با استفاده از آنالیز GC-MS مو را از ماست بیرون بکشید!

آشنایی اولیه با آنالیز GC-MS

آنالیز GC-MS یک روش آزمون قدرتمند است که ترکیبی از ویژگی های کروماتوگرافی گازی و طیف سنجی جرمی را برای شناسایی و تعیین مقدار مواد مختلف در نمونه ارائه می کند.

دستگاه آنالیز GC MASS از دو قسمت کروماتوگرافی گازی (GC) و طیف سنجی جرمی (MS) تشکیل شده است. در این روش، اجزای یک مخلوط بعد از جداسازی با کروماتوگرافی گازی، در دستگاه طیف سنج جرمی شناسایی می شوند.

ورود نمونه به دستگاه از طریق کروماتوگراف گازی است، از این رو نمونه هایی قابلیت اجرای آنالیز GC-MS را دارند که در عین داشتن فشار بخار بالا، فرّار باشند و در اثر حرارت، تخریب و یا تجزیه نشوند.

در این آنالیز اجزای مخلوط بعد از جداسازی با ستون کروماتوگرافی، به محفظه یونیزاسیون طیف سنج جرمی وارد شده و یونیزه می شوند. پس از آن با استفاده از تجزیه گر جرمی بر اساس نسبت جرم به بارشان (m/z) جداسازی می شوند.

از آنالیز GC MASS می توان داده هایی کمی و کیفی در مورد وزن مولکولی و ساختار ترکیبات به دست آورد. این آنالیز در مطالعات زیست محیطی، صنایع شیمیایی، دارویی، کشاورزی، حوزه پزشکی، حقوقی و حوزه علوم نانو کاربردهای زیادی دارد.

راهنمای استفاده از دستگاه GC MASS

مراحل كار با دستگاه GC/MS به طور خلاصه شامل مراحل مقابل است: استارت، كاليبراسيون و تنظيمات دستگاهی، آماده سازی و چگونگی تزريق نمونه، انتخاب روش يونيزاسيون و اسكن، انتخاب و اجرای روش، چگونگی استخراج یک طيف، جستجوی كتابخانه ای و جمع آوری اطلاعات.

استارت پمپ خلاء

برای شروع كار با طیف سنج جرمی، ابتدا بايد پمپ مكانيكی خلاء را روشن كرد تا خلاء مورد نياز فراهم شود. در مقابل وقتی قصد خاموش كردن دستگاه را داریم، بايد خلاء دستگاه را تخليه كرده و سپس پمپ را خاموش کنیم تا از برگشت روغن به داخل پمپ جلوگيری به عمل آید.

انتخاب روش یونیزاسیون

نكتۀ ديگر قبل از شروع كار با دستگاه، انتخاب روش يونيزاسيون است. در ادامه این مقاله، روش های یونیزاسیون را به شما معرفی خواهیم نمود. اما بد نیست بدانید که در آزمایشگاه ها، معمولا از روش های یونیزاسیون الکترونی و شیمیایی استفاده می شود.

در يونيزاسيون الكترون، اطلاعاتی دربارۀ ساختار قطعه قطعه شدن (تجزیه) حاصل می شود كه در شناسايی تركيب کاربرد دارد. در مقابل، روش يونيزاسيون شيميايی به تعيین وزن مولكولی تركيب كمک می کند و اطلاعات كمتری درباره قطعه قطعه شدن تركيب می دهد. توجه کنید که هر كدام از اين تکنیک ها نياز به منبع يونيزاسيون متفاوتی دارند كه پیش از ايجاد خلاء در دستگاه بايد راه اندازی شوند.

انتخاب روش اسکن

پس از انتخاب روش يونيزاسيون، نوبت به این می رسد که روش اسكن مشخص شود. اسكن به دو روش می تواند انجام شود. روش اول، اسكن متوالی در یک محدودۀ جرمی است. مثلا اسكن در محدودۀ 50-550 amu.

در روش دوم كه نمايش يون انتخاب شده نام دارد، از جرم های خاصی كه مشخصۀ تركيب آناليز است، استفاده می شود. فراموش نکنید که انتخاب نوع اسكن بستگی به نوع تركيب شما دارد. براي تركيبات ناشناخته و مخلوط های پيچيده، اغلب از روش اسكن متوالی استفاده می شود.

