دستگاه GC | نقش گازها در کروماتوگرافی گازی دستگاه GC چیست؟

دستگاه GC | سپهر گاز کاویان تولید کننده و تامین کننده گازهای خالص وترکیبی دارای گواهینامه ISO17025 و آزمایشگاه مرجع اداره استاندارد ایران می باشد.جهت خرید گازهای خالص و ترکیبی تماس بگیرید.02146835980 – 09128699025

دستگاه GC چیست؟

دستگاه GC یا کروماتوگرافی گازی یک ابزار تحلیلی است که برای جداسازی، شناسایی و اندازه‌گیری ترکیبات شیمیایی در یک مخلوط مورد استفاده قرار می‌گیرد. این دستگاه به‌ویژه برای آنالیز ترکیبات فرّار مناسب است.

تاریخچه دستگاه کروماتوگرافی گازی GC

دستگاه کروماتوگرافی گازی یکی از ابزارهای پیشرفته در شیمی تجزیه است که برای جداسازی، شناسایی و اندازه‌گیری ترکیبات فرار به کار می‌رود. گرچه مفهوم اولیه کروماتوگرافی به اوایل قرن بیستم بازمی‌گردد، اما شکل مدرن کروماتوگرافی گازی در دهه ۱۹۵۰ توسعه یافت.

اولین بار در اوایل قرن بیستم، دانشمند روسی «میخائیل تسوت» مفهوم کروماتوگرافی را برای جداسازی رنگدانه‌های گیاهی در فاز مایع معرفی کرد. با اینکه این روش، آغازگر علم کروماتوگرافی بود، اما تا سال‌ها بعد از آن، کاربرد آن در فاز گازی مورد توجه قرار نگرفت.

در سال ۱۹۵۲، دو دانشمند بریتانیایی به نام‌های «آنتونی تریستان جیمز» و «آرچیبالد جان مارتین» کروماتوگرافی گازی را به شکل مدرن آن توسعه دادند. آن‌ها با معرفی روش کروماتوگرافی گازی-مایعی (GLC)، انقلابی در روش‌های جداسازی ترکیبات فرار ایجاد کردند. آرچیبالد مارتین پیش از این برای توسعه کروماتوگرافی تقسیمی، موفق به دریافت جایزه نوبل شیمی در همان سال شده بود. کار این دو دانشمند، اساس و پایه دستگاه‌های GC امروزی را تشکیل داد.

با گذر زمان، کروماتوگرافی گازی به عنوان ابزاری حیاتی در حوزه‌هایی چون صنایع نفت و گاز، داروسازی، شیمی محیط‌زیست، امنیت غذایی و حتی پزشکی قانونی شناخته شد. به‌ویژه ترکیب GC با طیف‌سنجی جرمی (GC-MS)، کاربرد این فناوری را برای شناسایی دقیق‌تر و قطعی‌تر ترکیبات گسترش داد.

امروزه، دستگاه GC یکی از کلیدی‌ترین ابزارهای آزمایشگاهی در سراسر جهان به شمار می‌رود، که با تکیه بر اصول علمی مستحکم و تاریخچه‌ای پربار، جایگاه ویژه‌ای در علوم تجزیه‌ای دارد.

نقش گازها در کروماتوگرافی گازی دستگاه جی سی چیست؟

نقش گازها در دستگاهGC (کروماتوگرافی گازی) بسیار مهم و کلیدی است، چون این تکنیک بر پایه جریان گاز برای انتقال نمونه و انجام جداسازی طراحی شده. در ادامه، انواع گازها و نقش هر کدام رو برات توضیح می‌دم:

1.گاز حامل

نقش: گاز حامل، نمونه را از داخل ستون کروماتوگرافی عبور می‌دهد و پایه‌ای‌ترین جزء در GC است.

ویژگی‌ها:  باید بی‌اثر باشد (تا با نمونه واکنش ندهد) ، دارای جریان یکنواخت و فشار ثابت باشد.

گازهای رایج: هلیوم ← رایج‌ترین، پایدار، غیرواکنشی ، نیتروژن ← ارزان، اما سرعت آنالیز پایین‌تر،

هیدروژن ← سرعت بالا ولی خطرناک‌تر (قابل اشتعال)

2.گاز سوخت و گاز اکسیدکننده (برای آشکارسازها مثل FID)

برخی آشکارسازها مانند آشکارساز یونش شعله‌ای (FID) به گازهای اضافی برای ایجاد شعله نیاز دارند.

نقش: ایجاد شعله‌ای که نمونه را بسوزاند و یون‌ها تولید کند تا جریان الکتریکی در آشکارساز ایجاد شود.

