كروماتوغرافيا الغاز

تحتاج هذه المقالة إلى مصادر إضافية للتحقق . يُرجى المساعدة في تحسين هذه المقالة عن طريق إضافة مصادر موثوقة . قد يتم الطعن في المواد غير الموثقة وإزالتها. البحث عن المصادر:  "Gas chromatography" – news  · magazines  · books  · scholar  · JSTOR ( November 2020 ) ( Learn how and when to remove this message )

كروماتوغرافيا الغاز

كروماتوجرافيا الغاز مع عينة مساحة الرأس
اختصار	جي سي
تصنيف	الكروماتوغرافيا
المحللات	عضوي غير عضوي يجب أن تكون متقلبة
تقنيات أخرى
متعلق ب	كروماتوغرافيا الطبقة الرقيقة كروماتوغرافيا سائلة عالية الأداء
مُرفق بعلامة الوصل	كروماتوغرافيا الغاز-مطيافية الكتلة

كروماتوغرافيا الغاز ( GC ) هو نوع شائع من الكروماتوغرافيا المستخدمة في الكيمياء التحليلية لفصل وتحليل المركبات التي يمكن تبخيرها دون تحلل . تشمل الاستخدامات النموذجية للكروماتوغرافيا الغازية اختبار نقاء مادة معينة، أو فصل المكونات المختلفة لخليط. ^[1] في الكروماتوغرافيا التحضيرية ، يمكن استخدام الكروماتوغرافيا الغازية لإعداد مركبات نقية من خليط. ^{[2] [3]}

تُعرف كروماتوغرافيا الغاز أحيانًا أيضًا باسم كروماتوغرافيا الطور البخاري ( VPC )، أو كروماتوغرافيا تقسيم الغاز إلى سائل ( GLPC ). تُستخدم هذه الأسماء البديلة، بالإضافة إلى الاختصارات الخاصة بها، بشكل متكرر في الأدبيات العلمية. ^[2]

كروماتوغرافيا الغاز هي عملية فصل المركبات في خليط عن طريق حقن عينة غازية أو سائلة في طور متحرك، يُسمى عادةً الغاز الحامل، وتمرير الغاز عبر طور ثابت. الطور المتحرك هو عادةً غاز خامل أو غاز غير تفاعلي مثل الهيليوم أو الأرجون أو النيتروجين أو الهيدروجين . ^[1] يمكن أن يكون الطور الثابت صلبًا أو سائلاً، على الرغم من أن معظم أنظمة كروماتوغرافيا الغاز اليوم تستخدم طورًا ثابتًا سائلًا بوليمريًا. ^[4] يوجد الطور الثابت داخل عمود فصل. اليوم، تتكون معظم أعمدة كروماتوغرافيا الغاز من شعيرات سيليكا مندمجة بقطر داخلي يتراوح بين 100 و320 ميكرومتر (0.0039 و0.0126 بوصة) وطول يتراوح بين 5 و60 مترًا (16 و197 قدمًا). يقع عمود كروماتوغرافيا الغاز داخل فرن حيث يمكن التحكم في درجة حرارة الغاز ومراقبة النفايات الخارجة من العمود بواسطة كاشف مناسب. ^[1]

يتكون جهاز الغاز الكروماتوجرافي من أنبوب ضيق، يُعرف بالعمود ، تمر من خلاله العينة المتبخرة، محمولة على طول تدفق مستمر من الغاز الخامل أو غير التفاعلي. تمر مكونات العينة عبر العمود بمعدلات مختلفة، اعتمادًا على خصائصها الكيميائية والفيزيائية والتفاعلات الناتجة مع بطانة العمود أو حشوه، والتي تسمى المرحلة الثابتة . عادة ما يكون العمود محاطًا بفرن يتم التحكم في درجة حرارته. عندما تخرج المواد الكيميائية من نهاية العمود، يتم اكتشافها وتحديدها إلكترونيًا. ^[1]

يعود تاريخ الكروماتوغرافيا إلى عام 1903 في أعمال العالم الروسي ميخائيل سيمينوفيتش تسويت ، ^[5] الذي قام بفصل الصبغات النباتية عن طريق كروماتوغرافيا العمود السائل.

يُنسب اختراع الغاز الكروماتوغرافيا عمومًا إلى أنتوني تي جيمس وآرتشر جيه بي مارتن . ^{[6] [7]} استخدم جهاز الغاز الكروماتوغرافي الخاص بهما الكروماتوغرافيا التقسيمية كمبدأ فصل، بدلاً من الكروماتوغرافيا الامتزازية . ارتفعت شعبية الغاز الكروماتوغرافيا بسرعة بعد تطوير كاشف التأين اللهبي. ^[8] لاحظ مارتن وزميل آخر لهما، ريتشارد سينج ، الذي تقاسم معه جائزة نوبل في الكيمياء عام 1952، في ورقة بحثية سابقة ^[9] أنه يمكن أيضًا استخدام الكروماتوغرافيا لفصل الغازات. واصل سينج أعمالًا أخرى بينما واصل مارتن عمله مع جيمس.

