الأسئلة الشائعة والاعتبارات في الكروماتوغرافيا الغازية
1. ما هي خصائص الكروماتوغرافيا الغازية؟
ج: الكروماتوغرافيا الغازية نوع من الكروماتوغرافيا يستخدم الغاز كطور متحرك. مزاياها في الفصل والتحليل هي كما يلي: 1. حساسية عالية: يمكنها الكشف عن كميات تصل إلى 10⁻¹³ غرامًا، وهي مناسبة لتحليل الشوائب الأثرية في الغازات فائقة النقاء، والمونومرات عالية الوزن الجزيئي، والسموم الأثرية في الهواء. 2. انتقائية عالية: يمكنها فصل الأيزومرات والنظائر ذات الخصائص المتشابهة جدًا بفعالية. 3. كفاءة عالية: يمكنها فصل العينات المعقدة إلى مكونات فردية. 4. سرعة عالية: يمكن إتمام التحليل العام في دقائق معدودة، مما يسهل مراقبة الإنتاج وتوجيهه. 5. نطاق تطبيقات واسع: يمكنها تحليل الغازات والسوائل منخفضة المحتوى وعالية المحتوى على حد سواء، بغض النظر عن محتوى المكونات. 6. يلزم حجم عينة صغير: يُستخدم عادةً بضعة مليلترات لعينات الغاز، وبضعة ميكرولترات أو عشرات الميكرولترات لعينات السوائل. 7. المعدات والتشغيل بسيطان نسبيًا، والجهاز غير مكلف.
2. ما هو مبدأ الفصل في الكروماتوغرافيا الغازية؟ الإجابة: الكروماتوغرافيا الغازية طريقة فصل فيزيائية. تستفيد من الفرق الطفيف في معامل التوزيع (الذوبانية) لمكونات المادة المختبرة بين طورين مختلفين. عندما يكون الطوران في حركة نسبية، تتوزع هذه المواد بشكل متكرر بين الطورين، مما يجعل الفرق الطفيف الأصلي في الخصائص ينتج أثرًا كبيرًا، فتُفصل المكونات المختلفة.
3. ما هي الكروماتوغرافيا الغازية؟ كم فئة لها؟ الإجابة: تُسمى عمومًا بالكروماتوغرافيا الغازية جميع تقنيات الكروماتوغرافيا التي تستخدم الغاز كطور متحرك. ويمكن تصنيفها عمومًا وفق الجوانب التالية: 1. التصنيف حسب حالة تجمع الطور الثابت: (1) الكروماتوغرافيا الغاز-صلب: الطور الثابت مادة ماصة صلبة. (2) الكروماتوغرافيا الغاز-سائل: الطور الثابت سائل مطلي على سطح الحامل.
2. التصنيف حسب مبادئ العملية الفيزيائية والكيميائية: (1) كروماتوغرافيا الامتزاز: كروماتوغرافيا تستخدم فروق خصائص الامتزاز الفيزيائي لمكونات مختلفة على سطح امتزاز صلب لتحقيق الفصل. (2) كروماتوغرافيا التوزيع: كروماتوغرافيا تستخدم معاملات التوزيع المختلفة لمكونات مختلفة بين طورين لتحقيق الفصل. (3) أخرى: كروماتوغرافيا تبادل أيوني قائمة على مبدأ تبادل الأيونات؛ كروماتوغرافيا كهربائية قائمة على التأثير الكهربائي الحركي للغرويات؛ كروماتوغرافيا حرارية قائمة على استغلال تغيرات درجة الحرارة، إلخ.
3. التصنيف حسب نوع الطور الثابت: (1) كروماتوغرافيا العمود: الطور الثابت محتوى في عمود الكروماتوغرافيا. تنتمي الأعمدة المعبأة والأعمدة المجوفة والأعمدة الشعرية كلها إلى هذه الفئة. (2) كروماتوغرافيا الورق: يُستخدم ورق الترشيح كحامل. (3) كروماتوغرافيا الغشاء الرقيق: الطور الثابت غشاء رقيق مضغوط من المسحوق.
4. التصنيف حسب مبدأ العملية الحركية: يمكن تقسيمها إلى ثلاثة أنواع: طريقة الإجادة، وطريقة الإزاحة، والطريقة الأمامية.
4. ما هي عملية جهاز تحليل كروماتوغرافيا غازية بسيط؟ الإجابة: تتكون عملية جهاز تحليل كروماتوغرافيا غازية بسيط أساسًا من أربعة أجزاء: 1. مصدر الغاز 2. جهاز حقن العينة 3. عمود الكروماتوغرافيا 4. المُعرّف والمسجّل
5. ما هي المصطلحات الشائعة والمفاهيم الأساسية في الكروماتوغرافيا الغازية؟ الإجابة: 1. الطور والطور الثابت والطور المتحرك: يُسمى جزء متجانس من النظام طورًا. في الفصل الكروماتوغرافي، يُسمى الطور الثابت بالطور الثابت؛ والسائل الذي يتحرك عبر الطور الثابت أو بمحاذاته يسمى الطور المتحرك. 2. القمة الكروماتوغرافية: تُسمى المنحنيات التي تظهر على المسجّل بعد عبور مادة لعمود الكروماتوغرافيا ودخولها الكاشف بالقِمم الكروماتوغرافية. 3. خط الأساس: في ظروف التشغيل الكروماتوغرافي، عندما لا يعبر أي مُحَلَّل الكاشف، تُسمى منحنى ضوضاء الكاشف عبر الزمن بخط الأساس. 4. ارتفاع القمة وعرض نصف القمة: يُسمى الارتفاع بين تقاطع خط مرسوم من أقصى تركيز للقمة وخط الأساس بارتفاع القمة، ويُعبر عنه عمومًا بـ h. يُسمى العرض عند نصف ارتفاع القمة بعرض نصف القمة، ويُعبر عنه عمومًا بـ x1/2. 5. مساحة القمة: تُسمى المساحة التي يشكلها منحنى الإجادة (القمة الكروماتوغرافية) وخط الأساس بمساحة القمة، ويعبر عنها بـ A. 6. الزمن الميت وزمن الاحتفاظ وزمن الاحتفاظ المصحح: يُسمى الزمن من الحقن حتى أقصى ذروة للغاز الخامل بالزمن الميت، ويعبر عنه بـ td. الزمن اللازم من الحقن حتى ظهور أعلى قيمة للقمة الكروماتوغرافية يسمى زمن الاحتفاظ، ويمثل بـ tr. يسمى الفرق بين زمن الاحتفاظ والزمن الميت بزمن الاحتفاظ المصحح، ويمثل بـ Vd. 7. الحجم الميت وحجم الاحتفاظ وحجم الاحتفاظ المصحح: يسمى حاصل ضرب الزمن الميت ومتوسط تدفق الغاز الناقل بالحجم الميت، ويمثل بـ Vd؛ ويمثل متوسط تدفق الغاز الناقل بـ Fc، Vd=td×Fc. يسمى حاصل ضرب زمن الاحتفاظ ومتوسط تدفق الغاز الناقل بحجم الاحتفاظ، ويمثل بـ Vr، Vr=tr×Fc. 8. عامل الاحتفاظ والاحتفاظ ... [مختصر]
6. ما هي المعايير العامة لاختيار الغاز الناقل؟ وما هي الغازات الناقلة الشائعة في الكروماتوغرافيا الغازية؟ الإجابة: يجب أن تفي الغازات المستخدمة كغازات ناقلة في الكروماتوغرافيا الغازية (GC) بعدة معايير أساسية، منها الاستقرار الكيميائي الجيد، والنقاء العالي، والتكلفة المنخفضة، والتوفر السهل، والتوافق مع الكاشف المستخدم. تشمل الغازات الناقلة الشائعة الهيدروجين والنيتروجين والأرجون والهيليوم وثاني أكسيد الكربون. لكل غاز مزاياه وحدوده، مما يؤثر على الاختيار حسب متطلبات التحليل المحددة وطبيعة العينات المحللة.
