دستگاه کروماتوگرافی چیست؟ – اجزا، کاربرد و قیمت خرید و فروش

یکی از دستگاه های مورد استفاده در آزمایشگاه ها برای شناسایی و جداسازی اجزای مختلف یک ترکیب، دستگاه کروماتوگرافی می باشد. وقتی مواد در حالت گازی تجزیه نشوند، برای آنالیز و جداسازی آن ها از دستگاه گروماتوگرافی گازی یا GC استفاده می شود. در این روش فاز متحرک، گازی و فاز ساکن، جامد یا مایع می باشد. در صورت جامد بودن فاز ساکن، به آن کروماتوگرافی گازی و در صورت مایع بودن فاز ساکن، کروماتوگرافی گاز – مایع نامیده می شود. برای شناخت بهتر دستگاه کروماتوگرافی، این مقاله نشریه جهان شیمی فیزیک را مطالعه کنید.

کروماتوگرافی چیست؟

وقتی اجزای یک مخلوط را با عبور دادن فاز متحرک از روی فاز ساکن، از هم جدا می کنیم در واقع روش کروماتوگرافی را برای جداسازی انتخاب کردیم. کروماتوگرافی با توجه به نوع فازهای ثابت و متحرک آن، دارای انواع مختلفی می باشد. وقتی مخلوط از داخل فاز ساکن عبور داده می شود، به اجزای سازنده خود جدا می شود. جداسازی یا بر اساس تفاوت اجزا در وزن مولکولی از هم جدا می شوند ویا بر اساس میل ترکیبی که به فاز ثابت دارند، می توانند از هم جدا شوند. کروماتوگرافی به انواع مختلف مایع – جامد، گاز – جامد، مایع – مایع و گاز – مایع تقسیم می شود. جداسازی اجزای مخلوط در کروماتوگرافی با توجه به تفاوت در سرعت حرکت آن ها در فاز ساکن از هم جدا می شوند.

دستگاه کروماتوگرافی گازی یا GC چیست؟

دستگاه کروماتوگرافی می تواند ترکیبات آلی فرار مانند حلال ها، هیدروکربن ها و مواد نفتی را حتی در غلظت های بسیار کم به اجزای سازنده خود تجزیه کند.

دو فاز ساکن و متحرکی که در این دستگاه وجود دارد، نوع دستگاه را تعیین می کند. طوری که اگر فاز ساکن جامد باشد، دستگاه کروماتوگرافی گاز – مایع (GLC) و اگر فاز ساکن مایع باشد، دستگاه کروماتوگرافی گاز – جامد (GSC) می باشد. نمونه حل شده در حلال بعد از ورود به دستگاه و بخار شدن، توسط فاز متحرک در ستون حرکت می کند. با این حرکت، اجزای آن از هم جدا می شود.

نکته
در این دستگاه، موادی می توانند به عنوان نمونه استفاده شوند که وقتی گرم می شوند تجزیه نشده و در مقابل حرارت مقاوم باشند.

روش جداسازی اجزای یک ترکیب در دستگاه کروماتوگرافی

نمونه و ماده مورد آزمایش (آنالیت) در این دستگاه به حالت مایع به دستگاه که دارای فاز متحرک (گاز حامل) است، تزریق می شود. مخلوط فاز متحرک و فاز مایعی که به حالت بخار در آمده است، به ستون وارد می شود. وقتی فاز متحرک داخل ستون به حرکت در می آید، بر اساس میزان جذب نمونه به فاز ساکن و جذب توسط این فاز، اجزای آنالیت از هم جدا می شود. سپس این اجزایی که با فاز ساکن وارد واکنش شده و توسط آن جذب شدند، با توجه به این که چه اندازه تمایل به واکنش با این فاز دارند، کم کم می توانند از فاز ساکن جدا شوند. نوع ماده و مقدار آن در نمونه تزریق شده در دستگاه، با آشکارساز و سیگنال های خروجی آن و بعد از این که از فاز ساکن جدا شد، شناسایی می شود.