في عام 1947، طورت الكيميائية الفيزيائية الألمانية إيريكا كريمر مع طالب الدراسات العليا النمساوي فريتز بريور ما يمكن اعتباره أول جهاز كروماتوجرافي غازي يتكون من غاز حامل وعمود مملوء بهلام السيليكا وكاشف التوصيل الحراري. وقد عرضوا جهاز الكروماتوجرافي في ACHEMA في فرانكفورت، ولكن لم يكن أحد مهتمًا به. ^[10] قدم إن سي تيرنر مع شركة بوريل في عام 1943 أداة ضخمة تستخدم عمودًا من الفحم وأبخرة الزئبق. نشر ستيج كلايسون من جامعة أوبسالا في عام 1946 عمله على عمود فحم يستخدم أيضًا الزئبق. ^[10] قرر جيرهارد هيسه، بينما كان أستاذًا في جامعة ماربورغ / لان، اختبار الرأي السائد بين الكيميائيين الألمان بأن الجزيئات لا يمكن فصلها في تيار غاز متحرك. قام بإعداد عمود زجاجي بسيط مملوء بالنشا وفصل البروم واليود بنجاح باستخدام النيتروجين كغاز حامل. ثم قام ببناء نظام يتدفق فيه غاز خامل عبر مكثف زجاجي محشو بهلام السيليكا ويجمع الكسور المفرغة. ^[10] قام كورتيناي إس جي فيليبس من جامعة أكسفورد بالتحقيق في الفصل في عمود فحم باستخدام كاشف التوصيل الحراري. استشار كلايسون وقرر استخدام الإزاحة كمبدأ فصل له. بعد التعرف على نتائج جيمس ومارتن، تحول إلى كروماتوغرافيا التقسيم. ^[10]

استخدمت تقنية الغاز الكروماتوغرافي المبكرة أعمدة معبأة مصنوعة من كتلة طولها من 1 إلى 5 أمتار وقطرها من 1 إلى 5 مم ومملوءة بالجسيمات. تم تحسين دقة الأعمدة المعبأة من خلال اختراع العمود الشعري، حيث يتم طلاء الطور الثابت على الجدار الداخلي للأنبوب الشعري. ^[6]

توفر أداة أخذ العينات التلقائية الوسيلة لإدخال العينة تلقائيًا إلى المنافذ. ومن الممكن إدخال العينة يدويًا، ولكن لم يعد ذلك شائعًا. ويوفر الإدخال التلقائي إمكانية إعادة إنتاج أفضل وتحسينًا للوقت.

توجد أنواع مختلفة من أجهزة أخذ العينات التلقائية. ويمكن تصنيف أجهزة أخذ العينات التلقائية فيما يتعلق بسعة العينة (أجهزة الحقن التلقائية مقابل أجهزة أخذ العينات التلقائية، حيث يمكن لأجهزة الحقن التلقائية العمل على عدد صغير من العينات)، أو فيما يتعلق بالتقنيات الروبوتية (روبوت XYZ ^[11] مقابل الروبوت الدوار - الأكثر شيوعًا)، أو فيما يتعلق بالتحليل:

• سائل
• مساحة رأس ثابتة بواسطة تقنية المحقنة
• مساحة رأس ديناميكية بفضل تقنية خط النقل
• الاستخلاص الدقيق للمرحلة الصلبة (SPME)

يوفر مدخل العمود (أو المحقن) الوسيلة لإدخال عينة إلى تدفق مستمر من الغاز الحامل. والمدخل عبارة عن قطعة من الأجهزة متصلة برأس العمود.

أنواع المدخل الشائعة هي:

• محقن S/SL (مقسم/غير مقسم) – يتم إدخال العينة إلى حجرة صغيرة ساخنة عبر محقنة من خلال حاجز – تسهل الحرارة تطاير العينة ومصفوفة العينة. ثم يقوم الغاز الحامل إما بمسح العينة بالكامل (الوضع غير المقسم) أو جزء منها (الوضع المقسم) في العمود. في الوضع المقسم، يتم استنفاد جزء من خليط العينة/الغاز الحامل في حجرة الحقن من خلال فتحة التهوية المقسمة. يُفضل الحقن المقسم عند العمل مع عينات ذات تركيزات عالية من المحلل (>0.1%) بينما يكون الحقن غير المقسم هو الأنسب لتحليل التتبع بكميات منخفضة من المحلل (<0.01%). في الوضع غير المقسم، يفتح صمام الانقسام بعد فترة زمنية محددة مسبقًا لتطهير العناصر الثقيلة التي قد تلوث النظام بخلاف ذلك. يجب تحسين هذا الوقت المحدد مسبقًا (غير المقسم)، حيث يضمن الوقت الأقصر (على سبيل المثال، 0.2 دقيقة) مخلفات أقل ولكن الخسارة في الاستجابة، ويزيد الوقت الأطول (دقيقتان) من المخلفات ولكن أيضًا الإشارة. ^[12]
• مدخل العمود – يتم هنا إدخال العينة مباشرة إلى العمود بالكامل دون تسخين، أو عند درجة حرارة أقل من نقطة غليان المذيب. تعمل درجة الحرارة المنخفضة على تكثيف العينة في منطقة ضيقة. يمكن بعد ذلك تسخين العمود والمدخل، مما يؤدي إلى إطلاق العينة في الطور الغازي. يضمن هذا أدنى درجة حرارة ممكنة للكروماتوغرافيا ويمنع العينات من التحلل فوق نقطة غليانها.
• حاقن PTV - تم وصف إدخال العينة المبرمجة بدرجة الحرارة لأول مرة بواسطة Vogt في عام 1979. ^{[ بحاجة لمصدر ]} في الأصل، طور Vogt هذه التقنية كطريقة لإدخال أحجام عينات كبيرة (تصل إلى 250 ميكرولترًا) في كروماتوغرافيا الغاز الشعرية. أدخل Vogt العينة في البطانة بمعدل حقن متحكم فيه. تم اختيار درجة حرارة البطانة أقل قليلاً من نقطة غليان المذيب. تم تبخير المذيب المنخفض الغليان باستمرار وتنفيسه من خلال خط الانقسام. بناءً على هذه التقنية، طور Poy حاقن التبخير بدرجة حرارة مبرمجة؛ PTV. من خلال إدخال العينة عند درجة حرارة بطانة أولية منخفضة، يمكن التحايل على العديد من عيوب تقنيات الحقن الساخن الكلاسيكية. ^{[ بحاجة لمصدر ]}
• صمام مدخل مصدر الغاز أو صمام تبديل الغاز - يتم توصيل العينات الغازية في زجاجات التجميع بما هو في أغلب الأحيان صمام تبديل بستة منافذ. لا ينقطع تدفق الغاز الحامل بينما يمكن توسيع العينة إلى حلقة عينة تم إخلاؤها مسبقًا. عند التبديل، يتم إدخال محتويات حلقة العينة في تيار الغاز الحامل.
• نظام التطهير والاحتجاز (P/T) – يتم ضخ غاز خامل عبر عينة مائية مما يتسبب في تطهير المواد الكيميائية المتطايرة غير القابلة للذوبان من المصفوفة. يتم "احتجاز" المواد المتطايرة على عمود ماص (يُعرف باسم المصيدة أو المكثف) في درجة حرارة الغرفة. ثم يتم تسخين المصيدة ويتم توجيه المواد المتطايرة إلى تيار الغاز الحامل. يمكن إدخال العينات التي تتطلب التركيز المسبق أو التنقية عبر مثل هذا النظام، والذي عادة ما يكون متصلاً بمنفذ S/SL.

إن اختيار الغاز الحامل (الطور المتحرك) أمر مهم. يتمتع الهيدروجين بمجموعة من معدلات التدفق التي تضاهي الهيليوم من حيث الكفاءة. ومع ذلك، قد يكون الهيليوم أكثر كفاءة ويوفر أفضل فصل إذا تم تحسين معدلات التدفق. الهيليوم غير قابل للاشتعال ويعمل مع عدد أكبر من أجهزة الكشف والأجهزة القديمة. لذلك، يعد الهيليوم الغاز الحامل الأكثر استخدامًا. ومع ذلك، فقد ارتفع سعر الهيليوم بشكل كبير على مدار السنوات الأخيرة، مما تسبب في تحول عدد متزايد من الكروماتوغرافيين إلى غاز الهيدروجين. قد يساهم الاستخدام التاريخي، وليس الاعتبار العقلاني، في الاستخدام التفضيلي المستمر للهيليوم.

من بين أجهزة الكشف المستخدمة بشكل شائع جهاز كشف التأين باللهب (FID) وكاشف التوصيل الحراري (TCD). وفي حين أن أجهزة الكشف عن التأين باللهب مفيدة لأنها غير مدمرة، فإن حد الكشف المنخفض لمعظم المحللات يمنع الاستخدام الواسع النطاق. ^[1] أجهزة الكشف عن التأين باللهب حساسة في المقام الأول للهيدروكربونات، وهي أكثر حساسية لها من أجهزة الكشف عن التأين باللهب (TCD). ^[4] لا تستطيع أجهزة الكشف عن التأين باللهب اكتشاف الماء أو ثاني أكسيد الكربون مما يجعلها مثالية لتحليل المحلل العضوي البيئي. ^[1] أجهزة الكشف عن التأين باللهب أكثر حساسية من جهاز الكشف عن التأين باللهب (TCD) بمقدار مرتين إلى ثلاث مرات. ^[1]

يعتمد TCD على التوصيل الحراري للمادة التي تمر حول سلك رفيع من التنغستن والرينيوم مع مرور التيار من خلاله. ^[4] في هذا الإعداد، يعمل الهيليوم أو النيتروجين كغاز ناقل بسبب موصليتهما الحرارية العالية نسبيًا والتي تحافظ على برودة الخيط وتحافظ على المقاومة الكهربائية المنتظمة والكفاءة الكهربائية للخيط. ^{[4] [13]} عندما تتسرب جزيئات المحلل من العمود، مختلطة بالغاز الناقل، تقل الموصلية الحرارية بينما تحدث زيادة في درجة حرارة الخيط ومقاومته مما يؤدي إلى تقلبات في الجهد مما يؤدي في النهاية إلى استجابة الكاشف. ^{[4] [13]} حساسية الكاشف تتناسب طرديًا مع تيار الخيط بينما تتناسب عكسيًا مع درجة الحرارة البيئية المباشرة لذلك الكاشف بالإضافة إلى معدل تدفق الغاز الناقل. ^[4]

