تبلیغات
کشاورز ایرانی (مرکز ارائه خدمات جامع آموزش کشاورزی) - کروماتوگرافی گازی GC-Mass

کشاورز ایرانی (مرکز ارائه خدمات جامع آموزش کشاورزی)

هدف ما بالابردن دانش و مهارت است www.iranfarmer.ir

یکشنبه 15 فروردین 1395

کروماتوگرافی گازی GC-Mass

نویسنده: مهندس علیرضا شعاعی   

دستگاه GC-MS از دو قسمت GC(گاز کروماتوگرافی) و MS(طیف سنجی جرمی) تشکیل شده است. در این دستگاه GC و Mass از هم جدا نمی باشند و وارد كردن نمونه به دستگاه Mass از طریق GC می باشد، بنابراین در این دستگاه، فقط از نمونه هایی می توانیم طیف جرمی تهیه كنیم كه بتوانیم به GC تزریق نمائیم، پس به طور عمده این دستگاه برای شناسایی و تعیین مقدار فراكسیونهای موادی است که حالت فرار دارند(مانند اسانسهای گیاهی که نقطه جوش پایینی دارند) و یا بواسطه ترکیب با برخی واکنشگرها و یا حلالهای خاص، امکان فرار بودن را می یابند. در دستگاه GC-MS اجزای یک مخلوط به ترتیب توسط یک ستون کروماتوگرافی از هم جدا می‌شوند و پس از حذف گاز حاصل، وارد منبع یونش طیف سنج جرمی می‌گردند و سپس، بواسطه تولید میدانهای الکتریکی پر قدرت، اقدام به شناسایی کمی و کیفی اجزای مخلوط بر اساس نسبت بار الکتریکی به جرم آنها می گردد.

برای آنالیز ترکیب و پایداری در فاز محلول می توان از MS استفاده کرد. به عنوان مثال برای تعیین ساختار ترکیبات شاخه‌ای نانومقیاس با ابعاد 1/5nm می‌توان از روش طیف‌سنج جرمی با تکنیک یونش الکترواسپری (ESI) استفاده کرد.

برتری عمده این روش نسبت به سایر روش‌ها، سریع بودن پاسخ‌دهی می‌باشد(شناسایی اجزای مخلوط ظرف کمتر از90 ثانیه پس از ورود مخلوط بداخل دستگاه انجام می شود)، همچنین حتی در صورت در اختیار داشتن مقادیر بسیار اندکی از یک مخلوط (در حد پیکوگرم= (10-12 gr ، می توان به دقت، اقدام به شناسایی نوع و مقادیر اجزای تشکیل دهنده آن نمود.
مهمترین مزیت این روش نسبت به سایر روش‌ها از قبیل TEM، XRD، UV-Vis، IR، اسپکتروسکپی رامان و TGA این است كه برای تعیین ترکیبات به طور مستقیم از روش‌های فوق نمی‌توان استفاده کرد. اما از روش MS می‌توان استفاده نمود.


شناسایی دستگاه GC-Mass

مشابه دستگاه GC است. تنها تفاوت آن با GC معمولی این است كه در این دستگاه دتكتور مربوطه دتکتور Mass است .تفاوتهای دیگر آن عبارتند از 1- از ستون موئینه (كاپیلری) استفاده می كنیم. نوع ستون به اسم تجارتی DB-5 است. از نظر پلاریته ستون دارای پلاریته متوسطی است. طولش m30است و برای كارهای عمومی استفاده می شود از آنجا كه عوض كردن ستون زیاد ساده نمی باشد. سعی می كنیم ستونی را انتخاب كنیم كه نمونه های زیادی را با آن تعیین كنیم.
2- احتیاج به حجم نمونه خیلی كمی برای تزریق داریم. معمولا 0.1 میكرولیتر حجم تزریق است، گاهی همین ml0.1 هم برای تزریق به این دستگاه زیاد است پس از سیستمی كه برای رقیق كردن نمونه است و split یا spliless نام دارد استفاده می كنیم. Split یعنی چند شاخه شدن یعنی نمونه ای که به دستگاه تزریق می کنیم عدد split را به دستگاه می دهیم .مثلا100،نمونه به همان مقدار تقسیم شده و یكی از آن قسمتها وارد دستگاه می شود.

گاهی نمونه خالص، خیلی غلیظ است و حتی با طریق split خط پایه خوبی ندارد. پس این نمونه ها را رقیق می كنیم (معمولا با متانل) مجبوریم ml 0.2-0.1 از نمونه را تزریق كنیم، چون حجم حلال زیاد و حجم نمونه كم است كه در اینجا به مقدار زیاد حلال به دستگاه می رسد كه ممكن است فشار زیادی به دستگاه وارد کند، بنابراین به اندازه Rt حلال به دستگاه delay (تاخیر) می دهیم تا فیلاماندستگاه پس از خروج حلال روشن شود، كه متانل بعد از 2 دقیقه می آید، یعنی دستگاه 2 دقیقه طیف جرم نمی گیرد.

