آزمایشگاه GC-MS

      

         (GC) Gas Chromatography

کروماتوگرافی گازی یکی از قدرتمندترین و در عین حال فراگیرترین روشهای تجزیه دستگاهی است که تاکنون به خدمت گرفته شده اند که هم در زمینه تجزیه کیفی و هم تجزیه کمی می تواند بکار گرفته شود.

هر سیستم کروماتوگراف گازی دارای شش قسمت اصلی است: منبع جریان گاز حامل، انژکتور، آون، ستون، آشکارساز و ثبات. بطور خلاصه فرآیند یک آنالیز کروماتوگرافی گازی بدین صورت است: محلولی از نمونه مورد نظر توسط یک میکرو سرنگ به درون محفظه داغ انژکتور( با دمای 300-200 درجه سانتی گراد) تزریق می شود. نمونه در تماس با دمای بالای انژکتور بلافاصله تبخیر شده و به همراه جریان گاز حامل به سوی ستون هدایت می شود. ستون در آونی قرار دارد که دمای آن با دقت و حساسیت فوق العاده زیاد تنظیم و تثبیت می گردد. هر جزء نمونه بصورت مجزا با فاز ساکن درون ستون برهمکنش فیزیکی برقرار می کند. میزان برهمکنش هر جزء با فاز ساکن، متفاوت از سایر اجزا بوده و در نتیجه سرعت حرکت هر جزء با جزء دیگر فرق دارد. پس از خارج شدن هر جزء از ستون و رسیدن آن به آشکارساز یک سیگنال الکتریکی تولید می شود که شدت آن متناسب با مقدار کمی آن جزء است. در نهایت یک کروماتوگرام رسم می گردد که پاسخ های آشکارساز به اجزاء نمونه بر حسب زمان خروج اجزا از ستون می باشد.

 

                 Mass Spectrometry (MS)   

در یک طیف سنج جرمی بخار یک ماده با جریانی از الکترون بمباران می شود که منجر به از دست دادن الکترون توسط نمونه و تشکیل یون مولکولی می شود. برخورد بین الکترون های پرانرژی و مولکولهای آنالیت معمولا آنقدر به مولکولها انرژی می دهد تا در یک حالت برانگیخته باقی بمانند. آسایش معمولا بوسیله قطعه قطعه شدن یون مولکولی برای تولید یونهای با جرم اتمی کمتر تحقق می یابد. یون های مثبت تولید شده با سرعت های متفاوتی از درون شکاف طیف سنج جرمی جذب می شوند و در نهایت یک نمودار میله ای که شدت نسبی پیک های جرمی را به نسبت جرم به بار آن ها مرتبط می سازد رسم می گردد.

 

(GC-MS) Mass Spectrometry Gas chromatography

دستگاه GC-MS یک کروماتوگراف گازی است که آشکارساز آن یک طیف سنج جرمی است و از هم جدا نمی باشند. بنابراین تنها می توان نمونه هایی را بوسیله آن آنالیز نمود که بتوان آن ها را به  GCتزریق نمود. در نهایت از مقایسه طیف جرمی آنالیت با طیف جرمی موجود در کتابخانه دستگاه، ساختار آنالیت تعیین می گردد.

 

دستگاه کروماتوگراف دانشگاه کاشان که از سال 1380 در این دانشگاه مورد استفاده دانشجویان بوده است، مدل 6890 کوپل شده با طیف سنج جرمی مدل  5973Nساخت شرکت Agilent آمریکا، دارای ستون مویین HP-5MS  با فاز ساکن متیل فنیل سیلوکسان 5% (طول 30 متر، قطر داخلی 0.25 میلی متر و ضخامت لایه ساکن 0.25 میکرومتر) و انرژی یونیزاسیون70  الکترون ولت می باشد.

 

گاز حامل:

چگونگی تفکیک و جداسازی اجزاء یک مخلوط پیچیده توسط GC ، بستگی بسیاری به ماهیت و سرعت گاز حامل دارد. He و H₂ جداسازی بهتری نسبت به N₂ ارائه می کنند. این دو گاز حامل پرکاربرد، از جهت کارایی، تفاوتهای جزئی با هم دارند. اما از آنجا که He دارای ایمنی بالاتری می باشد، بر  H₂ارجحیت دارد.

گاز حامل ستونهای مویینه باید از نوع فوق العاده خالص باشد. کمترین درجه خلوص لازم برای گاز He باید 99/995 باشد. در آزمایشگاه مرکزی دانشگاه کاشان از گاز He با درجه خلوص 99/999 به عنوان گاز حامل استفاده می گردد.