في كاشف التأين باللهب (FID)، توضع الأقطاب الكهربائية بجوار لهب يعمل بالهيدروجين / الهواء بالقرب من مخرج العمود، وعندما تخرج المركبات المحتوية على الكربون من العمود يتم تحللها حراريًا بواسطة اللهب. ^{[4] [13]} يعمل هذا الكاشف فقط للمركبات المحتوية على المواد العضوية / الهيدروكربونية بسبب قدرة الكربون على تكوين الكاتيونات والإلكترونات عند التحلل الحراري الذي يولد تيارًا بين الأقطاب الكهربائية. ^{[4] [13]} تترجم الزيادة في التيار وتظهر على شكل ذروة في مخطط كروماتوغرام. تتمتع أجهزة FID بحدود اكتشاف منخفضة (بضعة بيكوجرامات في الثانية) لكنها غير قادرة على توليد أيونات من ذرات الكربون المحتوية على الكربونيل . ^[4] تشمل الغازات الحاملة المتوافقة مع FID الهيليوم والهيدروجين والنيتروجين والأرجون. ^{[4] [13]}

في FID، يتم أحيانًا تعديل التيار قبل دخوله إلى جهاز الكشف. يحول جهاز تحويل الميثان أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون إلى ميثان حتى يمكن اكتشافه. هناك تقنية مختلفة وهي البوليارك، من إنتاج شركة Activated Research Inc، والتي تحول جميع المركبات إلى ميثان.

يتمتع كاشف اللهب القلوي (AFD) أو كاشف تأين اللهب القلوي (AFID) بحساسية عالية للنيتروجين والفوسفور، على غرار NPD. ومع ذلك، يتم تزويد أيونات المعادن القلوية بغاز الهيدروجين، بدلاً من حبة فوق اللهب. لهذا السبب لا يعاني AFD من "التعب" الذي يعاني منه NPD، ولكنه يوفر حساسية ثابتة على مدى فترة طويلة من الزمن. بالإضافة إلى ذلك، عندما لا تتم إضافة أيونات قلوية إلى اللهب، يعمل AFD مثل FID القياسي. يقيس كاشف الاحتراق الحفزي (CCD) الهيدروكربونات القابلة للاحتراق والهيدروجين. يستخدم كاشف تأين التفريغ (DID) تفريغًا كهربائيًا عالي الجهد لإنتاج الأيونات.

يستخدم كاشف قياس الضوء اللهبي (FPD) أنبوب مضاعف ضوئي للكشف عن الخطوط الطيفية للمركبات أثناء احتراقها في اللهب. يتم نقل المركبات التي تتسرب من العمود إلى لهب يعمل بالهيدروجين والذي يثير عناصر محددة في الجزيئات، وتصدر العناصر المثارة (P،S، الهالوجينات، بعض المعادن) ضوءًا بأطوال موجية مميزة محددة. ^[13] يتم ترشيح الضوء المنبعث واكتشافه بواسطة أنبوب مضاعف ضوئي. ^{[4] [13]} على وجه الخصوص، يبلغ انبعاث الفوسفور حوالي 510-536 نانومتر وانبعاث الكبريت عند 394 نانومتر. ^{[4] [13]} باستخدام كاشف الانبعاث الذري (AED)، تدخل العينة المتسربة من العمود إلى غرفة يتم تنشيطها بواسطة موجات ميكروويف تحفز البلازما. ^[13] تتسبب البلازما في تحلل عينة المحلل وتولد عناصر معينة أطياف انبعاث ذرية. ^[13] يتم حيود أطياف الانبعاث الذري بواسطة شبكة حيود ويتم اكتشافها بواسطة سلسلة من أنابيب مضاعفة الضوء أو الثنائيات الضوئية. ^[13]

يستخدم كاشف التقاط الإلكترون (ECD) مصدر جسيم بيتا مشع (إلكترون) لقياس درجة التقاط الإلكترون. تُستخدم أجهزة كشف التقاط الإلكترون للكشف عن الجزيئات التي تحتوي على عناصر سالبة كهربيًا / منسحبة ومجموعات وظيفية مثل الهالوجينات والكربونيل والنتريلات ومجموعات النيترو والمركبات العضوية المعدنية. ^{[4] [13]} في هذا النوع من الكاشف، يتم استخدام النيتروجين أو 5٪ ميثان في الأرجون كغاز ناقل للطور المتحرك. ^{[4] [13]} يمر الغاز الناقل بين قطبين يوضعان في نهاية العمود، ويوجد بجوار الكاثود (القطب السالب) رقاقة مشعة مثل 63Ni. ^{[4] [13]} تصدر الرقاقة المشعة جسيم بيتا (إلكترون) يصطدم بالغاز الناقل ويؤينه لتوليد المزيد من الأيونات مما يؤدي إلى تيار. ^{[4] [13]} عندما يتم التقاط جزيئات المحلل مع عناصر سالبة كهربيًا / منسحبة أو مجموعات وظيفية إلكترونات مما يؤدي إلى انخفاض في التيار الذي يولد استجابة الكاشف. ^{[4] [13]}

كاشف النيتروجين والفوسفور (NPD)، وهو شكل من أشكال الكاشف الحراري حيث يقوم النيتروجين والفوسفور بتغيير وظيفة العمل على خرز مطلي بشكل خاص ويتم قياس التيار الناتج.