اگر در جستجوی مقادير كمی از تركيبات ويژه باشیم يا به دنبال تغييراتی در ساختار تركيب در یک محدوده زمانی باشیم، روش نمايش يون انتخاب شده ترجیح دارد.

کالیبراسیون و تنظیم

پس از انتخاب های فوق و مشخص کردن برنامۀ دمایی، نوبت به کالیبراسیون می رسد. برای کالیبراسیون دستگاه از ماده ای با نام های تجاری PFTBA یا FC43 به عنوان گاز کالیبراسیون استفاده می شود.

معمولا پیش از آغاز كار با دستگاه، یک برنامۀ تنظیم خودکار روزانه اجرا می شود که مراحل کالیبراسیون و تنظیمات دستگاه به طور خودکار انجام شوند. در صورتی که این مرحله با موفقیت انجام شود، دستگاه آماده تزریق نمونه و شروع آنالیز کروماتوگرافی گازی (GC) و پس از آن طیف سنجی جرمی (MS) است.

کروماتوگرافی گازی (GC) چیست؟

كروماتوگرافی گازی یکی از فراگيرترين تکنیک های تجزیه دستگاهی است كه اطلاعات متنوع و بسيار مفيدی را از تک تک اجزای تشکیل دهندۀ یک مخلوط حاصل می کند. البته، اگر از همۀ امکانات این دستگاه به درستی و با تدبیر استفاده شود!

قبلا هم گفتیم که همۀ نمونه ها را نمی توان با اين روش آناليز کرد. فقط نمونه هایی به روش كروماتوگرافی گازی قابل آناليز هستند كه ويژگی های معينی داشته باشند. همۀ اجزای نمونه، بايد در محدودۀ دمايی 400 – 350 درجۀ سلسیوس کاملا فرار بوده و از فشار بخار قابل توجهی برخوردار باشند. در ضمن با افزايش سريع دما، اجزای نمونه تخريب و يا تجزيه نشده و فقط تبخير شوند.

اساس کار کروماتوگرافی گازی در آنالیز GC MASS

اصول جداسازی با كروماتوگرافی گازی در آنالیز GC-MS بر پايۀ توزيع نمونه بين دو فاز استوار است. یکی از اين فازها بستری شامل ذراتی با سطح بسيار زياد است که کاملا ساکن باشد. فاز ديگر، گازی است كه از ميان اين بستر ساكن می گذرد.

کروماتوگرافی گاز-جامد

چنانچه فازی که ساكن است جامد باشد، فرایند را كروماتوگرافی گاز – جامد می نامند. اين روش تا حدود زیادی بستگی به خواص جذب سطحی مواد موجود در ستون برای جداسازی نمونه ها (مخصوصا گازها) دارد. مهم ترین مواد جامد در ستون عبارتند از سيليكاژل، الکل مولكولی و زغال.

کروماتوگرافی گاز-مایع

در کروماتوگرافی گازی آنالیز GC-MS اگر فاز ساكن مايع باشد، آن را كروماتوگرافی گاز – مايع  می نامند. این کروماتوگرافی كاربرد زیادی در همۀ رشته های علوم دارد که به طور معمول از آن با نام مختصر كروماتوگرافی گازی (Gas chromatography) نیز یاد می شود.

در كروماتوگرافی گاز – مايع، اجزای نمونه ای که بايد از هم جدا شوند، با استفاده از یک گاز بی اثر (گاز حامل) به ستون وارد می شوند.

اجزای موجود در نمونه، بین گاز حامل و حلال غير فرار (فاز ساكن) كه روی جامد نگهدارنده ثابت شده است، تقسيم می شوند. جامد نگهدارنده یک جسم جامد بی اثر با اندازه معلوم و معين است.

حلال غیر فعال به صورت انتخابی حركت اجزای نمونه را بر اساس ضريب توزيع متفاوتشان كند می کند. به شکلی كه هر کدام نوارهای مجزايی در گاز حامل پدید می آورند. هر کدام از اين نوارها همراه با جريان گاز حامل از ستون كروماتوگرافی خارج می شوند و در آشكارساز به صورت تابعی از زمان ثبت می شوند.

اجزای سیستم کروماتوگرافی گازی

گاز حامل (فاز متحرک)

در کروماتوگرافی آنالیز GC-MS فاز متحرک یا گاز حامل فقط نقش انتقال نمونه از ستون را به عهده دارد. لازم است این گاز حامل نسبت به نمونه و حلال کاملا بی اثر باشد. همچنین خلوص بالایی داشته، در دسترس و ارزان باشد و با آشکارساز دستگاه تناسب داشته باشد.