مؤخرًا، كان هناك اتجاه كبير نحو استبدال الهيليوم بالهيدروجين بسبب ارتفاع تكاليف الهيليوم ومشاكل التوريد المرتبطة به. يوفر الهيدروجين عدة مزايا، منها تحسين الحساسية وتقصير أوقات التحليل. لتسهيل هذا الانتقال، يقدم مصنّعون مثل PEAK وLNI وHovogen حلول توليد الهيدروجين في الموقع، مما يتيح للمختبرات إنتاج غاز الهيدروجين حسب الحاجة. لا يعالج هذا المخاوف بشأن التكلفة فحسب، بل يضمن أيضًا إمدادًا متواصلًا بالهيدروجين عالي النقاء لتطبيقات الكروماتوغرافيا الغازية.
7. لماذا يلزم تنقية الغاز الناقل؟ وكيف يجب تنقيته؟ الإجابة: التنقية هي إزالة الشوائب مثل المواد العضوية والأكسجين الأثري والرطوبة من الغاز الناقل لتحسين نقائه. يمكن أن يؤدي استخدام الغازات غير النقية كغاز ناقل إلى فشل العمود، وتغير العينة، وزيادة ضوضاء خط الأساس في كروماتوغرافيا لهب الهيدروجين، وضعف الخطية في كروماتوغرافيا الموصلية الحرارية. لذلك يجب تنقية الغاز الناقل. تُستخدم عمومًا معالجات كيميائية، مثل النحاس المنشط، لإزالة الأكسجين؛ والمناخل الجزيئية والفحم المنشط لإزالة الشوائب العضوية؛ وهلام السيليكا والمناخل الجزيئية لإزالة الرطوبة.
8. ما هي طرق حقن العينة؟ الإجابة: يتطلب الفصل الكروماتوغرافي حقن كمية معينة من العينة على شكل «سدّ» في أقصر وقت ممكن. يمكن تقسيم طرق الحقن إلى: 1. عينة غازية: هناك عمومًا أربع طرق حقن: (1) الحقن بالمحقن (2) الحقن بأنبوب الحجم (3) الحقن بحجم ثابت (4) الحقن الآلي للغاز. الحقن بالمحقن والحقن الآلي للغاز هما الأكثر استخدامًا. مزايا الحقن بالمحقن هي المرونة والبساطة، لكن قابلية تكرار حجم الحقن ضعيفة. يستخدم الحقن الآلي للغاز صمامًا كميًا للحقن، يتميز بقابلية تكرار جيدة ويمكن تشغيله آليًا. 2. عينة سائلة: يُستخدم عمومًا محقن دقيق للحقن، وهو بسيط وسريع. يمكن أيضًا استخدام الحقن الآلي الكمي، الذي يتميز بقابلية تكرار جيدة. 3. عينة صلبة: تُذاب العينة عادةً في مذيب ثم تُحقن بنفس طريقة الحقن السائل. تُستخدم أيضًا حاقنات المواد الصلبة للحقن.
9. صف بإيجاز آثار طول العمود وقطره الداخلي ودرجة حرارة العمود وتدفق الغاز الناقل والطور الثابت والحقن وظروف التشغيل الأخرى على الفصل في تحليل الكروماتوغرافيا الغازية.
ج: تؤثر ظروف التشغيل بشكل كبير في الفصل الكروماتوغرافي. 1. طول العمود وقطره الداخلي: عمومًا، تحسّن الأعمدة الأطول أداء الفصل، بينما تسمح الأعمدة الأقصر بتبخر أسرع. ينتج عن القطر الداخلي الأصغر فصل أفضل، بينما يزيد القطر الداخلي الأكبر من الإنتاجية. لكن القطر الداخلي الكبير جدًا قد يؤدي إلى توزيع غير متساوٍ للحامل داخل العمود. تتمتع الأعمدة التحليلية عادةً بقطر داخلي يتراوح بين 3–6 مم وطول يتراوح بين 1–4 أمتار.
2. درجة حرارة العمود: هذا متغير تشغيلي حاسم، يؤثر مباشرة في كفاءة الفصل وسرعة التحليل. يعتمد اختيار درجة حرارة العمود على نطاق نقطة غليان الخليطة ونسبة الطور الثابت وحساسية الكاشف. يقلل ارتفاع درجة حرارة العمود من وقت التحليل؛ ويقلل انخفاض درجة الحرارة من انتقائية العمود، مما يسهل فصل المكونات، ويحسّن استقرار العمود، ويطيل عمره. درجة حرارة عمود تساوي أو أعلى بعدة درجات من متوسط نقطة غليان العينة مناسبة عمومًا. تُستخدم درجات حرارة عمود منخفضة للعينات المتطايرة، ودرجات حرارة عالية للعينات الأقل تطايرًا.
3. تدفق الغاز الناقل: تدفق الغاز الناقل هو أحد أهم العوامل في تحديد الفصل الكروماتوغرافي. عمومًا، ينتج عن معدلات التدفق الأعلى قِممًا كروماتوغرافية أضيق، بينما ينتج عن معدلات التدفق الأقل قِممًا أوسع. لكن التدفق المرتفع جدًا أو المنخفض جدًا يمكن أن يؤثر سلبًا في الفصل. يجب أن يكون التدفق مستقرًا، مع كون النطاق النموذجي 10–100 مل/دقيقة هو القيمة المثالية.
4. الطور الثابت: يتكون الطور الثابت من مادة ماصة صلبة أو حامل مطلي بسائل ثابت. (1) حجم جسيمات المادة الماصة الصلبة أو الحامل: يُستخدم عمومًا 40–60 شبكة و60–80 شبكة و80–100 شبكة. عند استخدام أعمدة بالطول نفسه، تتمتع الجسيمات الدقيقة بكفاءة فصل أفضل من الجسيمات الخشنة. (2) محتوى السائل الثابت: لمحتوى السائل الثابت أثر كبير في كفاءة الفصل. نسبة الوزن بين السائل الثابت والحامل هي عمومًا 15–25 %. النسبة المرتفعة جدًا تُضعف الفصل، بينما تسبب النسبة المنخفضة جدًا ذيلًا في القِمم الكروماتوغرافية.
5. الحقن: عمومًا، ينتج عن الحقن الأسرع وأحجام الحقن الأصغر ودرجات حرارة الحقن الأعلى نتائج فصل أفضل. للعينات السائلة، يجب أن تكون سرعة الحقن عالية، ويجب أن تكون درجة حرارة التبخر أعلى من نقطة غليان المكونات عالية الغليان في العينة. يضمن ذلك عدم اتساع القِمم الكروماتوغرافية، مما يحقق أقصى قدرة للعمود. ضمن حد معين لحجم الحقن، يبقى العرض الكامل عند نصف الأقصى (FWHM) للقمة الكروماتوغرافية ثابتًا. حجم الحقن المفرط يُحمّل العمود زائدًا. عمومًا، مضاعفة طول العمود أربعًا تضاعف حجم العينة المسموح به. للتحليل الروتين، حجم الحقن للسوائل هو 1–20 μL؛ وللغازات 0,1–5 مل.
10. وفق أي مبادئ يجب اختيار مواد أنابيب العمود الكروماتوغرافي؟ وما المواد المستخدمة عادةً لأنابيب الأعمدة؟ الإجابة: يجب اختيار مادة أنابيب العمود الكروماتوغرافي وفق المتطلبات التالية: 1. ألا تتفاعل كيميائيًا مع الطور الثابت أو العينة أو الغاز الناقل. 2. أن تكون سهلة المعالجة والتشكيل. 3. يجب أن يكون الجدار الداخلي للأنبوب أملس، وأن يكون المقطع العرضي دائريًا منتظمًا. أنابيب العمود الكروماتوغرافي هي عادةً على شكل U أو حلزونية، وتُصنع في الغالب من النحاس والفولاذ المقاوم للصدأ والزجاج ومواد أخرى.