يستخدم كاشف الموصلية الكهروليتية الجافة (DELCD) الطور الهوائي ودرجة الحرارة المرتفعة (v. Coulsen) لقياس المركبات المكلورة.

مطياف الكتلة (MS)، ويسمى أيضًا GC-MS ؛ فعال وحساس للغاية، حتى في كمية صغيرة من العينة. يمكن استخدام هذا الكاشف لتحديد المحللات في الكروماتوغرامات من خلال طيف كتلتها. ^[14] ترتبط بعض أجهزة GC-MS بمطياف الرنين المغناطيسي النووي الذي يعمل ككاشف احتياطي. يُعرف هذا المزيج باسم GC-MS-NMR. ^{[ بحاجة لمصدر ]} ترتبط بعض أجهزة GC-MS-NMR بمطياف الأشعة تحت الحمراء الذي يعمل ككاشف احتياطي. يُعرف هذا المزيج باسم GC-MS-NMR-IR. ومع ذلك، يجب التأكيد على أن هذا نادر جدًا حيث يمكن استنتاج معظم التحليلات المطلوبة من خلال GC-MS البحت. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

تمثل الأشعة فوق البنفسجية الفراغية (VUV) أحدث التطورات في أجهزة الكشف عن الغاز الكروماتوغرافي. تمتص معظم الأنواع الكيميائية وتتمتع بمقاطع امتصاص فريدة للطور الغازي في نطاق الطول الموجي VUV الذي يتراوح بين 120 و240 نانومتر تقريبًا والذي يتم مراقبته. عندما تكون المقاطع العرضية للامتصاص معروفة للمحللات، يكون كاشف VUV قادرًا على التحديد المطلق (بدون معايرة) لعدد الجزيئات الموجودة في خلية التدفق في غياب التداخلات الكيميائية. ^[15]

يستخدم كاشف الشم ، المعروف أيضًا باسم GC-O، مقيمًا بشريًا لتحليل نشاط رائحة المركبات. باستخدام منفذ الرائحة أو منفذ الشم، يمكن تقييم جودة الرائحة وشدتها ومدة نشاط رائحة المركب.

تشمل أجهزة الكشف الأخرى كاشف التوصيل الكهربائي هال (ElCD)، وكاشف تأين الهيليوم (HID)، وكاشف الأشعة تحت الحمراء (IRD)، وكاشف التأين الضوئي (PID)، وكاشف التأين بالتفريغ النبضي (PDD)، وكاشف التأين الحراري (TID). ^[16]

الطريقة هي مجموعة الشروط التي يعمل بها GC لتحليل معين. تطوير الطريقة هو عملية تحديد الشروط المناسبة و/أو المثالية للتحليل المطلوب.

تتضمن الظروف التي يمكن تغييرها لاستيعاب التحليل المطلوب درجة حرارة المدخل ودرجة حرارة الكاشف ودرجة حرارة العمود وبرنامج درجة الحرارة والغاز الحامل ومعدلات تدفق الغاز الحامل والطور الثابت للعمود والقطر والطول ونوع المدخل ومعدلات التدفق وحجم العينة وتقنية الحقن. اعتمادًا على الكاشف (الكاشفات) (انظر أدناه) المثبتة على جهاز الغاز، قد يكون هناك عدد من ظروف الكاشف التي يمكن تغييرها أيضًا. تتضمن بعض أجهزة الغاز أيضًا صمامات يمكنها تغيير مسار تدفق العينة والناقل. يمكن أن يكون توقيت فتح وإغلاق هذه الصمامات مهمًا لتطوير الطريقة.

تشمل الغازات الحاملة النموذجية الهيليوم والنيتروجين والأرجون والهيدروجين . ^{[4] [1]} عادةً ما يتم تحديد الغاز الذي يجب استخدامه من خلال الكاشف المستخدم، على سبيل المثال، يتطلب جهاز الكشف عن التباين الثنائي الهليوم كغاز حامل. ^[1] عند تحليل عينات الغاز، يتم أيضًا تحديد الناقل بناءً على مصفوفة العينة، على سبيل المثال، عند تحليل خليط في الأرجون، يُفضل ناقل الأرجون لأن الأرجون في العينة لا يظهر على الكروماتوغرام. يمكن أن تؤثر السلامة والتوافر أيضًا على اختيار الناقل.