اجزای دستگاه کروماتوگرافی

مکان تزریق نمونه

در قسمت سر ستون، انژکتور که به دو شکل split و یا splitless می تواند وجود داشته باشد، برای تزریق نمونه است. اگر انژکتور به شکل گرم شده نبود که نمونه همراه با تزریق به شکل بخار درآید، با استفاده از میکروسرنگ، نمونه به داخل قسمت بخارساز و سپتوم لاستیکی وارد می شود. بعد از وارد کردن نمونه داخل محفظه و بخار شدن آن، گاز حامل نیز برای مخلوط شدن با نمونه وارد محفظه می شود. سپس این مخلوط به ستون کروماتوگرافی وارد می شود. البته بخشی از این مخلوط خارج می شود.

نکته ای که وجود دارد این است که مقدار کمی نمونه و آن هم حتما به صورت بخار باید وارد سر ستون شود. میزان حجم تزریقی نمونه بین ۰,۱ تا ۲۰ میکرولیتر می باشد. دمای محفظه ای که باعث تبخیر نمونه تزریقی می شود، از جزئی از اجزای مخلوط که دارای کمترین میزان فراریت است، باید ۵۰ درجه سانتیگراد بیشتر باشد.

گاز حامل

از خواص گاز حاملی که باید در دستگاه GC استفاده شود، خشک بودن، بی اثر بودن از لحاظ شیمیایی و عدم وجود اکسیژن در آن می باشد. همچنین گاز حامل انتخابی باید متناسب با نوع دتکتور و آشکارساز دستگاه باشد. یکی از این گازها که سازگار با بیشتر دتکتورها می باشد و گستره ی سرعت بالایی دارد، هلیم می باشد. این گاز بهتر از هیدروژن است ولی به دلیل گران بودن از لحاظ هزینه صرفه نیست. از هیدروژن نیز به دلیل قابلیت احتراق بالا، زیاد استفاده نمی شود. ولی این گاز مانند هلیم، با بیشتر دتکتورها سازگار می باشد.

مزیت اصلی استفاده از گازهای هلیم و هیدروژن، وزن مولکولی پایین است که می تواند سرعت آنالیز را بالا ببرد. وقتی دتکتور دستگاه GC از نوع جرمی باشد، توصیه می شود که از گازهای آرگون و نیتروژن به عنوان گاز حامل استفاده شود. چون این گازها دارای وزن مولکولی بالایی هستند. چون گاز نیتروژن به راحتی قابل دسترس بوده و ارزان می باشد، بهترین گاز حامل می باشد.

ستون

دو نوع ستون در دستگاه های کروماتوگرافی وجود دارد. یک نوع، ستون پرشده می باشد که جنسی از لوله فلزی و یا شیشه داشته و داخل آن را از خاک دیاتومه که یک جامد می باشد پر می کنند. نوع دیگر ستون ها به ستون های موئین یا لوله باز معروف است. ستون های موئین به دو نوع ستون های موئین دیوار اندود (WCOT) و ستون های موئین پوشش داده شده (SCOT) تقسیم می شوند. این دو نوع ستون نسبت به ستون های پرشده بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند. ستون WCOT نیز نسبت به ستون SCOT بیشتر کاربرد دارد.

ستون SCOT با دیواره هایی پوشیده از خاک دیاتومه (۳۰ میکرومتر) داشته و بعد از آن فاز ثابت مایع روی این خاک در دیواره را پوشانده است.

نکته
ستون موئینی لوله بازی که جنس دیواره آن سیلیکا می باشد و به ستون FSWC معروف است، پرمصرف ترین نوع ستون می باشد. از مزایای این ستون داشتن بازده بیشتر، افزایش نفوذپذیری، نیاز به حج کم نمونه و منعطف بودن آن است. طول این ستون ها ۱۰۰ متر و ضخامت آن ها ۰,۱ میلی متر بوده و از ستون های شیشه ای ضخامت کمتری دارد. ستون های FSWC با داشتن پوشش پلی ایمیدی محافظت می شوند.