گازهای هلیوم، آرگون، نیتروژن و هیدروژن به عنوان گاز حامل استفاده می شوند. توجه داشته باشید که گاز حامل حتما باید خالص، بدون رطوبت و عاری از اکسیژن باشد. خلوص گاز حامل مهم ترین خصوصیت آن است. چرا که وجود هر گونه ناخالصی در این گاز، باعث ایجاد نویز شده و بر حساسیت و دقت آزمایش تاثیر می گذارد.

ضروری است که به نوع گاز حامل نیز توجه شود؛ چرا که تاثیر چشمگیری در کارایی ستون و زمان آنالیز GC-MS دارد. گاز هیدروژن با وزن کم و سرعت زیادی که دارد سبب کاهش کارایی ستون می شود و زمان آنالیز را کمتر می کند.

در مقابل گاز حامل نیتروژن سنگین تر بوده و باعث افزایش کارایی ستون می شود. اما زمان آنالیز را زیادتر می کند. باید بگوییم در حجم بهینه و مناسب، گاز نیتروژن بهترین کارایی را دارد. البته گاز هلیوم نیز کم خطر است و در سرعت های بالا نیز بازدۀ خوبی دارد. به طور کلی هیدروژن به علت قابلیت انفجار و مشکلات نگهداری، خیلی مورد توجه نیست.

دوارسنج یا روتامتر (Rotameter)

گاز حاملی که به ستون دستگاه وارد می شود، باید فشار و سرعت جریان مشخص و ثابتی داشته باشد. برای ایجاد این ثبات، ابزار جانبی متنوعی می توان استفاده کرد. ابزاری مانند کنترل کننده جریان، رگلاتورهای فشار، روتامتر و… که برای تنظیم، کنترل فشار و سرعت جریان گاز حامل به کار می روند.

19

دقیــقه مطالعه

پیش از خرید ابزار دقیق ؛ آن ها را بشناسید!

بی شک نمی توان سرعت پیشرفت بالای تکنولوژی را بدون ابزارهای اندازه گیری دقیق تصور...

روتامتر یکی از ابزارهای مهم برای اندازه گیری دبی مایعات و گازها است. فشار ورودی در دستگاه آنالیز GC MASS باید حدودا 10 تا 50 psi بالاتر از فشار اتاق باشد. در ضمن لازم است سرعت جریان گاز حامل در ستون های پرشده ۲۵-۱۵۰  میلی لیتر بر دقیقه و برای ستون های مویین ۰٫۱-۲۵ میلی لیتر بر دقیقه باشد. توجه شود که میزان سرعت جریان گاز حامل به قطر ستون و نوع گاز نیز بستگی دارد.

سیستم تزریق نمونه (انژکتور)

نمونه های آنالیز GC-MS به وسیله سیستم تزریق نمونه یا انژکتور (Injector) به ستون وارد می شوند. نمونه پس از ورود به انژکتور تبخیر شده، با فاز متحرک مخلوط شده و سپس به منظور جداسازی به ستون وارد می شود.

بهتر است نمونه در سایز مناسب و به صورت توده ای (plug) از بخار وارد ستون شود. تزریق آرام و اندازه نامناسبِ نمونه، موجب پخش شدن آن در ستون و جداسازی ناکارآمد می شود. عملیات تزریق می تواند به صورت دستی و با سرنگ های مخصوص یا به شکل اتومات انجام شود. همۀ دستگاه های آنالیز GC-MS امروزی دارای سیستم تزریق اتوماتیک نمونه (auto sampler) هستند.

ستون ها و آون

ستون دستگاه کروماتوگرافی، نقش اصلی جداسازی را بر عهده دارد. به طور کلی در آنالیز GC-MASS دو نوع ستون به کار می رود. ستون های پرشده یا فشرده (packed column) و ستون های مویی (capillary column).

ستون های پر شده

این ستون ها قدیمی تر بوده و از جنس لوله های فلزی یا شیشه ای هستند. ستون های فولادی مقاوم تر هستند ولی باید توسط کارخانه سازنده پر شوند. در مقابل، ستون های مسی انعطاف پذیر بوده، با کاربری آسان پر می شوند و راحت تر به شکل مارپیچ در می آیند. البته به دلیل تشکیل اکسید مس در جدارۀ ستون، امکان رخ دادن برخی واکنش های ناخواسته در آنالیز به وجود می آید.