يتم تحديد نقاء الغاز الحامل بشكل متكرر أيضًا بواسطة الكاشف، على الرغم من أن مستوى الحساسية المطلوب يمكن أن يلعب أيضًا دورًا مهمًا. عادةً، يتم استخدام درجات نقاء 99.995% أو أعلى. أكثر درجات النقاء شيوعًا المطلوبة بواسطة الأجهزة الحديثة لغالبية الحساسيات هي درجات 5.0، أو نقاء 99.999% مما يعني أن هناك ما مجموعه 10 جزء في المليون من الشوائب في الغاز الحامل والتي يمكن أن تؤثر على النتائج. أعلى درجات النقاء المستخدمة بشكل شائع هي درجات 6.0، لكن الحاجة إلى الكشف عند مستويات منخفضة للغاية في بعض التطبيقات الجنائية والبيئية دفعت إلى الحاجة إلى غازات حاملة بدرجة نقاء 7.0 وهي متوفرة تجاريًا الآن. تشمل الأسماء التجارية لدرجات النقاء النموذجية "درجة الصفر" و"درجة النقاء العالي للغاية" و"درجة 4.5" و"درجة 5.0".

تؤثر السرعة الخطية للغاز الحامل على التحليل بنفس الطريقة التي تؤثر بها درجة الحرارة (انظر أعلاه). فكلما زادت السرعة الخطية، كانت سرعة التحليل أسرع، ولكن كانت المسافة بين المحللات أقل. وبالتالي فإن اختيار السرعة الخطية هو نفس الحل الوسط بين مستوى المسافة وطول التحليل مثل اختيار درجة حرارة العمود. وسيتم تنفيذ السرعة الخطية عن طريق معدل تدفق الغاز الحامل، فيما يتعلق بالقطر الداخلي للعمود.

في أجهزة الغاز الغازي التي تم تصنيعها قبل تسعينيات القرن العشرين، كان معدل تدفق الناقل يتم التحكم فيه بشكل غير مباشر من خلال التحكم في ضغط مدخل الناقل، أو "ضغط رأس العمود". كان معدل التدفق الفعلي يقاس عند مخرج العمود أو الكاشف باستخدام مقياس تدفق إلكتروني، أو مقياس تدفق فقاعي، وقد تكون عملية معقدة وتستغرق وقتًا طويلاً ومحبطة. لم يكن من الممكن تغيير إعداد الضغط أثناء التشغيل، وبالتالي كان التدفق ثابتًا بشكل أساسي أثناء التحليل. يتم حساب العلاقة بين معدل التدفق وضغط المدخل باستخدام معادلة بوازويل للسوائل القابلة للضغط .

ومع ذلك، فإن العديد من أجهزة الغاز الحديثة تقيس معدل التدفق إلكترونيًا، وتتحكم إلكترونيًا في ضغط الغاز الناقل لضبط معدل التدفق. وبالتالي، يمكن تعديل ضغوط الغاز الناقل ومعدلات التدفق أثناء التشغيل، مما يؤدي إلى إنشاء برامج ضغط/تدفق مماثلة لبرامج درجة الحرارة.

تعتبر قطبية المذاب أمرًا بالغ الأهمية لاختيار المركب الثابت، والذي في الحالة المثالية سيكون له قطبية مماثلة للمذاب. المراحل الثابتة الشائعة في الأعمدة الأنبوبية المفتوحة هي سيانوبروبيل فينيل ثنائي ميثيل بولي سيلوكسان، وكاربواكس بولي إيثيلين جليكول، وبيسسيانوبروبي سيانوبروبيل فينيل بولي سيلوكسان، وديفينيل ثنائي ميثيل بولي سيلوكسان. بالنسبة للأعمدة المعبأة، تتوفر المزيد من الخيارات. ^[4]

يعتمد اختيار نوع المدخل وتقنية الحقن على ما إذا كانت العينة في صورة سائلة أو غازية أو ممتزة أو صلبة، وما إذا كانت هناك مصفوفة مذيبة يجب تبخيرها. يمكن إدخال العينات المذابة مباشرة على العمود عبر محقن COC، إذا كانت الظروف معروفة جيدًا؛ إذا كان من الضروري تبخير مصفوفة المذيب وإزالتها جزئيًا، يتم استخدام محقن S/SL (أكثر تقنيات الحقن شيوعًا)؛ يتم حقن العينات الغازية (مثل أسطوانات الهواء) عادةً باستخدام نظام صمام تبديل الغاز؛ يتم إدخال العينات الممتصة (مثل الأنابيب الماصة) باستخدام إما جهاز امتصاص خارجي (متصل بالإنترنت أو غير متصل بالإنترنت) مثل نظام التطهير والاحتجاز، أو يتم امتصاصها في المحقن (تطبيقات SPME).

يبدأ التحليل الكروماتوغرافي الحقيقي بإدخال العينة على العمود. أدى تطوير كروماتوغرافيا الغاز الشعرية إلى العديد من المشاكل العملية مع تقنية الحقن. إن تقنية الحقن على العمود، والتي تُستخدم غالبًا مع الأعمدة المعبأة، لا تكون ممكنة عادةً مع الأعمدة الشعرية. في نظام الحقن في كروماتوغرافيا الغاز الشعرية، يجب ألا تفرط الكمية المحقونة في تحميل العمود ويجب أن يكون عرض السدادة المحقونة صغيرًا مقارنة بالانتشار بسبب العملية الكروماتوغرافية. سيؤدي عدم الامتثال لهذا المتطلب الأخير إلى تقليل قدرة العمود على الفصل. كقاعدة عامة، يجب أن يكون الحجم المحقون، V _inj ، وحجم خلية الكاشف، V _det ، حوالي 1/10 من الحجم الذي يشغله جزء العينة الذي يحتوي على جزيئات الاهتمام (المحللات) عند خروجها من العمود.

