کروماتوگراف ی گازی

کروماتوگرافی گازی

مقدمه ای برکروماتوگرافی • جداسازي اجزاي يک مخلوط از طريق توزيع انتخابی اجزاء بين فاز متحرک و فاز ساکن • فاز متحرک(Mobile Phase)= حلال يا گاز • فاز ساکن(Stationary Phase) = مواد پرکننده يا پوشش دهنده درون ستون

تاريخچه کروماتوگرافی • Tswett 1903 - جداسازی رنگدانه های گياه بوسيله ستون پر شده با CaCO3 • Lederer & Kuhn 1931 - کروماتوگرافی مايع(LC) کارتنوئيدها • 1938 - کروماتوگرافی لايه نازک(TLC) و تعويض يونی(Ion exchange) • 1941 - معرفی گاز به عنوان فاز متحرک(GC) توسط Martin &Synge • 1950 - کروماتوگرافی مايع با فاز معکوس (RP-LC) • 1954 – در يافت جايزه نوبل توسط Martin & Synge

اهداف کروماتوگرافی • تجزيه ای (Analytical): تعيين ترکيب شيميايی يک نمونه • تهيه ای (Preparative) : خالص سازی يا جمع آوری يک يا چند جزء از نمونه

طبقه بندی روش ها بر اساس : • فاز متحرک - گاز (GC) • - آب (LC) • - حلال آلی (LC) • - سيال فوق بحرانی (SFC) • نيروهای موثر در فرايند جداسازی - جذب سطحی - تقسيمی

اساس کروماتوگرافی جداسازي دو گونه A وB به تفاوت در تمايل نسبي آنها براي دو فاز متحرک و ساکن بستگي دارد به نحوي که يکي از آنها زودتر به انتهاي ستون مي‌رسد. A( متحرک ) A ( ساکن )

nm= تعداد مولکولهاي حل شده در فازمتحرک ns= تعداد مولکولهاي حل شده در فاز ساکن ´k = فاکتور ظرفيت ( معياري از بازداري گونه ) k´ = ns/nm k2´ فاكتور ظرفيت گونهاي است که ديرتر از ستون خارج ميشود k1´ بيانگر فاكتور ظرفيت براي گونهاي است كه زودتر از ستون خارج ميشود. α = k2´/k1´ پهنای پيک در پايه پيک متناسب با ريشه دوم زمان سپري شده در ستون است: w= پهناي پيکدر خط پايه زمان بازداري= t N = 16 (t/w)2 N= تعداد بشقابک تئوري(معياری از کارايي ستون) L = طول ستون H = ارتفاع بشقابک تئوری N = L/H

عوامل موثر بر پهنای پيک A، B و Cمفادير ثابت U= سرعت خطيسيال حامل بر حسب سانتيمتر بر ثانيه H = A + B/U + CU • جمله اول( نفوذ گردابي) =طول مسير متفاوت برای مولکولهای يکسان هنگام عبور از درون ستون • جمله دوم( نفوذ طولي)=تمايل مولکولها برای حرکت از ناحيه با غلظت بيشتر به سمت ناحيه با غلظت كمتر • جمله سوم (مقاومت در برابر انتقال جرم) = زمان بر بودن نفوذ گونه از فاز متحرک به درون فاز ساکن و بالعکس ايجاد فاصله‌ ميان مولکول‌هاي نفوذ کرده به فاز ساکن و مولکول‌های در حال حرکت درون فاز حامل

روابط کيفي بين سه جمله، منحني وان‌ديمتر در سرعت خطی بهينه (Uopt)، کارايی جداسازی ماکزيمم و پهنای پيک مينيمم می باشد.

