- แก๊สโครมาโทกราฟีทำงานอย่างไร?
- การแยก
- การตรวจพบ
- ประเภท
- CGS
- CGL
- ชิ้นส่วนของแก๊สโครมาโตกราฟ
- คอลัมน์
- เครื่องตรวจจับ
- การประยุกต์ใช้งาน
- อ้างอิง
แก๊ส chromatography (GC) เป็นเทคนิคการวิเคราะห์การใช้เครื่องมือสำหรับการแยกและการวิเคราะห์องค์ประกอบของส่วนผสม เป็นที่รู้จักกันในชื่อโครมาโตกราฟีแบบพาร์ติชันแก๊สและของเหลวซึ่งตามที่จะเห็นในภายหลังเป็นวิธีที่เหมาะสมที่สุดในการอ้างถึงเทคนิคนี้
ในหลาย ๆ ด้านของสิ่งมีชีวิตทางวิทยาศาสตร์มันเป็นเครื่องมือที่ขาดไม่ได้ในการศึกษาในห้องปฏิบัติการเนื่องจากเป็นหอกลั่นรุ่นที่มีกล้องจุลทรรศน์ซึ่งสามารถสร้างผลลัพธ์ที่มีคุณภาพสูงได้
ที่มา: Gabriel Bolívar
ตามชื่อที่ระบุมันใช้ก๊าซในการพัฒนาฟังก์ชัน อย่างแม่นยำยิ่งขึ้นพวกเขาเป็นเฟสเคลื่อนที่ที่มีส่วนประกอบของส่วนผสม
ก๊าซพาหะนี้ซึ่งในกรณีส่วนใหญ่คือฮีเลียมจะเดินทางผ่านภายในคอลัมน์โครมาโตกราฟีในขณะเดียวกันส่วนประกอบทั้งหมดก็แยกออกจากกัน
ก๊าซพาหะอื่น ๆ ที่ใช้เพื่อจุดประสงค์นี้ ได้แก่ ไนโตรเจนไฮโดรเจนอาร์กอนและมีเทน การเลือกสิ่งเหล่านี้จะขึ้นอยู่กับการวิเคราะห์และอุปกรณ์ตรวจจับที่ควบคู่ไปกับระบบ ในวิชาเคมีอินทรีย์หนึ่งในเครื่องตรวจจับหลักคือเครื่องวัดสเปกโตรโฟโตมิเตอร์ (MS) ดังนั้นเทคนิคนี้จึงได้มาซึ่งระบบการตั้งชื่อ CG / EM
ดังนั้นไม่เพียง แต่ส่วนประกอบทั้งหมดของส่วนผสมจะถูกแยกออกเท่านั้น แต่ยังทราบมวลโมเลกุลของพวกมันด้วยและจากที่นั่นการระบุและการหาปริมาณ
ตัวอย่างทั้งหมดมีเมทริกซ์ของตัวเองและเนื่องจากโครมาโตกราฟีสามารถ "ชี้แจง" เพื่อการศึกษาได้จึงเป็นตัวช่วยล้ำค่าสำหรับความก้าวหน้าและการพัฒนาวิธีการวิเคราะห์ และนอกจากนี้เมื่อใช้ร่วมกับเครื่องมือหลายตัวแปรขอบเขตของมันอาจถูกยกระดับไปสู่ระดับที่ไม่น่าสงสัย
แก๊สโครมาโทกราฟีทำงานอย่างไร?
เทคนิคนี้ทำงานอย่างไร? เฟสเคลื่อนที่ซึ่งมีองค์ประกอบสูงสุดคือก๊าซพาหะลากตัวอย่างผ่านภายในคอลัมน์โครมาโตกราฟี ตัวอย่างของเหลวจะต้องกลายเป็นไอและเพื่อให้แน่ใจว่าสิ่งนี้ส่วนประกอบต้องมีแรงดันไอสูง
ดังนั้นก๊าซตัวพาและตัวอย่างก๊าซที่ระเหยจากส่วนผสมของเหลวเดิมจึงเป็นเฟสเคลื่อนที่ แต่เฟสนิ่งคืออะไร?
