كتب آلية عمل الكروماتوغرافيا الغازية

يتضمن الGC التجزئة في انحلالية الغازات بين غاز الطور المتحرك الحامل الداخل والطور الصلب الساكن السائل. أهم أجزاء مكونات الكروماتوغرافيا الغازية هي:

• الغازات
• وحجرة الحقن
• العامود
• الكاشف
• نظام كسب البيانات وهو مؤلف من مقياس إلكترونيوجهاز مكاملة.

الغازات

• إن الجزء الهام الأول في الكروماتوغرافيا الغازية هو الغاز الحامل. و الغاز الحامل قد يكون الهليوم والازوت، الهايدروجين، مزيج من الارغون^[؟] والميثان.
• وظيفة الغاز الحامل حمل العينة خلال النظام.يعتمد الاختيار الأول للغاز الحامل على خصوصية التطبيق ونوع الكاشف المستخدم.ويكون الهليوم واحد من أكثر الغازات المستخدمة شيوعا. يمكن أن تتضمن الغازات المضافة هايدروجين وهواء والتي تكون مترافقة مع الكواشف^[؟] معين يكون مستخدم في الكروماتوغرافيا الغازية على سبيل المثال كاشف التشرد باللهب يتطلب لهب و هايدروجين وهواء مساعد على الاحتراق.

الغازات عموما مزودة بواسطة اسطوانة^[؟] غاز مضغوط.ولكن مولدات الغاز يكون لها حرية اختيار مصدر الغاز. يجب الأخذ بعين الاعتبار نقاوة الغاز عند الحصول على اسطوانة^[؟] الغاز، ويجب الأخذ بعين الاعتبار حساسية وانتقائية الكاشف لدى تحديد مستويات النقاوة الموافقة (انتقائية أعلى نقاوة أعلى). التصنيف في المنظمات، أنابيب معدنية، وصلات تكون مستخدمة كسطوح للغازات في الكروماتوغرافيا الغازية. من المفيد التذكير إن مصايد الرطوبة يمكن استخدامها لتقليل إسهام الملوثات من مصادر الغاز. يتضمن نموذج اسطوانات الغاز المضغوط ضغط بين 250 و2500 باسكال. ولكن الضغط المألوف في العمل بالكروماتوغرافيا الغازية ضمن مجال من 20 إلى 100 باسكال.

منفذ الحقن وإدخال العينات

• يكون الجزء^[؟] الهام الأخر في الكروماتوغرافيا الغازية منفذ^[؟] الحقن أو مدخل الGC. وظيفة المدخل تقديم العينة داخل مجرى الغاز الحامل. تكون أنواع مختلفة من تقنيات تقديم العينات والمداخل متاحة.النوع الأكثر شيوعا في التحليل هو حقن من 1 ال3 مكرولتر من العينة السائلة داخل المدخل الساخن. تتم عملية الحقن يدويا أو بواسطة أداة حقن آلية وهي تستطيع انجاز عدد ملائم من العينات. يصمم منفذ الحقن من سطح بيني مع العامود المحشو أو الشعري. يسمح منفذ الحقن المحشوة بإدخال حجم من العينة المحقونة داخل العامود الشعري ذو السعة العالية (المعروفة شيوعا بأعمدة ميغابور TM من اجل التحليل^[؟]. في الأونة الأخيرة زاد استخدام الأعمدة الشعرية.