11. كيف يجب معالجة عمود كروماتوغرافي جديد (نحاسي أو فولاذي مقاوم للصدأ) قبل الاستخدام؟ الإجابة: يجب غسل عمود جديد أولًا بحمض أو قلوي مخفف (حمض كلورهيدريك أو هيدروكسيد صوديوم 1:1) لإزالة الزيت والأوساخ الأخرى. ثم الشطف بماء الصنبور، ثم الشطف بالماء المقطر حتى التعادل. أخيرًا، النفخ بهواء نظيف وتجفيفه قبل الاستخدام.
12. ما هو الحامل؟ وما هي متطلبات الحامل؟ ج: الحامل مادة صلبة مسامية وخاملة كيميائيًا تُستخدم لدعم الطور الثابت في الكروماتوغرافيا الغازية. متطلبات الحامل هي كما يلي: 1. مساحة سطح كبيرة، عمومًا بين 0,5 و2 م²/غ؛ 2. خمول كيميائي واستقرار حراري؛ 3. مقاومة ميكانيكية كافية لمنع التكسّر أثناء الطلاء والتعبئة؛ 4. بنية مسامية مناسبة لتسهيل النقل السريع للكتلة بين الطورين؛ 5. القدرة على تشكيل جسيمات كروية منتظمة لتسهيل نفاذ الطور الغازي والتعبئة المنتظمة؛ 6. قابلية ترطيب ممتازة لتسهيل التوزيع المنتظم للطور الثابت. من الصعب العثور على حامل يفي بهذه المتطلبات بالكامل، وفي الممارسة العملية لا يمكن العثور إلا على حوامل ذات أداء جيد نسبيًا.
13. كم نوعًا من الحوامل موجود؟ وما خصائصها؟ الإجابة: تُقسم عادةً إلى فئتين: تراب المشطورة وغير المشطورة، ولكل فئة فئات فرعية متعددة. 1. أنواع تراب المشطورة: (1) الأبيض: مساحة سطح صغيرة، مفكك، هش، قدرة امتزاز منخفضة، وبعد معالجة مناسبة يمكنه تحليل المكونات عالية القطبية؛ (2) الأحمر: يتمتع بمساحة سطح كبيرة ومقاومة ميكانيكية جيدة، لكن قدرة امتزازه عالية. 2. أنواع غير المشطورة: (1) حوامل الفلور: خمول سطحي جيد، يمكن استخدامها لتحليل المواد عالية القطبية والآكلة، لكن يصعب تعبئتها في العمود، وكفاءة العمود منخفضة. (2) كريات زجاجية دقيقة: مساحة سطح صغيرة؛ يؤدي استخدامها كحامل إلى خفض درجة حرارة العمود بشكل كبير، والفصل كامل وسريع. لكن يصعب طلاؤها وكفاءة العمود منخفضة. (3) خرزات بوليمرية مسامية: مقاومة ميكانيكية عالية، استقرار حراري جيد، امتزاز منخفض، مقاومة للتآكل، كفاءة فصل عالية — نوع جديد من الأطوار الثابتة الكروماتوغرافية بأداء ممتاز. (4) منخل جزيئي كربوني: محايد، مساحة سطح كبيرة، مقاومة عالية، عمر امتزاز طويل، وله مزايا لا تضاهى في تحليل الأثر. (5) الفحم المنشط: يمكن استخدامه كطور ثابت بمفرده. (6) الرمل: يُستخدم أساسًا لفصل المعادن. 14. ما هي الحوامل شائعة الاستخدام؟ إلى أي فئة تنتمي؟ الإجابة: حامل 101: حامل تراب مشطورة أبيض؛ حامل 102: حامل تراب مشطورة أبيض؛ Celite 545: حامل تراب مشطورة أبيض؛ حامل 201: حامل تراب مشطورة أحمر؛ حامل 6201: حامل تراب مشطورة أحمر؛ طوب عازل C-22: حامل تراب مشطورة أحمر؛ Chromosorb: حامل تراب مشطورة أحمر.
15. لماذا يلزم معالجة الحامل قبل الاستخدام؟ وما هي طرق المعالجة العامة؟ الإجابة: سطح الحوامل شائعة الاستخدام غير خامل. لديه درجات متفاوتة من النشاط المحفز والامتزاز (خاصة عندما يكون محتوى الطور الثابت منخفضًا وعند فصل المواد القطبية)، مما قد يسبب ذيل القِمم، وانخفاض كفاءة العمود، وتغير قيم الاحتفاظ. لذلك يلزم المعالجة المسبقة. تُوصف طرق المعالجة العامة بإيجاز أدناه:
1. الغسل الحمضي: تسخين الحامل بحمض كلورهيدريك مركّز لمدة 20–30 دقيقة، ثم الشطف بماء الصنبور حتى التعادل، والشطف بالميثانول، والتجفيف للاستخدام لاحقًا. تُزيل هذه الطريقة أساسًا الشوائب غير العضوية مثل الحديد من سطح الحامل.
2. الغسل القلوي: نقع الحامل أو جلده بمرتد في محلول هيدروكسيد صوديوم 10 % أو هيدروكسيد بوتاسيوم-ميثانول 5 %. الشطف بالماء حتى التعادل، والشطف بالميثانول، والتجفيف للاستخدام لاحقًا. الغرض من الغسل القلوي هو إزالة المواقع الحمضية السطحية مثل أكسيد الألومنيوم، لكن كميات أثرية من القلوي الحر كثيرًا ما تبقى على السطح، مما قد يحلّل أو يمتص بعض المواد غير القلوية. يجب توخي الحذر عند استخدام هذا المحلول.
3. السيللة: تتفاعل كواشف السيللة مع مجموعات السيلانول والسيلاني إيثر على سطح الحامل لإزالة قدرة تكوين روابط الهيدروجين السطحية، مما يحسّن أداء الحامل. تشمل كواشف السيللة الشائعة ثنائي ميثيل ثنائي كلورو سيلان وهيكساميثيل ثنائي سيلازان.
4. التزجيج: نقع الحامل المراد معالجته في محلول مائي من كربونات صوديوم-كربونات بوتاسيوم (1:1) بنسبة 2–3 % لمدة يوم. بعد التجفيف، الكلسنة عند 870 °C لمدة 3–5 ساعات، ثم التسخين إلى 980 °C لمدة نحو 40 دقيقة. تشكل هذه المعالجة طبقة زجاجية م منصهرة على سطح الحامل، ومن ومن ثم اسم «الحامل المزجّج». يتميز هذا الحامل بقدرة امتزاز منخفضة ومقاومة عالية. عند إضافة كمية صغيرة من عامل مضاد الذيل إلى الطور الثابت، يمكنه تحليل المواد عالية القطبية مثل الكحوليات والأحماض. لكن كفاءة العمود للمواد غير القطبية تنخفض قليلًا. علاوة على ذلك، تُظهر مواد مثل الميثانول وحمض الفورميك درجة معينة من الامتزاز الكيميائي غير القابل للعكس على الحوامل المزجّجة، مما يجب مراعاته خلال التحليل الكمي.
5. طرق تنقية أخرى: يمكن استخدام أي طريقة تستخدم التفاعلات الكيميائية لإزالة المواقع النشطة أو التغطية الفيزيائية لتنقية خصائص سطح الحامل.
16. ما هو حجم الشبكة شائعة الاستخدام للحامل؟ الإجابة: للأعمدة الكروماتوغرافية شائعة الاستخدام بقطر داخلي 4–6 مم: للأعمدة الكروماتوغرافية الأطول، حجم شبكة الحامل هو عمومًا 40–80 شبكة؛ للأعمدة الكروماتوغرافية الأقصر، حجم شبكة الحامل هو عمومًا 80–100 شبكة (عدد ثقوب المنخل لكل بوصة هو الشبكة).
