ستون های لوله ای باز، که همچنین با عنوان ستون های مویی هم شناخته می شوند دارای دو شکل پایه هستند. اولین شکل یک ستون لوله ای باز روکش دار (WCOT) است و دومین نوع یک ستون لوله ای باز روکش دار حمایتی (SCOT) است.
ستون های لوله ای باز و ستون های فشرده در گاز کروماتوگرافی
ستون های WCOT لوله های مویی هستند که دارای یک لایه ی نازک از فاز ثابت است که امتداد دیواره های ستون را پوشانده است. در ستون های SCOT، دیواره های ستون ابتدا با یک لایه ی نازک ( حدود 30 میکرومتر ضخامت) از جاذب جامد نظیر خاک دیاتومه، ماده ای که از بقایای فسیلی گیاهان دریایی تک سلولی تشکیل شده است، پوشانده می شوند. جاذب جامد سپس در فاز ساکن مایع بکار گرفته می شود. ستون های SCOT با آنکه قادر به نگه داشتن حجم بیشتری از فاز ساکن به نسبت ستون های WCOT به علت ظرفیت بیشتر نمونه اش هستند، ولی ستون های WCOT هنوز ستون هایی هستند که کارآیی بیشتری دارند.
اکثر ستون های مدرن WCOT از شیشه ساخته شده اند، ولی فولاد ضد زنگ T316، آلومینیوم، مس و پلاسیک نیز مورد استفاده می گیرند. هر ماده دارای شاخص های نسبی خاص خودش است که بسته به کابردی که دارد به کار گرفته می شود. ستون های شیشه ای WCOT دارای برتری بارزی در رابطه با قلم زنی شیمیایی دارند، که معمولا توسط بکارگیری اسید هیدروکلریک متمرکز شده یا گازی، به دست می آید. فرآیند قلم زنی به شیشه سطح زبری می دهد و باعث می شود فاز ثابت محکم تر به سطح ستون بچسبد.
یکی از محبوب ترین انواع ستون های مویی ستون ویژه ای از نوع WCOT است که ستون لوله ای بازی است که دیواره ها در آن با جوش سیلیکایی پوشانده شده اند (FSWC). دیواره های ستون های جوش یافته با سیلیکا از سیلیکای خالص شده ی دارای حداقل اکسید های فلزی پوشانده شده اند. این ستون ها به نسبت ستون های شیشه ای نازک تر هستند، به طوریکه قطر آن ها به کوچکی 0.1 میلیمتر و طول آن به بلندی 100 متر است. برای حفاظت از ستون، یک روکش پلی ایمیدی در بیرون لوله بکار گرفته می شود و به شکل مارپیچ خم می شود تا درون گرم کن ترموستات دار واحد گاز کروماتوگرافی جا داده شود. ستون های FSWC برای مصارف تجاری موجود هستند و در حال حاضر دارند جای ستون های قدیمی را به علت افزایش سکون شیمیایی، کارایی بیشتر ستون و نیاز به نمونه گیری در اندازه ی کوچکتر، می گیرند. به دست آوردن سینی های تئوری تا 400 هزار با یک ستون WCOT 100 متری ممکن است، ولی رکورد جهانی برای بیشترین عدد مربوط به سینی های تئوری بیش از 2 میلیون سینی برای یک ستون 1.3 کیلومتری است.
ستون های فشرده معمولا از یک لوله ی فلزی یا شیشه ای ساخته شده اند که با حمایت یک ماده جامد نظیر خاک دیاتومه فشرده شده اند. به علت مشکل بودن بسته بندی لوله به شکل یکنواخت، این نوع ستون ها از ستون های لوله ای باز قطر بیشتری دارند و دارای طول محدودی هستند. در نتیجه، ستون های فشرده تنها می توانند در مقایسه با ستون WCOT، 50 درصد کارایی آن را داشته باشد. به علاوه، خاک دیاتومه در طول زمان به علت جذب پایدار ولی نه دایمی ناخالصی ها در ستون، بی اثر می شود. در مقابل، ستون های لوله ای باز FSWC به نحوی ساخته می شوند که تقریبا فاقد این نوع مشکلات جذب باشند.
شکل4. آماده سازی ستون های گاز کروماتوگرافی
شکل 5- تصویر ایجاد شده توسط کامپیوتر از یک ستون FSWC ( تخصصی شده برای اندازه گیری سطوح الکل موجود در خون یا BAC)
شکل 6. تصویر ایجاد شده توسط کامپیوتر از یک ستون FSWC ( تخصصی شده برای مقاومت در برابر میزان گرمای فوق العاده زیاد)
انواع مختلف ستون ها را می توان در زمینه های گوناگون به کار گرفت. بسته به نوع نمونه، بعضی از ستون های گاز کروماتوگرافی به نسبت دیگر ستون ها بهتر هستند. به عنوان مثال، ستون FSWC نشان داده شده در شکل 5 خاص آنالیز الکل خون طراحی شده است. دارای زمان های اجرای سریع است و ترکیبات کلیدی را در کمتر از 3 دقیقه می تواند تفکیک پذیری کند. به علاوه، تفکیک پذیری تقویت شده ی میزان حداکثر (پیک) استون و اتانول را نشان می دهد که کمک به کشف میزان الکل موجود در خون می کند. این ستون خاص با نام Zebron-BAC شناخته می شود و با روکش پلی ایمیدی در بیرون و لایه داخلی که از سیلیکای جوش داده شده ساخته می شود و قطر داخلی بین .18 mm تا .25 mm است. انواع بسیار دیگری از ستون های برند Zebron نیز وجود دارد که برای اهداف دیگری طراحی شده اند.