 

مشخصات نمونه:

ستون GC در این دستگاه نیمه قطبی می باشد و برای طیف گیری از اسانس ها و عصاره های گیاهی بسیار مناسب می باشد. نمونه‌های آلی دیگر نیز چنانچه دارای ترکیبات فرار باشند قابل آنالیز می باشند، اما چنانچه حاوی ترکیبات فرار نباشند، نمونه در دمای 250 درجه انژکتور سوخته و علاوه بر اینکه به دستگاه آسیب می رساند، کروماتوگرامی در پی نخواهد داشت.

نمونه ها بصورت خالص یا رقیق شده با حلال، توسط سرنگ 10 میکرولیتری به دستگاه تزریق می شوند. چنانچه نمونه خالص باشد کمتر از 0.5 میکرولیتر آن برای آنالیز کافیست. اما چنانچه نمونه غلیظ باشد با حلال n-Hexane یا Ethyl acetate رقیق شده و آنگاه بسته به شرایط نمونه، حدود 2-1 میکرولیتر آن به دستگاه تزریق می شود.

 

 

نمونه های جامد را نمی توان با دستگاه GC-MS آنالیز نمود. مگر آنکه آنرا درحلال های مذکور حل کرده و محلول را به دستگاه تزریق نمود. چنانچه حجم نمونه های ارسالی حداقل 1 میلی لیتر باشد، می توان از روش Auto sampling استفاده کرد. در این روش، با توجه به برنامه ای که برای دستگاه تعریف می شود دستگاه بصورت خودکار مراحل مختلف شستشوی سرنگ با حلال، شستشوی سرنگ با نمونه، تزریق میزان مشخص نمونه و شستشوی سرنگ بعد از تزریق را انجام داده و در نهایت کروماتوگرام مربوطه را رسم می کند.

 

 

کروماتوگرام:

در شکل زیر کروماتوگرام یک نمونه اسانس مشاهده می شود که بر اساس فراوانی به زمان بازداری هر جزء نمونه است:

 

هر کروماتوگرام متشکل از چند پیک است. در شرایط ایده آل هر یک از پیک های کروماتوگرام، تنها متعلق به یک جزء نمونه است. اما در عمل گاهی ممکن است یک پیک مربوط به بیش از یک جزء بوده و یا نتیجه همپوشانی دو پیک متوالی و نزدیک به هم باشد که با تغییر شرایط مختلف آنالیز معمولا می توان این مشکل را رفع نمود. هر پیکی که ترسیم می گردد، دستگاه طیف جرمی آن را با کتابخانه مقایسه کرده و یک گزارش شبیه زیر ارائه می کند که در آن زمان بازداری، سطح زیر منحنی، نوع هر جزء نمونه و درصد انطباق آن ها آورده شده است.

 

 

با توجه به نتایج و اطلاعات موجود در جزئیات کروماتوگرام، نوع نمونه و پاسخ دستگاه می توان به آنالیز کیفی نمونه پی برده و چنانچه اطلاعات کمی نیز مدنظر باشد، می توان با تزریق استاندارد، آنالیزهای کمی دقیق نیز انجام داد.

 

مزایا  و معایب:

اگر ازامکانات و توانمندی های این روش به خوبی استفاده شود، می توان اطلاعات متنوع و بسیار مفیدی را هم در زمینه تجزیه کیفی و هم در مورد تجزیه کمی در ارتباط با تک تک اجزاء تشکیل دهنده یک مخلوط پیچیده به دست آورد. زمان کوتاه آنالیز، مصرف بسیار کم نمونه، حساسیت فوق العاده و سادگی کار با دستگاه، از مزایای روش GC-MS می باشد.

اما علیرغم قابلیت های فراوان، این تکنیک دارای محدودیت هایی نیز می باشد. از جمله اینکه این روش تنها قادر به آنالیز موادی است که نسبتا فرار بوده و در محدوده 400- 350 درجه سانتی گراد از فشار بخار قابل ملاحظه ای برخوردار باشد؛ و یا اینکه با افزایش سریع دما اجزاء نمونه بدون آنکه تخریب و یا تجزیه شوند، تبخیر گردند. بنابراین بخش عمده مواد معدنی و بسیاری از مواد آلی دیرجوش را نمی توان توسط کروماتوگرافی گازی آنالیز نمود.

 

 مکان آنالیز: دانشگاه کاشان، آزمایشگاه مرکزی، طبقه دوم، اتاق 30، آزمایشگاه تشخیص مواد، شماره تماس 09130298684- 03155912393

اپراتور:عباس جعفری کاشی