17. كيف تختار حاملًا شائع الاستخدام؟ الإجابة: هناك العديد من حوامل مختلفة. بين حوامل تراب المشطورة شائعة الاستخدام: الحوامل الحمراء (مثل 6201، 201) يمكن استخدامها لفصل المواد غير القطبية أو ضعيفة القطبية. الحوامل البيضاء (مثل 101) يمكن استخدامها للمواد القطبية أو القلوية. الحوامل الحمراء المزجّجة (مثل 301) يمكن استخدامها للمومواد متوسطة القطبية. الحوامل البيضاء المسيللة يمكن استخدامها للمواد عالية القطبية المكوّنة لروابط هيدروجين، مثل التحديد في المياه العادمة. لفصل المواد الحمضية مثل الفينولات، يجب استخدام حامل مغسول بالحمض. لفصل المواد القلوية مثل الإيثانولامين، يجب استخدام حامل مغسول بالقلوي. تُستخدم الحوامل المسيللة لتحليل الأثر. في بعض الحالات الخاصة يلزم حوامل خاصة، مثل حوامل الفلور لفصل أيزوسيانات. لكن في التحليل الكلي العادي، لا حاجة إلى التزام مفرطًا في التحوط بشأن الحامل؛ حتى مسحوق الطوب المقاوم للحرارة والكريات الزجاجية ورمل البحر يمكن استخدامها.
18. ما هو الطور الثابت الصلب؟ إلى كم فئة يمكن تقسيمه تقريبيًا؟ الإجابة: يُقصد به مادة صلبة مسامية نشطة تُحمّل مباشرة في العمود الكروماتوغرافي كطور ثابت. يمكن تقسيم الأطوار الثابتة الصلبة تقريبيًا إلى ثلاث فئات: الفئة الأولى هي المواد الماصة، مثل المناخل الجزيئية وهلام السيليكا والفحم المنشط وأكسيد الألومنيوم؛ والفئة الثانية هي البوليمرات عالية الوزن الجزيئي، مثل الكريات الدقيقة المسامية عالية الوزن الجزيئي من نوع GDX المحلية وسلسلة Porapak الأجنبية؛ والفئة الثالثة هي الأطوار الثابتة المكوّنة كيميائيًا. في الكروماتوغرافيا الغازية، يُطلى السائل الثابت عادةً على سطح الحامل. ينتج عن استخدام الأطوار الثابتة المكوّنة كيميائيًا لتحليل المواد القطبية أو غير القطبية عادةً قِممًا متناظرة، وكفاءة عمود عالية، واستقرار حراري محسّن للطور الثابت.
19. ما هو الطور الثابت؟ وما هي متطلبات الطور الثابت؟ الإجابة: هو عمومًا طبقة سائل لمركب عضوي عالي نقطة الغليان يفصل المكونات في العمود الكروماتوغرافي من خلال التفاعل مع الجزيئات المختلفة للمكونات المختلفة. يُطلب عمومًا لطور ثابت مستخدم في الكروماتوغرافيا الغازية ما يلي: 1. ضغط بخار منخفض عند درجة حرارة التشغيل، واستقرار حراري جيد، وغياب التفاعلات غير القابلة للعكس مع المُحَلَّل أو الغاز الناقل؛ 2. أن يكون سائلًا عند درجة حرارة التشغيل، وكلما كانت اللزوجة أقل كان ذلك أفضل. نقل الكتلة في طور ثابت عالي اللزوجة بطيء، مما يقلل كفاءة العمود. هذا يحدد الحد الأدنى لدرجة حرارة تشغيل الطور الثابت؛ 3. يجب أن يلتصق بإحكام بالحامل ويشكل طبقة رقيقة منتظمة ومستقرة هيكليًا؛ 4. يجب أن تتمتع المواد المراد فصلها بذوبانية معينة في الطور؛ وإلا فستُحمّل بسرعة بواسطة الغاز الناقل ولن تتمكن من التوزيع بين الطورين؛ 5. يجب أن يكون قادرًا على فصل المواد ذات نقاط الغليان المتشابهة لكن الأنواع المختلفة، أي يحتفظ بفئة واحدة من المركبات أكثر من أخرى. تُعرف قدرة الفصل هذه بانتقائية الطور الثابت.
20. ما هي مبادئ اختيار طور ثابت؟ الإجابة: بناءً على التفاعلات بين المكونات المراد فصلها وجزيئات الطور الثابت، يعتمد اختيار طور ثابت عمومًا على ما يسمى «مبدأ التشابه». يُقصد بذلك أوجه التشابه بين خصائص الطور الثابت والمكونات المراد فصلها، مثل المجموعات الوظيفية والروابط الكيميائية والقطبية وخصائص كيميائية معينة. عندما تكون الخصائص متشابهة، يكون التفاعل بين الجزيئين أقوى، وذوبانية المكونات المراد فصلها في الطور الثابت أكبر، ومعامل التوزيع أكبر، وبالتالي زمن الاحتفاظ أطول. وعلى العكس، عندما تكون الذوبانية أقل ومعامل التوزيع أصغر، ستجيء المكونات بسرعة من العمود. فيما يلي مناقشة لحالات مختلفة: أ. فصل المركبات القطبية باستخدام طور ثابت قطبي. في هذه الحالة، تكون التفاعلات بين مكونات العينة وجزيئات الطور الثابت بشكل رئيسي اتجاهية واستقرائية. تجيء قِمم المكونات بحسب القطبية، حيث تجيء المكونات الأقل قطبية أولًا والأكثر قطبية لاحقًا. ب. فصل المركبات غير القطبية باستخدام طور ثابت غير قطبي. التفاعلات بين مكونات العينة وجزيئات الطور الثابت هي قوى تشتت، دون أي انتقائية خاصة. في هذه الحالة، تجيء المكونات بحسب نقطة الغليان، مع ظهور ذروة نقطة الغليان الأدنى أولًا. كفاءة فصل الأيزومرات ذات نقاط الغليان المتشابهة منخفضة جدًا. ج. عند فصل خليطات من المركبات غير القطبية والقطبية، يمكن استخدام طور ثابت قطبي. في هذه الحالة، يجيء المكون غير القطبي أولًا. كلما كان الطور الثابت أكثر قطبية، زادت سهولة تدفق المكون غير القطبي. د. للعينات التي يمكن أن تكوّن روابط هيدروجين، مثل الكحوليات والفينولات والأمينات والم... [مختصر]
21. كم طريقة موجودة لمعالجة الأطوار الثابتة المختلطة؟ الإجابة: هناك ثلاث طرق لمعالجة الأطوار الثابتة المختلطة: 1. تطبيق كل واحد على الحامل منفصلًا ثم الخلط؛ 2. خلط الأطوار الثابتة قبل التطبيق، مع ضمان أن جميع الأطوار الثابتة المستخدمة مذابة في المذيب نفسه؛ 3. تطبيق كل طور منفصلًا، ثم تحميل كل طور على عمود كروماتوغرافي بطول متناسب، ثم وصلهما على التوالي. نتائج هذه الطرق الثلاث متشابهة عمومًا، لكنها قد تختلف في بعض الفصول المحددة.
22. ما هي الكمية المناسبة من السائل الثابت المطلى؟ الإجابة: نظرًا لأن محتوى السائل الثابت يؤثر بشكل كبير في كفاءة الفصل، فإن الحد الأدنى لنسبة الوزن بين السائل الثابت والحامل هو 5 %، ويُستخدم عمومًا 15–25 %. النسبة الأعلى للسائل تجعل العينة المحللة تنتشر عبر طبقة السائل الأكثر سماكة، مما يُضعف الفصل. إذا كانت نسبة السائل منخفضة جدًا، فإن طبقة السائل الأرق يجعل الامتزاز المتبقي على سطح الحامل يظهر، مما يسبب ذيلًا في القِمم الكروماتوغرافية. نظرًا لأن نسبة السائل المنخفضة تعزز التوازن، يمكن استخدام معدل تدفق أعلى للغاز الناقل. لذلك، فإن استخدام نسبة سائل منخفضة وكمية صغيرة من العينة يمكن أن يقصّر وقت التحليل. لحوامل تراب المشطورة، يمكن أن يصل محتوى السائل الثابت إلى 15–30 %. نظرًا لصغر سطح حوامل الفلور، الحد الأقصى المسموح به هو 10 %. للكريات الزجاجية الدقيقة، نظرًا لصغر سطحها الشديد، لا يمكن الحفاظ على محتوى السائل الثابت إلا عند نحو 0–25 %.