ستون های شیشه ای اگرچه شکننده هستند، اما به دلیل شفافیت، تشخیص حباب های هوا در آن ها آسان تر است. ستون های پرشده غالبا بین ۲ تا ۳ متر طول و ۲ تا ۴ میلی متر قطر داخلی دارند. ماده پر کنندۀ این ستون ها باید ذراتی کروی و یکنواخت با استحکام خوب، سطح ویژه مناسب و خنثی در درجه حرارت های بالا باشد.

ستون های مویی

این ستون ها به صورت لوله های باز، از جنس شیشه های کوارتزی یا فلزی هستند. فاز ساکن به شکل یک لایه فیلم نازک روی جدارۀ داخلی این ستون قرار می گیرد. طول این ستون ها بین ۱۵ تا ۵۰ متر و قطر داخلی آن ها از ۰٫۱۵ تا ۰٫۵۵ میکرومتر متغیر است. خود این ستون ها به دو دسته کلی تقسیم بندی می شوند:

• لولۀ باز با دیوار اندود (Wall coated open tubular, WCOT): سطح داخلی ستون با لایه بسیار نازکی از فاز ساکن پوشانده شده است. از سیلیس حاوی مقادیر کم اکسیدهای فلزی ساخته می شوند. پوشش پلی ایمیدی کاملا انعطاف پذیری داشته و می توان آن ها را به آسانی به شکل مارپیچ یا حلقه در آورد.
• لولۀ باز با تکیه گاه اندود (Support coated open tubular, SCOT): در این ستون ها، جدارۀ درونی لوله با فیلم نازکی از مواد نگهدارنده مانند خاک دیاتومه (با ضخامت حدودا ۳۰ میکرومتر) پوشش داده می شود و سپس فاز ساکن بر روی آن قرار داده می شود.

فاز ساکن

اگر به دنبال یک فرایند جداسازی خوب با کارایی مناسب باشید، گزینش مادۀ مناسب برای فاز ساکن بسیار مهم است. توجه داشته باشید که فاز ساکن باید از نظر شیمیایی بی اثر باشد و پایداری حرارتی مطلوبی داشته باشد.

برای فازهای ساکن مایع، نقطۀ جوش حداقل باید ۱۰۰ درجه بالاتر از ماکزیمم دمای عملی ستون باشد. فازهای ساکن متداول معمولا از جنس پلی سیلوکسان ها یا پلی اتیلن گلیکول هستند که پایداری حرارتی تا ۳۵۰ درجۀ سلسیوس را دارند.

کنترلر دما

ابزارهای کنترل دمایی در آنالیز GC-MS به دو صورت ایزوترمال (تک دما) و گرادیانی یا برنامه ریزی شده (programming) دما را کنترل می کنند.در حالت ایزوترمال، طی آنالیز دما ثابت است. این حالت بیشتر در مواقعی استفاده می شود که فقط یک ماده برای شناسایی وجود دارد یا چند ماده وجود دارد که دمای جوش آن ها به هم نزدیک است.

در کنترل دمایی گرادیانی، دمای ستون به صورت پیوسته یا پله ای در طول آنالیز متغیر خواهد بود. این حالت در مواقعی به کار می رود که اجزای موجود در نمونه، گسترۀ وسیعی از نقطۀ جوش را داشته باشند.

آشکارساز (دتکتور)

شناسایی تمامی اجزای شیمیایی نمونۀ تزریق شده به ستون، وظیفه اصلی آشکارساز در کروماتوگرافی گازی است. آشکارساز به وجود تک تک اجزای موجود در گاز حاملی که به آشکارساز می رسند، پاسخ الکتریکی می دهد.

اگر آشکارساز بتواند به تمام انواع نمونه های موجود پاسخی قدرتمند دهد، یک آشکارساز عمومی (universal) و اگر فقط به گروه یا ترکیبات ویژه ای واکنش نشان دهد، یک آشکارساز انتخابی (Selective) ست.

یک آشکارساز ایده آل لازم است در عین داشتن حساسیت مناسب، پایدار باشد و دقت، صحت و تکرارپذیری مناسبی داشته باشد. خصوصیاتی مانند حد تشخیص (Detection limit) و گستره خطی (Linearity range) آشکارساز برای آنالیز GC-MS بسیار مهم است.