صمم هذا التقسيم ليسمح فقط لجزء صغير من الحجم المحقون من العينة للدخول داخل الأنبوب الشعري والذي يملك سعة عينة محدودة. لذلك يسمح لجزء من العينة المحقونة بالدخول إلى العامود والعينة الباقية تخرج أو تقسم بنفس الطريقة. يكون مجمل تدفق الغاز الحامل داخل المدخل مقسم إلى ثلاث أجزاء والتي تمرر خلال منفذ الحقن. التدفق الصغير من 1 ال 3 ملي/دقيقة تمرر مقطع سدادة المواجهة في وضع يجرف الملوثات بعيدا للغازات المتشربة على السدادة. ذلك النزف من السدادة يكون خارجا خلال مخرج تنظيف السدادة.بعض من التدفق الكلي داخل المدخل يمر للأسفل خلال مركز منفذ الحقن والتقسيم يحدث بواسطة السبل البديلة في الأسفل من المدخل. مرور التدفق الصغير أسفل داخل العامود والجسم المنتقل خلال تدفق المخرج. عندما تكون العينات محقونة بعض العينات تبقى داخل العامود من اجل التحليل والبعض الأخر يخرج بواسطة تقسيم المخرج. يكون ضبط صمام التنظيف مستخدما مباشرتا مع التدفق الخارج من منفذ الحقن خلال تقسيم المخرج. تكون التكرارية الكمية هامة وذلك بالنسبة لعينات تحليل^[؟] تكون معروفة. ولهذا أحد الحساب لنسبة التقسيم المستخدم بالشكل التالي:

مجال أحجام نسبة التقسيم النموذجي من 50:1 إلى 400:1 ويعتمد هذا المجال على قطر العامود المستخدم. العامود الأكثر ضيقا هو العامود الذي يملك عدد أدنى من العينات الو ساطية، ولذلك نسبة التجزئة العليا تستخدم في حالة العامود الحامل. كذلك تستطيع تجزئة منافذ الحقن العديدة أن تؤثر في نموذج عدم التجزئة. تكون العينة محتفظة داخل العامود في بعض نماذج عدم التجزئة. تكون تلك التقنية مناسبة من اجل قيم التراكيز الصغيرة من مرتبة الأثر للعينات. تكون تقنية عدم التجزئة طريقة معقدة والتي يجب فيها اخذ عدة معطيات بعين الاعتبار. أكثر تلك المعطيات شيوعا هي التي تتضمن فعالية انتقال العينة داخل العامود. باستخدام مخمد كيميائي مبطن للزجاج حيث يثبط مواقع التفاعل في فتحة الحقن. اختيار المحل المناسب لذلك والذي يكون الجزء الممتلص أولا.يكون البرنامج الحراري منجز من اجل ضبط حرارة الفرن. ومعالجة أزمنة تحول الصمام من اجل تخفيض كل من الكمية وحجم قمة المحل إلى الحد الأدنى.

وجهات التدفقات خلال المدخل بواسطة صمام ضبط الامتلاص. مثل تلك العينات المحقونة داخل ممرات الدخول للعامود التجزئة الأخرى بين العامود وتجزئة الفرن. كما هو معروف سابقا في نموذج التجزئة في حالة اكتساب حساسية عظمى خصوصا بالنسبة للمركبات الأكثر امتلاصا والتي تكون ضرورية من اجل تحويل وضع صمام الامتلاص الخلفي لتجزئة متماثلة من 0.5 إلى 2 دقيقة خلال التحليل.

تلك الخطوات مسموحة من اجل نقل بعض المحل الزائد.تظهر الكمية الدنيا من المحل على شكل تذيل في القمة وإعاقة قمة المحل تتمثل من خلال حجب المركبات الممتلصة بجوار المحل.

الإجراءات المستخدمة من اجل وضع التدفقات المرافقة لتقنية التجزئة وعدم التجزئة

• تكون معاينة ببطء بواسطة بعض المستخدمين المبتدئين وعموما تكون مطلوبة في بعض الدراسات.
• تملك حجرات الحقن التقليدي منضمات ضبط يدوية والتي تكون منظمة لجريان التدفقات المطلوبة المنسجمة مع صناعة المقاييس بواسطة *تدفق أداة قياس إلكتروني أو مقياس تدفق أنبوبي زجاجي.
• تملك إدخال إلكتروني بشكل كامل لضبط ضغط GCs والتي لا تتطلب قياس يدوي لآي تدفق. الترحيب بالتطور من اجل العديد من المستخدمين المبتدئين.

تعرف التقنية بحقن العامود على البارد والتي تكون مخصصة لدخول العينة مباشرتا داخل العامود بدون الأبخرة.