23. ما هي مذيبات الأطوار الثابتة شائعة الاستخدام لتحضير الأعمدة؟ وما هي مبادئ اختيار المذيبات؟ الإجابة: تشمل المذيبات الشائعة الميثانول والإيثانول والإيثر والأسيتون والن بوتانول والن هكسان وإيتر البترول والبنزين والتولوين والكلوروفورم. مبادئ الاختيار هي: 1. ذوبانية جيدة، 2. غياب التفاعل الكيميائي مع الطور الثابت، 3. نقطة غليان منخفضة، و4. سمية منخفضة.
24. ما هي الطريقة التقليدية لطلاء حامل بطور ثابت عند تحضير عمود؟ الإجابة: لمعظم الأعمدة الكروماتوغرافية شائعة الاستخدام، تُستخدم طريقة الطلاء «التقليدية». الإجراء البسيط هو: أخذ الكمية المطلوبة من الطور الثابت، وإذابتها في كمية مناسبة من المذيب (تكفي لتشريب الحامل)، وسكب الحامل ببطء في المحلول مع التحريك أثناء الإضافة، ثم التسخين بمصباح أشعة تحت الحمراء (أو التبخر في حمام مائي) لطرد المذيب. سيلتصق الطور الثابت بعد ذلك بالحامل.
25. ما هي الطرق الشائعة لتعبئة الأعمدة الكروماتوغرافية؟ الإجابة: تؤثر جودة التعبئة بالطور الثابت مباشرة في كفاءة العمود. يُستخدم شائعة التعبئة بالضخ. يتكون ذلك من سدّ طرف واحد من العمود بالصوف الزجاجي، ووصله بمضخة تفريغ، وتثبيت قمع على الطرف الآخر. يُضاف الطور الثابت تحت التفريغ، مع نقر العمود أثناء التعبئة حتى لا يدخل مزيد من الطور الثابت. بعد التعبئة، يُسدّ العمود بالصوف الزجاجي. تتطلب تعبئة العمود تعبئة منتظمة ومحكمة، دون فجوات.
26. لماذا تحتاج الأعمدة الكروماتوغرافية المثبتة حديثًا إلى الشيخوخة لفترة قبل الاستخدام؟ الإجابة: بعد توصيل عمود كروماتوغرافي مثبت حديثًا بالجهاز، يجب أولًا اختباره تحت الضغط واختبار التسرب، ثم تنقيته بغاز ناقل في درجة حرارة ثابتة لعدة ساعات قبل إخضاعه للتحليل. يُعرف هذا عمومًا بعملية شيخوخة العمود. الغرض من الشيخوخة هو إزالة المذيبات المتبقية والشوائب منخفضة نقطة الغليان والأطوار الثابتة منخفضة الوزن الجزيئي، مما ي يقوّم خط أساس المسجّل. تتيح درجة حرارة الشيخوخة أيضًا إعادة توزيع الطور الثابت على سطح الحامل، مما ينتج طلاءً أكثر انتظامًا وأمانًا. بعد فترة من الشيخوخة، تستقر كفاءة العمود وأداء العمود الكروماتوغرافي المثبت قبل الاستخدام.
27. ما هي أعراض العمود الكروماتوغرافي الفاشل؟ وما سبب فشله؟ الإجابة: المظاهر الرئيسية لفشل العمود الكروماتوغرافي هي الفصل الكروماتوغرافي الضعيف وأزمنة احتفاظ المكونات المقصّرة بشكل كبير. الأسباب الرئيسية لفشل العمود الكروماتوغرافي هي: في الكروماتوغرافيا الغاز-صلب، تراجع النشاط أو خصائص الامتزاز للطور الثابت؛ في الكروماتوغرافيا الغاز-سائل، الفقدان التدريجي للسائل الثابت أثناء الاستخدام. 28. شيخوخة الأعمدة الشعرية : الغرض من الشيخوخة: يُوزع طور العمود الكروماتوغرافي الغازي عادةً على شكل طلاء داخل جدار أنبوب العمود (عمود شعري) أو على سطح الحامل (عمود معبأ). في عمود كروماتوغرافيا غازي جديد، يكون الطور الثابت الخارجي كثيرًا ما مرتبطًا بضعف بالحامل. عند الاستخدام في درجات حرارة عالية، سيفقد ببطء، مسببًا تقلبات في خط الأساس وزيادة الضوضاء. لتجنب هذه الظاهرة، يمكن تسخينه مسبقًا في درجة حرارة أعلى (عادةً درجة حرارة تحمل العمود) لفترة لتبخير الطور الثابت المرتبط بضعف، مما يمنع التداخل مع التحليلات اللاحقة. علاوة على ذلك، يمكن إجراء عمليات شيخوخة على أعمدة الكروماتوغرافيا الغازية المستخدمة منذ طويلًا لإزالة الملوثات المتبقية في العمود.
ارفع درجة حرارة العمود إلى درجة حرارة ثابتة، عادةً حدها العلوي لدرجة الحرارة. في ظروف خاصة، قد تُرفع درجة الحرارة إلى نحو 10–20 °C فوق درجة حرارة التشغيل. لكن حد درجة حرارة العمود لا يجب تجاوزه، لأن ذلك قد يتلف العمود. تجنب أيضًا ضبط منحنى درجة الحرارة ببطء شديد. بمجرد الوصول إلى درجة حرارة الشيخوخة، سجّل خط الأساس وراقبه. كبّر خط الأساس لتسهيل المراقبة. في البداية، يجب أن يستمر خط الأساس في الارتفاع، ثم يبدأ في الانخفاض بعد 5–10 دقائق من الوصول إلى درجة حرارة الشيخوخة، ويستمر ذلك لمدة 30–90 دقيقة. بمجرد وصوله إلى قيمة ثابتة، يستقر خط الأساس. إذا بقي خط الأساس مستقرًا بعد 2–3 ساعات أو لم يُظهر اتجاهًا تنازليًا واضحًا بعد 15–20 دقيقة، فقد يكون هناك تسرب أو تلوث في النظام. في مثل هذه الحالات، خفض درجة حرارة العمود فورًا إلى أقل من 40 °C، وفحص النظام، ومعالجة أي مشكلات في أقرب وقت. مواصلة عملية الشيخوخة لن تتلف العمود فحسب، بل ستمنع أيضًا تحقيق خط أساس مستقر. علاوة على ذلك، يجب أن يكون وقت الشيخوخة محدودًا، لأن ذلك يقصّر عمر العمود. عمومًا، تتطلب الأعمدة ذات الأطوار الثابتة القطبية والطلاءات الأكثر سماكة أوقات تكييف أطول، بينما تتطلب الأعمدة ذات الأطوار الثابتة الأقل قطبية والطلاءات الأرق أوقات تكييف أقصر. تختلف طرق التكييف لأعمدة PLOT؛ يرجى الرجوع إلى تعليمات تشغيل العمود لمعرفة الخطوات المحددة. إذا أُجري التكييف قبل توصيل العمود بكاشف، فقد يتلف الطرف البعيد للعمود. من المهم تقليم آخر 10–20 سم من العمود قبل توصيله بالكاشف. حد درجة الحرارة هو نطاق درجة الحرارة الذي يمكن للعمود العمل فيه بشكل طبيعي. العمل تحت حد درجة الحرارة الأدنى ينتج عنه فصل وشكل قمة دون المستوى الأمثل، لكن هذا لا يضر العمود نفسه. درجة الحرارة العليا... [مختصر]
29. استكشاف انحراف خط الأساس وإصلاحه: يحدث انحراف خط الأساس كثيرًا ما عند استخدام درجة حرارة مُبرمجة في GC. تنتج هذه الظاهرة عادةً عما يلي: نزيف العمود، ونزيف وسادة الحقن، وتلوث الحاقن أو الكاشف، وتغيرات في معدل تدفق الغاز. إذا استُخدم كاشف عالي الحساسية، حتى نزيف عمود طفيف أو تلوث نظام خفيف يمكن أن يسبب انحرافًا كبير في خط الأساس. لتحسين موثوقية التحليل النوعي والكمي، يجب تقليل انحراف خط الأساس أو إلغائه قدر الإمكان. لتحديد مصدر انحراف خط الأساس: أولًا، أزل العمود من الجهاز الكروماتوغرافي، وسدّ مدخل الكاشف، ثم راقب انحراف خط الأساس أثناء ارتفاع درجة الحرارة المُبرمج. إذا كان خط الأساس غير مستقر، فإن التلوث يأتي من الكاشف (للحلول، يرجى الرجوع إلى «كيف تقلل تلوث الكاشف»)؛ إذا كان خط الأساس مستقرًا، فهذا يُثبت أن الكاشف في حالة جيدة. في ذلك الوقت، استخدم قطعة قصيرة من أنبوب الكوارتز المصهور لتوصيل الحاقن بالكاشف، وأجرِ برنامج منحنى درجة حرارة، وراقب انحراف خط الأساس. وهذا يعكس تلوث الحاقن. إذا كان خط الأساس غير مستقر، فيمكن تحديد أن المشكلة تأتي من منفذ الحقن (للحلول، يرجى الرجوع إلى «كيف تقلل تلوث الحاقن»)؛ إذا كان خط الأساس مستقرًا، فهذا يُثبت أن لا الكاشف ولا منفذ الحقن ملوثان. في ذلك الوقت، أعد تركيب العمود وأجرِ نفس برنامج منحنى درجة الحرارة لتحديد ما إذا كان انحراف خط الأساس ناجمًا عن فقدان العمود.