انواع دتکتور در کروماتوگرافی گازی عبارتند از:

• دتکتور (FID (Flame Ionization Detector: قابل استفاده در تشخیص ترکیبات کربن دار (رایج ترین نوع دتکتور در کروماتوگرافی گازی)
• دتکتور (NPD (Nitrogen Phosphorous Detector: قابل استفاده در تشخیص ترکیبات نیتروژن و فسفر دار
• دتکتور (ECD (Electron Capture detector : برای آنالیز ترکیبات هالوژن دار
• دتکتور طیف سنج جرمی (Mass Spectrometer): برای تشخیص نمونه های مجهول
• دتکتور (TDC (Thermal conductivity Detector: برای تشخیص کلیه ترکیبات آلی و معدنی

نمونه سازی برای کروماتوگرافی گازی

آنالیز GC MASS تنها قابل استفاده برای نمونه های گازی یا نمونه هایی است که قابلیت تبخیر داشته باشند. این نمونه ها باید پایداری حرارتی داشته باشند تا در هنگام گرم شدن تخریب نشوند.

آماده سازی نمونه برای کروماتوگرافی گازی، عموما شامل روش هايی است كه تركيبات فرار و نيمه فرار را جداسازی می کنند. همچنین از ورود تركيبات يونی و گونه هایی با وزن مولكولی بالا در مخلوطی كه به دستگاه تزريق می شود، جلوگيری می کنند. در این بخش از مقاله، به معرفی این روش ها خواهیم پرداخت.

روش های تقطیری

این روش آماده سازی از تفاوت در خواص فيزیکی و شيميايی (همان فراريّت يا فشار بخار) استفاده می کند. محصولات حاصل از تقطير، پس از خشک شدن، با افزودن سولفات سديم، مخلوط های فرّار مناسبی برای آناليز GC/MS هستند.

روش های استخراجی

در این روش ها جداسازی بر اساس تفاوت در حلاليت آناليت دانشــنـامه آناليت چیست ؟ جزء شیمیایی یا ماده مورد تجزیه ای که قصد بررسی کمی آن را داشته باشیم. به عنوان مثال، در اندازه گیری میزان سرب در خاک، خاک نمونه مورد آزمایش و سرب آنالیت است. در حلال، تفاوت در جذب يا واجذب روی موادی از قبيل جامدهای ميكرومتخلخل مانند زغال فعال، سيليكاژل، آلومينا و مولكولارسيو يا روی پليمرهای متخلخلی مثل پلی دیمتیل سیلوکسان، تنكس، كروموزوب، رزين های سنتزی اجرا می شود.

روش های فضای فوقانی (HeadSpace)

تکنیک HeadSpace به دو شیوه استاتیک (دستی) و دینامیک (دستگاهی)  اجرا می شود. در روش استاتیک، نمونه که می تواند جامد و یا مایع ویسکوز، ماتریس های آبی، گیاه و… باشد، در ظرف مناسبی با درب سپتومی قرار می گیرد.  سپس در زمان معینی در دمای مشخصی قرار می گیرد.

طی این زمان فضای فوقانی ظرف از بخارات حاصل از اجزای فرار نمونه اشباع می شود. سپس فاز گازی به وسیلۀ سرنگ مخصوص به دستگاه تزریق می شود.

روش دستگاهی نیز به همین ترتیب است. با این تفاوت که علاوه بر پارامترهای دما و زمان، نمونه تحت فشار کنترل شدۀ هلیوم نیز قرار می گیرد. این فشار باعث برقراری تعادلی بهتر در فاز گازی و سرعت بیشتر فرایند می شود. در این شیوه فاز گازی مستقیما به داخل کروماتوگرافی گازی هدایت می شود.

از روش های HeadSpace برای مشخص کردن باقیماندۀ انواع حلال های آلی در داروها، نیمه هادی ها، رنگ و پلیمر، ترکیبات فرار گیاهان و نیز برخی بررسی های قانونی مانند تعیین الکل در خون و بافت، استفاده می شود.

روش های پیرولیز

در این روش، نمونه هایی که امکان انجام استخراج برای آن ها وجود ندارد، تحت حرارت مستقیم قرار می گیرند. افزایش ناگهانی دما موجب شکسته شدن ساختار و آزاد شدن مولکول های کوچکتری می شود که مستقیما به دستگاه هدایت می شوند. این تکنیک به خصوص در مورد تعیین مونومرها در ترکیبات پلیمری کاربردهای زیادی دارد.