بعض المتطلبات العامة التي يجب أن تلبيها تقنية الحقن الجيدة هي أنه يجب أن يكون من الممكن الحصول على كفاءة الفصل المثلى للعمود، ويجب أن تسمح بالحقن الدقيق والقابل للتكرار لكميات صغيرة من العينات التمثيلية، ويجب ألا تسبب أي تغيير في تكوين العينة، ويجب ألا تظهر التمييز بناءً على الاختلافات في نقطة الغليان أو القطبية أو التركيز أو الاستقرار الحراري / الحفزي، ويجب أن تكون قابلة للتطبيق لتحليل الآثار وكذلك للعينات غير المخففة.

ومع ذلك، هناك عدد من المشاكل المتأصلة في استخدام الحقن للحقن. حتى أفضل الحقن تدعي دقة بنسبة 3٪ فقط، وفي الأيدي غير الماهرة، تكون الأخطاء أكبر بكثير. قد تقطع الإبرة قطعًا صغيرة من المطاط من الحاجز أثناء حقن العينة من خلاله. يمكن أن تسد هذه القطع الإبرة وتمنع المحقنة من الامتلاء في المرة التالية التي يتم استخدامها فيها. قد لا يكون من الواضح أن هذا قد حدث. قد يتم حبس جزء من العينة في المطاط، ليتم إطلاقه أثناء الحقن اللاحقة. يمكن أن يؤدي هذا إلى ظهور قمم شبحية في مخطط الكروماتوغرام. قد يكون هناك فقدان انتقائي للمكونات الأكثر تطايرًا في العينة عن طريق التبخر من طرف الإبرة. ^[17]

يعتمد اختيار العمود على العينة والنشاط المقاس. السمة الكيميائية الرئيسية التي تؤخذ في الاعتبار عند اختيار العمود هي قطبية الخليط، ولكن المجموعات الوظيفية يمكن أن تلعب دورًا كبيرًا في اختيار العمود. يجب أن تتطابق قطبية العينة بشكل وثيق مع قطبية الطور الثابت للعمود لزيادة الدقة والفصل مع تقليل وقت التشغيل. يعتمد الفصل ووقت التشغيل أيضًا على سمك الفيلم (للطور الثابت) وقطر العمود وطول العمود.

توجد الأعمدة في جهاز GC داخل فرن يتم التحكم في درجة حرارته بدقة إلكترونيًا. (عند مناقشة "درجة حرارة العمود"، يشير المحلل من الناحية الفنية إلى درجة حرارة فرن العمود. ومع ذلك، فإن التمييز ليس مهمًا ولن يتم إجراؤه لاحقًا في هذه المقالة.)

إن معدل مرور العينة عبر العمود يتناسب طرديًا مع درجة حرارة العمود. فكلما ارتفعت درجة حرارة العمود، زادت سرعة تحرك العينة عبر العمود. ومع ذلك، كلما زادت سرعة تحرك العينة عبر العمود، قل تفاعلها مع الطور الثابت، وقلت المسافة بين المحللات.

بشكل عام، يتم اختيار درجة حرارة العمود للتوفيق بين طول التحليل ومستوى الفصل.

الطريقة التي تحافظ على درجة حرارة العمود ثابتة طوال التحليل تسمى "الطريقة المتساوية الحرارة". ومع ذلك، فإن معظم الطرق تزيد من درجة حرارة العمود أثناء التحليل، وتسمى درجة الحرارة الأولية ومعدل زيادة درجة الحرارة ("منحدر" درجة الحرارة) ودرجة الحرارة النهائية ببرنامج درجة الحرارة.

يتيح برنامج درجة الحرارة للمحللات التي يتم إخراجها في وقت مبكر من التحليل أن تنفصل بشكل مناسب، مع تقصير الوقت الذي يستغرقه المحللات التي يتم إخراجها في وقت متأخر للمرور عبر العمود.

بشكل عام، يتم تقديم البيانات الكروماتوغرافية على هيئة رسم بياني لاستجابة الكاشف (المحور الصادي) مقابل وقت الاحتفاظ (المحور السيني)، والذي يُسمى مخطط الكروماتوغرافيا. يوفر هذا طيفًا من القمم لعينة تمثل المحللات الموجودة في عينة تخرج من العمود في أوقات مختلفة. يمكن استخدام وقت الاحتفاظ لتحديد المحللات إذا كانت ظروف الطريقة ثابتة. أيضًا، سيكون نمط القمم ثابتًا للعينة في ظل ظروف ثابتة ويمكنه تحديد مخاليط معقدة من المحللات. ومع ذلك، في معظم التطبيقات الحديثة، يتم توصيل جهاز كروماتوغرافيا الغاز بمطياف الكتلة أو كاشف مماثل قادر على تحديد المحللات التي تمثلها القمم.