گاز سوخت: معمولاً هیدروژن ، گاز اکسیدکننده: معمولاً هوا یا اکسیژن 

3.گازهای پشتیبان یا کمکی

در بعضی از آشکارسازها مثل FID یاECD، گاز کمکی برای بهینه‌سازی پاسخ آشکارساز استفاده می‌شود.

مثال: نیتروژن یا هلیوم.  نقش: بهبود حساسیت و دقت اندازه‌گیری.

در کروماتوگرافی گازی دستگاه جی سی چگونه کار میکند؟

تزریق نمونه

نمونه‌ی مایع یا گاز وارد دستگاه می‌شود.

از طریق سوزن سرنگی به داخل محفظه تزریق (Injector) وارد می‌شود.

دمای بالای محفظه، نمونه را به سرعت تبخیر می‌کند.

بخارات نمونه با گاز حامل (مثلاً هلیوم یا نیتروژن) مخلوط شده و به سمت ستون هدایت می‌شوند.

انتقال توسط گاز حامل

گاز حامل، بخارات نمونه را به داخل ستون می‌برد.

گاز حامل همان فاز متحرک (Mobile Phase) است.

ترکیبات مختلف با سرعت‌های متفاوتی در ستون حرکت می‌کنند.

ستون کروماتوگرافی

قلب دستگاه GC، جایی که جداسازی واقعی رخ می‌دهد.

ستون به صورت مارپیچ داخل یک آون (Oven) قرار دارد.

پوشیده شده با فاز ساکن (Stationary Phase) که با ترکیبات واکنش نشان می‌دهد.

بسته به برهم‌کنش با فاز ساکن و فراریت، ترکیبات با زمان‌های متفاوتی از ستون خارج می‌شوند.

آشکارساز

در انتهای ستون، ترکیبات جداشده توسط آشکارساز مثل FID یا TCD شناسایی می‌شوند.

آشکارساز سیگنال الکتریکی متناسب با مقدار هر ترکیب تولید می‌کند.

این سیگنال به صورت پیک‌هایی در کروماتوگرام نمایش داده می‌شود.

کروماتوگرام

نتیجه نهایی: نموداری از پیک‌ها که نشان‌دهنده حضور و مقدار ترکیبات مختلف است.

محور افقی: زمان (زمان بازداری-Retention Time)

محور عمودی: شدت سیگنال (مقدار ترکیب)

مزایا و معایب دستگاه کروماتوگرافی گازی (GC)

مزایای دستگاه GC:

1.دقت و حساسیت بالا: می‌تونه مقادیر بسیار کم (در حد ppb یا ng)از ترکیبات را شناسایی و اندازه‌گیری کنه.

2.تفکیک‌پذیری قوی: توانایی جداسازی ترکیبات مشابه یا هم‌جوش را دارد.

3.سرعت بالا: تحلیل‌ها معمولاً در مدت زمان کوتاه (چند دقیقه تا نیم‌ساعت) انجام می‌شن.

4.قابلیت اتصال به آشکارسازهای مختلف: مثل FID، TCD، ECD، یا GC-MS  (ترکیب با طیف‌سنج جرمی) برای شناسایی دقیق‌تر.

5.هزینه پایین‌تر در مقایسه با بعضی تکنیک‌های تحلیلی دیگر (مثل HPLC یا LC-MS)

6.مناسب برای آنالیز خودکار و پردازش سری زیاد از نمونه‌ها

7.کروماتوگرام واضح و قابل تفسیر: داده‌ها به صورت پیک‌های مجزا هستند که به راحتی تحلیل می‌شن.

معایب دستگاه GC:

1.محدود به ترکیبات فرّار یا نیمه‌فرّار: ترکیبات غیر فرار، سنگین یا گرماحساس قابل اندازه‌گیری نیستند.

2.نیاز به تبدیل برخی نمونه‌ها (مشتق‌سازی): ترکیبات قطبی یا با نقطه جوش بالا باید قبل از تزریق اصلاح بشن.

3.آسیب‌پذیری در برابر رطوبت و آلودگی: رطوبت یا ناخالصی‌ها می‌تونن ستون یا آشکارساز رو خراب کنن.

4.گرانی و حساس بودن ستون GC: ستون‌ها قیمت بالایی دارن و باید با دقت زیاد نگهداری بشن.

5.نیاز به گازهای خالص و سیستم گازرسانی دقیق

6.آموزش تخصصی برای کاربر: کار با GC نیاز به دانش و مهارت داره، مخصوصاً برای تفسیر داده‌ها و کالیبراسیون.