گرم کن و بخش دمایی ستون های دستگاه کروماتوگرافی

مناسب ترین دمایی که برای ستون های دستگاه کروماتوگرافی وجود دارد با توجه به نقطه جوش نمونه، باید از دمای جوش متوسط اجزای نمونه بیشتر باشد (مثلا ۵۰ درجه سانتی گراد بیشتر باشد). این دما به صورت ایزوترمال تنظیم می شود. در صورت نزدیک بودن دمای جوش اجزای تشکیل دهنده نمونه به هم، دمای ثابت برای ستون تنظیم و اگر اجزای نمونه دارای اختلاف نقاط جوش زیاد باشند از برنامه ی دمایی برای ستون استفاده می شود. در این هنگام مرحله به مرحله دمای ستون را افزایش می دهند. یعنی ابتدا با دمای کم، اجزایی که دارای نقطه جوش کم هستند، حل می شوند و سپس با افزایش دما، اجزا با نقاط جوش بالا حل می شوند.

دتکتور یا آشکارساز دستگاه کروماتوگرافی

در دستگاه کروماتوگرافی می توان از دتکتورهای زیادی استفاده کرد. انواع این دتکتورها به دسته های غیرانتخاب گر، انتخاب گر و ویژه تقسیم می شوند. پاسخ به تمام ترکیبات به جز گازهای حامل توسط دتکتورهای غیر انتخاب گر، پاسخ به بعضی از ترکیبات با خواص فیزیکی و شیمیایی خاص با دتکتورهای انتخاب گر و پاسخ به یک ترکیب شیمیایی خاص با دتکتورهای ویژه انجام می شود. همچنین می توان آشکارسازها را به دو دسته ای تقسیم کرد که یکی تحت تأثیر جرم و دیگری تحت تأثیر غلظت می باشد. در دتکتورهای وابسته به جرم، نمونه تخریب شده و این نوع از دتکتور از سرعت رسیدن مولکول های ماده حل شده به آن تأثیر می پذیرد. اما در دتکتورهای وابسته به غلظت، نمونه تخریب نشده و غلظت ماده حل شده، در این نوع آشکارساز موثر است.

از انواع دتکتورهایی که در دستگاه GC مورد استفاده قرار می گیرد می توان دتکتور هدایت حرارتی، یونیزاسیون شعله ای، دتکتور الکترون گیراندازی، نیتروژن – فسفر، جرمی، نور شعله ای، فتویونیزاسیون، هدایت الکترولیتی و نشر اتمی را نام برد.

کاربرد دستگاه کروماتوگرافی

از دستگاه GC برای صنایع دارویی، آرایشی و بهداشتی، غذایی، محصولات طبیعی، داروهای دامپزشکی، کشاورزی، پتروشیمی، تجزیه و جداسازی اسیدهای چرب، اضافات سم های کشاورزی، عطر، الکل و اسانس ها استفاده می شود. با استفاده از این دستگاه برای کنترل کیفیت هوا و تعیین اجزای آن استفاده می کنند. در این روش از FID برای آشکارسازی بهتر مولکول های خیلی ریز و همچنین حساسیت زیاد اسفاده می شود. نمونه هایی مانند خون، بزاق و تنفس انسان که دارای مواد فرار هستند با این دستگاه ها بررسی می شوند. از حسن های این دستگاه می توان به توانایی آن در تعیین مقدارهای بسیار کم (در حد قسمت در میلیون)، برای آنالیت ها دانست.

انواع و قیمت خرید و فروش

این دستگاه توسط کشورهای مختلف با برندهای مختلفی ساخته و عرضه می شوند. با توجه به نوع برند آن، دارای قیمت های مختلفی می باشند. مهمترین برند و مارک هایی که برای دستگاه GC می توان نام برد، شیمادز، پرکین المر، ترموفیشر و اجیلنت هستند.