نتایج کروماتوگرافی گازی در آنالیز GC-MS

همان طور که گفتیم، برای اجرای کروماتوگرافی، ابتدا محلولی از نمونۀ مورد نظر (مايع يا گاز) با استفاده از یک ميكروسرنگ (برای نمونۀ مايع) يا سرنگ گازی (برای نمونۀ گازی) به محفظۀ داغ انژكتور تزريق می شود. اجزای نمونه در تماس با درجه حرارت زیادی که انژكتور دارد، سریعا بخار می شوند.

بعد از آن به همراه جريان گاز حامل به سوی ستون كه داخل آونی با دمای قابل تنظيم قرار دارد، هدايت می شوند. هر جزء نمونه به شکل جداگانه با فاز ساكن داخل ستون برهمکنش می کند. به دليل تفاوت در ميزان برهمکنش هر جزء با ستون، سرعت حركت اجزا در طول ستون با هم تفاوت دارد.

ميزان و نوع برهمکنش هر جزء با فاز ساكن و در نتيجه سرعت حركت آن، علاوه بر ماهيت ذاتی و ساختار شيميايی گونه به نوع فاز ساكن، سرعت جريان گاز حامل و دمای آون نيز بستگی دارد.

پس از خارج شدن هر جزء از ستون و رسيدن آن به آشكارساز، یک سيگنال الكتریکی به وجود می آید كه شدت آن با مقدار كمّی آن جزء، متناسب است. سيگنال الكتریکی توليد شده به دستگاه رسم كروماتوگرام و محاسبه نتايج ارسال شده و نتيجه نهايی در قالب یک كروماتوگرام به دست مي آيد.

كروماتوگرام، نموداری است كه در آن پاسخ های آشكارساز به اجزای نمونه بر حسب زمان خروج اجزا از ستون (زمان بارداری) رسم شده است. هر كروماتوگرام چند پيک دارد كه هر پيک متعلق به یک جزء نمونه است.

طیف سنجی جرمی (MS) چیست؟

طیف سنجی جرمی فرایندی تجزيه محور است كه اطلاعات كمی و كيفی مفیدی از وزن و ساختار مولكولی تركيبات آلی و معدنی حاصل می کند. از طریق طیف سنجی جرمی می توان مخلوط گازها يا مايعات و در برخی از حالت ها، جامدات را به طور كمی تجزيه كرد.

روابط ریاضی مربوط به تجزيۀ كمّی غالباً پيچيده است، به نحوی كه معمولا از یک نرم افزار برای تكميل تجزيه استفاده می شود. اين روش، تجزيه كمّی را با غلظت هایی در سطح ppb در اختيار می گذارد. به دليل سرعت بالا و قابل اعتماد بودن روش طيف سنجی جرمی، محققین شیمی تجزيه علاقۀ زيادی به آن پيدا كرده اند.

اساس کار طیف سنج جرمی

اساس روش طيف سنج جرمی در آنالیز GC MASS، فرآيند يونيزاسيون مولكول است. یعنی بخش اعظم كاربرد آن تحت تاثير فرآيند يونش است. فرآيند يونيزاسيون ممکن است روش های متفاوتی داشته باشد. روش هایی نظیر كاهش يا افزايش الكترون، پروتون دار شدن يا پروتون زدايی، افزايش يا كاهش هسته دوستی يا الكترون دوستی، تشكيل خوشه ای و…

تمام اين روش ها مصرف کنندۀ انرژی هستند. اين انرژی به وسیلۀ الكترون های شتاب داده شده يا حرارتی، فوتون ها، اتم ها و يون های شتاب داده شده با استفاده از یک ميدان الكتروستاتيكی بزرگ و يا برخورد الكترونی، تأمين می شود.

منابع یونی طیف سنج جرمی در آنالیز GC-MS

منابع يونی به دو گروه منابع فاز گازی و منابع واجذبی دسته بندی می شوند. منابع فاز گازی شامل منابع برخورد الكترونی، يونش شيميايی، يونش ميدانی  و يونش نوری هستند. در اين روش ها ابتدا نمونه بخار شده و سپس يونيزه می شود.