در Mass احتیاج داریم كه مقادیر میكروگرم از نمونه را تحت شرایط خلا بخار نموده و از آن طیف بگیریم . پس نیاز به خلا داریم كه توسط توربوپمپ Turbo pump خلا mmHg 7-10 ایجاد می شود. دو طریق عمده برای یونیزاسیون نمونه داریم: 1- طریقه Electron Ionization الكترون یونیزاسیون (EI): كه انرژی حدود ev 70 به جسم اعمال می شود. مقدار شكست ها خیلی زیاد است، پس اطلاعات راجع به ساختمان شیمیائی جسم بیشتر می شود. تنها اشكال آن ندیدن پیك یون ملكولی در برخی اوقات است.

2- روش chemical Ionization یونیزاسیون شیمیایی (C.I): از گاز متان، ایزوبوتان، آمونیاك برای شكستن جسم استفاده می كنیم كه طریق نرم تری است ولی یون ملكولی را می بینیم.ما به روش EI كار می كنیم.

در شروع كار با دستگاه بایدتشکیل خلا را چك كنیم كه به میزان قابل قبولی رسیده باشد به خاطر اینكه وجود آب پیک (18)، ازت (28)، اكسیژن (32) را ایجاد می کنند.با این حال معمولا وقتی طیف Mass می گیریم به آن برنامه می دهیم كه از mass 40 به بالا را بگیرد.

لازم است كه ماهی یكبار كالیبراسیون را برای دستگاه انجام می دهیم، یعنی از یك جسم استاندارد طیف Mass بگیریم و ببنیم آیا مطابقت دارد یا نه؟ استاندارد: پرفلوروتری بوتیل آمین كه در داخل خود دستگاه در داخل یك شیشه كوچك تعبیه شده این جسم دارای پیك های شارپی در نواحی به خصوصی هست، اگر دستگاه بتواند این پیك ها را پیدا كند، در آن صورت اعلام می دارد كه آیا دستگاه كالیبره هست یا نه.

مزیت دیگر این دستگاه: امكان جستجو در كتابخانه (Library) دستگاه هست، بعد از گرفتن طیف می توان در كتابخانه دستگاه رفته و search یا جستجو نمود. برای هر گروه از مواد، كتابخانه جداگانه ای وجود دارد. دستگاه 10 كاندید را پیشنهاد می كند.

فاكتور P (purity) درصد احتمال صحت كاندیداها را نشان می دهد كه اگر بالاتر از 80% (اعداد بالاتر از 800) باشد، قابل قیول است.

اگر فاكتور P از 800 به بالا بود، به معنی این است كه جسم با احتمال بیش از 80% همان كاندید است. فرض كنیم پیك جسمی از 3 فراكشن C,B,A تشكیل شده باشد. این دستگاه ضمن اینكه كروماتوگرام را به ما می دهد، طیف Mass را نیز به ما می دهد. یعنی از هر جزء (Fragment) طیف Mass گرفته می شود.

تنها محدودیت این دستگاه این است كه چون سیستم وارد كننده نمونه به دستگاه GC, Mass است. پس در واقع تنها موادی را می توان با GC شناسائی نمود كه فرار باشند یا از آنها بتوان مواد فرار (توسط مواد مشتق ساز مواد فرار) تهیه كرد. مواد مشتق ساز عبارتند از: مشتقات سیلیس (تری میتل سیلان) كه با جسم ایجاد مشتقات فرار قابل تزریق به GC را می نمایند.

قسمتهای مختلف دستگاه:

1- مخزن هلیم: He با خلوص بسیار بالا

2- injector: فلوی گاز حامل را روی Psi 12 تنطیم می كنیم. در قسمت split flow . میزان رقیق شدن نمونه را تعیین می كنیم، یعنی نمونه با گاز حامل تقسیم به نسبت می شود و تنها به نسبت 1به عدد تقسیم وارد ستون می گردد. ممكن است قسمت GC با یك دتكتور FID به عنوان یك بخش مستقل استفاده شود.

3- ستون: از نوع كاپیلری طول: 30m نوع DB-5

بعد از مدتی ستون كثیف می شود كه باید آن را مجددا احیاء (رژنره) كنیم، برای این كار مدتی ستون را در دمای ° 215-200 قرار می دهیم تا اشغالها بسوزد. پس از چند بار با این روش هم دیگر نمی توان ستون را احیاء مجدد نمود، و باید cm 20 اول ستون را قطع نمود، چرا كه اغلب اشغالها در cm 20 اول ستون هستند.

4- detector( دتکتور همان دستگاه Mass می باشد.