تلك الاقتراحات تكون ملائمة من اجل العينات التي تكون متغيرة حراريا أو عرضة للتفاعل مع المركبات في حجرة الحقن. تأخرت دراسة تلك التقنية كتقنية دقيقة ودقتها من اجل العينات المقدمة للأعمدة الشعرية (1) والتي ليس لديها استخدام روتيني واسع الانتشار في ولكن تملك بعض القبول في البحث العلمي ومجالات التطوير. يتم التحكم بتدفق العينات السائلة الداخلة إلى حجرة الحقن بواسطة اتوماتيكية بحجم ثابت. يشكل صمام العينات السائل الساخن سطح مع الكروماتوغرافيا الغازية. وعملية حقن العينات الغازية بالمدخل تتم بواسطة سرنغ غاز محكم أو بواسطة آلية صمام العينات الغازي في حجم ثابت. أدواة تقديم العينة المساعدة تتضمن أعلى رأس المحلل، أنظمة منع التسرب والاندفاق، انحلال في حرارة عالية، ووحدات مركزات ضبط الهواء. تكون تلك الأدوات سطح مع الكروماتوغرافيا الغازية في حالة انجاز مراحل حماية قبل إدخال العينة. أعلى رأس المحلل يسمح لواحد إلى مكان الصلب، سائل لزج، أو مركبات مشابهة في آلية التطويق. ويعرض المكونات للضابط الحراري، كتحرير الأبخرة العضوية في مكان محتويات الأبخرة في العبوة. يكون أعلى الغازات منتقل إلى حجرة الحقن بواسطة خط نقل ساخن من اجل منحني تحليل كروماتوغرافي لاحق. تكون أدواة الامتلاص والتسرب شائعة الاستخدام في التحليل للأبخرة العضوية في العينات المائية. حيث تذر العينات المائية مع الغاز الحامل والأبخرة تكون منقولة إلى التسرب المدمص وكالمركزة. بعد أزمنة نوعية للمركبات والتي تكون مدمجة حراريا من المصيدة لتنتقل داخل المجرى والتي تكون مقدمة داخل حجرة الحقن من اجل التحليل.تستخدم وحدة الحل بحرارة عالية درجات حرارة من اجل المركبات ذات الوزن الجزيئي الكبير مثل البولميرات المدخلة بشكل مشابه مع درجات غليان مناسبة أكثر من اجل التحليل بواسطة الكروماتوغرافيا الغازية.بصمة الإصبع مثال نموذج في الشظايا التي تكون مستخدمة في تعيين البولميرات المنتوجة.تقدم أدواة تركيز كمية الهواء تراكيز اخفض مسموح بها بواسطة الادمصاص الحراري في أبخرة المركبات العضوية (vocs) على الهواء من قيم ppb. النظام المستخدم في قبول الطرق المختلفة لوكالة حماية البيئة من اجل التحليل الvoc.

الأعمدة

إن الجزء الهام الثالث في الكروماتوغرافيا هو العامود، والذي يكون مسؤول عن عملية فصل المركبات في عينة المزيج. حيث إن أول أعمدة استخدمت في الكروماتوغرافيا هي الأعمدة المحشوة والتي ظهرت في عام 1951 م و1952 (2,3). أما أول أنبوب مفتوح أو عامود شعري ادخل في عام 1958 (4). ولان له مقدرة هامة من اجل الفصل عالي الكفاءة لذلك أصبح هذا العامود هو المفضل. طبقة النفوذ لأنبوب مفتوح (PLOT) للعامود وعامود الأنبوب المفتوح ذو الجدار المطلي التقليدي.