คำตอบขึ้นอยู่กับประเภทของคอลัมน์ที่ทีมทำงานหรือต้องการการวิเคราะห์ และในความเป็นจริงระยะนิ่งนี้กำหนดประเภทของ CG ที่พิจารณา
การแยก
ภาพกลางแสดงถึงการดำเนินการแยกส่วนประกอบภายในคอลัมน์ใน CG อย่างง่าย ๆ
โมเลกุลของก๊าซพาหะถูกละเว้นเพื่อไม่ให้สับสนกับตัวอย่างที่กลายเป็นไอ แต่ละสีสอดคล้องกับโมเลกุลที่แตกต่างกัน
เฟสนิ่งแม้ว่าจะดูเหมือนเป็นทรงกลมสีส้ม แต่จริงๆแล้วเป็นฟิล์มบาง ๆ ของของเหลวที่เปียกผนังด้านในของคอลัมน์
แต่ละโมเลกุลจะละลายหรือกระจายตัวแตกต่างกันในของเหลวดังกล่าว ผู้ที่มีปฏิสัมพันธ์กับมันมากที่สุดจะถูกทิ้งไว้ข้างหลังและผู้ที่ไม่โต้ตอบจะก้าวหน้าได้เร็วขึ้น
ดังนั้นการแยกโมเลกุลจึงเกิดขึ้นดังที่แสดงโดยจุดสี จากนั้นกล่าวกันว่าจุดสีม่วงหรือโมเลกุลจะหลุดออกไปก่อนในขณะที่จุดสีน้ำเงินจะออกมาเป็นอันดับสุดท้าย
อีกวิธีหนึ่งในการพูดข้างต้นคือโมเลกุลที่หลุดออกไปก่อนมีเวลาเก็บรักษาที่สั้นที่สุด (T R )
ดังนั้นหนึ่งสามารถระบุโมเลกุลเหล่านี้โดยการเปรียบเทียบโดยตรงของ T R ประสิทธิภาพของคอลัมน์เป็นสัดส่วนโดยตรงกับความสามารถในการแยกโมเลกุลที่มีความสัมพันธ์ใกล้เคียงกันสำหรับเฟสนิ่ง
การตรวจพบ
เมื่อการแยกเสร็จสิ้นตามที่แสดงในภาพจุดต่างๆจะหลุดออกและจะถูกตรวจพบ สำหรับสิ่งนี้เครื่องตรวจจับต้องไวต่อสิ่งรบกวนหรือการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพหรือทางเคมีที่เกิดจากโมเลกุลเหล่านี้ และหลังจากนี้มันจะตอบสนองด้วยสัญญาณที่ขยายและแสดงผ่านโครมาโตแกรม
จากนั้นจะอยู่ในโครมาโทแกรมที่สามารถวิเคราะห์สัญญาณรูปร่างและความสูงตามฟังก์ชันของเวลาได้ ตัวอย่างของจุดสีควรก่อให้เกิดสัญญาณสี่ประการ: หนึ่งสำหรับโมเลกุลสีม่วงหนึ่งสำหรับสีเขียวหนึ่งสำหรับจุดที่มีสีมัสตาร์ดและสัญญาณสุดท้ายที่มีค่า T Rสูงกว่าสำหรับสีน้ำเงิน
สมมติว่าคอลัมน์นั้นไม่ดีและไม่สามารถแยกโมเลกุลสีฟ้าและมัสตาร์ดได้อย่างถูกต้อง อะไรจะเกิดขึ้น? ในกรณีนี้จะไม่ได้รับแถบการชะล้างสี่วง แต่เป็นสามแถบเนื่องจากสองแถบสุดท้ายทับซ้อนกัน
สิ่งนี้อาจเกิดขึ้นได้หากทำการโครมาโทกราฟีที่อุณหภูมิสูงเกินไป ทำไม? เนื่องจากอุณหภูมิที่สูงขึ้นความเร็วในการอพยพของโมเลกุลของก๊าซก็จะยิ่งสูงขึ้นและความสามารถในการละลายจะลดลง ดังนั้นจึงมีปฏิสัมพันธ์กับเฟสนิ่ง
ประเภท
โดยพื้นฐานแล้วแก๊สโครมาโตกราฟีมีสองประเภท: CGS และ CGL
CGS
CGS เป็นคำย่อของ Gas-Solid Chromatography มีลักษณะเป็นเฟสนิ่งที่เป็นของแข็งแทนที่จะเป็นของเหลว