30. كيف يمكن تقليل انحراف خط الأساس الناجم عن العينات والحاقنات؟ إذا بقيت مواد غير متطايرة عالية الوزن الجزيئي على العمود الكروماتوغرافي، فمن المرجح أن يحدث انحراف في خط الأساس أثناء ارتفاع درجة الحرارة المُبرمج. والسبب أن هذه المواد محتبسة بقوة وتتحرك ببطء في العمود. يمكنك استخدام طريقة الشيخوخة المعادة لطرد هذه المكونات المحتبسة بقوة من العمود، لكن هذه الطريقة تزيد من احتمال أكسدة السائل الثابت. علاوة على ذلك، يمكنك أيضًا استخدام مذيب لغسل العمود الكروماتوغرافي (يُرجى قراءة احتياطات استخدام العمود قبل الغسل لاختيار مذيب مناسب)؛ ويمكنك أيضًا تركيب عمود حارس لمنع حدوث المشكلات من البداية. إذا كان انحراف خط الأساس ناجمًا عن تلوث الحاقن، فيمكن حلّه باستبدال وسادة الحقن والبطانة وحلقة السدّ، وغسل منفذ الحقن بمذيب. بعد الصيانة، استخدم قطعة من أنبوب الكوارتز المصهور لتوصيل الحاقن بالكاشف، وحقن عينة فارغة للتأكد من نظافة الحاقن.
31. كيف يمكنني تقليل انحراف خط الأساس للكاشف؟ ينجم انحراف خط الأساس للكاشف كثيرًا ما عن كميات صغيرة من الهيدروكربونات في الغاز المساعد أو غاز الاحتراق. يمكن أن يقلل استخدام منقي غازات عالي النقاء لمعالجة الغاز المساعد أو غاز الاحتراق من هذا الانحراف في خط الأساس. يمكن أن يحسّن استخدام مولّد غازات عالي النقاء من استقرار خط أساس FID. الصيانة المناسبة للكاشف، بما في ذلك التنظيف المنتظم، يمكن أن تقلل أيضًا من هذا الانحراف.
32. كيف يمكنني تقليل انحراف خط الأساس الناجم عن نزيف العمود؟ قبل استخدام عمود جديد، كيّفه على النحو التالي لتقليل نزيف العمود: كيّفه في درجة حرارة أعلى بـ 20 °C من درجة حرارة التشغيل التجريبية أو في درجة حرارة تشغيل العمود (أيهما أقل). الشيخوخة الأطول في درجة حرارة أقل أكثر فعالية من الشيخوخة الأقصر في درجة حرارة أعلى. إذا احتوى الغاز الناقل على كميات صغيرة من الأكسجين أو الرطوبة، أو إذا كانت هناك تسربات في خط الغاز، فإن الطور الثابت يتأكسد بسهولة في درجات الحرارة العالية، مسببًا نزيف العمود وانحراف خط الأساس. بمجرد أن يتأكسد الطور الثابت، يجب تكييفه لعدة ساعات بغاز ناقل عالي النقاء لتسوية خط الأساس. هذا الضرر الذي يلحق بالطور الثابت غير قابل للعكس؛ لذلك إذا استمر مرور الأكسجين عبر العمود، فلن يستقيم خط الأساس حتى بعد الشيخوخة. لذلك، أثناء التجارب، استخدم مرشح أكسجين/رطوبة عالي الجودة في خط الغاز، وأجرِ كشف تسرب دقيق بكاشف تسرب إلكتروني عالي الجودة.
33. لا توجد قمة 1. انطفأت لهبة كاشف FID 2. درجة تبخر الحاقن منخفضة جدًا، ولا يمكن تبخر العينة 3. درجة حرارة العمود منخفضة جدًا، مما يتسبب في تكثيف العينة في العمود الكروماتوغرافي 4. منفذ الحقن يسرّب 5. مدخل العمود يسرّب أو مسدود 6. هناك مشكلة في إبرة الحقن، ولا يمكن سحب العينة.
34. جميع قِمم المكونات صغيرة أو تصبح أصغر. الأسباب المحتملة والتدابير الموصى بها: 1. إبرة حقن معيوبة. استخدم إبرة جديدة. 2. تسرب بعد الحقن. حدد نقطة التسرب. 3. نسبة التقسيم كبيرة جدًا. 4. الوزن الجزيئي للمُحَلَّل كبير جدًا. ارفع درجة حرارة منفذ الحقن. 5. NPD مغطى بالملوثات (السيليكا). استبدل الخرزة. 6. درجة حرارة NPD مرتفعة جدًا (درجة حرارة التشغيل أو المحيط). الغاز غير نقي. استبدل الخرزة. تجنب التشغيل في درجة حرارة عالية. 7. الكاشف غير متوافق مع العينة.
35. اتساع القمة 1. ينجم اتساع القمة كثيرًا ما عن الحمل الزائد للعمود. قلّل حجم الحقن واستخدم عمودًا بسعة أكبر. 2. ارفع درجة حرارة الفرن والحقن. 3. ارفع معدل تدفق الغاز الناقل. 4. أتقن تقنية الحقن. 5. تجمّعت العينة السابقة في العمود ولم تُطرح بالكامل في الوقت المناسب. 6. تفاعلت العينة مع حامل الطور الثابت.
36. ارتفاع القمة ومساحتها غير قابلين للتكرار 1. الحقن غير قابل للتكرار، مع انحراف كبير 2. إزاحة القمة الناجمة عن تغيرات أخرى في شكل القمة 3. تداخل خط الأساس 4. تغيرات في إعدادات معاملات نظام الجهاز، ومعايرة المعاملات، والمعايرة 5. تغيرات في أداء العمود الكروماتوغرافي
37. قابلية تكرار حساسية ضعيفة أثناء الحقن المستمر. في ظروف الحقن المستمر، تتقلب مساحة القمة، ودقة القياس منخفضة. الأسباب هي كما يلي: 1. تقنية حقن ضعيفة 2. تسرب غاز ناقل أو معدل تدفق غير مستقر 3. تلوث الكاشف 4. تلوث العمود أو البطانة. نظّف البطانة والعمود بمذيب (ميثانول عالي الجودة)؛ واستبدلهما (إذا لزم الأمر) 5. تسرب المحقن 6. حجم الحقن يتجاوز النطاق الخطي للكاشف، مسببًا حملًا زائدًا للكاشف.