تتناسب المساحة الموجودة أسفل الذروة مع كمية المحلل الموجودة في الكروماتوغرام. من خلال حساب مساحة الذروة باستخدام الدالة الرياضية للتكامل ، يمكن تحديد تركيز المحلل في العينة الأصلية. يمكن حساب التركيز باستخدام منحنى معايرة تم إنشاؤه من خلال إيجاد الاستجابة لسلسلة من تركيزات المحلل، أو من خلال تحديد عامل الاستجابة النسبية للمحلل. عامل الاستجابة النسبية هو النسبة المتوقعة للمحلل إلى معيار داخلي (أو معيار خارجي) ويتم حسابه من خلال إيجاد استجابة كمية معروفة من المحلل وكمية ثابتة من المعيار الداخلي (مادة كيميائية تضاف إلى العينة بتركيز ثابت، مع وقت احتفاظ مميز للمحلل).

في معظم أنظمة GC-MS الحديثة، يتم استخدام برامج الكمبيوتر لرسم ودمج القمم، ومطابقة أطياف MS مع أطياف المكتبة.

بشكل عام، يمكن قياس المواد التي تتبخر عند درجة حرارة أقل من 300 درجة مئوية (وبالتالي تكون مستقرة حتى تلك الدرجة) كميًا. كما يلزم أن تكون العينات خالية من الأملاح ؛ فلا ينبغي أن تحتوي على أيونات . ويمكن قياس كميات ضئيلة للغاية من المادة، ولكن غالبًا ما يكون مطلوبًا قياس العينة بالمقارنة بعينة تحتوي على المادة النقية المشتبه بها والمعروفة باسم المعيار المرجعي .

يمكن استخدام برامج درجات الحرارة المختلفة لجعل القراءات أكثر معنى؛ على سبيل المثال للتمييز بين المواد التي تتصرف بشكل مماثل أثناء عملية GC.

يقوم المحترفون العاملون باستخدام GC بتحليل محتوى المنتج الكيميائي، على سبيل المثال في ضمان جودة المنتجات في الصناعة الكيميائية؛ أو قياس المواد الكيميائية في التربة أو الهواء أو الماء، مثل غازات التربة . ^[18] يعتبر GC دقيقًا للغاية إذا تم استخدامه بشكل صحيح ويمكنه قياس بيكو مول من مادة في عينة سائلة سعة 1 مل، أو تركيزات أجزاء لكل مليار في العينات الغازية.

في الدورات العملية في الكليات، يتعرف الطلاب أحيانًا على GC من خلال دراسة محتويات زيت اللافندر أو قياس الإيثيلين الذي تفرزه نباتات Nicotiana benthamiana بعد إصابة أوراقها بشكل مصطنع. تحلل GC هذه الهيدروكربونات (C2-C40+). ​​في تجربة نموذجية، يتم استخدام عمود معبأ لفصل الغازات الخفيفة، والتي يتم اكتشافها بعد ذلك باستخدام TCD . يتم فصل الهيدروكربونات باستخدام عمود شعري ويتم اكتشافها باستخدام FID . أحد المضاعفات المتعلقة بتحليلات الغازات الخفيفة التي تتضمن H ₂ هو أن He، وهو الناقل الخامل الأكثر شيوعًا والأكثر حساسية (الحساسية متناسبة مع الكتلة الجزيئية) له موصلية حرارية متطابقة تقريبًا مع الهيدروجين (الفرق في الموصلية الحرارية بين خيطين منفصلين في ترتيب من نوع جسر ويتستون هو الذي يُظهر متى تم غسل أحد المكونات). لهذا السبب، فإن أجهزة TCD المزدوجة المستخدمة مع قناة منفصلة للهيدروجين تستخدم النيتروجين كناقل شائعة. غالبًا ما يستخدم الأرجون عند تحليل تفاعلات كيمياء الطور الغازي مثل تخليق FT بحيث يمكن استخدام غاز حامل واحد بدلاً من غازين منفصلين. يتم تقليل الحساسية، ولكن هذا يعد تنازلاً عن البساطة في إمداد الغاز.

تُستخدم تقنية الغاز الكروماتوغرافيا على نطاق واسع في العلوم الجنائية . وتستخدمها مجالات متنوعة مثل تحديد جرعات المخدرات الصلبة (شكل ما قبل الاستهلاك) وتحديد كميتها، والتحقيق في الحرائق العمد، وتحليل رقائق الطلاء، وقضايا علم السموم، لتحديد وتحديد كميتها العينات البيولوجية المختلفة وأدلة مسرح الجريمة.

• الكيمياء التحليلية
• الكروماتوغرافيا
• كروماتوغرافيا الغاز – مطيافية الكتلة
• كروماتوغرافيا الغاز - قياس الشم
• كروماتوغرافيا سائلة عالية الأداء
• كروماتوغرافيا الغاز العكسية
• مطيافية الكتلة لتفاعل نقل البروتون
• التأين الثانوي بالرش الكهربائي
• مطيافية كتلة أنبوب تدفق الأيونات المختارة
• إضافة قياسية
• كروماتوغرافيا الطبقة الرقيقة
• خليط معقد غير محلول

الوسائط المتعلقة بالكروماتوغرافيا الغازية في ويكيميديا ​​كومنز

• الأعمدة الكروماتوغرافية في مكتبة LibreTexts للكيمياء