ของแข็งจะต้องมีรูพรุนขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางซึ่งควบคุมโดยที่โมเลกุลจะถูกกักเก็บไว้ขณะที่พวกมันเคลื่อนผ่านคอลัมน์ ของแข็งนี้มักจะเป็นตะแกรงโมเลกุลเช่นเดียวกับซีโอไลต์
ใช้สำหรับโมเลกุลที่เฉพาะเจาะจงเนื่องจาก CGS โดยทั่วไปต้องเผชิญกับภาวะแทรกซ้อนจากการทดลองหลายประการ ตัวอย่างเช่นของแข็งสามารถกักเก็บโมเลกุลตัวใดตัวหนึ่งไว้ได้โดยไม่สามารถเปลี่ยนรูปร่างของโครมาโทแกรมและค่าวิเคราะห์ได้อย่างสมบูรณ์
CGL
CGL คือ Gas-Liquid Chromatography เป็นแก๊สโครมาโทกราฟีประเภทนี้ที่ครอบคลุมการใช้งานส่วนใหญ่ทั้งหมดดังนั้นจึงมีประโยชน์มากกว่าทั้งสองประเภท
ในความเป็นจริง CGL มีความหมายเหมือนกันกับแก๊สโครมาโตกราฟีแม้ว่าจะไม่ได้ระบุว่ากำลังพูดถึงเรื่องใดก็ตาม ต่อไปนี้จะกล่าวถึงเฉพาะ CG ประเภทนี้เท่านั้น
ชิ้นส่วนของแก๊สโครมาโตกราฟ
ที่มา: ไม่มีผู้เขียนที่อ่านได้โดยเครื่อง Dz สันนิษฐาน (ตามการร้องเรียนการละเมิดลิขสิทธิ์) , ผ่าน Wikimedia Commons
แผนผังที่เรียบง่ายของชิ้นส่วนของแก๊สโครมาโตกราฟแสดงอยู่ในภาพด้านบน โปรดทราบว่าความดันและการไหลของกระแสก๊าซพาหะสามารถควบคุมได้เช่นเดียวกับอุณหภูมิของเตาเผาที่ให้ความร้อนแก่คอลัมน์
จากภาพนี้คุณสามารถสรุป CG กระแสของเขาไหลจากกระบอกสูบซึ่งขึ้นอยู่กับเครื่องตรวจจับส่วนหนึ่งจะถูกเบี่ยงเบนเข้าหามันและอีกส่วนหนึ่งจะถูกส่งไปยังหัวฉีด
microsyringe ถูกวางไว้ในหัวฉีดซึ่งปริมาตรของตัวอย่างตามลำดับ µL จะถูกปล่อยออกมาทันที (ไม่ค่อยๆ)
ความร้อนจากเตาเผาและหัวฉีดต้องสูงพอที่จะระเหยตัวอย่างได้ทันที เว้นแต่จะฉีดตัวอย่างก๊าซโดยตรง
อย่างไรก็ตามอุณหภูมิต้องไม่สูงเกินไปเนื่องจากอาจทำให้ของเหลวระเหยในคอลัมน์ซึ่งทำหน้าที่เป็นเฟสนิ่ง
คอลัมน์บรรจุเหมือนเกลียวแม้ว่าจะมีรูปร่างเป็นตัว U ได้เช่นกันเมื่อตัวอย่างเดินทางไปตลอดความยาวของคอลัมน์ก็จะไปถึงเครื่องตรวจจับซึ่งมีการขยายสัญญาณจึงได้รับโครมาโทแกรม
คอลัมน์
ในตลาดมีแคตตาล็อกแบบอินฟินิตี้ที่มีตัวเลือกมากมายสำหรับคอลัมน์โครมาโตกราฟี การเลือกสิ่งเหล่านี้จะขึ้นอยู่กับขั้วของส่วนประกอบที่จะแยกและวิเคราะห์ ถ้าตัวอย่างเป็นแบบ apolar คอลัมน์ที่มีเฟสนิ่งที่มีขั้วน้อยที่สุดจะถูกเลือก
คอลัมน์อาจเป็นประเภทบรรจุหรือเส้นเลือดฝอย คอลัมน์ของภาพกลางเป็นเส้นเลือดฝอยเนื่องจากเฟสนิ่งครอบคลุมเส้นผ่านศูนย์กลางภายใน แต่ไม่ใช่ภายในทั้งหมด
ในคอลัมน์ที่อัดแน่นการตกแต่งภายในทั้งหมดเต็มไปด้วยของแข็งซึ่งโดยปกติจะเป็นฝุ่นถ่านเพลิงหรือดินเบา