منابع واجذبی شامل روش هايی نظیر واجذب ميدانی، واجذب ليزری، بمباران سریع اتمی ، واجذب پلاسمايی، طيف سنجی جرمی يون ثانويه و يونش واجذب ليزری به کمک ماتریس هستند. در اين روش ها، نمونه در حالت جامد يا مايع مستقیما به يون های گازی تبديل می شوند. مزيت منابع واجذبی اين است كه برای نمونه های غیرفرار و ناپايدار گرمايی قابل الاجرا هستند.

19

دقیــقه مطالعه

آنالیز ICP (طیف‌‌ سنجی پلاسمای جفت‌ شده القایی)

روش‌های آنالیز و شناسایی مواد بسیار حائز اهمیت هستند. زیرا خواص فیزیکی و شی...

اجزای دستگاه طیف سنج جرمی

پمپ های خلأ MS

این پمپ ها قادرند خلاء بسيار بالا در حدود ^6- 10 تور  را برای طيف سنج جرمی فراهم کنند. این خلا بسیار ضروری است. چرا که در صورت نبود خلا، الكترون ها و يون های تشكيل شده در اثر برخورد با مولكول های هوای موجود در تجزيه گر از بين می روند و به شناساگر نمی رسند.

محفظۀ یونیزاسیون

مولكول ها در محفظۀ يونيزاسيون توسط الكترون ها بمباران می شوند. انرژی منتقل شده به مولكول ها  به وسیلۀ بمباران الكترونی، باعث یونیزه شدن آن ها می شود. همچنین گونه های یونی مختلفی پدید می آیند.

اين يون ها ممكن است تک بار باشند، بار چندتايی داشته باشند و یا دارای بار مثبت يا منفی باشند. يون های به وجود آمده با استفاده از ميدان الكتریکی شتاب می گیرند. در ادامه، مسير تجزيه گر جرمی را طی می کنند و بر اساس نسبت جرم به بار (m/z) جداسازی می شوند. سپس به سمت شناساگر حرکت می کنند.

تجزیه گر جرمی

در این تجزیه گرها يون ها بر اساس نسبت جرم به باری که دارند، جداسازی می شوند. تجزیه گر جرمی در آنالیز GC-MASS انواع مختلفی ممکن است داشته باشد. بسته به نوع تجزیه گر، طيف سنج های جرمی به چند گروه تقسيم بندی می شوند.

یک تجزیه گر جرمی ايده آل بايد قابلیت شناسایی اختلاف جرم های بسیار جزئی را داشته باشد. همچنین امكان عبور تعداد قابل قبولی از يون ها را دارا باشد تا به شدت جريان های قابل اندازه گيری تبدیل شود.

توانایی طیف سنج جرمی آنالیز GC MASS برای تفاوت گذاری میان جرم ها با قدرت تفكيك آن بیان می شود. قدرت تفكيک مورد نياز در طيف سنج جرمی نیز تا حد زيادی به كاربرد آن بستگی دارد. معمولا طيف سنج های جرمی با گسترۀ  قدرت تفكيک از 500 تا 500000 در دسترس اند.

تفسیر طیف جرمی

تکنیک های متفاوتی برای تفسير و تحلیل طیف جرمی وجود دارد. این طیف ها معمولا با استفاده از دانش قبلی يا نتايج حاصل از جستجوی كتابخانه ای تفسير می شوند. البته مواردی مانند تعيين محل يون مولكول و انتخاب نوع ساختار، از جمله مواردی هستند كه نياز به تخصص و محاسبات دقيق دارند.

برای مثال در تعيين نوع ساختار، توجه کردن به نکاتی مانند يون های مشخصۀ اجزا، تعيين اجزای نابود شده با استفاده از يون مولكول و حتی توانایی آزمون جستجوی كتابخانه ای بسيار اهمیت دارند.

البته توجه کنید که دستگاه های مدرن امروزی مجهز به كتابخانه هستند. یعنی جستجوی كتابخانه ای را می توان به طور خودکار توسط دستگاه های آنالیز GC-MS انجام داد. اما در بعضی موارد، برای شناسايی دقيق و تعيين جرم اجزا، نياز به تخصص و تجربۀ كاربر بوده و محاسبات دقيقی لازم است.

در این قسمت جهت جمع بندی بهتر مطالب گفته شده، از شما دعوت می کنیم تا به فیلم کوتاهی که در خصوص معرفی این روش آنالیز تهیه شده، توجه نمایید.