5- Recorder

6- برای قسمت Mass احتیاج به پمپ برای ایجاد خلا داریم

برای كار با دستگاه : ابتدا وارد بخش Instrumental control می شویم كه در اینجا میزان آب و هوا را مشاهده می كنیم. سپس calibration Mass انجام می شود كه پیكهای استاندارد پیدا شده و منحنی استاندارد رسم می شود. اگر در هر بخش اشكالی ایجاد شود، در بخش Diagnostics اشكال را پیدا می كنیم.

سپس در بخش analysis موارد زیر تعیین می شود:

نام فایل مشخص می شود. 1- Data file

پارامترهایی مثل: دما، زمان و... مشخص می شود 2-GC Method

مشخصات فوق می تواند توسط فرد تعیین شود (با Edit) و یا پیش فرضهای دستگاه پذیرفته شود با فشار دادن كلید C، می توان كروماتوگرام تركیب را بدست آورد و با كلید F1 از هر محل دلخواه كروماتوگرام به طیف Mass را بدست آورد.

همچنین در بخش Chrome analysis می توان كروماتوگرام ماده را مشاهده كرد، بخشی از آن را بزرگ كرد و از هر قسمت دلخواه طیف Massرا بدست آورد.

پس از رسم طیف Mass با فشار دادن كلید L وارد كتابخانه (Library) دستگاه می شویم كه
می توان در این بخش تركیب را در كتابخانه موردنظر (مثلا Libraryترپنوئیدها، و ...) جستجو Search نمود. همانطور كه گفته شد فقط انتخابهایی كه purity بالاتر از 800 قابل قبول می باشد. در نهایت خاموش كردن دستگاه را می توان بصورت دستی (manual) انجام داد یا از قسمت shut down استفاده نمود كه انجام مراحل خاموش كردن دستگاه، چند ساعت طول
می كشد********

اساس كار با دستگاه

به ازای تعداد فراكسیونهای موجود در اساس در كروماتوگرام پیك ظاهر می شود. در كروماتوگرام محور Xها مشخص كننده Rt و محور yها تعیین كننده شدت پیك هاست، طوری كه با اندازه گیری AUC می توانیم تعیین مقدار كنیم و نیز با Rt شناسایی كیفی انجام می دهیم.

تفاوت این دستگاه با GC اینست كه در اینجا از هر فراكسیون در دستگاه Mass طیف جرم گرفته می شود. در این طیف های جرم پیك ها تك شاخه ایست. فراوانی Base peak ، 100% است و بلندترین پیك انتهایی پیك یون مولكولی می باشد. بعد از انتخاب پیك مربوط به هر فراكسیون در طیف كروماتوگرام تعیین (scan number)، دستگاه طیف جرم مربوط به آن را رسم كرده سپس طیف جرم را به كتابخانه دستگاه برده و برحسب درصد انطباق برای هر طیف 10 تا كاندیدا می دهد.

در این دستگاه GC و Mass از هم جدا نمی شود و طرز وارد كردن نمونه به دستگاه Mass از طریق GC می باشد، بنابراین در این دستگاه، فقط از نمونه هایی می توانیم طیف جرم تهیه كنیم كه بتوانیم به GC تزریق نمائیم. پس به طور عمده این دستگاه برای شناسایی و تعیین مقدار فراكسیونهای اسانس هاست كه مواد فرار هستند.

ستون دستگاه GC از نوع لوله موئینه است زیرا باید حجم نمونه كم باشد تا طیف جرمی خوبی به دست آید. برای كاهش حجم نمونه چند كار انجام می شود: یك راه رقیق كردن اسانس با حلال (معمولا متانول) است و یا می توان به جای تزریق، فقط سرسوزن را به اسانس آغشته نمود. اما بازهم گاه مشاهده می شود كه تنها با رقیق كردن، پیك ها از صفحه بیرون می زند. به همین منظور در دستگاه سیستم Split طراحی شده كه این سیستم آنچه را كه از طریق injector وارد دستگاه می شود، تقسیم می كند و یك قسمت را وارد ستون كرده و بقیه را از پشت دستگاه خارج می كند كه براساس میزان فلویی كه ما برای دستگاه مشخص می كنیم این تقسیم صورت می گیرد كه حداكثر آن معمولا 300/1 است.

برای شروع كار با دستگاه روش كار با دستگاه، باید مطمئن شویم كه در دستگاه خلا برقرار شده زیرا باید طیف جرم را در خلا بگیریم. سپس باید دستگاه را كالیبره كنیم. به این منظور از ماده پرفلوئورو تری بوتیل آمین استفاده می كنیم.