38. ذيل القمة 1. البطانة أو العمود ملوثان أو مركّبان بشكل غير صحيح. يوجد حجم ميت. إذا ظهر ذيل عند حقن الميثان، فأعد التركيب. 2. درجة حرارة الحاقن مرتفعة جدًا. 3. رأس العمود غير متساوٍ. اقطعه بماس. 4. قطبية الطور الثابت لا تطابق العينة. استبدل العمود بآخر مطابق. 5. هناك بئر بارد في مسار تدفق العينة. أزل منطقة الحرارة المنخفضة من المسار. 6. هناك فضلات قطع متراكمة في البطانة أو العمود. نظّف البطانة واستبدلها. اقطع 10 سم من رأس العمود. 7. وقت الحقن طويل جدًا. 8. نسبة التقسيم منخفضة. ارفع نسبة التقسيم (على الأقل أكبر من 20/1). 9. حجم الحقن مرتفع جدًا. قلّل حجم الحقن أو خفّف العينة.
39. انخفاض الفصل 1. تلوث العمود 2. ضرر الطور الثابت (نزيف العمود) 3. فشل الحقن تحقق من التسربات 4. تحقق من ملاءمة درجة الحرارة والبطانة 5. تركيز العينة مرتفع جدًا، خفّف، قلّل حجم الحقن، استخدم نسبة تقسيم عالية
40. اتساع قمة المذيب 1. فشل تركيب العمود 2. تسرب الحقن 3. حجم حقن مرتفع ارفع درجة حرارة التبخر 4. نسبة تقسيم منخفضة ارفع نسبة التقسيم 5. درجة حرارة عمود منخفضة 6. فرن أولي مرتفع جدًا في الحقن بالتقسيم خفض درجة حرارة العمود الأولية واستخدم مذيبًا عالي نقطة الغليان 7. مدة التنقية طويلة جدًا (الحقن بدون تقسيم) حدّد إجراء تنقية قصيرًا
41. ينحرف خط الأساس إلى أسفل 1. عمود مثبت حديثًا له خط أساس يستمر في الانحراف إلى أعلى لدقائق. واصل الشيخوخة. 2. لم يصل الكاشف إلى التوازن. أطل وقت توازن الكاشف. 3. خُرّجت ترسبات من الكاشف أو أجزاء أخرى من نظام GC. نظّفها.
42. ينحرف خط الأساس إلى أعلى 1. الطور الثابت للعمود الكروماتوغرافي تالف 2. معدل تدفق الغاز الناقل ينخفض، اضبط ضغط الغاز الناقل
43. ضوضاء 1. العمود الشعري مُدخل بعمق كبير جدًا في الكاشف. أعد تركيب العمود. 2. ضوضاء خط الأساس ناجمة عن تسرب الغاز عند استخدام ECD أو TCD. تحقق من خط الغاز وأصلحه. 3. معدل تدفق الغاز أو اختيار الغاز غير مناسبين لـ FID أو NPD أو FPD. اضبط معدل تدفق الغاز عالي النقاء. 4. المدخل ملوث. نظّف المدخل، واستبدل الرف، واستبدل الألياف الزجاجية في البطانة. 5. العمود الشعري ملوث. اقطع 10 سم من الطرف الأول، ونظّف العمود بمذيب، واستبدله. 6. الكاشف يعمل بشكل غير سليم.
44. عدة طرق لتحسين الفصل: 1. زيادة طول العمود يمكن أن تحسّن الفصل. 2. تقليل حجم الحقن (زيادة حجم المذيب للعينات الصلبة). 3. تحسين تقنية الحقن لمنع الحقن المزدوج. 4. تقليل معدل تدفق الغاز الناقل. 5. خفض درجة حرارة العمود. 6. رفع درجة حرارة المبخّر. 7. تقليل الحجم الميت للنظام، مثل ضمان إدخال وصلات العمود بالكامل واستخدام مبخّر بدون تقسيم للحقن بدون تقسيم. 8. تقسيم الأعمدة الشعرية واختيار نسبة تقسيم مناسبة أمران أساسيان. باختصار، يجب استكشاف ذلك تجريبيًا بناءً على الظروف المحددة. على سبيل المثال، يمكن أن يؤدي تقليل معدل تدفق الغاز الناقل أو درجة حرارة العمود إلى اتساع القِمم الكروماتوغرافية؛ لذلك يجب مواءمة ضبط الظروف مع شكل القمة. الهدف النهائي هو تحقيق فصل جيد وإجادة سريعة للقمم.
45. كيف يمكنني تحديد ما إذا كان العمود قد شاخ بالكامل؟ يُستخدم كاشف FID على أفضل نحو لمراقبة خط الأساس أثناء شيخوخة العمود. في نهاية منحنى درجة الحرارة، سيزداد خط الأساس، ثم يتناقص تدريجيًا ويستقر، وعند هذه النقطة يُعتبر العمود قد شاخ بالكامل. عندما يتعرض العمود لدرجات حرارة عالية، ينخفض عمر العمود بشكل كبير. إذا استمر نزيف عمود كبير لأكثر من ساعتين أثناء شيخوخة العمود، بارد العمود إلى درجة حرارة الغرفة وحدد مصادر النزيف، مثل تسرب الأكسجين، وتسربات الوسادة، وبقايا الجهاز. نزيف العمود: بعد شيخوخة العمود، أجرِ اختبار نزيف العمود. شغّل منحنى درجة حرارة دون حقن عينة، بدءًا من 50 °C وزيادة درجة الحرارة بمعدل 10 °C/دقيقة حتى درجة حرارة التشغيل القصوى للعمود. اثبت في درجة الحرارة القصوى لمدة 10 دقائق. الكروماتوغرام الناتج هو رسم نزيف العمود. قارن هذا الرسم بجَرَيات فارغة مستقبلية. إذا تولّدت العديد من قِمم أثناء الجَرْي الفارغ، فقد تغيّر أداء العمود. قد يكون ذلك بسبب الأكسجين في الغاز الناقل أو حمل العينة الزائد. إذا كان لديك GC-MS، فإن نزيف الأيونات النموذجي لعمود منخفض القطبية (مثل DB/HP-1 أو 5) سيكون له نسب كتلة/شحنة تبلغ m/z 207 و73 و281 و355 وهكذا. معظم هذه هي السيكلوسيلوكسانات. يُعتبر نزيف العمود عمومًا مسببًا للضوضاء وعدم استقرار خط الأساس. غالبًا ما يتجلى نزيف العمود الحقيقي على شكل انحراف موجب يشبه الضوضاء. تحقق من وجود انحراف كبير إلى أعلى في خط الأساس وإجادة قِمم في العينة الفارغة.
46. تحليل أسباب انطفاء لهبة كاشف التأين باللهب (FID) أو فشل الاشتعال: ① التكثيف. نظرًا لتشكّل الماء أثناء عملية احتراق FID، يجب الحفاظ على درجة حرارة الكاشف أعلى من 100 °C لمنع التكثيف. إذا لم يكن الكاشف مشغّلًا لفترة طويلة، يلزم فترة خَبْز طويلة قبل الاشتعال. ② معدل تدفق العمود مرتفع جدًا. إذا كان لا بد من استخدام عمود كبير القطر الداخلي، قلّل معدل تدفق الغاز الناقل مدة طويلة تكفي للسماح لـ FID بالاشتعال. ③ تحقق من أن نوع الفوهة المركّب مناسب للعمود المستخدم وتحقق من انسداد الفوهة.