کاربردهای آنالیز GC-MS

پزشکی و داروسازی

بیماری های متابولیک ارثی زیادی وجود دارد که در عصر حاضر در آزمون غربالگری نوزادان با استفاده از دستگاه آنالیز GC-MS قابل تشخیص هستند. این آنالیز این قدرت را دارد ترکیباتی که باعث اختلالات متابولیکی و ژنتیکی شوند را در غلظت های کم در ادرار، خون و سرم تشخیص دهد.

در صنایع داروسازی از آنالیز کروماتوگرافی گازی-اسپکترومتر جرمی، در بخش های تحقیقاتی، تولید، کنترل کیفیت و تضمین کیفیت دارو به طور گسترده استفاده می شود. دستگاه آنالیز GC-MS معمولاً برای تشخیص ناخالصی در داروهای سنتزی جدید در شیمی دارویی و بیوتکنولوژی دارویی به کار می رود.

جُرم شناسی

از کاربردهای مهم آنالیز GC MASS در حوزه پزشکی قانونی و جرم شناسی است. کاربردهایی از قبیل آنالیز و بررسی نمونه ‌های مشکوک کشف شده در صحنه های جرم، بررسی بقایای حاصل از آتش سوزی، تشخیص مواد دوپینگ در بدن ورزشکاران از طریق آزمایش ادرار و همچنین یافتن سموم و استروئیدها در نمونه های بیولوژیکی بدن مظنونین، قربانیان و…

شناسایی ترکیبات اسانس

اسانس ها مايعاتی همراه با ترکیبات فرار، معطر و بی رنگ با منشأ الكلی و… هستند. یک اسانس، محلول یا عصارهٔ الکلی همراه با روغن فرار است. آنالیز اسانس ‌ها و سایر مواد معطر گیاهی توسط انالیز GC MASS بسیار مرسوم است.

ترکیب های مهمی نظیر ژرانیول، منتول، سانتالول، ترکیب های آلدئیدی مانند ترکیب وانیلین و… توسط این آنالیز شناسایی و بررسی می شوند.

تحقیقات محیط زیست

دستگاه آنالیز GC-MS ابزاری کارآمد و مقرون به صرفه در شناسایی و اندازه گیری آلاینده های آلی موجود در محیط زیست مانند فنول ها و کلروفنول‌ها، هیدروکربن های آروماتیکی چند حلقه ای PAHs، بنزین بدون سرب، دیوکسین ها، دی بنزوفوران ها، آفت‌کش‌ها و علف کش‌ها در هوا، آب و خاک است.

آنالیز هیدروکربن‌ها در پتروشیمی

از دستگاه GC-MS برای شناسایی طیف گسترده ای از مواد پتروشیمی، سوخت ها، مخلوط های هیدروکربنی مانند بنزین، نفت سفید، گازوئیل، انواع روغن موتور مانند بیودیزل، موم و روغن ترانس استفاده می شود.

همچنین در بخش انرژی و سوخت از کروماتوگرافی گازی – اسپکترومتر جرمی برای آنالیز ترکیبات آروماتیک، سولفور، ناخالصی ها در پلی پروپیلن، گوگرد در متان، آنالیز گاز طبیعی،1 و 3 بوتادین، اتیلن، گازوئیل، بنزین بدون سرب و پلی اتیلن استفاده می شود.

صنایع غذایی و نوشیدنی‌ها

آنالیز کروماتوگرافی گازی-طیف سنج جرمی، به طور گسترده ای برای آنالیز استرها، اسیدهای چرب، الکل ها و آلدهید ها در مواد غذایی به کار می رود. برای تشخیص آلاینده های مواد غذایی، تشخیص تقلب در روغن هایی مانند روغن زیتون، روغن استوخودوس و تعیین مقدار اسانس های افزودنی، منتول، عصاره ها، کره تری گلیسیرید و باقیمانده سموم کشاورزی این آنالیز بسیار کارآمد است.

جمع بندی

آنالیز GC/MS تکنیکی نوین و قابل اعتماد است که از لحاظ کیفیت نتایج، به هیچ عنوان قابل مقایسه با دیگر روش های جدید تجزیه نیست. این دستگاه طیف وسیعی از کاربردها اعم از تحقیقاتی، کنترل کیفی و کاربردهای صنعتی را پوشش می دهد. این سیستم به دلیل قابلیت انجام تست به صورت خودکار همراه با سرعت بالا و نتایج قابل اعتماد نقش مهمی در پیشرفت فناوری عصر ما داشته است.