قدرت جداسازي قدرت جداسازي معياري از درجه جداسازي پيکهاي مجاور است R = 2[tR(B) –tR(A)] / [ (wA+wB)]

کروماتوگرافي گازي(GC) • شرط اصلی تجزيه با GC، پايدار بودن گونه در دماي مورد نظر براي تجزيه • مناسب براي تجزيه و شناسايي ترکيبات با وزن مولکولي متوسط

قسمتهاي اصلي GC • گاز حامل( Carrier gas ) • ستون( Column ) • محفظه تزريق( Injection port ) • آشکار ساز( Detector )

گاز حامل • H2, N2,He • سرعت جريان = 25-150 ml/min ستون های پر شده • سرعت جريان = 1-25 ml/min ستون های موينه

ستون های GC ستون های پر شده ستون های موينه

ستون های پر شده • GC براساس ماهيت فاز ساکن : • کروماتوگرافي گاز- جامد (GSC): • فاز ساکن شامل يک ماده جامد مانند سيليس، آلومين يا ذغال دانه‌اي • فرآيند جداسازي براساس جذب سطحي روي سطح يک جامد • مناسب برای جداسازي گازهاي پايدار و هيدروکربن هاي با دماي جوش پايين • کروماتوگرافي گاز- مايع (GLC) : • فاز ساکن يک مايع غير فرار • پوشش مايع روي سطح يک جامد به صورت لايه نازک • متداول ترين سطح بستر خاک دياتومه بنام • اندازه ذره نسبتا يکنواخت و ريز • ذرات جامد متخلخل يا بدون تخلخل پوشش داده شده با فيلم مايع با ضخامت 1 m • قطر داخلی 1-8 mm • طول 1-10 m

ستون های مويينه • از جنس سيليلکای گداخته شده • روکش پلی ايميد برای انعطاف پذيری • فاز مايع بصورت پوشش داده شده يا پيوند شده درون لوله مويين • قطر داخلی 0.1-5 mm • طول 10-100 m • ضخامت فيلم مايع 0.1-1.5 μm

انواع ستون های موينه

فازهای ساکن در ستون های مويينه

مقايسه ستون های مويين GC

دمای ستون برای جداسازی • دمای ثابت ( Isothermal) • برنامه ريزی دمايی (Programmed temperature ) • - افزايش دمای ستون با زمان • - کاهش زمان بازداری • - پيک های تيزتر

تزريق نمونه با استفاده از: • سرنگ(syringe) • شير(Valve)

تزريق در GC • برای تزريق نمونه سرنگ بايد از سپتوم(Septum) عبور کند: - محافظت از ستون در برابر اکسيژن هوا - حفظ فشار گاز حامل در ابتدای ستون • تزريق از طريق يک لوله شيشه ای (Liner): - جلوگيری از واکنش ميان فلز محفظه تزريق و نمونه - قابليت تميز شدن و جايگزين شدن

انواع محفظه تزريق • انشعابی( Split ) • انشعابی / غير انشعابی( Split / splitless ) • سرستونی( On-column )

محفظه تزريق انشعابی

محفظه تزريق انشعابی / غير انشعابی

محفظه تزريق سرستونی

آشکارسازهای GC • آشکارساز هدايت گرمايیThermal conductivity (TCD) • آشکارساز يونش شعله ای Flame ionization (FID) • آشکارساز تسخيرالکترونیElectron capture (ECD) • آشکارساز نشر اتمی Atomic emission detector (AED) • آشکار ساز نورسنج شعله ای Flame photometric detector (FPD) • آشکارساز نيتروژن – فسفرNitrogen-phosphorus detector(NPD) • طيف سنج جرمی Mass spectrometry (MS)

آشکارسازهدايت گرمايی • تغيير هدايت گرمايی گاز عبوری از مقابل آشکارساز - تفاوت بين گاز حامل و گونه - هدايت گرمايی بسيار بزرگ هليم و هيدروژن در مقايسه با مواد آلی • تغيير مقاومت رشته سيم ها در اثر تغيير دما • وضعيت نامتوازن الکتريکی در پل وتسون • ثبت تغييرات الکتريکی پل وتسون

آشکارساز يونش شعله ای • حساس (10-13 g/s) • گستره خطی وسيع • پاسخ به مقدار کربن های موجود در ترکيب آلی بستگی دارد : حساس به جرم • حساسيت کم برای : کربونيل، آمين و الکل • غير حساس در برابر : H2O, CO2, SO2, NOx • تخريبی

آشکارساز تسخيرالکترونی • راديواکتيو • مناسب برای ترکيبات هالوژن دار، نيترو (-NO2) و اشباع نشده e-+ AB AB- e-+ AB A . + B-

آشکارساز تسخيرالکترونی

مقايسه حد تشخيص و گستره خطی بودن پاسخ آشکار سازها

کروماتوگراف ی گازی