عندما نصف العامود فإننا نأخذ الطول بالميليمتر وسماكة طبقة الطور الساكن بالميكرومتر ونوع الطور الساكن. يكون الجدار الداخلي للأنابيب الشعرية مطلية بمادة صلبة نفوذه أو مادة سائلة لزجة. يكون العامود الشعري متكون من مصهور الكوارتز سيلكاجل المطلية من الخارج بالبولي أميد والذي يؤمن لها الحماية. إن أكثر أنصاف الأقطار الداخلية شيوعا يتراوح طولها من 0.05 وحتى 0.53مم، وطول الأعمدة من 10 حتى 100م، وسماكة الطور الساكن المغطي للأنبوب من 0.05 وحتى 3 ميكرومتر. تستخدم بعض التجارب الكروماتوغرافيا الأعمدة الشعرية حيث يقوم بالفصل المطلوب. على كل حال العديد من طرق الضبط الدستورية (مثل تلك الموجهة بواسطة الEPA أو إدارة الأدوية والطعام) وربما في حالات خاصة تستخدم الأعمدة المحشوة. وأيضا يوجد استخدام مستمر أخر للأعمدة المحشوة من اجل تحليل الغازات الخاملة لان أجزاء العامود PLOT البديل تكون اقل تكلفة. عند وصف العامود فانه يعبر عن الطول بالقدم أو المتر والقطر بالا نش أو المليمتر، وتركيز الطور الساكن السائل بالنسبة المئوية لأنواع الأطوار السائلة، وحجم ونوع الصلب الحامل. تتكون الأعمدة المحشوة من مادة محملة نفوذة محشوة في معدن أو أنبوب زجاجي من اجل الكروماتوغرافيا الصلبة الغازية., أو سائل لزج مغطى من الخارج بمادة صلبة محملة داخل العامود من اجل الكروماتوغرافيا السائلة الغازية.

يوجد أنواع متعددة من الأطوار الساكنة

التي نختارها في الأعمدة المحشوة، ويكون تحديد الطور المناسب عملية مملة، لان قدرة الفصل للأعمدة الشعرية تكون أفضل. أن عملية اختيار العامود هي عملية بسيطة من عدة أعوام مضت. نستطيع تحديد العامود المناسب بواسطة التطبيقات المشار إليها في الكروماتوغرافيا الرئيسية المزودة بكتالوج. تلك خصوصيات كل القياسات الوثيقة الصلة بالموضوع المحتاج إليها من اجل التركيب والتحليل للحموض العضوية الحرة في الماء.

الشروط البدائية للعامود:-

من اجل تطبيقات أفضل للعامود بواسطة الإشارة لملاحظات تلك التطبيقات. إذا كانت سرعة التطبيق المطلوب غير متاحة فالتقنية تساعد الكيميائي على دمجها مع الكروماتوغرافيا.

• كلما كان نصف قطر العامود اصغر فان إمكانية الفصل تكون أكبر. واحد من الأعمدة المختارة عموما حوالي 0.2مم أو اصغر في التحاليل من اجل التراكيز الصغيرة أو فصل المزائج الحاوية على 50 مركب أو أكثر.
• يتعلق تحديد الطور الساكن بنوع المركبات المحقونة في مزيج العينة.
• يعتمد الاختيار الأول للطور الساكن على الاختلاف في الانتقائية للمركبات في مزيج العينة.

يمكن إن تكون العينات المتناظرة مستخدمة في شرح ظاهرة الفصل في العامود. ينبغي أن يكون التصور الأول لعامود ذو فتحة أنبوب كبيرة مع طور ساكن مطلي من الخارج بطبقة تشبه الشوكولا ملتحمة مع سطوح خاملة للعامود، تلك الاختيارات تكون موجودة في المزائج. أحداها لايرتبط بالطبقة الشوكولاتية (المركب A) , وإحداها الأخر يكون له ارتباط متوسط مع الطبقة الشوكولاتية (المركب B) ,والأخر يرتبط بالطبقة (المركب C). إذا بدأ المزيج بالانتقال إلى أسفل العامود فان التوزيع يبدأ بالظهور وبالتالي فان المركب الذي سيخرج أولا هو A والثاني سيكون B والأخير سيكون C والذي يكون لديه ألفة أكبر من اجل الطبقة الشوكولاتية. إن لنوع الطور الساكن وإمكانيته في التفاعل مع مركبات المزيج الأثر الواضح في عملية الفصل، إذا غيرنا الطبقة الشكولاتية التي تمثل الطلاء الخارجي للعامود باللوزيات فيفترض إن المركب C على الرغم من انه محب للشكولا يكون الأكثر حساسية للو زيات. ألا أن عند امتلاص المركبات الطلب يكون مختلف تماما، مع A وc لايمتلص وb يلي الأخير مثل خصائص الحساسية في العامود تكون متغيرة. إن عملية انتقاء الطور الساكن من اجل الفصل المطلوب والذي يكون هام لتلك المركبات في المزيج والتي لديها اختلاف في الألفة من اجل الطور الساكن تلك تكون لها علاقة بانتقائية العامود. تلك الاختلافات في الألفة تكون الأساس في التفاعلات الفيزيوكيميائية. تعتمد الآلية الابتدائية في الكروماتوغرافيا السائلة- الغازية على الاختلاف في انحلالية المركبات في الطور الساكن السائل ويمكن استخدام فرضيات حول السلوك القطبي والاقطبي لشرح قوة تفاعل المركبات والتي تكون مسؤولة عن التوزيع في المركبات. الأطوار الساكنة السائلة الشائعة الاستخدام من اجل فصل بعض المركبات العضوية الحاوية على المتيل وبولي فنيل سيلوكسونس والأفضل من ذلك غليكوز بولي ابتلين. يعتمد الفصل في الكروماتوغرافيا الصلبة الغازية على الاختلاف في الادمصاصية على الطور الساكن والاحتفاظ بالمركبات الممتصة يكون محدود بواسطة