47. أسطوانات الغاز واستخدامها
1. أسطوانات الغاز هي حاويات عالية الضغط لتخزين الغاز المضغوط. سعتها عمومًا من 40 إلى 60 لترًا، بضغط تشغيل أقصى يبلغ 15 MPa (150 ضغط جوي) وأدنى يزيد على 0,6 MPa (6 ضغط جوي). تُصنع أسطوانات الغاز عالية الضغط القياسية وفقًا للمعايير الوطنية ويجب أن تحمل العلامات التالية على كتف الأسطوانة: الصانع، وتاريخ التصنيع، وطراز الأسطوانة ورقمها، ووزن الأسطوانة، وحجم الغاز، وضغط التشغيل، وضغط الاختبار الهيدروستاتيكي، وتاريخ الاختبار الهيدروستاتيكي، وتاريخ الفحص القادم.
نظرًا لأن أسطوانات الغاز تحتوي على ضغوط عالية وبعض الغازات سامة أو قابلة للاشتعال أو متفجرة، فإنه لضمان السلامة ومنع الالتباس بين الأسطوانات المختلفة، يجب طلاؤها بلون محدد والإشارة بوضوح إلى اسم الغاز الموجود بداخلها. انظر الجدول 1-3 لعلامات أسطوانات الغاز المختلفة.
الجدول 1-3 علامات أسطوانات الغاز المختلفة
نوع الغاز | لون الأسطوانة | لون العلامة | الطابع | لون الحزام |
نيتروجين | أسود | أصفر | نيتروجين (N₂) | بني |
أكسجين | أزرق سماوي | أسود | أكسجين (O₂) |
|
هيدروجين | أخضر داكن | أحمر | هيدروجين (H₂) | أحمر |
هواء مضغوط | أسود | أبيض | هواء مضغوط |
|
أسيتيلين | أبيض | أحمر | أسيتيلين (C₂H₂) | أخضر |
أرجون خام | أسود | أبيض | أرجون خام | أبيض |
أرجون نقي | رمادي | أخضر | أرجون نقي |
|
2. احتياطات استخدام أسطوانات الفولاذ (1) يجب إرسال أسطوانات الفولاذ بانتظام إلى الإدارات المعنية للفحص. فقط تلك التي تجتاز الفحص يمكن تعبئتها. يجب فحص أسطوانات الفولاذ المعبأة بالغازات العامة مرة كل ثلاث سنوات، وأسطوانات الفولاذ المعبأة بالغازات الآكلة مرة كل سنتين. (2) عند نقل أسطوانات الفولاذ، ضع غطاء الأسطوانة وأحزمة الخصر المطاطية العلوية والسفلية، وتعامل معها بحذر. لا تدحرها أو تضربها أو تسقطها أو تهتزها بعنف على الأرض لمنع الانفجار. عند وضع واستخدام أسطوانات الفولاذ، يجب تثبيتها بهيكل أو سلك. (3) يجب تخزين أسطوانات الفولاذ في مكان بارد وجاف بعيدًا عن مصادر الحرارة، مع تهوية جيدة، وتجنب اللهب المكشوف وأشعة الشمس. عند تسخين الأسطوانة، يتمدد الغاز ويزيد الضغط داخل الأسطوانة، مما قد يسبب بسهولة تسربات أو حتى انفجارات. يجب تخزين أسطوانات الغازات القابلة للاشتعال وأسطوانات الأكسجين في غرف منفصلة. من الأفضل وضع أسطوانات الهيدروجين في غرفة صغيرة مخصصة خارج المبنى لضمان السلامة. (4) عند استخدام أسطوانات الفولاذ، باستثناء ثاني أكسيد الكربون والأمونيا، يلزم عمومًا استخدام صمامات تخفيض الضغط. بين صمامات تخفيض الضغط المختلفة، باستثناء صمامات تخفيض ضغط النيتروجين والأكسجين التي يمكن استخدامها بالتبادل، لا يمكن استخدام الصمامات الأخرى إلا ل غازات محددة لمنع الانفجار. عند تركيب صمام تخفيض الضغط، يجب برمه بحذر، عادةً 7 لفات من الخيط (تُعرف شائعة بـ 7 خيوط). يجب أن يكون للغازات القابلة للبلمرة (مثل الأسيتيلين والإيثيلين) مدة تخزين محددة لتجنب التخزين طويل الأمد. (5) للغازات القابلة للاشتعال مثل الهيدروجين والأسيتيلين، صمام الأسطوانة هو «خيط معاكس» (خيط أيسر)، أي يُشدّ في اتجاه عكس عقارب الساعة؛ للغازات غير القابلة للاشتعال أو المساعدة على الاحتراق مثل الأكسجين والنيتروجين، صمام الأسطوانة... [مختصر]
الصيانة الوقائية لـ GC والإجراءات التصحيحية: عندما يلوث نظام كروماتوغرافي بمواد عالية نقطة الغليان، لا سيما عند المدخل، يمكن توقع تدهور في الأداء الكروماتوغرافي. يجب على المحللين إجراء صيانة روتينية للجهاز، بما في ذلك استبدال الوسائد بانتظام، وتنظيف وتكييف بطانة المدخل، وإذا لزم الأمر، تقليم 0,5 إلى 1 μm من العمود الشعري من المدخل. إذا استمر تدهور الأداء الكروماتوغرافي وظهور قِمم شبحية، فقد يكون من الضروري تنظيف الأسطح المعدنية للمدخل. الأعمدة الشعرية موثوقة وسهلة الاستخدام، لكن لضمان أداء فصل جيد، تتطلب إجراءات محددة اهتمامًا:
(1) يمكن أن يؤثر التلامس بين العمود الشعري وجدار فرن الكروماتوغرافيا في الأداء الكروماتوغرافي وعمر العمود؛
(2) يجب توخي الحذر لمنع دخول الأكسجين إلى العمود الشعري؛
(3) لا يمكن استبدال وسادة الحقن إلا بعد أن يبرد فرن الكروماتوغرافيا؛
(4) قبل إعادة تسخين فرن الكروماتوغرافيا، يجب تنقية العمود الكروماتوغرافي بغاز ناقل لمدة 15 دقيقة؛
(5) يجب استخدام أنبوب إزالة الأكسدة لإزالة الأكسجين الأثري في الغاز الناقل، ويجب استبدال أنبوب إزالة الأكسدة بانتظام؛
(6) سواء كان فرن الكروماتوغرافيا يسخن أم لا، يجب أن يتدفق الغاز الناقل عبر العمود الكروماتوغرافي.
McNair, H. M., & Miller, J. M. (2011). Basic Gas Chromatography. Wiley-Interscience.
Giddings, J. C. (1999). Dynamic chromatography: Theory and practice. Journal of Chromatography A, 856(1-2), 25-41. https://doi.org/10.1016/S0021-9673(99)00257-400257-4)
Poole, C. F., & Poole, S. K. (2003). Stability of the stationary phase in gas chromatography. Journal of Chromatography A, 1000(1-2), 1-24. https://doi.org/10.1016/S0021-9673(03)00275-200275-2)
Riekkola, M. L., & Rantanen, T. (2013). Gas Chromatography: Principles and Applications. In Handbook of Analytical Chemistry (pp. 1-40). Wiley.
Fenn, J. B., Mann, M., Meng, C. K., & Wong, S. F. (1989). Electrospray Ionization for Mass Spectrometry of Large Biomolecules. Science, 246(4926), 64-71. https://doi.org/10.1126/science.2675315
National Institute of Standards and Technology. (2020). NIST Chemistry WebBook. Retrieved from NIST website
Klee, K. M., & Wang, Y. (2018). Methods for the Analysis of Gas Chromatography. Analytical Chemistry, 90(12), 7268-7276. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.8b01234
Hovogen الهيدروجين: https://www.hovogen.com/post/the-pros-and-cons-of-hydrogen-and-helium-in-gas-chromatography-applications
Wenzel, T. J., & Smith, R. D. (2018). Applications of GC-MS in Environmental Analysis. Environmental Chemistry Letters, 16(1), 1-20. https://doi.org/10.1007/s10311-017-0665-3
Stull, D. R. (1991). Gas Chromatography: A Practical Approach. Springer.
Skoog, D. A., West, D. M., & Holler, F. J. (2013). Fundamentals of Analytical Chemistry. Cengage Learning.
تعليقات