วัสดุด้านนอกประกอบด้วยทองแดงสแตนเลสหรือแม้แต่แก้วหรือพลาสติก แต่ละตัวมีลักษณะที่แตกต่างกัน: โหมดการใช้งานความยาวส่วนประกอบที่สามารถแยกออกจากกันได้ดีที่สุดอุณหภูมิในการทำงานที่เหมาะสมเส้นผ่านศูนย์กลางภายในเปอร์เซ็นต์ของเฟสหยุดนิ่งที่ดูดซับบนส่วนรองรับของแข็งเป็นต้น
เครื่องตรวจจับ
หากคอลัมน์และเตาเผาเป็นหัวใจของ GC (CGS หรือ CGL) เครื่องตรวจจับก็คือสมองของมัน หากเครื่องตรวจจับไม่ทำงานจะไม่มีจุดใดในการแยกส่วนประกอบของตัวอย่างเนื่องจากคุณจะไม่รู้ว่าคืออะไร เครื่องตรวจจับที่ดีจะต้องไวต่อการมีอยู่ของเครื่องวิเคราะห์และตอบสนองต่อส่วนประกอบส่วนใหญ่
หนึ่งในสิ่งที่ใช้กันมากที่สุดคือการนำความร้อน (TCD) ซึ่งจะตอบสนองต่อส่วนประกอบทั้งหมดแม้ว่าจะไม่ได้มีประสิทธิภาพเท่ากับเครื่องตรวจจับอื่น ๆ ที่ออกแบบมาสำหรับชุดวิเคราะห์เฉพาะ
ตัวอย่างเช่นเครื่องตรวจจับไอออไนเซชันเปลวไฟ (FID) มีไว้สำหรับตัวอย่างของไฮโดรคาร์บอนหรือโมเลกุลอินทรีย์อื่น ๆ
การประยุกต์ใช้งาน
- แก๊สโครมาโตกราฟีไม่สามารถหายไปได้ในห้องปฏิบัติการสืบสวนทางนิติวิทยาศาสตร์หรืออาชญากรรม
- ในอุตสาหกรรมยาใช้เป็นเครื่องมือวิเคราะห์คุณภาพเพื่อค้นหาสิ่งสกปรกในกลุ่มยาที่ผลิต
- ช่วยในการตรวจจับและหาปริมาณตัวอย่างยาหรือให้วิเคราะห์เพื่อตรวจสอบว่านักกีฬาถูกเจือ
- ใช้ในการวิเคราะห์ปริมาณสารประกอบฮาโลเจนในแหล่งน้ำ ในทำนองเดียวกันระดับการปนเปื้อนของสารกำจัดศัตรูพืชสามารถกำหนดได้จากดิน
- วิเคราะห์รายละเอียดกรดไขมันของตัวอย่างต้นกำเนิดที่แตกต่างกันไม่ว่าจะเป็นผักหรือสัตว์
- การเปลี่ยนรูปสารชีวโมเลกุลเป็นอนุพันธ์ที่ระเหยง่ายสามารถศึกษาได้ด้วยเทคนิคนี้ ดังนั้นจึงสามารถศึกษาเนื้อหาของแอลกอฮอล์ไขมันคาร์โบไฮเดรตกรดอะมิโนเอนไซม์และกรดนิวคลีอิกได้
อ้างอิง
- Day, R. , & Underwood, A. (1986). เคมีวิเคราะห์เชิงปริมาณ. แก๊ส - ของเหลวโครมาโทกราฟี (ฉบับที่ห้า) PEARSON Prentice Hall.
- แครี่ F. (2008). เคมีอินทรีย์. (พิมพ์ครั้งที่หก). Mc Graw Hill, p577-578
- Skoog DA และ West DM (1986) การวิเคราะห์ด้วยเครื่องมือ (พิมพ์ครั้งที่สอง). Interamerican
- วิกิพีเดีย (2018) แก๊สโครมาโทกราฟี. สืบค้นจาก: en.wikipedia.org
- Thet K. & Woo N. (30 มิถุนายน 2018). แก๊สโครมาโทกราฟี. เคมี LibreTexts สืบค้นจาก: chem.libretexts.org
- มหาวิทยาลัย Sheffield Hallam (เอสเอฟ) แก๊สโครมาโทกราฟี. กู้คืนจาก: teaching.shu.ac.uk