• (1) الطبيعة الكيميائية والبنية الهندسية للمسام في الماص.
• (2) الوزن الجزيئي للجزيئات الممتصة والشكل الهندسي والبنية الإلكترونية،
• (3) حرارة العامود
• (5) المادة الصلبة الشائعة الاستخدام في الأطوار الساكنة المد مصة من اجل الفصل في الغازات الثابتة وأبخرة المركبات الحاوية جزيئات منحلة، اكاسيد ألومينا، وبولميرات نفوذة، تلك المواد الأخيرة يمكن استخدامها في أعمدة PLOT والتي أخذت تزداد شعبيتها في العشر أعوام الأخيرة كتقنية تحسين صناعية.

يستطيع الكروماتوغرافي المبتدأ إن يجري تحاليل روتينية بسهولة مع فهم شامل لفرضية الفصل في العامود. تتضمن المسؤولية الأولى تطوير الطريقة وجعلها أكثر فعالية. يكون الفهم الرئيسي في فرضية الفصل أمر غير شائع. الاقتراحات المقروءة بواسطة التقرير L. غروب وكارين هافير المجدولة في نهاية هذا الفصل تشمل فرضية الفصل في تفصيل شامل. وينبغي الإشارة إلى تلك المراجع من اجل تفسيرات إضافية.

ويكون زمن الاحتفاظ بالدقائق مجدول بالتقرير ويكون مرفق مع الطيف. يبدأ نظام البيانات بتسجيل تغيرات إشارة الكاشف عندما تكون العينة محقونة داخل حجرة الحقن ويكون التحليل قد بدأ. لذلك المركبات تكون منفصلة ويؤثر الكاشف في زيادة الإشارة والكشف أو زمن الاحتفاظ في تلك القمة يكون مسجل. معلومات أخرى في التقرير تكون مناقشة في أخر هذا الفصل.

زمن احتفاظ المركبات ينبغي أن يكون متعلق بشروط مكونات العملية من حرارة الفرن، وتدفق العامود، استخدام المركبات المتماثلة نوعيا. ويكون التنبؤ بزمن الاحتفاظ يكون مستخدم في المركبات المتماثلة. يرافق ازدياد التدفق قصر في زمن الاحتفاظ، وتناقص التدفق ينتج عنه زمن احتفاظ كبير. في الفصل التام ينبغي ملاحظة أن عملية التحكم بوضع التدفق أو سرعة الرسم ليست اختيارية، والتي تكون مطبقة من أجل فعالية فصل أفضل. اقتراحات مجالات التدفق، وسرعة الرسم وكذلك أقطار الأعمدة التي تمنح فعالية أفضل، وبالتالي لابد من ضبط التدفق مع تلك المجالات من اجل انجاز عملية فصل بأقل زمن ممكن.