نمونه دیگری از ستون گاز کروماتوگرافی Zebron با نام Zebron-inferno شناخته می شود. لایه خارجی آن با یک نوع خاص پلی ایمید پوشانده شده است که برای مقاومت در برابر دمای بسیار بالا طراحی شده است. همانطور که در شکل 6 نشان داده شده است، این ستون دارای یک لایه اضافی در داخل است و می تواند دمایی تا 430 درجه سانتیگراد را دقیقا تحمل کند و برای جداسازی واقعی نقطه ی جوش روش های تقطیر هیدروکربنی استفاده می شود. به علاوه، همچنین برای نمونه های قلیایی و اسیدی استفاده می شود.
سیستم های آشکار سازی دستگاه گاز کروماتوگرافی
آشکار ساز دستگاهی است که در انتهای ستون قرار گرفته است و اندازه گیری کمی ترکیبات مخلوط را زمانی که در ترکیب با گاز حامل شستشو می شوند، انجام می دهد. به طور تئوری، هر نوع مخلوط گازی که متفاوت با گاز حامل است را می توان به عنوان یک روش آشکار سازی بکار برد. ویژگی های آشکار سازی در دو دسته قرار می گیرند: ویژگی های عمومی و ویژگی های خاص. ویژگی های عمومی که با نام ویژگی های کلی نیز شناخته می شوند، ویژگی هایی هستند که هم گاز حامل و هم آنالیت ولی به درجات متفاوت، دارا هستند. ویژگی های خاص، نظیر آشکار ساز هایی که محتوای گوگردی-نیتروژنی را اندازه می گیرند دارای کاربرد محدودی هستند ولی این محدودیت را میزان حساسیت افزایش یافته ای که آن ها دارند جبران می کند. هر آشکار ساز دارای دو بخش اصلی است که زمانی که با هم استفاده می شوند به عنوان مبدل برای تبدیل ویژگی های کشف شده به یک سیگنال الکتریکی بکار گرفته می شوند، سیگنال هایی که توسط یک کروماتوگرام ضبط می شود. قسمت اول آشکار ساز سنسور است که در نزدیکی خروجی ستون تا جایی که می شود قرار گرفته است تا آشکار سازی به بهینه ترین نحو ممکن صورت پذیرد. قسمت دوم تجهیزات الکترونیکی است که از آن برای دیجیتالی کردن سیگنال آنالوگ استفاده می شود تا بواسطه آن کامپیوتر بتواند کروماتوگرام به دست آمده را آنالیز کند. هرچه سیگنال آنالوگ به دیجیتال زودتر تبدیل شود، نسبت سیگنال به پارازیت بیشتر می شود، از این نظر که سیگنال آنالوگ به آسانی مستعد پذیرش انواع مختلف و متعدد دخالت ها به شکل پارازیت است.
یک آشکار ساز ایده آل گاز کروماتوگرافی بواسطه چندین مشخصه شناخته می شود. اولین پیش شرط حساسیت دقیق برای فراهم سازی سیگنال تفکیک پذیری بالا برای تمامی ترکیبات در مخلوط است. چنین چیزی مشخص است که یک اظهارنظر ایده آل شده است از این نظر که نمونه به حجم صفر نزدیک می شود و آشکار ساز نیاز به حساسیت نا محدود برای آشکار سازی و کشف آن دارد. در دستگاه های گاز کروماتوگرافی مدرن، حساسیت آشکار ساز ها در محدوده 10-8 تا 10-15 گرم جسم حل شده در هر ثانیه، قرار دارد. به علاوه، مقدار نمونه باید قابل تولید دوباره باشد و بسیاری از ستون ها پیک ها را اگر نمونه به اندازه کافی تزریق نشده باشد، منحرف می کنند. یک ستون ایده آل همچنین از نظر شیمیایی خنثی خواهد بود و نباید نمونه را به هیچ نحوی تغییر دهد. ستون های بهینه شده قادر به تحمل محدوده دمایی -200 درجه سانتیگراد تا حداقل 400 درجه سانتیگراد بالای صفر خواهند بود. به علاوه، چنین ستونی دارای زمان پاسخ کوتاه خطی است که مستقل از نرخ جریان است و تا چند برابر وسعت می یابد. علاوه بر این، آشکار ساز باید قابل اعتماد، قابل پیش بینی و بکارگیری آن نیز آسان باشد.
متاسفانه، یک آشکار ساز تمامی این ویژگی ها را ندارد. زیر بخش های بعدی بعضی از انواع متداول آشکار ساز های گاز کروماتوگرافی را مورد بحث قرار می داند و مزایا و یا معایب نسبی هرکدام را نام می برند.
| Type of Detector | Applicable Samples | Detection Limit |
| Mass Spectrometer (MS) | Tunable for any sample | .25 to 100 pg |
| Flame Ionization (FID) | Hydrocarbons | 1 pg/s |
| Thermal Conductivity (TCD) | Universal | 500 pg/ml |
| Electron-Capture (ECD) | Halogenated hydrocarbons | 5 fg/s |
| Atomic Emission (AED) | Element-selective | 1 pg |
| Chemiluminescence (CS) | Oxidizing reagent | Dark current of PMT |
| Photoionization (PID) | Vapor and gaseous Compounds | .002 to .02 µg/L |
شکل 7: آشکار ساز های متداول دستگاه گاز کروماتوگرافی و محدودیت های آشکارسازی آن ها
آشکار ساز های اسکپترومتری جرمی
آشکار ساز های یونیزاسیون شعله
آشکار ساز های ضریب هدایت دمایی
آشکار ساز های گیر اندازی الکترون
آشکار ساز های انتشار اتمی
آشکار ساز های شیمی لومینسانس گاز کروماتوگرافی
آشکار ساز های فوتو یونیزاسیون
◄ درخواست خرید خود را در فرم زیر برای ما ارسال کنید ►