دستگاه این ماده را با FC-43 می شناسد. این تركیب دارای 6 پیك مشخص است و اگر این پیك ها سرجایشان بودند یعنی دستگاه درست كار می كند. این ماده را ما به دستگاه تزریق نمی كنیم، بلكه به دستگاه برنامه ای می دهیم تا براساس این ماده كالیبره شود، یعنی قبل از شروع هر كاری وقتی مطمئن شدیم خلا برقرار شده یك برنامه به دستگاه می دهیم تا از استاندارد استفاده كند.

در مرحله بعد باید متدهای GC و Mass را مشخص كنیم.

متدی كه برای GC انتخاب می كنیم ESS است. این متد تركیبی ازمتد ایزوترمال به مدت min 10 و بعد پروگرامیك است كه در آن دمای شروع و اتمام كار مشخص است. در متدی كه برای Mass انتخاب می كنیم Mass range مشخص می شود كه معمولا این محدود را از 40 تا 300 می گیریم. زیرا در محدوده كمتر از 40 پیك نداریم و نیز در این جا مزاحمت هایی هم وجود دارد. در متد Mass یك مدت زمان تاخیر (delay time) هم در نظر می گیریم، در این مدت فقط حلال (متانول) از دستگاه خارج می شود و طیف جرم آنرا نمی گیریم بنابراین در دو دقیقه اول پیكی رسم نمی شود. علت این كار اینست كه تعداد مولكول های متانول نسبت به جرم ماده نمونه زیاد است كه اگر طیف جرم آن را بگیریم فشار زیادی به دستگاه می آید.

در متد Mass روش گرفتن طیف جرم (Ionization mode) را هم مشخص می كنیم. به طور كلی دو روش وجود دارد EI(Electron Ionization) و CI(Chemical Ionization) كه ما در این جا از روش EI استفاده می كنیم.شکسته شدن به روش EI شدیدتر از CI است و در این روش طیف های بیشتری مشاهده می شود زیرا شكست ها بیشتر است و ممكن است یون مولكولی مشاهده نشود.

ستون دستگاه با اسم تجارتی DB-5، دارای پلاریته متوسط بوده و در آن از گاز هلیوم به عنوان حامل استفاده می شود. (در اینجا از گاز ازت برای شكستن خلا استفاده می كنیم). اگر ببنیم كیفیت ستون كاهش یافته (به علت چسبیدن ماده به آن كارایی كم شده باشد) 10-20 سانتی متر اول ستون را قطع می كنیم. ستون از یك طرف به سیستم تزریق و از طرف دیگر به دتكتور وصل است. می توان تا 300 فلواسپلیت داشته باشیم. آنچه به ستون تزریق می شود با گاز حامل مخلوط شده و بعد تقسیم می شود.

در قسمت Instrumental control باید چك كنیم كه در قسمت خلا آب و هوا نباشد بعد وارد قسمت آنالیز شده و متدهای مورد نظر را به دستگاه download می كنیم. سپس باید منتظر بمانیم تا دستگاه GC گرم و آماده شود. وقتی چراغ GC روشن شد آماده تزریق خواهد بود. در اینجا مدت تزریق 70 دقیقه طول می كشد. هر چه طیف جرم را با غلظت كمتر بگیریم. طیف بهتری خواهیم داشت مثلا اگر فراكسیون A در بین دقیقه های 3تا5 بیرون آمده در هر ثاینه آن یك طیف جرم گرفته می شود و معمولا طیف جرم از راس پیك با ابتدا و انتهای پیك متفاوت است زیرا در قسمت راس غلظت فراكسیونها بیشتر است. غلظت بیشتر باعث شلوغ شدن طیف جرم می شود. بنابراین از طیف های جرم پای پیك یعنی با scan number پائین تر برای بردن به كتابخانه استفاده می كنیم.

در دستگاه كتابخانه های مختلفی برای جستجو وجود دارد كه كتابخانه ترپن ها بهترین كتابخانه برای جستجوی اسانس هاست. (البته كتابخانه های بزرگ دیگری هم وجود دارد).گاه نتایج بسیار متنوعی با جستجو در كتابخانه های مختلف مشاهده می شود. معیار قبول كردن كاندیداها فاكتور purity می باشد كه حداكثر آن 1000 است و نشاندهنده انطباق 100% می باشد. معیار قبولی كاندیدا purity برابر 800 را انطباق 80% است. و معمولا سه كاندیدای اول اهمیت بیشتری دارند یادداشت می شوند.

منبع : http://normalite.ir

 
لبخندناراحتچشمک
نیشخندبغلسوال
قلبخجالتزبان
ماچتعجبعصبانی
عینکشیطانگریه
خندهقهقههخداحافظ
سبزقهرهورا
دستگلتفکر
  • آخرین پستها

  • ابر برچسبها

آمار وبلاگ

  • کل بازدید : 12
  • بازدید امروز :9
  • بازدید دیروز : 7
  • بازدید ماه قبل : 6
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :