) و هم طیف جذبی (مثلاً طیف جذبی یک مایع) کاربرد دارد.

 

در این روش، نمونه‌ ها به صورت جامد یا مایع هستند و باید رقیق و ضخامت کمی داشته باشند. برای آماده سازی نمونه های پودری، حدود ۵ تا ۱۵ میلی گرم را با حدود ۴۰۰ میلی گرم از KBr به صورت قرص درمی‌آورند.

 

برای نمونه های گرانولی نیز ز آنها فیلم تهیه می‌شود، برای تهیه فیلم یا در حلال حل می‌شوند یا بین دو شیشه قرار داده می‌شوند و روی هات پلیت ذوب می‌شوند. در نمونه های مایع هم یک قطره از مایع بین دو قرص KBr یا NaCl قرار داده می‌شود.

 

طیف سنجی مادون قرمز کاربردهای گسترده‌ای در زمینه‌های مختلف دارد که اکثر آنها جنبه کیفی و مقایسه‌ای دارند. بررسی خواص جذبی و عبوری یک ماده در یک محدوده طول موج، تعیین غلظت محلول، شناسایی حضور هر مونومر باقی مانده در نمونه پلیمری، شناسایی افزودنی‌های پلیمر از قبیل شروع کننده‌ها، تعیین ترکیب کوپلیمر با اندازه گیری سطح نسبی، مطالعات رهایش دارو، شناسایی مواد، آنالیز مایعات و مطالعه سینتیک واکنش از جمله کاربردهای این روش است.